Embora a borracha de nitrila butadieno (NBR) tenha sido o material de vedação dominante para turbinas eólicas por décadas, os avanços na formulação, processamento e design da vedação de poliuretano estão rapidamente corroendo a posição da NBR no setor. As propriedades mais úteis incluem resistência ao desgaste, compatibilidade com fluidos, resistência ao ozônio, resistência mecânica e a capacidade de manter todas essas propriedades em baixas temperaturas.
O poliuretano tornou-se um material ideal para a vedação de mancais/geradores principais, mancais longitudinais e transversais. No entanto, a simples substituição de materiais em uma estrutura existente muitas vezes não é suficiente. As vedações devem ser projetadas com o poliuretano em mente.
Uma maneira de avaliar a resistência ao desgaste dos poliuretanos é por meio de um teste de desgaste padronizado em tambores, como o ASTM D5963. Esse método é normalmente usado para avaliar borracha, mas também se aplica ao poliuretano, especialmente na comparação de taxas de desgaste. Abaixo estão os valores do índice de desgaste para vários materiais testados pela System Seals em Cleveland. Observe que NBR e HNBR têm um ARI de cerca de 1,5, enquanto os poliuretanos têm um ARI de 4 a 8. Isso representa uma melhoria de até seis vezes.
O poliuretano mantém seus valores de ARI ao longo do tempo e após a exposição a diversos fluidos, especialmente fluidos à base de óleo. Uma maneira de determinar isso é envelhecer amostras de desgaste ASTM D5963 em fluidos a 100 °C por 90 dias (80 °C para fluidos à base de água) e repetir o teste a cada 30 dias. Abaixo estão os resultados típicos, mas a confirmação é recomendada para cada fluido.
Figura 3. Retenção de ARI em NBR e poliuretano resistente à hidrólise após envelhecimento em óleo mineral destilado a 100°C.
Embora as especificações indiquem compatibilidade com fluidos acabados, testes de envelhecimento acelerado (ou anos de serviço) devem determinar o desempenho e a estabilidade a longo prazo dos materiais expostos a fluidos específicos. O System Seals testa a compatibilidade de fluidos por 90 dias, em vez do teste padrão de 168 horas, pois detecta consistentemente mudanças significativas nas principais propriedades do material após 168 horas de exposição ao fluido.
O poliuretano personalizado apresenta maior resistência a fluidos em comparação com o NBR nos lubrificantes mais comuns na indústria de energia eólica. Abaixo, uma tabela de compatibilidade para esses lubrificantes populares.
A NBR é conhecida por ser suscetível à ozonólise, que ocorre quando as moléculas de ozônio rompem as ligações químicas da NBR insaturada. A formação de fissuras por ozônio é comum quando a borracha de nitrila butadieno (NBR) é submetida à mais leve deformação. Uma solução é injetar cera na NBR, criando uma barreira antiozônio que a protege. Infelizmente, a cera não altera a ligação química da NBR. Se a NBR for exposta a condições ambientais que removem a cera, ela se torna suscetível à degradação novamente. Alguns poliuretanos especiais usados em vedações para energia eólica são naturalmente resistentes ao ozônio.
O módulo de elasticidade, a resistência e o alongamento do poliuretano são duas a três vezes maiores do que a maioria dos NBR. Como resultado, as vedações de poliuretano são capazes de suportar maiores deformações mecânicas e suportar cargas mecânicas mais elevadas.
Um NBR típico tem um módulo de elasticidade de 10 a 15 MPa e uma resistência à tração de 20 MPa. A maioria dos poliuretanos tem um módulo de elasticidade de 45 a 60 MPa e uma resistência à tração de 50 a 60 MPa. Isso significa que o material é menos duro que o NBR, o que significa melhor retenção de forma e maior resistência a cargas de pressão.
Em turbinas eólicas, altas temperaturas geralmente não são um problema. No entanto, dependendo da localização e da altitude, temperaturas mínimas de -40 °C não são incomuns. O NBR padrão tem uma temperatura operacional mínima de -20 °C, e análises mecânicas dinâmicas demonstraram que muitos poliuretanos para energia eólica não são afetados por temperaturas de até -40 °C.
O poliuretano é uma escolha natural para vedações de energia eólica devido às suas propriedades mecânicas superiores, melhor resistência ao ozônio, menores taxas de desgaste e temperaturas de operação mais baixas. Abaixo, duas famílias de aplicações para as quais o poliuretano é adequado. A imagem à esquerda mostra a deformação simulada e as características de contato de uma vedação de rolamento de poliuretano. A imagem à direita mostra a vedação espiral System Seals, uma vedação de rolamento principal que bombeia lubrificante continuamente de volta para o reservatório conforme o rolamento gira.
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Data de publicação: 24 de dezembro de 2023