Embora a borracha nitrílica butadieno (NBR) tenha sido o material de vedação dominante para turbinas eólicas por décadas, os avanços na formulação, processamento e design de vedações de poliuretano estão minando rapidamente a posição da NBR na indústria.Acontece que 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 vedação de mancais/geradores principais, mancais longitudinais e transversais.Contudo, a simples substituição de materiais numa estrutura existente muitas vezes não é suficiente.As vedações devem ser projetadas tendo em mente o poliuretano.
Uma forma de avaliar a resistência ao desgaste dos poliuretanos é através de um teste de desgaste de tambor padronizado, como o ASTM D5963.Este método é normalmente usado para avaliar borracha, mas também se aplica ao poliuretano, especialmente quando se comparam taxas de desgaste.Abaixo estão os valores do índice de desgaste para vários materiais testados pela System Seals em Cleveland.Observe que o NBR e o HNBR têm um IRA de cerca de 1,5, enquanto os poliuretanos têm um IRA de 4 a 8. Isto é uma melhoria de até seis vezes.
O poliuretano mantém seus valores de ARI ao longo do tempo e após exposição a vários 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 líquido.
Figura 3. Retenção de IRA em NBR e poliuretano resistente à hidrólise após envelhecimento em óleo mineral destilado a 100°C.
Embora as especificações indiquem compatibilidade com fluidos acabados, os 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, porque o System Seals detecta consistentemente alterações significativas nas principais propriedades do material após 168 horas de exposição ao fluido.
O poliuretano personalizado apresenta melhor resistência a fluidos em comparação com o NBR nos lubrificantes mais comuns na indústria de energia eólica.Abaixo está uma tabela de compatibilidade para esses lubrificantes populares.
O NBR é conhecido por ser suscetível à ozonólise, que ocorre quando as moléculas de ozônio quebram as ligações químicas no NBR insaturado.A quebra do ozônio é comum quando a borracha de nitrila butadieno (NBR) é submetida à menor deformação.Uma solução é injetar cera no NBR, criando uma barreira antiozônio que protege o NBR.Infelizmente, a cera não altera a ligação química do NBR.Se o NBR for exposto a condições ambientais que removam a cera, ele se tornará novamente suscetível à degradação.Alguns poliuretanos especiais usados em vedações de energia eólica são naturalmente resistentes ao ozônio.
O módulo de elasticidade, resistência e 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 10-15 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.
Nas turbinas eólicas, as 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 a análise mecânica dinâmica mostrou que muitos poliuretanos de energia eólica não são afetados por temperaturas de até -40°C.
O poliuretano é uma escolha natural para vedações para energia eólica devido às suas propriedades mecânicas superiores, melhor resistência ao ozônio, menores taxas de desgaste e menores temperaturas operacionais.Abaixo estão 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 giratória System Seals, uma vedação do rolamento principal que bombeia continuamente o lubrificante de volta para o reservatório à medida que o rolamento gira.
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Horário da postagem: 24 de dezembro de 2023