Com o objetivo de testar a eficiência das novas estruturas foi estabelecido um procedimento experimental que teve como objetivo simular as cargas a que o grande reforço está sujeito durante um evento de curto-circuito.
Previamente ao planeamento e execução de um ensaio deste tipo, é necessário conhecer as condições que se querem replicar, sendo este um fator chave [32]. Neste caso, os protótipos testados foram submetidos a uma simulação de um curto-circuito e foi avaliada a sua performance ao nível das deformações observadas e a presença de
deformações permanentes. A seleção deste teste deve-se á suma simplicidade e porque este é o critério geralmente exigido por um potencial cliente de um transformador [33].
De modo a executar esta avaliação e a determinar as deformações e tensões presentes nos protótipos, foi necessário submete-los a uma carga. Assim, com base na abordagem feita no capítulo do estado da arte aos princípios físicos que influenciam o grande reforço num evento de curto-circuito, é possível calcular essa carga.
A carga a que o grande reforço está sujeita num evento de curto-circuito, baseada na força máxima eletromagnética verificada nos enrolamentos num evento de curto- circuito, é descrita pela equação 2.3 [34]:
𝐹 = 𝐹𝑚á𝑥[ 1 2+ 𝑒 −2𝑡 𝜏 − 2𝑒 −𝑡 𝜏 cos(𝜔𝑡) +1 2cos(2𝜔𝑡)] (2.3) Deste modo, sabendo que a força máxima gerada por um evento de curto-circuito é de 1000 [kN] [35], pode estimar-se que a força eletromagnética vai variar em função do tempo, acordo com a função apresentada na figura 2.18.
Figura 2. 18 Variação da força eletromagnética em função do tempo durante um curto-circuito. No entanto, definiu-se que a carga máxima de ensaio seria de 300 [tonf]. Este valor suplanta o valor máximo da carga decorrente num curto-circuito, gerando um coeficiente de segurança que dará uma maior credibilidade à performance das estruturas testadas.
O processo de teste dos protótipos iniciou-se pela aplicação de uma carga inicial de 5 [tonf], sendo esta retirada em seguida. Esta ação teve a função de acomodar os cilindros à chapa interior da viga do grande reforço, assegurando que quando o ensaio realmente se inicia, todas as cargas são corretamente aplicadas.
Capítulo 2|Estado da Arte
As cargas de simulação de curto-circuito foram aplicadas em incrementos de 25 [tonf], desde o valor zero até à carga final de 300 [tonf]. Em cada um dos incrementos de aplicação de carga, as deformações induzidas foram monitorizadas conforme vai ser explicado em posteriormente. É conveniente referir que entre cada um dos incrementos de carga, a carga era retirada para verificar se existia deformação permanente. Deste modo, verificou-se na prática a carga para o qual cada protótipo entrou no domínio plástico de deformações.
Em seguida, para facilitar a perceção da metodologia utilizada para o ensaio, apresenta-se um fluxograma (figura 2.19) que descreve os passos efetuados.
Figura 2. 19 Fluxograma de metodologia de ensaio.
O processo experimental foi constituído por duas partes essências: o aparato de aplicação das cargas e o aparato de monitorização das deformações.
O aparato de aplicação das cargas de simulação das cargas do evento de curto- circuito em cada um dos protótipos foi executado através de cinco cilindros hidráulicos (figura 2.20), que por sua vez foram colocados no interior do grande reforço posicionados no local onde são geradas as forças eletromagnéticas. Deste modo, a sua ação gera uma carga quasi-estática, aproximadamente distribuída ao longo da viga do grande reforço.
A seleção deste tipo de aparato experimental, deveu-se à sua simplicidade, à orientação das cargas conforme as impostas pelos enrolamentos numa situação real e à severidade das cargas impostas.
Este último facto faz com que se gerem deformações, e consequentemente dados experimentais, que dão uma confiança reforçada na seleção do protótipo mais eficiente a nível estrutural.
Já a monitorização das deformações, consequentes das cargas impostas, foi executadas pelo posicionamento de oito extensómetros elétricos em posições-chave. Essas posições foram selecionadas por serem os locais onde se verificam as maiores deformações.
A deformação pode ser definida como a quantidade geométrica que depende do movimento relativo de um ponto [36]. Está portanto relacionado com a deslocação de um ponto de referência, podendo este ser quantificado em relação a um ponto cartesiano ou polar. No caso apresentado, a deformação está quantificada e dividida em três componentes cartesianas.
Durante um evento de curto-circuito, vão ser geradas cargas conforme as estabelecidas anteriormente. Consequentemente, qualquer esforço origina deformações [37] no grande reforço. Assim, o meio fundamental para posteriormente avaliar o protótipo com a melhor performance estrutural, vai ser o valor das deformações observadas para cargas semelhantes. Deste modo, foi perentória a monitorização das deformações induzidas à medida que as cargas eram aplicadas nos protótipos.
A solução selecionada foi o uso da extensometria elétrica, devido à sua linearidade inerente, versatilidade e fácil instalação [38].
Os extensómetros elétricos são definidos como instrumentos construídos e posicionados de modo a acompanharem a deformação de um corpo deformado, variando proporcionalmente uma característica básica elétrica [39].
O princípio de funcionamento destes sensores baseia-se na variação da resistência elétrica utilizado nas pontes de Wheatstone (figura 2.21) [40]. O extensómetro que sendo ligado a um dos braços da ponte, funciona ele próprio como uma resistência.
Capítulo 2|Estado da Arte
Figura 2. 21 Ponte de Wheatstone [41].
Quando a fonte de corrente contínua está ligada, e o corpo ao qual o extensómetro está ligado é deformado, gera-se um desequilíbrio na ponte sob forma de variação da resistência do conjunto. O valor resultante é proporcional à deformação induzida, que deste modo pode ser calculada [42].
As referidas posições dos extensómetros e as direções de medição de deformação nos protótipos do grande reforço estão representadas na figura 2.22 e descritas na tabela 2.3.
Figura 2. 22 Posições de colocação dos extensómetros. Tabela 2. 3 Descrição e eixo dos extensómetros.
Extensómetro nº Tipo Marca e Modelo Eixo de medição 1 Roseta HBM RY 91-3/120 ZZ 2 YY 3 Simples HBM LY 11-3/120 YY 4 Simples HBM LY 11-3/120 ZZ 5 Roseta HBM RY 91-3/120 ZZ 6 XX 7 Simples HBM LY 11-3/120 ZZ 8 Simples HBM LY 11-3/120 XX
se à sua disponibilidade e a experiência na sua utilização, um fator fundamental num processo experimental onde se pretende condições invariantes.
As rosetas HBM modelo RY 91-3/120 são geralmente utilizadas para efetuar medições de deformações biaxiais em aço, onde a principal direção de carga é desconhecida. Para isso possuem 3 grelhas, posicionadas a 0, 45 e 90 graus. No entanto, visto que no processo experimental aqui apresentado, as direções de medição são bem definidas, foram apenas utilizadas as grelhas a 0 e 90 graus.
Os extensómetros simples HBM modelo LY 11-3/120 são executados para monitorizar deformações em aço numa só direção. Deste modo têm apenas uma grelha de medição.
A variação de resistência elétrica decorrente em cada um dos extensómetros foi amplificada utilizando um sistema de aquisição/amplificação de sinal da marca HBM modelo MGCPlus de 24 canais.