Estudo da mecânica da fratura de uma porcelana elétrica formulada com resíduo de isolador elétrico

Abstract

A expansão e manutenção das redes de distribuição de eletricidade resultam na geração de consideráveis quantidades de resíduos, predominantemente na forma de isoladores descartados que, em sua maioria, não são reutilizados nem reciclados. Neste contexto, este trabalho estudou a mecânica da fratura e a influência da microestrutura e temperatura de queima nas propriedades mecânicas de uma formulação de isolador elétrico de porcelana de baixa tensão. Abordou-se a formulação de uma porcelana elétrica com 40% de resíduo de isoladores descartados, explorando suas propriedades tecnológicas e mecânicas em relação à temperatura de queima e microestrutura. O processo teve início com a coleta de um isolador elétrico descartado durante a renovação da rede elétrica no bairro Belém Novo, em Porto Alegre. Posteriormente, procederam-se à cominuição e à preparação de corpos de prova compostos por 40% de isolador, 40% de argila caulinítica e 20% de feldspato. As matérias-primas foram submetidas à análise por meio das técnicas de FRX e DRX. A queima foi realizada em três temperaturas distintas: 1300ºC, 1350ºC e 1400ºC. O controle do processo de queima foi monitorado por meio da curva de gresificação, com análise dos valores de absorção de água e retração linear, porosidade e densidade aparente. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de flexão e microdureza. Através de técnicas de MEV foi possível associar o comportamento observado à microestrutura. Os resultados revelaram baixa absorção de água (0,32% e 0,51% a 1350ºC e 1400ºC) indicando boa sinterização. As condições de queima exercem grande influência na resistência mecânica. Observou-se que o isolador descartado e a peça queimada a 1350ºC possuem mesma dureza. As peças produzidas tiveram resistência mecânica inferior à norma vigente para isoladores elétricos de porcelana, ainda assim, existe o potencial para reciclagem de isoladores elétricos.

The expansion and maintenance of electricity distribution networks results in the generation of considerable amounts of waste, predominantly in the form of discarded insulators which, for the most part, are neither reused nor recycled. In this context, this work studied fracture mechanics and the influence of microstructure and firing temperature on the mechanical properties of a low-voltage porcelain electrical insulator formulation. The formulation of an electrical porcelain with 40% waste from discarded insulators was addressed, exploring its technological and mechanical properties in relation to firing temperature and microstructure. The process began with the collection of an electrical insulator discarded during the renovation of the power grid in the Belém Novo neighborhood of Porto Alegre. Subsequently, it was comminuted and specimens made up of 40% insulator, 40% kaolinitic clay and 20% feldspar were prepared. The raw materials were analyzed using XRF and XRD techniques. Firing was carried out at three different temperatures: 1300ºC, 1350ºC and 1400ºC. Control of the firing process was monitored using the gresification curve, with analysis of the values for water absorption and linear shrinkage, porosity and apparent density. The mechanical properties were assessed using bending and microhardness tests. Using SEM techniques, it was possible to associate the behavior observed with the microstructure. The results showed low water absorption (0.32% and 0.51% at 1350ºC and 1400ºC), indicating good sintering. Firing conditions have a major influence on mechanical strength. It was observed that the discarded insulator and the piece fired at 1350ºC have the same hardness. The pieces produced had lower mechanical resistance than the standard in force for porcelain electrical insulators, but there is still potential for recycling electrical insulators.