RELATÓRIO DE ESTÁGIO - 1/3 Período: de 10/08/2009 a 10/10/2009. REIVAX S/A - Automação e Controle

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO - 1/3 Período: de 10/08/2009 a 10/10/2009 REIVAX S/A - Automação e Controle Nome do aluno: Mouriel Alexandro Correia Nome do supervisor: Fernando Amorim da Silveira Nome do orientador: Dr. Eng. Lauro César Nicolazzi Florianópolis, 19 de outubro de 2008

2 Índice A REIVAX S/A AUTOMAÇÃO E CONTROLE...3 POLÍTICA DA EMPRESA...3 MISSÃO...3 VISÃO...4 TECNOLOGIA...4 EQUIPAMENTOS FORNECIDOS...4 SERVIÇOS PRESTADOS...4 ÁREA DE ATUAÇÃO NA EMPRESA...5 INTRODUÇÃO...5 PROPOSTA DE TRABALHO...5 CRONOGRAMA...5 Ata de reunião Ata de reunião METODOLOGIA...6 TRABALHO REALIZADO...6 ATIVIDADES REALIZADAS...7 Semana do dia 10/08 até 14/ Semana do dia 17/08 até 21/ Semana do dia 24/08 até 28/ Semana do dia 31/08 até 04/ Semana do dia 07/09 até 11/ Semana do dia 14/09 até 18/ Semana do dia 21/09 até 25/ Semana do dia 28/09 até 02/ Semana do dia 05/10 até 09/ DISCUSSÕES E CONCLUSÕES...13 O ESTÁGIO...13 A REIVAX COMO CONCEDENTE PARA ESTÁGIO...13 REFERÊNCIAS...14 ANEXOS...15 REGULADORES DE VELOCIDADE...15 MODERNIZAÇÃO...16 COMPOSIÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE

3 A REIVAX S/A Automação e Controle A Reivax Automação e Controle iniciou suas atividades em abril de Em janeiro de 2008, tornou-se Reivax S/A Automação e Controle. Consolidou-se em curto espaço de tempo como uma referência no fornecimento de sistemas e soluções para o controle da geração de energia. Nossos talentos humanos são o pilar de nosso desenvolvimento e continuidade. Temos um modelo de desenvolvimento tecnológico próprio, onde fomos pioneiros na aplicação de controladores microprocessados em sistemas de excitação e velocidade no mercado brasileiro e os pioneiros mundiais no fornecimento de controle integrado de tensão e velocidade. Nossos equipamentos foram desenvolvidos para as aplicações mais exigentes em usinas hidrelétricas, termelétricas, nucleares, pequenas centrais hidrelétricas, seja em novos empreendimentos como em modernizações, o que propiciou nossa expansão para os mercados mais exigentes. Hoje somos uma empresa de qualidade certificada através da norma ISO 9001:2000 e reconhecidamente comprometida com o meio-ambiente através da certificação ISO 14001:2004. Em janeiro de 2009, a REIVAX inaugurou sua filial no município de Palhoça-SC, um importante pólo industrial da região de Florianópolis. Esta filial possui um galpão com área total de 2000m², onde se concentra a nova área de fabricação dos nossos equipamentos. O nosso desafio é buscar soluções inovadoras e confiáveis, comprometidas com o sucesso de nossos clientes. Política da empresa "Aprender, criar e aplicar soluções tecnológicas inovadoras e rentáveis para o controle da geração de energia, atendendo ao mercado nacional e internacional, com respeito às necessidades do cliente, à legislação pertinente e ao meioambiente". Missão Prover soluções para automação e controle da geração de energia elétrica. 3

4 Visão Ter atuação global com soluções de classe mundial no mercado de geração de energia elétrica até Tecnologia A REIVAX possui tecnologia própria aplicada aos sistemas de regulação de tensão, velocidade, automação e controle, com soluções customizadas e pioneirismo tecnológico. Com um departamento próprio de Pesquisa e Desenvolvimento, a Reivax possui equipes especializadas em projeto de hardware, projeto de software e integração de sistemas, buscando sempre a melhor solução para cada aplicação. Equipamentos fornecidos Sistema de Excitação e Regulação de Tensão RTX; Sistema de Regulação de Velocidade RVX; Regulador Integrado de Tensão e Velocidade RTVX; Estabilizador de Sistemas de Potência PWX; Regulador de Tensão Compacto RTX1000; Regulador de Velocidade Compacto RVX1000; Sistema Digital de Supervisão e Controle; Sincronizador Automático de Geradores SNX100; Soluções Especiais e Customizadas em Controle. Serviços prestados Comissionamento de Reguladores; Registro de Sinais para Análise da Performance Dinâmica dos Modos de Controle; Identificação de Parâmetros e Validação de Modelos; Medição e Otimização dos Ajustes dos Reguladores; Estudos de desempenho transitório e dinâmico da rede elétrica; Projeto e Aplicação de Novas Leis de Controle; Estudos e Levantamentos para Modernização; Estudos e Especificação para Automação; Treinamento. 4

5 Área de atuação na empresa Introdução O departamento de engenharia mecânica é responsável pelos sistemas mecânicos atuantes na regulação de velocidade das turbinas hidráulicas nos fornecimentos onde é feito a venda de controladores de velocidade. Em alguns fornecimentos a usina já está em operação e já possui equipamentos hidráulicos capazes de atuar no anel distribuidor com precisão e agilidade. Em outros fornecimentos é necessário atualizar esses equipamentos, devido a sua obsolência, é previsto que o controlador de velocidade não conseguirá atuar de forma eficiente e então todo o sistema hidráulico ou algumas partes necessitam ser atualizadas e é mais ou menos nesse ponto que entra a equipe mecânica da empresa. Fornecimentos: Projeto de unidades hidráulicas, e sistemas de atuação; Projeto e especificação de atuadores eletro-hidráulicos; Testes, simulação e comissionamento em campo de atuadores eletro-hidráulicos; Projetos de sistemas auxiliares mecânicos característicos para empreendimento. Ensaios e testes: Desenvolvimento de sistemas de teste, bancadas e simuladores; Ensaios de painéis de controle; Ensaios de unidades hidráulicas (inclusive de acessórios/componentes). Proposta de trabalho Projeto, controle de qualidade e comissionamento em campo de unidades hidráulicas e sistemas auxiliares para o controle mecânico da regulação de velocidade em turbinas hidráulicas e válvulas. Cronograma Como o trabalho da equipe é muito dinâmico, o calendário de atividades da eqiuipe é definido semanalmente em reuniões. Alguns prazos tratados nas reuniões: Ata de reunião EMEC Devido aos últimos testes dos pêndulos de sobrevelocidade surgiu à necessidade de melhorar o fuso guia do gatilho. Aplicar a idéia de automatização da bancada com equipamentos obsoletos da própria Reivax. - Foi dada a idéia da apresentação de um MAC, CAP, MCN, MCR 04/09/09 5

6 projeto preliminar. F09009 Teste pêndulo sobrevelocidade MAC/ RT 26/08/09 Ata de reunião EMEC Seminário sobre filtros MAC 26/10 EMEC Modificações projeto válvula 3 vias MAC 15/11 Metodologia 1. Venda do fornecimento pelo departamento comercial; 2. Check list de dados; 3. Análise dos dados de entrada; 4. Reunião de abertura; 5. Visita técnica; 6. Levantamento de informações em campo; 7. Especificação de design; 8. Solicitação de cotação dos itens especiais de projeto junto aos fornecedores; 9. Definição dos itens especiais; 10. Elaboração do projeto funcional (Memória de Cálculo e Diagrama Hidráulico); 11. Envio do projeto funcional ao cliente para aprovação; 12. Cadastro e liberação da compra dos itens; 13. Controle e acompanhamento de custo dos itens; 14. Elaboração de manuais e anexos (Técnico, operacional, desenhos dimensionais, plano de inspeção e testes); 15. Envio do projeto executivo para aprovação; 16. Elaboração das estruturas do SIGE para material de instalação; 17. Realização de teste e inspeções; 18. Liberar equipamentos para expedição; 19. Atualizar CD com documentação; 20. Envio da documentação completa. Trabalho realizado As atividades desenvolvidas pelos membros da equipe de projeto mecânico podem ser classificadas a seguir: Projetistas mecânicos: fazem projetos de peças mecânicas para unidades hidráulicas, servo-motores e peças necessárias para instalação de sensores. Usam SolidWorks e Autocad. Comissionamentos e levantamento de dados em campo. Técnicos: inspeções de peças oriundas dos fornecedores, testes de equipamentos, auxiliam em alguns projetos em CAD, contatos com fornecedores e comissionamentos. Engenheiros: documentos técnicos, levantamentos de campo e comissionamentos, diagramas hidráulicos, projetos em CAD e outros. 6

7 Estagiários: Auxiliam nos projetos internos de melhoria dos processos, auxiliam nas inspeções de fornecimentos e testes de equipamentos e unidades hidráulicas, tarefas rotineiras, outros. Atividades realizadas Semana do dia 10/08 até 14/08 Dia Atividade 10 Visita aos departamentos da empresa e apresentação aos colaboradores; Início do curso de NR Curso de NR Curso de NR Curso de NR Curso de NR-10 Semana do dia 17/08 até 21/08 Dia Atividade 17 Curso de NR Teste do curso NR-10; Inspeção de UH Fornecimento F xRTVX100 PCH Piedade UG3 MECAMIDI; Teste de transdutores lineares indutivos de posição Fornecimento F Desenho para montagem de tubulação e acessórios em unidade hidráulica Fornecimento F x(RT+RV)POWER-MASCARENHAS-VA TECH 20 Desenho para montagem de tubulação e acessórios em unidade hidráulica Fornecimento F x(RT+RV)POWER-MASCARENHAS-VA TECH 21 Calibração de Pêndulo - Fornecimento F xRVX POWER - HUINCO - EDEGEL Figura 1 Desenho CAD para o fornecimento F

8 Semana do dia 24/08 até 28/08 Dia Atividade 24 Calibração de Pêndulos - Fornecimento F x RTVAX-MANTARO- ELETROPERU 25 Calibração de Pêndulos - Fornecimento F x RTVAX-MANTARO- ELETROPERU 26 Calibração de Pêndulos - Fornecimento F x RTVAX-MANTARO- ELETROPERU; Inspeção de UH Fornecimento F xRTVX100 PCH Piedade UG3 MECAMIDI; Inspeção de peças mecânicas para o Fornecimento F xRTVX100 PCH Piedade UG3 MECAMIDI 27 Início do projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 28 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos Figura 2 Foto da bancada de calibração de pêndulos a ser modificada. Semana do dia 31/08 até 04/09 Dia Atividade 31 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 01 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 02 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 03 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 04 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 8

9 Figura 3 Renderização do projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos em andamento. Semana do dia 07/09 até 11/09 Dia Atividade 07 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 08 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 09 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 10 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 11 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos Semana do dia 14/09 até 18/09 Dia Atividade 14 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 15 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 16 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos 17 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos; Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH 18 Projeto de modificação da bancada de calibração de pêndulos; Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH 9

10 Semana do dia 21/09 até 25/09 Dia Atividade 21 Cálculo da temperatura do óleo de UH - Fornecimento F ENDESA 22 Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH 23 Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH 24 Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH 25 Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWER- MASCARENHAS-VA TECH Figura 4 Diagrama isolado do óleo passando pela válvula intermitente e orifício calibrado, para o cálculo da temperatura final do óleo em regime permanente. %% Cálculo do aquecimento de óleo da UH clear all clc %%Escoamento ro_oleo= 889; %[kj/kg.k] cp_oleo= 2.5; %[kg/m3] u_oleo=1.31e-6; %[N.s/m2] Q=(11.9E-3)/60 %[m3/s] vazão da bomba d1=0.010; %[m] d2= ; %[m] A1=pi*(d1/2)^2; %[m2] A2=pi*(d2/2)^2; %[m2] V1=Q/A1; %[m/s] V2=Q/A2; %[m/s] Re1=(ro_oleo*V1*d1)/u_oleo; %Reynolds Tubo Re2=(ro_oleo*V2*d2)/u_oleo; %Reynolds Orifício e=0.045; %[mm] Rugosidade Aço Novo %%Perda no orifício AR=A2/A1; Kc=0.15; DeltaP_ori=ro_oleo*Kc*(V2^2)/2 %%Aquecimento bomba cv= %[W] %%Tranferencia de Calor t_amb= Tf=330 %[K] %%Propiedades do AR a 350K k_ar=30e-3; v_ar=20.92e-6; alfa_ar=29.9e-6; Pr_ar=0.700; Beta_ar=1/Tf; g=9.81; %%Número de Rayleigh e Nusselt %Vertical RaLv=(g*Beta_ar*( )*L_vert^3)/(alfa_ar*v_ar); NuLv=0.68+((0.670*RaLv^(1/4))/(1+(0.492/Pr_ar)^(9/16))^(4/9)); hv=(nulv*k_ar)/l_vert %Horizontal RaLh=(g*Beta_ar*( )*L_horz^3)/(alfa_ar*v_ar); NuLh1=0.54*RaLh^(1/4); NuLh2=0.15*RaLh^(1/3); hh1=(nulh1*k_ar)/l_horz hh2=(nulh2*k_ar)/l_horz 10

11 Pot_bomba=7E5*Q %[CV] Aq_bomba=1 Nv=0.8 %%Calor gerado Qbomba = Pot_bomba*Aq_bomba %[W] Qori= DeltaP_ori*Q %%Propriedades do Reservatório UH Area_UH_total=2*.6*.6+4*1.5*.6 Area_vert=2*.6*.6+2*1.5*.6; %[m2] Area_horz_parcial=1.5*0.6; %[m2] Per_horz_parcial=2*1.5+2*0.6; L_vert=0.6; L_horz=Area_horz_parcial/Per_horz_parcial; e_chapa=6.35e-3; %[m] k_aco= 60.9; %[W/m.K] %Resistencias Térmicas Rcond = e_chapa/(k_aco*area_uh_total) Rconv_v=1/(hv*Area_vert) Rconv_hh1=1/(hh1*Area_horz_parcial) Rconv_hh2=1/(hh2*Area_horz_parcial) %hmedio=(hv+hh1+hh2)/3 %Rconv_geral=1/(hmedio*Area_UH_total) %Rtotal=Rcond+Rconv_geral Rtotal=Rcond+((1/Rconv_v)+(1/Rconv_hh1)+(Rconv_hh2))^(-1) %Balanço energético %t=(qori+qbomba)*rtotal+t_amb t=(qbomba)*rtotal+t_amb tc=t Rotina feita no matlab para calcular aquecimento do óleo da UH. Semana do dia 28/09 até 02/10 Dia Atividade Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWERMASCARENHAS-VA TECH Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWERMASCARENHAS-VA TECH Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWERMASCARENHAS-VA TECH Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWERMASCARENHAS-VA TECH Montagem placas de ar fornecimento F x(RT+RV)POWERMASCARENHAS-VA TECH Figuras 5 Fotos dos ensaios das Unidades Hidráulicas do fornecimento F Semana do dia 05/10 até 09/10 Dia Atividade Ensaio Hidrostático UHs F08039 Ensaio Hidrostático UHs F08039 Ensaio Hidrostático UHs F

12 08 Teste de válvulas proporcionais F Teste de válvulas proporcionais F08039 Figuras 6 Desenhos do projeto da bancada de calibração de pêndulos prontos. 12

13 Discussões e conclusões O estágio É evidente o ganho em experiência com o estágio. Em poucas semanas já consigo perceber uma evolução em relação ao período anterior do início do estágio. Se formos imaginar que a etapa de estágio no processo de formação seria algo desprezível, de imediato se constata que não é, pois as diferenças entre as atividades acadêmicas e profissionais se mostram muito grandes. Uma das facetas que eu acredito que o estágio está me contribuindo com maior intensidade é o aspecto de relacionamentos interpessoais. O curso como um todo parece preparar os alunos de forma individual, e na prática não há nada que realmente seja possível fazer sozinho, sempre dependemos de várias outras pessoas para que a nossa tarefa tenha êxito. Sobre a preparação em eletro-eletrônica oferecida pelo curso: acredito que com o passar do tempo, é cada vez mais importante o engenheiro mecânico ter domínio sobre esses assuntos, visto que os equipamentos mecânicos atuais estão ficando cada vez mais dependentes de controles eletrônicos, é o curso normal da evolução tecnológica. Então como sugestão, deixo o meu parecer favorável a uma maior atenção para essas áreas na formação dos próximos engenheiros na nossa universidade. Sobre a preparação em hidráulica. Acredito que a cadeira de hidráulica que temos no nosso curso, poderia ser exclusiva para hidráulica e não compartilhada com pneumática. Eu não tenho envergadura suficiente para opinar nesse assunto, mas acredito que poderíamos sair da graduação com um pouco mais de bagagem nessa área. A REIVAX como concedente para estágio A empresa já foi vencedora do Prêmio Catarinense das Melhores Práticas de Estágio de 2006, então já se espera um ambiente amigável e próspero para realização de estágios, e isso foi comprovado. O departamento oferece liberdade suficiente para o estagiário expor e desenvolver idéias e projetos inovadores, e por outro lado oferece suporte para ninguém ficar desnorteado, então acredito que o acompanhamento é na medida certa. A empresa é de fato uma escola, a troca de conhecimentos entre as diversas áreas proporciona um crescimento mútuo entre todos os colaboradores. Existe um clima amigável entre os membros dos diversos departamentos e a atitude de inferiorizar estagiários, freqüente em algumas empresas, aqui é inexistente. Concluindo, eu aprovo e indico a empresa para a realização de estágios curriculares tanto quanto para início de carreira para engenheiros juniores. 13

14 Referências SCHREIBER, GERHARD P. Usinas Hidrelétricas. Ed. Rio de Janeiro: Editora Edgard Blücher: PALMIERI, ANTONIO CARLOS. Manual de Hidráulica Básica. Albarus. 8 Ed. São Paulo: PROVENZA, FRANCESCO. Projetista de Máquinas PROTEC. 1. Ed. São Paulo: Editora F. Provenza, MANNESMANN REXROTH. Princípios Básicos e Componentes da Tecnologia dos Fluidos. Volume Ed. Diadema: FOX, ROBERT W.; McDONALD, ALAN T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 4. Ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, DE NEGRI, VICTOR JULIANO. Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos. LASHIP - UFSC - Apostila. 1. Ed. Florianópolis: VOITH. Reguladores Eletro-Hidráulicos para Turbinas Hidráulicas. VOITH. REIVAX Automação e Controle. Manuais Internos e Memoriais de Cálculo. REIVAX Automação e Controle. Intranet. LINSINGEN, IRLAN VON. Fundamentos de Sistemas Hidráulicos. 2. Ed. Florianópolis: Editora da UFSC,

15 Anexos Reguladores de Velocidade O regulador de velocidade deve agir no sentido de fornecer uma rotação constante (na velocidade síncrona) durante a operação em regime permanente de um gerador síncrono. Durante o regime transitório, este atua no sentido de minimizar as variações de velocidade e freqüência, melhorando desta forma a estabilidade global de um sistema elétrico. É, no entanto, importante enfatizar que um bom projeto de um regulador de velocidade, associado aos ajustes adequados de seus controles, são fatores imprescindíveis para alcançar esta estabilidade. Mais especificamente, um regulador de velocidade deve ser capaz de: a) Manter a freqüência da máquina no valor definido pelo operador, ou manter uma determinada relação entre freqüência e potência ativa (estatismo) em toda região de operação; b) Manter a velocidade dentro dos limites aceitáveis de trabalho mesmo em rejeições de plena carga ou outros distúrbios severos no sistema de potência; c) Ser capaz de propiciar uma partida rápida e sem sobre-elevações na rotação; d) Ser capaz de responder, com desempenho adequado, aos comandos do operador ou sincronizador automático quando da sincronização da unidade com o sistema; e) Possuir razoável velocidade de resposta de maneira a corrigir as variações de freqüência impostas por variação de carga, geração ou por chaveamentos no sistema; f) Ser capaz de tomar carga de maneira linear e rápida de acordo com os comandos do operador, controlador conjunto ou controle de carga e freqüência, sem que para isto seja necessário degradar a regulação da malha de controle de velocidade; g) Ser capaz de limitar dinamicamente a máxima abertura do distribuidor, independentemente da eventual necessidade de aumento de potência mecânica que a malha de controle de velocidade impuser; 15

16 h) Ser capaz de conjugar abertura do distribuidor e roda, em função da queda bruta, em turbinas Kaplan, de modo a maximizar o rendimento; i) Ser capaz de conjugar agulha e defletor de forma a que o defletor seja inserido no menor tempo possível durante rejeições de carga em turbinas do tipo Pelton; Estas funções são as mais importantes. Há outras funções, com as quais o RV deve ser dotado, tal como proteção, alarme e sinalização. Modernização Na sua forma mais simples os reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas incluem as seguintes partes: 1. Um sensor de velocidade e uma referência de velocidade; 2. Amplificadores do erro de velocidade; 3. Um ou mais servomotores para variar a posição do distribuidor da unidade. No passado, outras partes consistiam de dispositivos mecânicos ou oleodinâmicos. Recentemente, amplificadores magnéticos ou eletrônicos têm sido usados, tornando mais fácil o controle da abertura do distribuidor por outros sinais além da velocidade. O projeto do regulador de velocidade eletro-hidráulico vem sofrendo grandes mudanças com respeito ao regulador mecânico convencional, com as possibilidades advindas do uso de sinais elétricos sendo cada vez mais exploradas. Seria desejável desvincular o regulador propriamente dito dos atuadores, isto é, da parte de potência que executa os comandos e a que age sobre o distribuidor. Esta é a idéia fundamental da configuração moderna do regulador de velocidade. 16

17 Composição do regulador de velocidade O Regulador de Velocidade completo, na maior parte dos casos, é composto pelos seguintes componentes: Regulador Digital (Painel do Regulador Digital) Painel de Operação (IHM - LCD) Controlador Lógico Programável Fontes de alimentação Amplificadores isoladores Amplificador de saída (para o transdutor eletro-hidráulico) Transdutor de Potência Relés auxiliares, opto-acopladores, disjuntores e régua de bornes Unidade Hidráulica com válvulas e transdutor(es) eletro-hidráulico(s) Acumulador Ar-óleo Compressor de Ar Dispositivo de detecção de velocidade (Sondas de rotação + roda dentada) Transdutor de Posição do Distribuidor Transdutor de Posição das Pás Kaplan (para turbinas Kaplan) 17