Análise da influência da temperatura na vida em fadiga de cabos condutores de energia em alumínio liga (CAL) 6201-T81

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Ricardo Lenon da Silva
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40620
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.
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spelling Análise da influência da temperatura na vida em fadiga de cabos condutores de energia em alumínio liga (CAL) 6201-T81Cabos elétricos - fadigaCabos condutoresTemperaturaCurvas de WöhlerDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.O presente trabalho tem natureza experimental e apresenta a análise da influência da temperatura na vida em fadiga de cabos condutores de energia elétrica CAL 900 MCM da liga 6201-T81. A energia elétrica é elemento fundamental na vida do ser humano e estudos apontam para um crescimento considerável de demanda nos próximos anos. Desta forma, é necessário avaliar como é possível fornecer mais energia elétrica à sociedade. O condutor é o responsável pela transmissão desta energia e quando está em operação aquece devido a fatores climáticos e ao efeito Joule ocorrido pela corrente que passa pelo mesmo. Vários estudos têm sido realizados para investigar possibilidades de aumentar a vida útil das redes elétricas e a capacidade de transmissão das redes já existentes, todavia a influência da temperatura na vida em fadiga do condutor não tem sido um fator amplamente discutido nos trabalhos publicados. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência da temperatura de operação do condutor na vida em fadiga. A pesquisa consiste em obter curvas de Wöhler em temperaturas controladas, a saber, 75°C e 150°C e comparar com a curva em temperatura ambiente (20°C) presente na literatura (KALOMBO, 2017). Neste trabalho é realizada também a análise microscópica e macroscópica para observar o comportamento das falhas e as possíveis causas e ensaios de dureza em amostras submetidas a envelhecimento artificial e em amostras retiradas diretamente da bobina para verificar alterações decorrentes da temperatura nas propriedades mecânicas do material. Para realizar os ensaios de fadiga isotérmica desenvolvemos uma cúpula térmica com sistema de controle por software de alto desempenho que simula aquecimento no condutor decorrente da passagem de corrente elétrica. Este dispositivo possui aquecimento eficiente, preciso, seguro e estável que o credenciam para ensaios de fadiga nos condutores conforme os ensaios que comprovam tais características. O resultado das curvas obtidas permite concluir que a temperatura de 75oC não afeta a vida em fadiga dos cabos condutores CAL 900 MCM da liga 6201, sendo os resultados similares aos obtidos em ensaios a 20oC enquanto a curva de Wöhler a 150oC apresenta vidas maiores em até 90% quando comparado com as vidas previstas pela curva S-N em temperatura ambiente. Na análise das propriedades mecânicas constatam-se valores de dureza maiores em 13 HV e nas amostras que foram envelhecidas artificialmente pelos ensaios a 150oC durante quarenta e duas horas. Nas amostras submetidas a 75oC não houveram alterações substanciais. Através das análises de falhas percebe-se que mesmo com as temperaturas controladas foi observada características de falha por fadiga nas superfícies fraturadas, apresentando três regiões características com a zona de início da trinca próxima a marcas de fretting, zona de propagação com presença de marcas de praia e zona de ruptura final com rugosidade e dimples equiaxiais em maior quantidade, indicando possível predominância do carregamento por tração.Transmissora Brasileira de Energia (TBE).The present work presents the experimental and analysis of the temperature influence on the fatigue of the overhead conductor AAAC 900 MCM made of alloy 6201-T81 used on power line transmission. Electricity is a fundamental element for human lives and the studies related point to a considerable energy demand growth in the coming years. Therefore, it is necessary to evaluate the possibility of providing more electrical energy to societies. A conductor is one of the main components for energy transmission also during its operation, it heats up due to climatic factors. A top of that, the heat is due to the Joule effect that occurs by the current passing through the conductor. Several studies have been conducted to investigate the possibilities of increasing the fatigue life of electrical networks and the transmission capacity of existing networks, however a widely experimental discussion of the temperature influence on the conductor fatigue life could not be found in the literature. Thus, the objective of this work is to evaluate the influence of the operating temperature on the conductor fatigue lives. The aim of this study is to generate the Wöhler graphs at the controlled temperatures of 75°C and 150°C, thereafter the comparisons was made with the graph at room temperature (20°C) from the published thesis (KALOMBO, 2017). The data at 20°C presented unsatisfactory fatigue lives thus the verification was made whether the presence of temperature has an influence on the fatigue life of the overhead conductor or not. In this research work, the microscopic and macroscopic analysis were also performed in order to observe the behavior of failures and their possible causes. Finally, the artificial aging was performed on aluminium samples and hardness tests were realized in the samples that were taken directly from the conductor on the drum in order to verify the change of the material mechanical properties due to the temperature. To perform the isothermal fatigue tests on the conductor, the thermal box was designed with a control system using a high-performance software to simulate the heat resulting from the passage of an electric current. This device has been tested and accredited by means of the tests to prove its efficient, accurate, safe and stable heat during the conductor fatigue tests. The S-N graphs generated allowed to conclude that the temperature of 75oC did not have a sufficient impact on the fatigue life of the AAAC 900 MCM conductor made of aluminium 6201-T81 alloy. Meanwhile, the temperature of 150oC presented an increase in fatigue live of 90% than those presented by the same conductor at room temperature. The analysis done on mechanical properties revealed an higher hardness values equal to 13 HV in the samples that were artificially aged at 150oC with a duration of forty-two hours. On the other hand, the samples subjected to artificial aging of 75oC do not present a change in hardness compare to the ones from the overhead conductor drum. The increase in fatigue life proves that the heat treatment was inefficient in the production process of this overhead conductor since it had not reached the β phase with fine precipitates and consistent matrix. Concerning the failure analyses, it was observed that the presence of controlled temperatures maintained the standard behavior of a fatigue failure. Three characteristic regions presenting the standard behavior of a fatigue failure were observed: the crack initiation near the fretting mark, propagation region with a presence of beach marks and final rupture region with roughness surface. The microscopic analysis of final rupture region showed the presence of equiaxial dimples indicating that the final rupture was due to the traction loading. The positions with the highest incidence of fracture in the conductor were presented to facilitate the preventive and corrective maintenance of the transmission lines.Silva, Cosme Roberto Moreira daricardo_enm@unb.brRodrigues, Ricardo Lenon da Silva2021-04-23T14:33:48Z2021-04-23T14:33:48Z2021-04-232021-01-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRODRIGUES, Ricardo Lenon da Silva. Análise da influência da temperatura na vida em fadiga de cabos condutores de energia em alumínio liga (CAL) 6201-T81. 2021. 90 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/40620A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-13T20:17:26Zoai:repositorio.unb.br:10482/40620Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-13T20:17:26Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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