Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP 88040-970 - Florianópolis - SC - BRASIL www.emc.ufsc.br/estagiomecanica estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 (terceiro de três) Período: de 10/11/2009 a 18/12/2009 MACROENERGY ENGENHARIA E SERVIÇOS S/A Nome do aluno: André Faller Nome do supervisor: Anderson F. Gueths Nome do orientador: Dylton do Vale Pereira Filho Gaspar, 18 de dezembro de 2009
SUMÁRIO 1. ATIVIDADES REALIZADAS NO PERÍODO... 3 1.1 INTRODUÇÃO... 3 1.2 PROPOSTAS DE TRABALHO E ESTADO DA ARTE... 3 1.3 ATIVIDADES REALIZADAS... 4 1.3.1 Dimensionamento de Comportas... 4 1.3.2 Memórias de Cálculo e Descritivas dos Sistemas Auiliares Mecânicos... 7 1.3.3 Desenvolvimento de Matriz de Interface... 10 2. CONCLUSÕES... 12 3. REFERÊNCIAS... 13 4. ANEXOS... 14 2
1. Atividades Realizadas no Período 1.1 Introdução Nesse terceiro período de estágio o aluno concluiu suas atividades na empresa desenvolvendo novos estudos e participando de seminários internos. Essa fase foi caracterizada pela troca de informações através de mini cursos promovidos entre os funcionários onde cada um epunha seus conhecimentos. 1.2 Propostas de trabalho e estado da arte Com a demanda advinda da entrada de novos projetos na empresa, surgiu a necessidade de que novos estudos fossem desenvolvidos pelo aluno para a análise econômica e de viabilidade dos empreendimentos. Alguns desses estudos realizados já foram abordados nos relatórios anteriores e, conforme a importância na formação do aluno, apresenta-se então os novos tópicos que fizeram parte da rotina do aluno nesse período de estágio: Dimensionamento de Comportas; Memórias de Cálculo e Descritivas de Sistemas Auiliares Mecânicos; Desenvolvimento de Matriz de Interface. Como referência para tais atividades, o aluno baseou-se nos seminários comentados anteriormente, em acervo técnico da empresa, em livros e normas disponíveis no mercado. 3
1.3 Atividades Realizadas 1.3.1 Dimensionamento de Comportas As comportas hidráulicas são de grande aplicação em hidrelétricas, dentre seus usos pode-se citar a proteção dos equipamentos, controle do nível de reservatórios, limpeza e esgotamento de reservatórios, manutenção de equipamentos, dentre outras. Particularmente, o aluno desenvolveu os cálculos para dimensionamento básico (estimativa de peso) e esforço de manobra de comportas do tipo vagão e stoplog (ensecadeira) de PCHs. Eemplo de comporta vagão No cálculo do esforço de manobra são levados em consideração os seguintes parâmetros: Carga de abertura devido a atrito das rodas; Torque de atrito dos rolamentos; Torque de atrito nos retentores da roda; Torque de atrito de rolamento; Carga de abertura devido a atrito nas vedações; Carga devido à pré-compressão da borracha; 4
Carga devido à pressão hidráulica; Carga devido aos pesos dos diversos componentes da comporta; Peso do painel; Peso da proteção anticorrosiva; Peso de corpos estranhos; Empuo de Arquimedes; Carga devido a projeção da vedação superior; Cargas hidráulicas Downpull; Cargas de lastro. Dessa forma, é possível prever os esforços quando da abertura e fechamento da comporta e, assim, dimensionar os equipamentos para içamento da mesma. Abaio são apresentados os resultados de um estudo desse tipo: ESFORÇOS DE MANOBRA - COMPORTA VAGÃO - DESCARGA DE FUNDO - PCH NA NORMAL FORÇA DE ACIONAMENTO PESO DA COMPORTA 15.272 7.85 tf/m³ EXPUXO 1.947 ATRITO NAS RODAS 5.114 rolamentos 1.46 ATRITO NAS VEDAÇÕES LATERAIS 4.288 sem teflon NBR8883 >= 1,20 ATRITO NA VEDAÇÃO SUPERIOR 0.700 sem teflon FORÇA HIDRODINÂMICA Conforme planilha ÁGUA RETIDA 0.000 LASTRO 0.000 tf 0.000 m³ 2.40 tf/m³ sem lastro ABERTURA DA COMPORTA (ABERTURA %) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% PESO MENOS EMPUXO 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% 42.74% (G-E) 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf 13.325 tf ATRITO NAS RODAS 16.40% 14.76% 13.12% 11.48% 9.84% 8.20% 6.56% 4.92% 3.28% 1.64% 0.00% (Fr) 5.11 tf 4.60 tf 4.09 tf 3.58 tf 3.07 tf 2.56 tf 2.05 tf 1.53 tf 1.02 tf 0.51 tf 0.00 tf ATRITO NAS VEDAÇÕES LATERAIS 13.75% 12.38% 11.00% 9.63% 8.25% 6.88% 5.50% 4.13% 2.75% 1.38% 0.00% (Fvl) 4.29 tf 3.86 tf 3.43 tf 3.00 tf 2.57 tf 2.14 tf 1.72 tf 1.29 tf 0.86 tf 0.43 tf 0.00 tf ATRITO NA VEDAÇÃO SUPERIOR 2.24% 2.24% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% (Fvs) 0.70 tf 0.70 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf 0.00 tf FORÇA HIDRODINÂMICA 4.62% 27.88% 30.20% 30.96% 31.21% 31.59% 31.86% 32.49% 33.18% 32.75% 32.49% PORCENTAGEM AJUDA 1.440 tf 4.346 tf 4.708 tf 4.827 tf 4.866 tf 4.924 tf 4.967 tf 5.066 tf 5.172 tf 5.106 tf 5.065 tf (Fh) 1.440 tf 8.692 tf 9.416 tf 9.654 tf 9.732 tf 9.848 tf 9.934 tf 10.132 tf 10.345 tf 10.211 tf 10.130 tf CARGA DE LEVANTAMENTO Ca=(G)+Fr+Fvl+Fvs+Fh+LASTRO 24.87 tf 31.18 tf 30.26 tf 29.56 tf 28.70 tf 27.87 tf 27.02 tf 26.28 tf 25.55 tf 24.48 tf 23.45 tf CARGA DE ABAIXAMENTO Cf=(G-E)-Fr-Fvl-Fvs+Fh+LASTRO 4.66 tf 8.51 tf 10.51 tf 11.57 tf 12.55 tf 13.55 tf 14.53 tf 15.57 tf 16.62 tf 17.49 tf 18.39 tf FS 1.46 1.93 2.40 2.76 3.22 3.88 4.86 6.52 9.84 19.60 FORÇA CRÍTICA DE ABAIXAMENTO 4.66 t FORÇA MÁXIMA DE LEVANTAMENTO 31.2 t Resultados de Estudo de Esforço de Manobra 5
Gráfico de Esforço de Manobra 6
1.3.2 Memórias de Cálculo e Descritivas dos Sistemas Auiliares Mecânicos Nas casas de forças de PCHs são necessários sistemas mecânicos para garantir o correto funcionamento e prover os requisitos para operação e manutenção das estruturas e equipamentos mecânicos, dessa forma, prevê-se que a hidrelétrica será atendida pelos seguintes sistemas mecânicos auiliares: Sistema de Drenagem Este sistema tem por objetivo coletar, conduzir e bombear as águas de infiltração, vazamentos e de limpeza providas na Casa de Força. É constituído de um poço de drenagem localizado no piso das unidades, dotado de bombas centrífugas submersas, separador de óleo, chaves de nível para controle, canaletas nas galerias, tubulações de condução e painel de comando e controle. Sistema de Esgotamento e Enchimento do Circuito de Adução Este sistema tem por objetivo esgotar e encher o circuito de adução da Usina, quando da necessidade de manutenção nestes elementos. Sistema de Água de Resfriamento Este sistema tem por objetivo fornecer água para resfriamento dos trocadores de calor dos mancais das unidades geradoras, reguladores de velocidade, sistema de água de serviço e sistema de combate a incêndio por hidrantes. O sistema é constituído de uma tomada de água bruta dotada de grelha em cada conduto alimentador das turbinas, provida de válvula de isolamento e conduzida a um coletor que percorre toda a parede de montante do piso das turbinas. Deste coletor derivam, em cada unidade, as tomadas de água para resfriamento dos mancais da unidade geradora, bem como a alimentação do sistema de água de serviço. A água é filtrada através de filtro tipo dupla cesta. Sistema de Ventilação Este sistema tem por objetivo prover a ventilação na Casa de Força, com o objetivo de retirar o calor e os vapores gerados neste ambiente. O sistema é constituído de ventiladores aiais, instalados na parede de montante, dotados de tomadas de ar e filtros, que descarregam em uma rede de dutos 7
com grelhas de insuflamento. O sistema opera com pressão positiva, de forma a manter a Casa de Força pressurizada, minimizando a entrada de poeira. Sistema de Proteção contra Incêndio Este sistema tem por objetivo prover elementos etintores de incêndio para atender a Casa de Força. Na área interna da Casa de Força o sistema é composto de cilindros de elementos etintores adequados a cada área a ser protegida. Na área eterna da Casa de Força é previsto um sistema de hidrantes que atenderá a área de acesso e plataforma de jusante. Os hidrantes da plataforma de jusante são dotados de requintes do tipo nebulizador para combate a incêndio nos transformadores. A alimentação de água para o sistema de hidrantes é tomada de derivação do sistema de água de resfriamento. Sistema de Ar Comprimido de Serviço Este sistema tem por objetivo fornecer ar comprimido, como facilidade para eecução de manutenção na Usina. O sistema é constituído de compressores alternativos com reservatório incorporado, filtro de ar na saída, rede de distribuição e quadro de força e controle. O ar comprimido é distribuído na Casa de Força, atendendo a área de descarga, galeria de equipamentos elétricos, piso das turbinas, plataforma de jusante e oficina. Sistema de Água de Serviço Este sistema tem por objetivo fornecer água bruta filtrada aos diversos pontos da Casa de Força, para limpeza de pisos e equipamentos. O sistema é constituído de uma derivação do coletor de água de resfriamento, dotada de válvula e filtro tipo dupla cesta e rede de distribuição de água nos diversos pisos a serem atendidos. Sistema de Esgoto Sanitário Este sistema tem por objetivo coletar e tratar os efluentes oriundos dos sanitários da usina. O sistema é composto de rede de coleta, filtro anaeróbico e sumidouro. 8
O aluno desenvolveu os memoriais e fluogramas dos sistemas auiliares mecânicos da PCH Fortuna II como segue: Sistema de Esgotamento PCH Fortuna II 9
1.3.3 Desenvolvimento de Matriz de Interface Em uma PCH, muitos são os fornecedores de equipamentos, por eemplo, fornecedor das turbinas, fornecedor dos geradores, fornecedor dos transformadores, fornecedor dos hidromecânicos, projetistas, empreiteira civil, etc. Para que haja um perfeito entendimento entre todos, para que as interfaces sejam respeitadas e para garantia de que todos os equipamentos e serviços necessários estejam contratados é necessário que se faça um acordo coletivo chamado matriz de interfaces. Essa matriz contempla todos os itens pertinentes ao empreendimento, abrangendo projetos, contratos, fornecedores, fabricação, inspeções, obras, transporte, seguro, descarga, armazenagem, montagem, comissionamento, teste e demais procedimentos até a operação comercial da usina. Para o desenvolvimento dessa Matriz deve-se aplicar conhecimentos gerais e a eperiência de outros projetos e após sua confecção todos os interessados se reúnem e os itens são alocados a cada agente que fica sob coordenação de um integrador. O Aluno teve participação ativa na confecção e reunião de definição da Matriz de interface das PCHs do grupo Guanhães em Minas Gerais como é visto no modelo: 10
EPC RBS GME ECV WEG OTG MEL MMC FLT GUA Notas 4 EQUIPAMENTOS MECÂNICOS 4.1 Projeto eecutivo mecânico das turbinas, mancais, sucção, eio e válvula borboleta. 4.2 Projeto eecutivo do regulador de velocidade. 4.3 Projeto eecutivo mecânico do conduto forçado com detalhamento dos berços e blocos de ancoragem. 4.4 Projeto eecutivo mecânico dos hidromecânicos (grades, comportas, unidades hidráulicas, dispositivo de vazão sanitária, limpa-grades, etc). 4.5 Projeto eecutivo dos sistemas auiliares mecânicos (sistema de água Industrial, sistema de drenagem, sistema de esgotamento e enchimento, sistema de ar comprimido de serviço, sistema de ventilação, sistema de ar condicionado, sistema de proteção contra incêndio, sistema de água potável, sistema de água de serviço, sistema de esgoto sanitário, sistema de coleta e separação de água e óleo Isolante, sistema de óleo lubrificante, sistema de medições hidráulicas, tubulações e acessórios. 4.6 4.7 Projeto eecutivo do volante de inércia. Incluir o cálculo de estabilidade transitória e permanente. Projeto eecutivo dos equipamentos de levantamento e movimentação (ponte rolantes, talhas, monovias, vigas percadoras, pórticos, cabos, cintas, etc). 4.8 Projeto eecutivo da chaminé de equilíbrio. Quando metálica. 4.9 Fornecimento das turbinas, mancais, trocadores de calor dos mancais, sucção, eio, válvula borboleta, peças fias, bem como as ferramentas especiais para montagem. *Conforme especificação técnica. 4.10 Fornecimento das unidades hidráulicas de refrigeração e lubrificação dos mancais. 4.11 Fornecimento dos trocadores de calor dos mancais, filtros, e demais acessórios. 4.12 Fornecimento dos reguladores de velocidade. Eemplo de parte da Seção de Equipamentos Mecânicos de Matriz de Interfaces 11
2. Conclusões Encerra-se o último período do estágio profissional do aluno com o sentimento de que foi de grande valia toda a eperiência adquirida. Após os meses de trabalho fica a satisfação de afirmar que os objetivos pretendidos pelo aluno foram atingidos e as metas e epectativas propostas pela empresa foram efetuadas e concluídas com êito. Percebe-se que a troca de informações foi constante e agregou tanto na formação profissional do aluno como no acervo da empresa. O aluno vê como fundamental o papel de um estágio curricular no curso de Engenharia Mecânica, pois, dessa forma, fica possível a aplicação do conhecimento teórica adquirido durante a formação acadêmica além de possibilitar um convívio com outros profissionais. Salienta-se também, a interação com o mercado e as necessidades dos clientes que acaba por enriquecer o trabalho. O estágio supre uma dificuldade encontrada por muitos acadêmicos que, muitas vezes, não conseguem optar por um ramo de atividade e acabam encontrando o foco ao se inserirem em um determinado mercado. Finalmente, o aluno é grato a todos que possibilitaram esse aprendizado e contribuíram efetivamente com sua formação. 12
3. Referências MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA; Eletrobrás. Diretoria de Engenharia. Diretrizes para Estudo e Projeto de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Brasília: Edição 2000. DE SOUZA, Zulcy; MOREIRA SANTOS, Afonso Henriques; DA COSTA BORTONI, Edson. Centrais Hidrelétricas: Implantação e Comissionamento. 2.ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência 2009. P SCHREIBER, Gerhard. Usinas Hidrelétricas. Editora Edgard Blücher: Engevi S.A. FERREIRA ERBISTI. Paulo Cezar. Comportas Hidráulicas. 2.ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência 2002. NBR 8883. Calculo e fabricação de comportas hidráulicas. 2002 NBR 12289. Seleção de comportas hidráulicas para PCHs. 1991. NBR 7259. Comportas hidráulicas Terminologia. 2001. Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas: www.cerpch.unifei 13
4. Aneos Seguem imagens referentes aos projetos onde o aluno esteve incluído: Comporta Vagão PCH São Maurício 14