Recycled polymer crossarms: characterization of the materials, numerical analysis and tests in reduced models

Atualmente, a madeira ainda é o material mais usado nas cruzetas das redes aéreas de distribuição de energia elétrica no Brasil, o que vem causando problemas às companhias distribuidoras de energia elétrica quanto a: (i) degradação devida a defeitos e a ataques de fungos e de insetos, (ii) aumento dos custos operacionais, para a substituição das peças danificadas e (iii) problemas ambientais, uma vez que a matéria-prima está se tornando escassa e apresenta restrições ambientais. Nesse sentido, estudos vêm sendo realizados visando a substituição da madeira por outros materiais, tais como aço, concreto e materiais poliméricos reforçados com fibras. Embora os materiais termoplásticos com função estrutural sejam de uso bastante recente, quando comparados com madeira, concreto ou metais, vários fatores contribuem para sua utilização (e.g., o alto consumo energético na produção do aço e do cimento e a abundância de material plástico com custo competitivo). Diante disso, este trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma cruzeta de polímero reciclado, de modo que ela seja comercialmente competitiva e que apresente vantagens quando comparada com as demais cruzetas existentes no mercado, tais como peso reduzido, facilidade de instalação e possibilidade de retorno de parte do capital investido, uma vez que, quando danificadas, o material pode ser novamente reciclado. Para tanto, realizou-se uma análise das propriedades geométricas de possíveis seções transversais para as cruzetas. Uma vez definidas as seções mais adequadas, foram feitos modelos reduzidos de cruzetas poliméricas e ensaios experimentais, cujos resultados foram validados por análise numérica feita com o programa ANSYS. Constatou-se que os modelos numéricos desenvolvidos representaram de forma satisfatória o comportamento verificado nos ensaios e comprovaram a viabilidade de empregar os polímeros reciclados em cruzetas e em outros elementos estruturais. Entretanto, com era de se esperar, será necessário melhorar algumas de suas características, tais como a resistência e a rigidez.Nowadays, wood is still the most used material in crossarms of aerial power distribution lines in Brazil. However, it has caused problems to power utilities concerning (i) degradation due to defects and attacks of fungi and insects, (II) higher operational costs to replace damaged pieces and (III) environmental problems, as the raw material has become scarce and presented environmental restrictions. In this sense, studies have been conducted aiming to replace wood by other materials, such as steel, concrete and polymeric materials reinforced with short fibers. Although thermoplastic materials with structural function have a recent use, when compared to wood, concrete or metals, several factors contribute to their application (e.g., high energetic consumption in the production of steel and cement and the abundance of plastic material with competitive cost). Therefore, this work aims contribute to the development of a recycled polymer crossarm, to be commercially competitive, with advantages over the ones existing in the market, such as lower weight, easiness of installation and possibility of recovering part of the invested capital, when damaged, the material can be recycled again. An analysis of the geometric properties of possible transversal sections for the crossarms was conducted. After defining the most adequate sections, reduced models of polymeric crossarms and experimental tests were made. The results were validated by numerical analysis performed by ANSYS. The numerical models developed satisfactorily represented the behavior verified in the tests, proving the viability of using the recycled polymers in crossarms and other structural elements. However, as expected, some of their characteristics, such as resistance and stiffness, must be improved