[pt] ESTABILIDADE E DEGRADAÇÃO TÉRMICA DE TUBOS DE POLIETILENO FOTO-RETICULADO PARA APLICAÇÃO EM ARMA ZENAMENTO DE ENERGIA GEOTÉRMICA

[en] STABILITY AND THERMAL DEGRADATION OF PHOTO-CROSSLINKED POLYETHYLENE PIPES FOR GEOTHERMAL ENERGY STORAGE APPLICATIONS

[pt] GIULIA SIMAO BARRETO DE SOUSA

[pt] POLIETILENO CURADO POR UV

[pt] MASSA MOLAR ENTRE RETICULACOES

[pt] RMN ESTATICA DE PROTONS

[pt] RMN DE ANGULO MAGICO GIRATORIO

[pt] RMN EM ESTADO SOLIDO

[pt] DEGRADACAO DO POLIETILENO

[en] UV CURED POLYETHYLENE

[en] MOLECULAR WEIGHT BETWEEN CROSSLINKS

[en] 1H STATIC NMR

[en] MAGIC SPINNING ANGLE NMR

[en] SOLID STATE NMR

[en] POLYETHYLENE DEGRADATION

[pt] Este estudo avalia a degradação e a estabilidade de tubos de polietileno reticulado (PEX) projetados para sistemas de armazenamento de energia geotérmica em poços (borehole thermal energy storage- BTES). O foco principal é dado a um novo tipo de tubo PEX, fabricado por meio de um processo de reticulação fotoinduzida (PEX-e). Foram analisadas duas formulações desse material, PEX-e1 e PEX-e2, comparando-as com tubos comerciais de polietileno reticulado por peróxido (PEX-a) e de polietileno bimodal não reticulado (PE100). Na primeira etapa, os tubos foram caracterizados em sua condição como recebidos, a fim de investigar a morfologia e as propriedades após o processamento. O grau de reticulação foi avaliado por meio do teor de gel, enquanto a densidade de reticulação foi determinada utilizando análise mecânica dinâmica (DMA). A composição das fases e a mobilidade molecular foram examinadas por ressonância magnética nuclear (RMN) de prótons e calorimetria exploratória diferencial (DSC), enquanto a estabilidade oxidativa foi medida pelo tempo de indução de oxidação (OIT). Ambas as formulações PEX-e apresentaram elevado grau de reticulação e altos valores de OIT. Na segunda etapa, foi feita uma análise detalhada do envelhecimento de longo prazo. Para isso, os tubos foram submetidos a imersão em água na temperatura de serviço dos sistemas por 210 dias. Alterações nas propriedades foram monitoradas por técnicas como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), RMN de prótons e carbono-13, colorimetria e DMA. Os resultados indicaram que o envelhecimento físico predominou nos primeiros 30 dias, enquanto, ao longo do tempo, a cisão de cadeias tornou-se o principal mecanismo de degradação. Apesar dos altos níveis iniciais de OIT, ambos os tubos PEX-e apresentaram declínio acelerado de antioxidantes após exposição prolongada. Esses achados ressaltam a necessidade de otimização das formulações PEX-e para melhorar sua estabilidade e durabilidade em aplicações BTES de alta temperatura.

[en] This study provides a comprehensive evaluation of the degradation and stability of crosslinked polyethylene (PEX) pipes designed for high temperature borehole thermal energy storage (BTES) systems. Special at tention is given to a novel type of PEX pipe manufactured using a photo initiated crosslinking (PEX-e) process. Two formulations, PEX-e1 and PEX-e2, were assessed and compared with commercial peroxide-crosslinked polyethy lene (PEX-a) and non-crosslinked bimodal polyethylene (PE100) pipes. The first phase of the study focused on the characterization of the pipes in their as-received condition to evaluate their morphology and properties post processing. The degree of crosslinking was quantified through gel content and the crosslink density was determined through dynamic mechanical analysis (DMA). Phase composition and molecular mobility were examined using sta tic 1H nuclear magnetic resonance (NMR) and differential scanning calorimetry (DSC), while oxidative stability was evaluated using oxidation induction time (OIT) measurements. Both PEX-e formulations exhibited elevated crosslin king degrees and high OIT values. The second phase of the study involved a detailed analysis of thermo-oxidative degradation and stability through ageing tests. This was achieved by immersing pipes in water at BTES service tem peratures for 210 days. Changes were monitored using advanced analytical techniques, including fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), 1H and 13C NMR, colorimetry, and DMA. Results revealed that physical ageing do minated the first 30 days, while over time, chain scission was identified as the primary degradation mechanism, with PEX-a being the most severely affected. Interestingly, despite the high OIT levels, both PEX-e exhibit accelerated AO depletion during prolonged exposure to hot water. These findings highlight the importance of long-term ageing tests at service conditions and underscore the need for further optimization of PEX-e formulations specifically tailored for BTES service conditions.

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

MIKAEL SKRIFVARS

MARCOS HENRIQUE DE PINHO MAURICIO

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

LAURA HECKER DE CARVALHO

MARYSILVIA FERREIRA DA COSTA

MIKAEL SKRIFVARS

SUNIL KUMAR LINDSTRöM RAMAMOORTHY

2025-04-03

2025-02-27

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https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=69813@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=69813@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.69813