O poliuretano prova que é ideal para vedações de energia eólica

Por colaborador do WPED | 16 de outubro de 2020

Por Kurt Sassmannshausen, gerente de desenvolvimento de produtos, System Seals

Embora a borracha nitrílica butadieno (NBR) tenha sido um elemento básico nas vedações de turbinas eólicas por décadas, os avanços nas fórmulas de poliuretano, no processamento e no design das vedações estão rapidamente deixando de lado o lugar da NBR na indústria. As qualidades mais benéficas incluem resistência à abrasão, compatibilidade com fluidos, resistência ao ozônio, resistência mecânica e a capacidade de manter todas essas propriedades em baixas temperaturas.

O poliuretano surgiu como um material ideal para vedações em rolamentos principais/geradores, de passo e de guinada. No entanto, a simples troca de materiais em projetos existentes muitas vezes é insuficiente. As vedações devem ser projetadas tendo em mente o poliuretano.

Uma forma de avaliar a resistência à abrasão em poliuretano é o teste padronizado de lixadeira de tambor, como ASTM D5963. Isto é frequentemente reservado para avaliação de borrachas, mas também é eficaz para poliuretanos, especialmente quando se comparam taxas de desgaste. Abaixo estão os valores do índice de resistência à abrasão para vários materiais testados na System Seals em Cleveland. Observe que enquanto NBR e HNBR indicam ARI de ~1,5, o poliuretano indica um ARI de 4 a 8. Isto é uma melhoria de até seis vezes.

Figura 1: ARI de elastômeros e poliuretano

O poliuretano mantém seu valor ARI ao longo do tempo e após exposição a uma ampla variedade de fluidos, principalmente fluidos à base de óleo. Uma maneira de determinar isso é envelhecer amostras de abrasão ASTM D5963 em fluidos por 90 dias a 100°C (80°C para fluidos à base de água) e repetir o teste a cada 30 dias. Abaixo estão os resultados típicos, mas recomenda-se a confirmação para cada fluido.

Figura 2: Retenção ARI de NBR e PU resistente à hidrólise após envelhecimento em água destilada a 80°C

Figura 3: Retenção ARI de NBR e PU resistente à hidrólise após envelhecimento em óleo mineral destilado a 100°C

Embora as folhas de especificações indiquem a compatibilidade imediata do fluido, os testes de envelhecimento acelerado – ou anos de tempo de execução da aplicação – devem determinar o desempenho e a estabilidade a longo prazo de um material exposto a um fluido específico. A System Seals realiza testes de compatibilidade de fluidos de 90 dias, em comparação com os testes padrão da indústria de 168 horas, já que a System Seals encontrou consistentemente alterações significativas nas propriedades críticas dos materiais bem após 168 horas de contato com fluidos.

Em comparação com o NBR, os poliuretanos formulados sob medida demonstram melhor resistência a fluidos com as graxas mais comuns na indústria eólica. Abaixo está uma tabela de compatibilidade para essas graxas populares.

Figura 4: Pontuações de envelhecimento em graxa; menor é melhor

O NBR é notoriamente suscetível à ozonólise – quando as moléculas de ozônio separam as ligações químicas no NBR insaturado. A quebra do ozônio é comum quando o NBR sofre tensões mínimas. Uma solução é infundir ceras no NBR, que criam uma barreira antiozônio que protege o NBR. Infelizmente, as ceras não alteram a ligação química do NBR. Se o NBR for exposto a condições ambientais que removam a cera, ele novamente se tornará suscetível à degradação. Alguns poliuretanos especiais usados ​​em vedações de energia eólica são naturalmente resistentes ao ozônio.

O poliuretano possui módulo de tração, resistência e alongamento duas a três vezes maiores que a maioria dos NBRs. Por causa disso, as vedações de poliuretano são capazes de resistir a maiores deformações mecânicas e suportar cargas mecânicas mais elevadas.

Um NBR típico tem um módulo de tração de 10-15 MPa e uma resistência à tração de 20 MPa. A maioria dos poliuretanos tem módulo de 45-60 MPa e resistência à tração de 50-60 MPa. Isso se traduz em um material mais rígido e menos compatível que o NBR, o que significa maior retenção de forma sob pressão e maior capacidade de carga de tensão.

As altas temperaturas normalmente não são uma preocupação em aplicações eólicas. No entanto, dependendo da localização e da altitude, a temperatura mínima de -40°C não é incomum. Uma temperatura mínima de serviço para NBR padrão pode ser de -20°C, enquanto muitos poliuretanos de energia eólica não são afetados até -40°C, conforme determinado por análise mecânica dinâmica.