Como enrolar transformadores

[Guilherme]

O papel kraft natural é muito ácido e não deve ser empregado como isolante elétrico.

O papel kraft alcalino, ou papel kraft dielétrico, é um dos papéis isolantes mais adequados para aplicação em transformadores. O kraft alcalino que tem nome comercial "isolex", entre outros, é encontrável em espessuras de entre 0,10 e 0,30mm.

É facilimo achá-lo em distribuidores, como, por exemplo, na Isopel e na Proelis.

[marcao_cfh]

Muito obrigado, Xformer e Guilherme. Vou ver se faço um enrolamento em breve (ainda preciso finalizar minha bobinadeira) e vou usar a fita crepe para o primeiro teste. Enquanto isso, vou procurar o kraft alcalino na cidade vizinha.

[A.Sim]

O mito do papel alcalino.

Eu recomendo a leitura do seguinte paper http://buenomak.com.br/publicacoes/pdf/ISOLACAO_avaliacao_%20GP_%20antes_pos_secagem_celg.pdf
onde se pode ler, no item 1.1, que o envelhecimento do papel kraft acarreta a diminuição da resistência mecânica do papel. Também se pode ler que, mesmo degradado, "o papel ainda mantém suas propriedades isolantes".

Qual é o problema, então, com o pH do papel utilizado na fabricação dos transformadores ?

É que "transformador", para a indústria elétrica, é o transformador DE DISTRIBUIÇÃO, aquele utilizado pelas companhias elétricas... além do tamanho maior, a técnica construtiva desse tipo de transformador é diferente, dependendo fortemente da resistência mecânica dos papéis isolantes utilizados na fabricação das bobinas - até porque os esforços mecânicos nos enrolamentos, durante o funcionamento, são várias ordens de grandeza maiores do que os esforços existentes nos transformadores pequenos utilizados em Eletrônica.

A vida útil do transformador de distribuição está ligada à degradação do isolamento ( vide o paper ), e essa degradação é mais rápida para papéis ácidos do que para papéis alcalinos. Vejamos o que diz a Wiki sobre o papel:

"Acid-free paper is paper that is infused in water yields a neutral or basic pH (7 or slightly greater). It can be made from any cellulose fiber as long as the active acid pulp is eliminated during processing. It is also lignin- and sulfur-free...

Paper made from wood-based pulp that has not had its lignin removed turns yellow, becomes brittle, and deteriorates over time. When exposed to light and/or heat, the molecules in the acidic paper will break down even faster."

Ora, um transformador de distribuição é um equipamento caro, cuja confiabilidade deve ser elevada ( afinal, está ligado 24/7 ). Assim, fica "proibido" usar papel ácido dentro de um transformador de distribuição, a fim de maximizar a vida útil. Faz sentido, não ? Eu especulo ainda se não há uma segunda razão; o óleo ser capaz de adquirir uma certa acidez proveniente do papel e vir a causar problemas de corrosão...

O processo de fabricação dos transformadores pequenos usados em Eletrônica não exige do papel isolante as mesmas características mecânicas que seriam necessárias em um transformador elétrico de grande porte. A função do papel isolante, entre as camadas, é mais para permitir o acomodamento do fio em camadas uniformes do que propriamente isolar eletricamente uma camada da outra. Essa necessidade existia nos tempos do Martignoni, com os fios esmaltados da época, mas os modernos fios esmaltados permitem hoje que se construa bobinas que suportam, por exemplo, a tensão da rede, sem isolamento intermediário. Não fosse assim, não teríamos transformadores pequenos vendidos nas lojas a R$ 15,00... R$ 20,00.

Já o isolamento entre enrolamentos não pode ser feito com papel kraft simplesmente, conforme pode ser visto em http://www.schatz.eng.br/textos/influence_varnish_dilution.pdf ; nessa situação, pouco importa se o papel é ácido ou alcalino.

Uma diferença importante entre o transformador eletrônico e o transformador elétrico é que o primeiro é envernizado após a montagem... o verniz confere ao papel uma resistência mecânica adicional, que não existe no transformador banhado em óleo. Assim, mesmo que o papel degrade quimicamente, o verniz mantém as fibras unidas e preserva, em certa proporção, a resistência mecânica do papel.

Concluindo, o ideal é utilizar papel alcalino. Mas, na sua falta, pode-se usar o papel ácido. Mesmo porque famosos fabricantes do passado ( Willkason ? EASA ? ) usavam papel ácido e os transformadores continuam por aí, funcionando mesmo após 50 anos.

[marcao_cfh]

Bastante interessante.

Aproveitando, e por que a necessidade de isolar entre camadas nos transformadores de saída? Entre primário e secundário é para prevenir possíveis curtos caso o esmalte isolante dos fios ceda, mas e no de saída? É relacionado à prevenção de curtos também, devido à alta tensão nos fios?

[kem]

Bastante interessante.

Aproveitando, e por que a necessidade de isolar entre camadas nos transformadores de saída? Entre primário e secundário é para prevenir possíveis curtos caso o esmalte isolante dos fios ceda, mas e no de saída? É relacionado à prevenção de curtos também, devido à alta tensão nos fios?

Sim. Se aparecer DC no secundário... Queima o falante.
Fora risco de choque e curto, visto que o secundário em geral é aterrado.

[A.Sim]

Bastante interessante.

Sim, deveras. A Schatz deve ser a primeira fabricante de transformadores para Eletrônica que aplica o conhecimento científico no desenvolvimento de seus produtos, abolindo os cálculos empíricos do prof. Martignoni - os quais, convenhamos, já tiveram seu tempo.

[Eduardo]

Será que um banho em solução de hidróxido de cálcio melhoraria as características de um papel ácido?

Hidróxido de cálcio (cal) não é muito solúvel em água, mas é uma base excelente para neutralizar todo quanto é tipo de ácido. Também é um bom protetor contra corrosão de ligas ferrosas.

Estou divagando, mas pode ser que valha a pena um teste.

[A.Sim]

Lamento, mas acho que o pH do papel é controlado pelas substâncias que o compõe e que não podem ser apenas neutralizadas.

A acidez do papel é devida à presença de lignina nas fibras de celulose. O papel Kraft já é produzido digerindo-se a madeira com NaOH, logo, não deveria restar nenhum caráter ácido no material, não ?

[nelsonpaschoal]

Boa tarde,

Sim vale o teste, mas talvez com soda caustica, porque de fato o hidróxido de cálcio é muito pouco solúvel, uma solução de NaOH 1 molar deve dar conta de neutralizar algum ácido precipitado como por exemplo a lignina ou sulfatos que com umidade fazem baixar o pH. Mas lave na sequencia com água filtrada depois destilada para remover a soda que na secagem vai deixar cristais no papel. Mas na boa, acho que vai dar tanto trabalho que é melhor ir direto num papel alcalino, por processo kraft que é a digestão com soda.

[A.Sim]

Com certeza, tratar papel antes de usar não é produtivo dentro do ambiente de fabricação de transformadores. O papel já deve ser adquirido adequado ao uso como isolante.

[Eduardo]

Com certeza, tratar papel antes de usar não é produtivo dentro do ambiente de fabricação de transformadores.

Sem dúvida, dentro de um ambiente de fabricação, é mais barato comprar o papel alcalino. Da mesma forma que ninguém na indústria vai tentar galvanizar placas de circuito com vinagre e solda como eu faço. Numa fábrica os insumos devem ser adquiridos prontos. Ao sugerir a adição de cal ao papel, estou pensando no maker que faz um transformador por ano em casa e consegue um pedaço de papel kraft com o açougueiro na esquina. Não vai, por tão pouco, comprar uma bobina de papel alcalino.

Sim vale o teste, mas talvez com soda caustica, porque de fato o hidróxido de cálcio é muito pouco solúvel, ....

O problema do hidróxido de sódio é justamente ser solúvel. Pior, é higroscópico e corrosivo. Usar um papel com resíduos de soda na confecção do que quer que seja é um convite a corrosão. O hidróxido de cálcio por outro lado ajuda a secar. Na presença de gás carbônico, o hidróxido de cálcio reage com a umidade presente formando carbonato de cálcio, que continua a ter caráter alcalino.

O papel Kraft já é produzido digerindo-se a madeira com NaOH, logo, não deveria restar nenhum caráter ácido no material, não ?

Sim, caso sobrasse NaOH na polpa. Mas se isso ocorrer, como eu disse acima, o papel seria higroscópico e corrosivo. O que deve acontecer, e isso é especulação minha, é que toda soda deva ser removida da polpa ou neutralizada. A acidez deve surgir após a polpa ser transformada em papel, pela decomposição ou transformação da lignina em outras coisas. Se alguma base, mesmo pouco solúvel, for mantida no papel, qualquer acidez será neutralizada.

Nos papeis brancos, a acidez é causada pelo enxofre que resta na polpa. Enxofre é usado como agente branqueador e, com o tempo, se oxida formando vários ácidos, entre eles o sulfúrico (esta explicação eu li em uma embalagem de papel A4 alcalino). Aliás, o termo papel "sulfite" vem justamente da adição de enxofre (sulphuris).

Isso teria que ser testado, banhando-se dois pedaços de kraft comum, um em água e outro em uma solução de hidróxido de cálcio, deixados secar e observar qual deles deteriora primeiro depois de 10 anos. O banhado em água é o controle.

Alguém se candidata a um experimento tão longo?

PS
Parece que não dei um chute tão fora. Fiz uma pesquisa no Google e encontrei vários artigos falando sobre o tratamento de papel com hidróxido de cálcio. Os artigos são em sua maioria sobre conservação e restauração de livros antigos e não só o hidróxido de cálcio pode ser usado mas também o bicarbonato de cálcio, bicarbonato de magnésio, hidróxido de bário, carbonato de amônia (sal amoníaco) e mais uma porção deles.

http://cool.conservation-us.org/coolaic/sg/bpg/pcc/20_neutralization.pdf

[A.Sim]

Não é necessário esperar dez anos. Basta aquecer as amostras. Pela lei de Arrhenius, o processo deve levar bem menos tempo...

[xformer]

Eu também pensei e ia sugerir bicarbonato de sódio (eu uso quando dá azia) que não é corrosivo e é mais fácil de encontrar.

Vou fazer um experimento pincelando solução de água com bicarbonato no papel.
Na verdade eu tenho uma folha grande de papel rosa que comprei na Líder como papel pra fazer o isolamento dos enrolamentos, mas não sei se é alcalino (eles me falaram que usavam esse papel).  Eu até brinquei que era papel de embrulho e o vendedor falou que era mesmo.

Antes eu pedia uns retalhos de papel e eles me davam tiras de um papel cartão cor de chumbo que era bem melhor, mas segundo eles não tinha mais.

[Eduardo]

O problema é o sódio! Sódio vai favorecer corrosão. Compra um frasco de leite de magnésia (hidróxido de magnésio) e vê no que dá. O magnésio e o cálcio são quimicamente muito parecidos. Existe inclusive o termo "cal dolomítica" para descrever a cal (hidróxido de cálcio) com alta contaminação de magnésio. Os pedreiros preferem a dolomítica porque o reboque tende a trincar menos.

[A.Sim]

Eu sugiro não fazer qualquer coisa que possa contaminar o papel. Usando papel ácido, o transformador vai durar 50 anos; contaminando o papel com íons que podem corroer o fio, talvez alguns meses.