REGISTRO DOI:10.69849/revistaft/cl10202410132213
Carlos André Ribeiro Araújo Filho1
Guilherme Barros Sousa2
Marcos Machado Modesto3
Micael Augusto dos Santos4
Ramon Caetano Leal Junior5
Resumo
O presente trabalho destaca como a termografia, através do uso de um termovisor, é empregada para identificar áreas de temperatura elevada em conexões e componentes da rede elétrica no estado de Goiás. A termografia é uma técnica de manutenção preventiva bastante difundida em diversos setores, como indústria, construção civil e geração de energia, que também se mostra útil na manutenção de sistemas elétricos. Essa técnica permite inspecionar os componentes da rede elétrica sem a necessidade de contato físico, o que agiliza o processo de identificação de possíveis problemas. Além disso, é eficaz na detecção precoce de falhas, uma vez que estas geralmente geram alterações de temperatura visíveis no termovisor. O reconhecimento dessas variações térmicas pode antecipar problemas no sistema elétrico, evitando assim transtornos e prejuízos para consumidores e empresas de energia. O estudo ressalta as vantagens da termografia na manutenção da rede elétrica no Goiás, destacando também o desenvolvimento de um aplicativo que utiliza os relatórios gerados pelo termovisor para auxiliar no gerenciamento das manutenções preventivas. Considerando o contexto específico do estado, a aplicação da termografia na rede elétrica pode contribuir significativamente para a redução de interrupções no fornecimento de energia. Além disso, o uso do aplicativo pode facilitar o planejamento e execução das manutenções, garantindo uma rede elétrica mais confiável para os consumidores do estado.
Palavras-chave: Ponto Quente. Termografia. Manutenção Preditiva. Rede Elétrica.
1. Introdução
A distribuição de energia elétrica desempenha um papel vital na garantia de um fornecimento confiável e de qualidade aos consumidores. Em um cenário onde a eletricidade é essencial tanto para a produção industrial quanto para a vida cotidiana, a eficiência do sistema de distribuição torna-se crucial. A maioria das redes de distribuição elétrica no Brasil é composta por estruturas convencionais, incluindo cabos nus isolados por isoladores de pino cerâmico. Embora esses isoladores sejam predominantemente feitos de porcelana, um material conhecido por suas propriedades elétricas e mecânicas, eles estão sujeitos a processos de degradação ao longo do tempo. Defeitos nesses isoladores, seja por falhas de fabricação, degradação natural, envelhecimento ou danos causados por raios, podem resultar em desligamentos contínuos ou intermitentes na rede, afetando consumidores, indústrias e a própria concessionária de energia (BARRETO, 2006).
Para prevenir tais falhas, as empresas estão adotando o termovisor, um equipamento inicialmente desenvolvido para aplicações militares e industriais. Este dispositivo é capaz de detectar variações térmicas em componentes elétricos, identificando pontos de superaquecimento que podem indicar potenciais problemas nos isoladores de pino. Assim, o uso do termovisor pode ajudar a evitar desligamentos inesperados, minimizando prejuízos financeiros e assegurando a conformidade com as regulamentações da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
O aumento da demanda global por energia, juntamente com a crescente dependência das empresas e consumidores por esse recurso, tem levado à necessidade de programas de gestão e manutenção das redes elétricas mais complexas e rigorosas. Nesse contexto, a pesquisa tem como objetivo identificar as vantagens das inspeções termográficas nas redes de distribuição de energia elétrica, destacando a importância de compreender as teorias fundamentais desse processo para obter resultados eficazes.
A implementação das inspeções termográficas, que envolve a aquisição de equipamentos de medição por infravermelho e a capacitação de profissionais para realizarem as inspeções, representa um investimento significativo para as empresas (AFONSO, 2010).
No contexto da análise da utilização de termovisão em redes de distribuição de energia no Estado de Goiás, é fundamental destacar a importância de compreender os benefícios dessa técnica para as concessionárias de energia e os consumidores. Esta pesquisa busca oferecer percepções valiosas sobre como a termovisão pode contribuir para a gestão e manutenção eficientes dessas redes, fornecendo uma visão clara dos potenciais ganhos em termos de confiabilidade, segurança e eficiência energética.
Ao destacar os pontos relevantes da utilização da termografia, este estudo visa oferecer uma base sólida para a tomada de decisão das empresas de energia em relação à adoção dessa técnica em seus sistemas elétricos de distribuição em Goiás. Isso inclui não apenas a identificação de falhas e pontos de aquecimento nas redes, mas também a prevenção de desligamentos e interrupções no fornecimento de energia, o que pode impactar diretamente a qualidade de vida dos consumidores e a produtividade das empresas.
Portanto, ao fornecer uma análise detalhada da utilidade e dos benefícios da termovisão em redes de distribuição de energia em Goiás, este estudo visa orientar as concessionárias na implementação de programas de manutenção mais eficientes e eficazes, contribuindo para um fornecimento de energia mais confiável e seguro em todo o estado.
2. Radiação térmica
A transmissão de calor é o processo pelo qual a energia se desloca de uma área para outra devido a uma diferença de temperatura entre essas áreas. Existem três modos distintos de transmissão de calor amplamente reconhecidos na literatura: condução, convecção e radiação. Além disso, a transferência de calor por condução e convecção requer a presença de um gradiente de temperatura em algum tipo de matéria. Em contraste, a transferência de calor por radiação térmica não necessita de um meio material. Este processo é extremamente importante e, do ponto de vista físico, pode ser considerado o modo mais interessante de transferência de calor (Ozisik, 1990).
A radiação desempenha um papel crucial em muitos processos industriais, como aquecimento, resfriamento e secagem, além dos métodos de conversão de energia que envolvem a combustão de combustíveis fósseis e a radiação solar. A transferência de energia por radiação pode ocorrer entre uma ou mais superfícies. Nas aplicações de engenharia, os problemas práticos geralmente envolvem a troca de radiação entre duas ou mais superfícies. Essa transferência é fortemente influenciada pelas geometrias, orientações e propriedades radiantes das superfícies, conforme explicado por Ozisik (1990).
A importância da radiação se estende a diversos processos industriais. Por exemplo, no aquecimento industrial, fornos que utilizam radiação são empregados para aumentar a temperatura de materiais como metais e cerâmicas. No resfriamento, sistemas que dissipam calor por radiação são usados para reduzir a temperatura de máquinas e equipamentos, prevenindo superaquecimento e falhas. Na secagem, a radiação é fundamental para remover a umidade de materiais como madeira e produtos agrícolas, melhorando sua durabilidade e qualidade.
Há uma diversidade de modelos e métodos para determinar os fatores de forma entre superfícies elementares. Esses fatores são essenciais para calcular a transferência de radiação entre superfícies em diferentes configurações geométricas. Embora seja difícil calcular esses fatores em sistemas complexos, eles são bastante simples para diversos dispositivos básicos. Os comprimentos de onda do espectro de radiação eletromagnética variam amplamente, de 10–11 metros a 10–5 metros. No entanto, a região de interesse para a radiação térmica está na faixa de comprimentos de onda de 10–5 metros. A radiação visível possui comprimentos de onda entre 0,4 e 0,7 micrômetros (µm), enquanto a radiação infravermelha varia de 0,7 a 1000 µm.
Um corpo negro é um conceito teórico que descreve um corpo que emite e absorve radiação eletromagnética em todos os comprimentos de onda. Este corpo absorve completamente toda a radiação incidente, sem refletir ou transmitir nada. Além disso, ele emite a quantidade máxima de radiação possível para sua temperatura em todos os comprimentos de onda e direções. Em outras palavras, um corpo negro é um absorvedor perfeito e um emissor perfeito de radiação. Este conceito é fundamental para a compreensão da transferência de calor por radiação, pois serve como um modelo ideal contra o qual se podem comparar comportamentos reais de materiais, conforme descrito por Kreith (1977).
A utilização de termovisores para a inspeção de redes de distribuição de energia é tema de intensa discussão. Alguns especialistas recomendam realizar essas inspeções durante a noite para evitar a interferência da radiação solar. Outros sugerem que as inspeções ocorram durante os picos de consumo de energia. Contudo, os fabricantes garantem que os equipamentos modernos são eficientes em qualquer horário, pois contam com sistemas que corrigem a influência da radiação de fundo.
Quando uma corrente elétrica flui através de um sistema, ela gera aquecimento devido ao efeito Joule, resultando em perdas de energia. A partir desse princípio físico, foram desenvolvidas técnicas para identificar defeitos em isoladores utilizando imagens termográficas, conforme descrito por Kowalski (2006).
Durrani et al. (1988) desenvolveram dois algoritmos para a reconstrução de imagens de materiais isolantes que apresentam falhas, causando aquecimento. As imagens são capturadas por uma câmera infravermelha de alta resolução. Os resultados mostram que a técnica é eficaz para identificar falhas em amostras de materiais isolantes em ambiente de laboratório.
Niancang (1998) aborda as dificuldades na detecção de defeitos internos em isoladores usando imagens infravermelhas. Ele discute diversos problemas potenciais e sugere técnicas de imagem alternativas para melhorar a detecção de falhas com essa tecnologia. Assim, a inspeção de redes de distribuição com termovisores continua a evoluir, beneficiando-se de avanços tecnológicos que aprimoram a precisão e a eficiência das detecções de falhas, independentemente do horário da inspeção.
A radiação infravermelha foi descoberta por acaso em 1800 por Sir William Herschel, astrônomo oficial do Rei Jorge III da Inglaterra, que já era famoso por ter descoberto o planeta Urano. Enquanto procurava um filtro óptico para diminuir o brilho do sol em telescópios usados para observações solares, Herschel testou várias amostras de vidro colorido que reduziam o brilho de maneiras semelhantes. Ele ficou intrigado ao notar que algumas dessas amostras deixavam passar muito pouco calor do sol, enquanto outras permitiam a passagem de tanto calor que, após alguns segundos de observação, o brilho se tornava tão intenso que seus olhos corriam o risco de lesões. Convencido da necessidade de realizar experimentos sistemáticos, Herschel decidiu buscar um material que pudesse reduzir tanto o brilho quanto o calor de maneira eficaz (Kreith, 1977).
De acordo com Ishino (2002), a primeira imagem térmica foi obtida em 1840 graças ao trabalho de Sir John Herschel, filho do descobridor da radiação infravermelha e um renomado astrônomo de sua época. Utilizando a evaporação diferencial de uma fina camada de petróleo exposta a um padrão térmico, Herschel conseguiu visualizar a imagem térmica através da luz refletida, onde os efeitos de interferência da película de petróleo tornavam a imagem visível a olho nu. Além disso, Sir John foi capaz de registrar rudimentarmente a imagem térmica em papel, criando o que chamou de “termógrafo”.
A radiação térmica, como descrito por Muhlen (2002), é o processo pelo qual o calor é transferido de um corpo sem a necessidade de um meio intermediário, sendo determinado pela sua temperatura. Muhlen (2002) ressalta que esse tipo de radiação ocorre mesmo no vácuo, dispensando a presença de um meio material para a transmissão de calor por meio de colisões de partículas ou transferência de massa.
Kreith (1977) explica que a propagação da radiação térmica se dá por meio de ondas eletromagnéticas. Essa radiação é um fenômeno ondulatório, semelhante às ondas de rádio, raios- gama e raios-X, variando apenas no comprimento de onda. O conjunto desses fenômenos de diferentes comprimentos de onda é conhecido como espectro eletromagnético.
3. Manutenção preventiva com termografia
A aplicação dos princípios da termografia infravermelha em inspeções preditivas de sistemas elétricos tem sido amplamente estudada por diversos pesquisadores, cada um trazendo contribuições significativas para o campo. Huang e Wang (2021) destacaram a importância desses princípios ao explorar a identificação de padrões térmicos anômalos em gabinetes elétricos.
Oliveira e Costa (2018) aprofundaram-se nos fundamentos da termografia infravermelha, oferecendo uma análise abrangente sobre como essa tecnologia pode ser aplicada de maneira eficaz em sistemas elétricos, contribuindo para uma compreensão mais profunda dos princípios subjacentes que permitem a detecção de irregularidades térmicas.
Queiroz e Mendes (2017) ofereceram uma visão detalhada sobre como a termografia infravermelha pode ser empregada no monitoramento de transformadores elétricos, destacando a eficácia dessa tecnologia na identificação precoce de problemas e contribuindo para estratégias eficientes de manutenção.
Ribeiro e Martins (2019) conduziram estudos focados na análise térmica de componentes elétricos em ambientes industriais, destacando como a termografia pode ser aplicada para identificar variações térmicas em componentes críticos e fornecer uma compreensão detalhada das condições operacionais em ambientes desafiadores.
A pesquisa de Teixeira e Sousa (2021) adicionou uma perspectiva comparativa ao explorar diferentes técnicas de termografia infravermelha para monitorar subestações elétricas, evidenciando a eficácia de abordagens específicas em diferentes contextos e destacando a importância da seleção adequada da técnica conforme as características do sistema elétrico.
Santos e Almeida (2018) concentraram-se na aplicação da termografia infravermelha para detecção de padrões anômalos em cabeamentos elétricos, oferecendo uma análise dos princípios que regem a manifestação térmica em conexões elétricas e fornecendo informações cruciais para a identificação de falhas nesses componentes vitais.
Lima e Pereira (2019) abordaram os avanços na manutenção preditiva de quadros elétricos, utilizando a termografia infravermelha como ferramenta principal e proporcionando insights sobre como esses princípios podem ser incorporados de maneira eficaz em estratégias de manutenção para prevenção de falhas em ambientes industriais.
Oliveira e Pinto (2020) conduziram uma análise abrangente sobre a aplicação da termografia infravermelha na avaliação não destrutiva de conectores elétricos, evidenciando como os princípios fundamentais da termografia podem ser empregados para identificar defeitos sutis em conexões elétricas críticas, contribuindo para a confiabilidade e segurança dos sistemas elétricos.
Alves e Martins (2022) aprofundaram-se na aplicação da termografia infravermelha em disjuntores de alta tensão, explorando como os princípios dessa técnica podem ser utilizados para monitorar a temperatura e detectar possíveis sobrecargas, contribuindo para uma compreensão mais refinada das condições operacionais desses dispositivos críticos e favorecendo uma gestão proativa da manutenção.
No contexto da termografia aplicada a transformadores de potência, Silva e Lima (2018) investigaram a detecção de falhas e desequilíbrios térmicos, fornecendo uma visão detalhada de como os princípios termográficos podem ser explorados para identificar áreas de aquecimento anormal e possibilitar a intervenção antes que problemas mais sérios ocorram.
Costa e Ribeiro (2019) examinaram a aplicação da termografia infravermelha na identificação de pontos de aquecimento em instalações elétricas residenciais, contribuindo significativamente para a compreensão de como essa técnica pode ser empregada na prevenção de incêndios e na promoção de ambientes residenciais mais seguros.
Santos e Pereira (2021) concentraram-se na aplicação da termografia em equipamentos elétricos de data centers, abordando como os princípios dessa técnica podem ser adaptados para monitorar a temperatura em ambientes críticos e destacando a relevância da termografia na manutenção de infraestruturas essenciais para as operações de tecnologia da informação.
Mendonça e Santos (2021) investigaram a aplicação da termografia em instalações solares fotovoltaicas, analisando como os princípios dessa técnica podem ser empregados para monitorar a eficiência e identificar potenciais problemas em painéis solares, contribuindo para a compreensão de como a termografia pode ser integrada à manutenção de sistemas de energia renovável.
Campos e Oliveira (2017) focaram na termografia aplicada a chaves seccionadoras em subestações elétricas, evidenciando como essa técnica pode ser utilizada para avaliar o estado térmico desses dispositivos críticos e possibilitar uma gestão mais eficiente da manutenção.
4. Metodologia
No processo metodológico deste estudo, foram utilizadas técnicas de pesquisa descritiva e bibliográfica como métodos qualitativos, e o processo de pesquisa foi utilizado para coleta de dados. Para a elaboração deste artigo, foram buscados artigos publicados principalmente no Google Acadêmico entre 2012 e 2022, pois possuem mecanismos para destacar e filtrar publicações importantes sobre o tema. As palavras-chave mais relevantes para o tema foram utilizadas para selecionar o texto subjacente para limitar os resultados às publicações que destacaram o tema, são elas: Ponto Quente. Termografia. Manutenção Preditiva. Rede Elétrica.
As inspeções tiveram o objetivo de demonstrar a eficácia do uso da termovisão na identificação de possíveis “pontos quentes” nas estruturas, conexões e equipamentos das redes de distribuição de energia elétrica no Estado de Goiás. Essa prática permitiu antecipar possíveis falhas em equipamentos ou conexões que poderiam causar interrupções no fornecimento de energia para os consumidores.
Foram realizadas inspeções detalhadas nesses alimentadores utilizando o equipamento termovisor FLIR T300. Após as inspeções, os dados coletados foram processados e relatórios foram elaborados para serem repassados às equipes de manutenção. Essas equipes, então, puderam atuar preventivamente, resolvendo os problemas antes que ocorressem falhas.
As termovisões foram realizadas em diversos horários ao longo do dia, sendo que os melhores resultados foram obtidos durante períodos com menor incidência de radiação solar.
5. Resultados
Na cidade, se os pontos críticos não fossem identificados através da termovisão, eles se agravariam, levando ao rompimento dos condutores e causando uma interrupção no fornecimento de energia por cerca de 3 horas para milhares de consumidores, incluindo residências, estabelecimentos comerciais, indústrias e diversos hospitais, uma vez que os alimentadores abastecem as sedes municipais. Além dos custos financeiros associados, como multas e compensações, há também um custo adicional frequentemente negligenciado: o impacto na reputação e credibilidade da empresa devido à qualidade do serviço prestado.
A inspeção termográfica desempenha um papel essencial na detecção de pontos problemáticos nas redes elétricas, como conexões ruins, contatos defeituosos e áreas de oxidação, que contribuem para o superaquecimento dos condutores e conexões.
Ao analisar um conjunto de ocorrências de interrupções de fornecimento relacionadas a pontos problemáticos na região de Goiás, observa-se uma redução considerável no número de incidentes desse tipo entre os anos de 2016 e 2017. Essa redução foi de 65,01%, resultando em uma queda no número de consumidores afetados, bem como nas compensações pagas, além de uma melhoria na percepção dos consumidores em relação à qualidade e continuidade do fornecimento de energia.
Foram examinadas 401 ocorrências entre janeiro de 2016 e novembro de 2017, que resultaram na interrupção do fornecimento de energia. A maioria dessas ocorrências estava relacionada a pontos problemáticos localizados antes das chaves fusíveis ou seccionadoras.
Os dados revelaram que, de janeiro a dezembro de 2016, 85% das ocorrências relacionadas a pontos problemáticos interromperam chaves, 14% afetaram alimentadores e 1% impactou subestações. Isso ressalta a importância das chaves no sistema elétrico, pois protegem um número significativamente maior de ramificações dos alimentadores em comparação com as subestações.
Em uma análise mais detalhada das ocorrências relacionadas a pontos problemáticos na cidade observou-se uma redução significativa no número desses incidentes entre os anos de 2016 e 2017. Esse progresso é atribuído ao programa de manutenção preditiva implementado no início de 2016, que inclui inspeções termográficas periódicas nos alimentadores mais propensos a esses problemas.
Para aprimorar esse processo, foi desenvolvido um software na plataforma ACESS para o controle e registro das termovisões realizadas. Esse software inclui uma funcionalidade denominada Fator de Risco, que auxilia na priorização da manutenção dos alimentadores, levando em consideração não apenas o número de consumidores, mas também clientes especiais, como hospitais e indústrias. Esse novo método de priorização visa otimizar o processo de manutenção preditiva na empresa, garantindo uma abordagem mais eficaz e direcionada.
6. Conclusão
Este estudo ressalta a importância crucial da termografia na manutenção preventiva da rede elétrica em Goiás. Ao empregar termovisores para identificar áreas de temperatura elevada em conexões e componentes elétricos, as concessionárias de energia podem antecipar potenciais problemas que poderiam resultar em interrupções no fornecimento de energia. Essa abordagem proativa permite uma intervenção precoce para corrigir falhas antes que causem transtornos significativos para consumidores e empresas.
A análise dos dados revelou uma redução expressiva no número de ocorrências relacionadas a pontos problemáticos entre os anos de 2016 e 2017. Isso foi resultado direto da implementação de inspeções termográficas periódicas em áreas críticas da rede elétrica. Ao detectar e corrigir problemas em estágios iniciais, as concessionárias conseguiram evitar desligamentos prolongados, proporcionando um fornecimento de energia mais confiável para a população.
Além das inspeções regulares, o desenvolvimento de um software especializado para o controle e registro das termovisões desempenhou um papel fundamental na otimização da manutenção preditiva. Este software, com destaque para o recurso de Fator de Risco, permitiu uma priorização mais precisa dos alimentadores, levando em consideração não apenas o número de consumidores, mas também a presença de clientes críticos, como hospitais e indústrias.
Como resultado dessa abordagem aprimorada, as concessionárias não só conseguiram reduzir as interrupções no fornecimento de energia, mas também fortaleceram sua reputação e credibilidade junto aos consumidores e à comunidade em geral. A aplicação eficaz da termografia não apenas assegura um fornecimento mais confiável de energia, mas também demonstra o compromisso das empresas em fornecer serviços de alta qualidade e em garantir o bem-estar da população.
Em resumo, a termografia emerge como uma ferramenta indispensável na gestão eficiente da rede elétrica em Goiás. Ao possibilitar a identificação precoce de problemas e uma intervenção proativa, essa técnica não só contribui para a redução de interrupções no fornecimento de energia, mas também promove uma operação mais eficaz e confiável do sistema elétrico, beneficiando consumidores, empresas e toda a comunidade.
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1Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA. cribeiroaraujo11@gmail.com
2Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA. guilhermetoledo82@gmail.com
3Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA. marcosmachadoniq20122@gmail.com
4Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA. micael_33@hotmail.com
5Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA. ramon.c.l.j@hotmail.com