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

Abstract

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.