HOME | ÍNDICE POR TÍTULO | NORMAS PUBLICACIÓN Espacios. Vol. 37 (Nº 23) Año 2016. Pág. 24
Heverton Marcello Schenigoski AMARANTE 1; José Carlos Alberto de PONTES 2; Ariel Orlei MICHALOSKI 3
Recibido: 12/04/16 • Aprobado: 12/05/2016
RESUMO: A importância da energia elétrica para o crescimento industrial social e econômico demonstra a importância da proteção dos trabalhadores nos serviços com eletricidade em redes de distribuição de energia elétrica. Para a proteção dos trabalhadores tem-se a NR-10, que estabelece requisitos e condições mínimos de segurança dos trabalhos no setor elétrico. Mas uma dificuldade do sistema elétrico de potência (SEP) são os rompimentos de cabos e fadiga dos componentes que colocam em risco a saúde e segurança dos trabalhadores. Neste trabalho apresentamos a termografia de infravermelho como uma ferramenta na localização de possíveis pontos de rompimento de componentes; utilizando a radiação infravermelha emitida pelos componentes para identificar anomalias térmicas que poderão causar acidentes. Os resultados encontrados com a utilização da câmera termográfica demonstram a eficácia desta tecnologia nas áreas da manutenção e segurança do trabalho no sistema elétrico de potência (SEP). |
ABSTRACT: The importance of energy for social and economic industrial growth shows the importance of protection of workers in the electricity services in the electricity distribution networks. For the protection of workers has to NR -10, which sets minimum requirements and conditions of work safety in the electricity sector. But a difficulty of power electrical system (SEP) are disruptions cables and fatigue of components that endanger the health and safety of workers. We present the infrared thermography as a tool for tracking possible points of rupture of components; using the infrared radiation emitted by the components to identify thermal anomalies that could cause accidents. The results with use of thermographic camera show the risks and the effectiveness of this technology in the areas of maintenance and safety of system components electric power (SEP). |
O setor preventivo é incentivado a minimizar atividades de risco, proporcionando ao seu empregado um ambiente mais propício à produtividade sem prejudicar a segurança laboral do trabalhador.
A Norma Regulamentadora nº 10 (NR-10), instituída pela portaria 3214/1978 do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), em vigor desde 2004, tendo como finalidade estabelecer requisitos e condições mínimos para implantação de medidas de segurança e controle nos sistemas preventivos, dando garantia da segurança e saúde aos trabalhadores que atuam nos serviços com eletricidade. A aplicação da NR-10 ocorre desde a geração, transmissão, distribuição de energia elétrica e em todos os serviços executados no sistema elétrico de potência (SEP) ou em suas proximidades, não permitindo que os trabalhadores estejam expostos a potenciais acidentes com eletricidade. No acidente elétrico a principal consequência ao trabalhador é o choque elétrico, Geraldo Kindermann (2005) descreve que o choque elétrico "é a perturbação de natureza e feitos diversos que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica" e Vieira (2005) relata que essas perturbações podem provocar: tetanização (contração muscular tônica contínua), parada respiratória, fibrilação ventricular do coração e queimaduras.
Segundo dados estatísticos da Abracopel - Associação Brasileira de Conscientização para Perigos da Eletricidade (2016) teve um aumento nos acidentes fatais na área elétrica envolvendo profissionais que realizam atividades dentro ou próximos ao SEP, subindo de 72 mortes em 2014 para 97 mortes em 2015, sendo necessárias novas formas de prevenir acidentes no SEP.
Nas atividades no sistema elétrico um dos principais riscos está no rompimento de conexões, cabos e componentes que podem expor condutores energizados, ou ocasionar abertura do circuito com carga, ocorrendo o arco elétrico relatado por Queiros e Senger (2012). Segundo Alberti et al (2003), a poluição e o meio ambiente aceleram o desgaste das estruturas e componentes do SEP e geram possíveis pontos de risco no SEP. Estes pontos de rompimento, normalmente conexões possuem uma maior resistência elétrica, desta forma dissipando maior energia por efeito Joule, ou seja, possuem uma temperatura mais elevada que os outros componentes.
A medição da temperatura dos componentes será realizada através da técnica denominada termografia, que determina a temperatura a partir da irradiação infravermelha (radiação térmica) emitida pelos corpos. Segundo Alberto Caramalho (2012), "os objetos são examinados à distância e sem contato, sendo possível a medição da temperatura num ou vários pontos desse objeto bem como a visualização em tempo real, da forma em que as temperaturas se distribuem e manifestam no referido objeto".
A termografia possibilita a medição de temperaturas e a observação de padrões de distribuição de calor. Cerdeira et al. (2011) enfatiza a utilização desta técnica, utilizada em situações onde há variação de temperatura indicando alguma condição atípica em qualquer sistema. E Titman (2001) afirma que atualmente, a termografia é uma ferramenta consolidada em testes não destrutivos e monitoramento de sistemas dinâmicos, existindo uma ampla aplicação nos ramos da medicina, esportes e aos programas de manutenção preventiva, preditiva e eventualmente corretiva nas diversas indústrias.
Na manutenção preditiva na área elétrica as técnicas mais comuns são a análise de vibração, ultrassom e inspeção visual. Análise de vibração e o ultrassom requerem contato físico com estruturas e componentes, deixam a manutenção preventiva mais demorada. A inspeção visual depende do trabalhador, em que o caráter subjetivo pode levar a erros. A termografia permite que a inspeção seja feita sem o contato físico com uma leitura mais objetiva.
Neste trabalho destacamos a utilização de câmeras termográficas para detecção de deficiências em conexões, emendas, derivações, conexões de chaves fusíveis, facas, transformadores, para-raios, etc., sendo imperceptíveis ou difíceis aos métodos convencionais.
Os indicativos que serão mostrados neste trabalho apresentam a importância da utilização da termografia para a prevenção de acidentes com energia elétrica e como a interpretação dos termogramas em componentes com anomalias térmicas podem ser fundamentais para identificação de problemas que comprometam a integridade física dos trabalhadores no sistema elétrico de potência (SEP).
Duarte (2008) em sua dissertação menciona o histórico sobre a natureza da luz, explicando que em 1800, Sir Frederick Willian Herschel descobriu a existência do infravermelho através da luz solar atravessando um prisma e analisando que a temperatura aumentava da parte azul para a vermelha. Posicionando termômetros um pouco além da parte vermelha do espectro, em uma região aonde não havia incidência de luz visível e encontrou uma temperatura mais elevada. "Herschel, concluiu que deveria haver outro tipo de luz", o qual não podia ser visto, chamando de infravermelho. A luz infravermelha é uma radiação calorífica e está próxima da radiação luminosa visível, propaga-se à 300.000 km/s no vácuo.
O espectro eletromagnético representa o conjunto de todas as ondas eletromagnéticas de diferentes frequências sendo que poucas ondas são visíveis pelo olho humano, chamada de luz visível, ou simplesmente luz. Esta faixa situa-se entre a radiação infravermelha e a ultravioleta, conforme figura 1.
A radiação infravermelha é uma radiação com longo comprimento de onda que variam continuamente de 73 nm a 1mm, emitadas por corpos aquecidos (Illngworth, 1991). O comprimento de onda da radiação infravermelha, situam-se no espectro eletromagnético entre a luz vermelha e as micro-ondas e recebem a denominação de radiação térmica.
Todos os objetos emitem radiação eletromagnética, a intensidade da radiação emitida é diretamente proporcional a sua temperatura e sua capacidade do objeto de emitir radiação (emissividade).
A potência total irradiada (P) termicamente por um corpo é descrita pela lei de Stefan Boltzmann, figura 1.
A emissividade é uma quantidade adimensional que assume valores entre 0 e 1. Ela é a razão entre a energia irradiada por um dado corpo em relação à irradiação emitida por um corpo negro, ambos na mesma temperatura (Illngworth, 1991). A emissividade está diretamente relacionada com a energia irradiada pelo corpo devido à agitação de átomos e moléculas.
A passagem de energia térmica de um local para outro é denominado transmissão de calor, que pode ocorrer de três formas diferentes: condução, convecção e radiação.
Tanto a condução e a convecção ocorrem através de um meio material. Na condução, a transmissão de calor ocorre através da passagem das partículas do meio. Já convecção a transmissão de calor ocorre pelo movimento do fluído, devido a diferença de densidades ocasionado pela temperatura.
E a transmissão por radiação é o processo de transmissão de calor por meio de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, através do espaço que os separa. Sendo uma transmissão de calor feita por ondas eletromagnéticas, à radiação não exige presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação se propaga tanto no vácuo quanto em meio aos materiais.
A temperatura é o estado de agitação molecular dos corpos, quanto maior a agitação molecular do corpo maior a temperatura e quando a agitação diminui a temperatura abaixa. Tendo assim outra vantagem da termografia em sistemas elétricos, pois maus contatos, sobrecargas em componentes elétricos, provocam aquecimento em seus condutores e perda de energia por efeito Joule (aquecimento).
Este efeito eleva a temperatura que pode ultrapassar o limite máximo suportado pelos materiais, ocasionando curto-circuito, arco elétrico e riscos aos seres humanos, ocorrendo uma falha no sistema de distribuição de energia elétrica, com a consequente atuação de algum dispositivo de proteção, provocando interrupção do fornecimento de energia e consequente prejuízo a sociedade e a concessionária.
Os dados do estudo foram coletados por equipes de uma concessionária de energia elétrica, treinados, seguindo os procedimentos internos, adotados pela empresa; registrados nos manuais de instrução técnica; referente à manutenção preditiva.
Propomos como metodologia da manutenção preditiva a utilização de termogramas, que mede a temperatura do material pela sua emissividade, possibilitando a programação da intervenção para reparo antes que ocorra o rompimento de componentes e materiais, que podem ocasionar o acidente.
As inspeções utilizando tecnologias como a Termografia Infravermelha e a Detecção de Corona por Ultravioleta, ampliam o nosso espectro de visão, nos ajudando a detectar essas anomalias térmicas, antecipando componentes avariados, falhas nos sistemas e possíveis situações de riscos aos trabalhadores, que dificilmente seriam localizadas pela inspeção visual.
Sanches (2009) explica que o sensor da câmera termográfica converte a radiação captada em pulsos elétricos, os quais são amplificados e convertidos em sinais digitais. Estes sinais são visualizados como imagens coloridas, em uma escala de cinza ou em cores correspondente a temperatura do objeto, podendo ser visualizados na câmera e analisados ou interpretados em softwares da própria fabricante do equipamento. A radiação é emitida naturalmente pelos corpos e captada pelo sensor que necessita da calibração do operador no equipamento, visando compensar erros que podem afetar as medidas, tais como a emissividade do material analisado, temperatura ambiente, range, escala de cores, umidade relativa do ar. Estas imagens térmicas são chamadas de termogramas que são uma forma gráfica passíveis de análise da intensidade de irradiações infravermelhas emitidas de um objeto em observação, do seu entorno refletida no objeto e da atmosfera.
A técnica termográfica pode ser classificada como qualitativa e quantitativa, afirma Dinis (2009). Qualitativa utilizando padrões térmicos para avaliar a anomalia identificada durante a inspeção e quantitativa nas análises da prioridade e seriedade para programação e planejamento da manutenção.
A inspeção termográfica é realizada utilizando essencialmente câmaras termográficas, e alguns equipamentos e acessórios, tais como, termómetros de contato (para permitir a determinação da emissividade) ou medidores de radiação térmica (para análise da envolvente), termômetros de ambiente e medidores de umidade do ar.
Na localização de anomalias térmicas dentro das manutenções é realizada uma inspeção e análise com profissional treinado, habilitado e capacitado a manusear um equipamento termográfico e identificar as causas de tais anomalias. Para otimização do processo de inspeção utiliza-se os principais períodos, com equipamento em pleno funcionamento e de maior demanda, para melhor analise das condições dos equipamentos e levantamento do perfil térmico dos componentes, levando em consideração à máxima temperatura admissível (MTA).
Santos (2010) descreve que através de ensaios, experiência em campo e dados dos fabricantes os valores obtidos para componentes com tensão de trabalho aplicados em redes de média tensão aplica-se a interpretação da máxima temperatura admissível como a somatória de 30º C com a temperatura ambiente nas conexões e terminais, em para-raios utiliza-se 1º C e em isoladores de porcelana a temperatura ambiente como referência, fazendo um comparativo da temperatura das demais fases, desde que não estejam desbalanceadas para identificação e prioridade de anomalias térmicas nas redes de distribuição para programação da manutenção.
Para o levantamento dos dados foi utilizado à câmera da empresa ULIR modelo TI 384 que pode ser vista na figura 2.
Figura 2: Ulirvision TI 384
Alguns detalhes técnicos sobre a câmera estão relacionados abaixo:
- Câmera de alta sensibilidade térmica e portátil,
- Excelente imagem térmica e medição de temperatura de alta precisão,
- Tamanho 330mm x 95mm x 86mm e pesa 650g,
- Sensibilidade térmica: <65mk em 30 °C,
- Faixa espectral: 8 - 14μm,
- Resolução: 384 x 288 pixels,
- Faixa de temperatura: -20°C a 120°C / 0°C a 350°C,
- Reconhecimento Automático de ponto Quente / Frio / Médio.
As imagens térmicas coletadas em campo foram analisadas e repassadas para o setor planejamento de manutenção, mostrando a necessidade de substituição dos equipamentos para que não houvesse acidentes de trabalhadores e ou terceiros que entrassem em contato com a estrutura ou componente, mantendo também a continuidade do fornecimento de energia.
Na figura 3, temos na estrutura vários isoladores de porcelana, responsáveis por sustentar e isolar o cabo energizado, expostos aos mesmos agentes do ambiente.
Analisando as temperaturas pelo range do termograma temos que os isoladores estão aproximadamente à 16ºC e sobre a estrutura um com 49,7ºC, representando uma anomalia térmica quando se comparado com os outros, após substituição foi localizado uma fissura, que dificilmente seria localizada visualmente do solo e que estava causando abertura do circuito devido a descargas de corrente de fuga pela estrutura. O condutor que estava sobre este e poderia romper caindo energizado, ocasionando um acidente tanto para o trabalhador ou qualquer indivíduo que entrasse em contato com o cabo. O trabalhador que entrasse em contato, ou estivesse próxima a esta estrutura sofreria de choque elétrico de contato.
Figura 3- Isolador
Fonte: Próprio autor.
Todo equipamento instalado na rede possui chaves de proteção, abertura e fechamento. Na imagem termográfica na figura 4 temos na estrutura um conjunto com 3 chaves do transformador , demonstrando com facilidade a localização da anomalia térmica pelo comparativo entre os mesmos equipamentos, havendo o aquecimento na fase do meio devido ao problema de conexão no fechamento do cartucho com fusível e atingiu um ponto de avaria do equipamento que poderia ter sua abertura causando arco elétrico e como consequência queimaduras e ou morte de trabalhadores não atentos a esta deterioração do material.
Figura 4- Chave Fusível
Fonte: Próprio autor.
Como a informação obtida pelos termogramas das figuras 3 e 4 foi realizada a manutenção evitando o rompimento dos componentes e o desligamento da energia elétrica. Na análise do termograma na figura 5, temos vários conectores do mesmo material, fornecedor, e estando exposto a igual temperatura ambiente, observa-se pela coloração no range que os conectores estão a temperatura de aproximadamente 18ºC e que uma conexão está com aquecimento a 58,3ºC, identificada durante a inspeção, porem antes da realização da manutenção neste ponto houve o rompimento do cabo de distribuição de média tensão 13,8Kv em rede compacta, causando um arco elétrico devido a abertura da linha com carga e que causariam sérias lesões e até a morte para indivíduos próximos ou acessantes da estrutura.
Figura 5 - Rompimento de Cabo
Fonte: Próprio autor.
Em todos os casos o problema foi identificado pelo termovisor e a experiência do termografista para analisar a imagem térmica foi importante para a localização das anomalias térmicas, sendo que assim demonstrado a importância de aplicações de tecnologias dentro da manutenção com o intuito prevencionista para que os trabalhadores não estejam sujeitos a choques elétricos, quedas e lesões devido ao rompimento/ problemas em conectores, cabos, isoladores, chaves, etc..., ou seja, com a utilização desta técnica podemos avaliar as condições de vários componentes do sistema elétrico.
A utilização de câmeras termográficas na inspeção e identificação de anomalias térmicas nas redes de distribuição de energia elétrica, instalações industriais como painéis é de extrema importância na prevenção de acidentes que causam ao trabalhador lesões físicas e psicológicas, afastando-o do trabalho ou afetando uma família.
Vários defeitos ou problemas em suas instalações e acidentes com trabalhadores podem ser antecipados e ou evitados, sendo que a cada aquecimento encontrado vários defeitos decorrentes são evitados, tendo assim uma distribuição de energia mais confiável, com maior qualidade e principalmente com segurança.
Estes casos relatados teriam poucas chances de serem localizados apenas por uma inspeção visual, sendo passado despercebido ao "olho humano" e não sendo identificado em sua análise preliminar de risco antes da execução da atividade.
As câmeras termográficas estão sendo utilizada em várias áreas, tanto para a inspeção preditiva, quanto para a preventiva eliminando muitos problemas de produção, evitando falhas elétricas, mecânica e fadiga de materiais que ocasionariam prejuízos às indústrias, concessionárias, permissionárias, cooperativas elétricas, e principalmente um grande risco a segurança, saúde e a integridade dos agentes expostos.
Abracopel. Artigo disponível pelo site: http://abracopel.org/blog/profissional-do-setor-eletrico-nao-deveria-morrer-eletrocutado/, acessado em 05/04/2016.
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Duarte, Maria R. da Silva. Abordagem da Física Moderna no ensino. Universidade de Coimbra, 2008.
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Kindermann, Geraldo. Choque Elétrico. Florianópolis – Sc: Edição do Autor – 2005.
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Santos, Marcos André de Melo. "O Emprego da Termografia na Inspeção Preditiva". 2010.
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ULIR. Disponível em: http://www.ulirvision.co.uk/, acessado em 16/08/2015.
Vieira, Sebastião Ivone. Manual de Saúde e Segurança do Trabalho: segurança, higiene e medicina do trabalho. Vol. 3. São Paulo: LTr, 2005.
1. Email: heverton@eletrorural.com.br
2. Email: jcapontes@utfpr.edu.br
3. Email: ariel@utfpr.edu.br