1999 - 2º Prêmio Finep de Inovação Tecnológica

Autores:Jair Carlos Dutra e colaboradores

Sistema e Processo de Soldagem Vencendo a erosão das turbinas

Softwares e equipamentos especiais de soldagem permitem recuperar com mais qualidade e menor tempo as pás de turbinas de usinas hidrelétricas

Na geração de eletricidade em usinas hidroelétricas tudo é gigantesco, inclusive os problemas. Um dos que mais causam perda de faturamento é o desgaste das turbinas, pela chamada erosão por cavitação. Ela é provocada pela passagem de água pelas pás das turbinas. As paradas para este tipo de manutenção costumam durar um mês. A troca de turbinas é, na maior parte das vezes, economicamente inviável. A maneira de resolver o problema, ao menos parcialmente, é manter o processo de erosão sob controle, o que é feito através da reposição do material arrancado, utilizando processos de soldagem. Em outras palavras, anexa-se material às pás para tentar devolver-lhes o formato original, enchendo buracos e reconstituindo contornos. São necessárias quantidades muito grandes de ligas especiais de aço inoxidável para a recuperação de uma turbina. Essa quantidade pode chegar a uma tonelada. A operação envolve a retirada total de água do setor, construção de andaimes e contratação de numerosas equipes.   

Cavitação: formação de bolhas de vapor ou de gás em líquido por efeito de forças de natureza mecânica. Nas pás de uma turbina hidráulica, a cavitação provoca erosão.   

A TRACTEBEL, empresa que atua em geração de energia na Região Sul, sofre com paradas de 15 a 30 dias para este tipo de manutenção em suas usinas maiores. Para minimizar este trabalho, procurou a Universidade Federal de Santa Catarina e chegou ao LABSOLDA / Instituto de Mecatrônica, do Departamento de Engenharia Mecânica. Lá foi desenvolvido um novo processo e um equipamento de soldagem que garantiu redução de defeitos, melhor qualidade da solda e um sensível aumento de produtividade.   

No desenvolvimento foram criados softwares e equipamentos de soldagem, pois os equipamentos industriais não ofereciam as condições necessárias à pesquisa, que começou em 1994. A experiência durou um ano. A implantação industrial se deu em 1996, e em 1998 a inovação começou a ser vendida. A TRACTEBEL comprou quatro máquinas de soldagem. Todo o projeto envolveu gastos de 110 mil reais. A equipe incluiu um doutor, quatro mestrandos, dois técnicos de nível médio e oito bolsistas.   

A soldagem de turbinas é um processo naturalmente complicado porque a erosão ocorre em posições desfavoráveis, tanto do ponto de vista do conforto do soldador, quanto de adesão do material fundido. Além disso, o desgaste é muito irregular. O tempo, obviamente, tem trazido evoluções. Antigamente, a soldagem era feita com o processo eletrodo revestido. Hoje, há processos bem mais eficientes, como o chamado arame tubular. Apesar do custo mais alto, o seu uso resulta, tanto em melhor acabamento, quanto em resistência à cavitação superior. Mas, há poucas informações sobre a melhor forma de depositá-lo nas turbinas. Assim, a qualificação do procedimento de soldagem torna-se um ponto crítico do trabalho. Em alguns casos, a resistência à cavitação do material reposto pode ficar muito abaixo das especificações. Os problemas são surgimento de porosidades e deficiências de homogeneidade.   

O processo desenvolvido no Labsolda, que foi chamado de pulsação térmica, uniu as principais características de dois tipos de soldagem. Do processo chamado MIG/MAG veio a capacidade de controle de transferência metálica. Este controle propicia minimização de salpicagem e depósito com melhor molhabilidade, garantindo melhor acabamento e diminuindo a falta de fusão. Do processo chamado TIG Pulsado, buscou-se uma melhor sustentação do banho em soldagens fora da posição plana. A operação é realizada através de controle remoto microprocessado com teclado e display de cristal líquido.

Para a TRACTEBEL, o sistema representou menos dias parados para a manutenção, já que o processo é mais rápido, e as paradas tendem a se tornar menos constantes, pois a qualidade da solda melhorou. "Aliando o fato da utilização de material com altíssima resistência à erosão por cavitação lançado no mercado no início da década de 1990, calcula-se que o intervalo entre reparos aumente em mais de 30%, mas em alguns casos pode chegar a 50%", diz o engenheiro Fernando Ribas, da TRACTEBEL.

Um salto tecnológico maior ainda está por vir. O Labsolda está desenvolvendo um novo projeto em parceria com a Companhia Paranaense de Energia Elétrica (Copel). O objetivo é robotizar o processo. Entre as vantagens da automatização total está a preservação da forma original da pá. O equipamento medirá e controlará a forma que vai sendo obtida, e indicará as alterações necessárias para que seja recomposta a geometria ideal da pá. Além de elevar o tempo de operação entre reparos, cálculos apontam para reduções de 20% no consumo de arame, 40% no tempo de soldagem e 50% do custo total. O investimento no desenvolvimento chega a cerca de 1 milhão de reais.

Depoimentos