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 o aumento de demanda de
energia elétrica:
•
•
•
Atual desafio da
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
H2 O
H2 O
vapor de
água
Erosão Cavitacional
região de
alta pressão
região de
baixa
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
Recuperação de Erosão
Cavitacional
S
O
L
D
A
G
E
M
Recuperação de Erosão
Cavitacional
SOLDAGEM
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.
Ricardo Vechin
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Aparício Camargo
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