Calculadora de humidade no óleo: ppm, saturação relativa e temperatura de saturação

O que faz esta calculadora

Converte o teor de água de um óleo mineral entre miligramas por quilo (que é o que dá um Karl Fischer) e saturação relativa em percentagem (que é o que dá uma sonda capacitiva em linha), à temperatura que lhe indicar. E calcula duas coisas que quase nunca constam do relatório: a solubilidade do óleo a essa temperatura e a temperatura de saturação, abaixo da qual essa mesma água começa a aparecer como água livre.

Porque é que os ppm enganam

A água dissolvida no óleo não importa pela sua quantidade absoluta, mas pelo quão perto está de o saturar. E a solubilidade depende fortíssimamente da temperatura:

log₁₀(Ws) = 7,42 − 1670 / T

com T em kelvin e Ws em mg/kg. São cerca de 53 mg/kg a 20 °C, 255 a 60 °C e 490 a 80 °C.

A consequência prática: uma análise de 25 mg/kg colhida com o transformador quente parece tranquilizadora — menos de 10 % de saturação —, mas essa mesma água, quando a máquina arrefece para 20 °C, está a quase 50 % de saturação. Por isso uma amostra sem a temperatura do óleo anotada não serve de nada, e por isso as sondas em linha dão saturação relativa e não ppm.

A fórmula é para óleo mineral novo. Um óleo envelhecido ou oxidado dissolve mais água, pelo que a saturação real seria algo menor do que a que sai aqui: o resultado fica do lado conservador.

A temperatura de saturação

É o número mais útil desta calculadora e o que raramente se calcula. Dado o teor de água medido, indica a que temperatura esse óleo atingiria 100 % de saturação. Abaixo dela pode aparecer água livre, que é o que realmente afunda a rigidez dielétrica e o que provoca falhas em arranques a frio ou depois de uma paragem prolongada no inverno.

Um transformador com 40 mg/kg satura por volta dos 14 °C. Se estiver num local que desce abaixo dessa temperatura, o risco não é teórico.

Exemplo resolvido

Amostra de 20 mg/kg colhida com o óleo a 60 °C, numa unidade que em paragem fica a 20 °C.

• Solubilidade a 60 °C: 255 mg/kg → saturação 7,8 %: óleo seco.
• Solubilidade a 20 °C: 53 mg/kg → saturação 37,9 %: óleo muito húmido.
• Temperatura de saturação: 8,6 °C.

O mesmo óleo, a mesma água, duas leituras opostas. Se a unidade parar no inverno e o local descer abaixo de 9 °C, aparecerá água livre.

O que esta calculadora não faz

Não diz quanta água há no papel, que é onde está a maior parte e o que é preciso secar. O equilíbrio entre papel e óleo demora dias ou semanas a estabelecer-se e depende da temperatura e do histórico de carga, pelo que estimar a humidade do papel a partir de uma só amostra de óleo é pouco fiável; para isso usam-se curvas de equilíbrio e, melhor ainda, medições contínuas. Também não cobre ésteres nem óleos de silicone, cuja solubilidade é muito diferente da do mineral, nem substitui a medição de rigidez dielétrica.

Com que se mede

O teor de água determina-se por titulação Karl Fischer em laboratório, e a saturação relativa com sondas capacitivas instaladas no circuito de óleo, o que permite ver a evolução em vez de uma fotografia fixa. O analisador de óleo dielétrico e o resto dos equipamentos de medição sobre óleo cobrem a parte de ensaio; a secagem e a desgaseificação, a parte de tratamento. Se o óleo estiver húmido, convém olhar também para a análise de gases dissolvidos: a degradação do papel deixa rasto no CO e no CO₂.