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 de nitrilo butadieno (NBR) tenha sido um elemento básico das vedações de turbinas eólicas por décadas, os avanços nas fórmulas de poliuretano, processamento e design de vedação estão rapidamente afastando 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 mancais principais/geradores, de passo e de guinada. No entanto, simplesmente trocar materiais em projetos existentes geralmente é insuficiente. As vedações devem ser projetadas com poliuretano em mente.

Uma maneira de avaliar a resistência à abrasão em poliuretano é o teste padronizado de tambor abrasivo, como ASTM D5963. Isso geralmente é reservado para avaliar borrachas, mas também é eficaz para poliuretanos, especialmente ao comparar as 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. Isso 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 a exposição a uma ampla gama de fluidos, principalmente fluidos à base de óleo. Uma maneira de determinar isso é envelhecer as 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 a confirmação para cada fluido é recomendada.

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

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

Embora as folhas de especificações indiquem compatibilidade de fluido pronta para uso, 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 de 168 horas padrão da indústria, pois a System Seals encontrou consistentemente mudanças significativas nas propriedades críticas do material bem após 168 horas de contato com o fluido.

Em comparação com o NBR, os poliuretanos formulados sob medida demonstram maior 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 na 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 de ozônio é comum quando o NBR experimenta tensões mínimas. Uma solução é infundir NBR com ceras, que criam uma barreira anti-ozônio que protege o NBR. Infelizmente, as ceras não alteram a ligação química do NBR. Se o NBR for exposto a condições ambientais que removem a cera, torna-se novamente suscetível à degradação. Alguns poliuretanos especiais usados ​​em vedações de energia eólica são naturalmente resistentes ao ozônio.

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

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 um módulo de 45-60 MPa e resistência à tração de 50-60 MPa. Isso se traduz em um material mais rígido que é menos compatível que o NBR, o que significa maior retenção de forma sob pressão e maior capacidade de carga de tensão.

Altas temperaturas normalmente não são uma preocupação em aplicações eólicas. No entanto, dependendo da localização e elevação, 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 pela análise dinâmico-mecânica.