RECUPERAÇÃO DE EROSÃO CAVITACIONAL EM TURBINAS DE AÇO CARBONO COM APLICAÇÃO DE AÇO INOXIDAVEL COM COBALTO DAS UNIDADES GERADORAS TIPO FRANCIS DA UHE CACHOEIRA DOURADA. Santos/SP, outubro de 2014.
Introdução A hidroeletricidade é considerada uma fonte de energia renovável, limpa e permanente, que não produz gás de efeito estufa; No mundo, segundo levantamento da Agência Internacional de Energia realizado em 2006, a geração hidrelétrica representava 16% da eletricidade total gerada. Atualmente é a fonte de energia que mais contribui para o suprimento de energia elétrica no Brasil. Cerca de 77% da energia elétrica gerada no Brasil provêm deste tipo de geração;
Introdução Capacidade Instalada de Geração Elétrica em setembro de 2014 no Brasil: 131.014 MW / Hidráulica: 87.768 MW (66,99%). No Brasil há: 194 Usinas hidrelétricas (> 30 MW); 470 Pequenas Centrais Hidrelétricas (< 30 MW); 469 Central Geradora Hidrelétrica (< 1MW). FONTE: Banco de Informação de Geração ANEEL http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm
Introdução Estratégias para atender Atual o aumento desafio demanda da de energia elétrica: Manutenção Construir usinas hidrelétricas; Diversificação da matriz energética Aumentar a eficiência das existentes.
Turbina Francis UHE CDSA
Cavitação Entre os fatores que comprometem a eficiência da geração de energia está a... CAVITAÇÃO formação e subseqüente colapso, dentro de um liquido, de cavidades ou bolhas que contém vapor ou gás, ou ambos (ASTM G40/95)
Cavitação Modelo Característico do processo de formação e colapso de uma bolha, onde (a) colapso produzindo uma onda de choque e (b) colapso produzindo um microjato. (BARRA, 1998, p.25).
Cavitação Entre os problemas ocasionados pelo fenômeno, podemos citar: Erosão de contornos sólidos em pás, palhetas diretrizes, palhetas fixas do pré-distribuidor; Vibrações e ruídos excessivos; Diminuição da capacidade de vertedouros de Usinas Hidrelétricas; Diminuição da eficiência de Turbinas Hidráulicas, com queda de potência.
Erosão Cavitacional Erosão Cavitacional: perda progressiva do material original de uma superfície sólida devido a exposição continua a cavitação (ASTM G40/95); OKADA(1990) estimou que a pressão exercida por microjatos de mícrons de diâmetro contra superfícies pode variar de 1 a 1000MPa. Mudanças cíclicas de pressões, geram condições para ocorrência de fratura por fadiga superficial do material, que pode ser classificado como um dos principais mecanismos de cavitação em materiais metálicos (HAMMITT,1977).
Erosão Cavitacional escoamento de um fluído bolhas de gases
Erosão Cavitacional processo de crescimento da bolha macrobolha microbolha região de alta pressão região de baixa pressão H 2 O H 2 O vapor de água
Erosão Cavitacional região de baixa pressão região de alta pressão Ciclo repetido milhares de vezes metal remoção de material (erosão cavital)
Erosão Cavitacional
Escolha do Material Cavitação provoca a fadiga gerada pelo martelamento devido à implosão das bolhas materiais mais indicados para a aplicação são os que melhor conseguem absorver os impactos antes de iniciarem a perda de material. Esquema que ilustra uma curva de tração para um aço inoxidável austenítico, evidenciando a elevada taxa de encruamento (ZEEMANN, 2003)
Escolha do Material Processos de erosão cavitacional agressivos tem-se recorrido a aplicação do aço inoxidável com adição de cobalto. Perda de Massa em Ensaio de Cavitação Acelerada (ASTM G32/09), adaptado de MACEDO, 2013.
Escolha do Material O aumento da resistência é baseado no mecanismo de endurecimento superficial, associado às transformações de fase austeníta para martensita ( ) causadas por deformações oriundas dos colapsos das bolhas e ou micro-jatos contra a superfície.
Antecedentes - Até 1998 CELG com equipe própria - Privatização redução da equipe e terceirização - 2000/2001: inicio da aplicação de Aço Inoxidável Austenítico - 2010/2011: estudos para aplicação do Aço Inoxidável com Cobalto - 2012: inicio da aplicação do Aço Inoxidável com Cobalto
Recuperação de Erosão Cavitacional MAPEAMENTO
Recuperação de Erosão Cavitacional GOIVAGEM
Recuperação de Erosão Cavitacional ESMERILHAGEM E ELP
S O L D A G E M Recuperação de Erosão Cavitacional
SOLDAGEM Recuperação de Erosão Cavitacional
Recuperação de Erosão Cavitacional ACABAMENTO
Recuperação de Erosão Cavitacional APROVAÇÃO FINAL
Resultados e Discussão O aprimoramento dos procedimentos de deposição, dos equipamentos utilizados e dos materiais permitiu uma queda na quantidade de material depositado; Na Unidade Geradora 08, em 2001 esse volume chegou a 690 quilos, baixando para 110 quilos em 2010 e 60 quilos em 2012, após a primeira aplicação do Cavitalloy como revestimento.
Resultados e Discussão Para a Unidade Geradora 06, a primeira aplicação de Cavitalloy foi em 2013, entretanto, mesmo apenas com a aplicação do Aço Inoxidável AISI 309 em detrimento ao Aço Carbono (E70S6) foi possível obter uma redução no volume depositado de 570 quilos em 2001 para 180 quilos.
Conclusão A Melhoria Continua é fator importante para aumentar a produtividade e manter a empresa competitiva no mercado; É de suma importância existir um benchmarking das experiências vivenciadas entre as empresas de geração; O Aço Inoxidável com Cobalto se mostrou eficaz na UHE Cachoeira Dourada quanto a redução do volume de material aplicado.
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