RELATÓRIO DE ESTÁGIO (3 de 3)
11/NOV/2010 a 20/JAN/2011
REIVAX – AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Supervisor: Fernando Amorim da Silveira
Coordenador: Victor Juliano De Negri
Estagiário: Marcos Kaupert
20 de janeiro de 2011
A EQUIPE DE PROJETO MECÂNICO
Responsável por projetar e desenvolver produtos que possibilitem um melhor controle de usinas hidráulicas, térmicas e nucleares, o departamento de engenharia mecânica da Reivax possui um grupo de engenheiros e
técnicos que, através da troca de informações com o pessoal em campo, seguem inovando.
A maioria dos integrantes desse time passa a maior parte do tempo em campo, nas usinas, fazendo comissionamentos (1*), montagem e instalação de equipamentos.
Muitos outros funcionários, além do pessoal da engenharia mecânica, fazem parte do sucesso no alcance dos objetivos.
A integração com o pessoal da engenharia elétrica assim como o setor do service é essencial para que os prazos sejam cumpridos. Ainda dando suporte existem funcionários responsáveis pela logística de viagens, compras, o financeiro entre outros.
Verificação e Validação de Unidades Hidráulicas
A unidade hidráulica faz parte do sistema mecânico fornecido pela Reivax para a automação da usina. Um de seus clientes no período de estágio foi uma empresa de grande porte responsável pela produção de energia elétrica localizada no Chile. Este relatório comentará a validação da unidade comprada por essa empresa. (o nome da empresa será omitido por questões éticas)
A unidade hidráulica é a responsável pelo controle das válvulas do freio, do by-pass e do cilindro hidráulico responsável pela abertura do
distribuidor.
Neste ultimo, o controle deve ser gradual, ou seja, é necessário que através de um feed-back da posição de sua abertura, a unidade hidráulica abra ou o feche mais, mantendo a vazão de água na turbina na quantidade desejada.
Para que a unidade hidráulica funcione corretamente, é necessário que o sistema seja pressurizado e mantenha essa pressão numa quantidade
mínima, definida como: “o suficiente para realizar três ciclos completos no cilindro hidráulico do distribuidor”. Isso significa que ele deve, por
exemplo, abrir, fechar e abrir novamente, somente com a pressão do sistema após as bombas serem desligadas.
Isso é necessário, pois em caso de uma emergência, e queda de energia elétrica na usina, o distribuidor possa ser fechado com segurança. Para isso a unidade hidráulica possui um conjunto de três acumuladores que, depois de carregados, acumulam energia na forma de pressão, que será usada em caso de emergência.
A unidade hidráulica deve então ser projetada pensando-se em uma lógica que permita que todo o sistema possua uma pressão máxima, uma pressão mínima, e a acumulação de energia na forma de pressão de forma que as válvulas e cilindros atuem conforme o previsto e não sejam danificados. Ela possui dois motores com duas bombas hidráulicas de modo que um motor funcione mantendo a pressão acima de uma pressão predeterminada. Menor que esta pressão, é definida uma segunda pressão mínima, a qual se o sistema atingir aciona um alarme que ligaria o segundo motor, como um auxiliar.
Ainda fazem parte do sistema mecânico da unidade hidráulica o
termômetro, para que o óleo não ultrapasse um valor limite, super aqueça e perca suas características e um medidor de nível, para em caso de alguma falha ou vazamento o sistema acione um alarme avisando que a unidade possui pouco óleo.
Todo este sistema de controle é supervisionado pela parte elétrica da unidade hidráulica, sendo controlado por um equipamento chamado N1500 da fabricante Novus.
Essa parte elétrica é operada pelo RTVX da Reivax ou por um computador da própria usina hidroelétrica.
As unidades hidráulicas antes de ser enviadas para o cliente devem ser testadas com o objetivo de verificar seu correto funcionamento e detectar possíveis falhas.
O procedimento para o teste nas unidades hidráulicas segue alguns procedimentos predeterminados. Esses procedimentos visam simular as condições que serão encontradas posteriormente na usina bem como sobrecarregar as válvulas e equipamentos para que a unidade hidráulica possa suportar uma possível sobrecarga na usina.
Para a simulação do cilindro hidráulico que controla o distribuidor (chamado erroneamente nas usinas de servo-motor, nome já difundido no meio) foi utilizado pequenos cilindros hidráulicos acoplados a uma bancada de testes construída pelos funcionários da Reivax e localizada dentro do laboratório de testes. Essa bancada é móvel e possui, além de quatro
cilindros hidráulicos, um motor e um filtro, os quais são responsáveis pelo transporte do óleo e a filtragem do mesmo.
A lógica de funcionamento da unidade hidráulica testada pode ser acompanhada na foto abaixo.
Foto diagrama hidráulico
Esse diagrama visa, entre outros, o controle de abertura e fechamento gradual do cilindro hidráulico. Isso é realizado através de uma válvula proporcional com comando por corrente elétrica.
Válvulas reguladoras de pressão são instaladas após o bloco de
intermitência de cada motor com o objetivo de limitar a pressão máxima do sistema. Em seguida o sistema possui um conjunto de filtros com sensores de troca, e o fluxo segue para os blocos de controle.
Para simular a atuação do freio e a abertura da válvula by-pass foram utilizados dois cilindros da bancada de teste. Para o “servo-motor” foi utilizado o próprio que será enviado para o cliente. A esse “servo-motor” foi acoplado um sensor de posição magnético o qual informa o painel do RTVX a posição de abertura para então poder ser realizado o controle gradual do mesmo.
A validação da unidade, ou seja, os testes realizados antes de enviar o produto para o cliente foram acompanhados pelos mesmos, que vieram do Chile para a Reivax exclusivamente para isso.
Problemas Encontrados
Sistema não pressuriza
O primeiro problema enfrentado ocorreu quando tentávamos pressurizar o sistema. A pressão se elevava até aproximadamente 10 bar, mas não
conseguia passar desse valor.
Para encontrar a origem do problema, foi cogitada a hipótese do motor estar com as fases invertidas e girando para o lado contrario. Como se o motor estivesse rodando para o lado errado o sistema não poderia ter sido pressurizado, essa hipótese foi descartada.
Os primeiros procedimentos foram: soltar o parafuso da válvula
limitadora de pressão no bloco de intermitência, soltar a válvula de pressão na linha do acumulador e fechar a linha do acumulador.
Como nenhum desses procedimentos solucionou o problema, o bloco foi desmontado para se testar a sua lógica. Sendo verificado que esta estava funcionando da forma correta.
O procedimento final foi verificar a válvula reguladora de pressão do bloco de intermitência. Essa foi então retirada e foi constatado que o eixo da mesma estava quebrado, provavelmente na hora da montagem, o que travava a mola e a impedia de atuar. Foi feita uma solicitação ao fornecedor e a válvula substituída.
Bomba hidráulica com baixa vazão
O componente responsável pela transformação da energia mecânica vinda do motor elétrico ao fluido hidráulico é a bomba hidráulica. Transformando essa energia mecânica em energia na forma de pressão, que será consumida no sistema.
A bomba hidráulica fica localizada abaixo do motor elétrico, dentro do tanque de óleo. Possui acoplado a ela um tubo pescador com um filtro na extremidade que esta em contato com o óleo, com o intuito de impedir a entrada de possíveis resíduos que o tanque possa conter e que, se passasse pela bomba para o sistema, poderia entupir alguma válvula.
O cliente verificou que o procedimento de carregar o acumulador estava com um tempo acima do indicado nos cálculos e solicitou que o tanque fosse aberto. Foi então verificado que a tubulação do pescador não estava fixada corretamente e sem a devida vedação. Foi necessária a retirada de todo o sistema da bomba e do pescador para que o reparo fosse realizado, o que demandou tempo e um pouco de contorcionismo por parte do
estagiário.
Após o reparo o tanque foi fechado e o sistema foi novamente testado na presença do cliente. Foi então verificado que ainda havia uma demora e que o problema poderia ser outro além daquele já solucionado.
O tanque foi novamente aberto, e com a ajuda de uma câmera fotográfica foi coletado o código da bomba hidráulica, que estava do lado oposta da abertura do tanque, causando uma dificuldade de visualização.
Com o código em mãos foi pesquisado no catalogo e verificado que não se tratava daquela solicitada. Foi então solicitada uma nova ao fornecedor e então substituída.
Acumulador com pressão baixa
O acumulador é o responsável pela armazenagem de energia na forma de pressão para ser usado em caso de emergência, como no inicio
mencionado. O fluido hidráulico utilizado na transmissão de energia através do sistema hidráulico é o óleo. Porém o óleo é praticamente
incompressível, sendo, portanto inviável de se acumular energia através de sua compressão.
Nos acumuladores então é utilizado um sistema que comprime um gás e este armazena energia. Uma bexiga é colocada entre a câmara onde ficam o gás comprimido e o óleo. Como estão no mesmo cilindro, e a bexiga, por ser flexível, não exerce grande influencia, o óleo comprimido e
pressurizado.
O gás no interior da unidade hidráulica validada foi o nitrogênio, por possuir entre outras propriedades, a não toxidade e por não reagir com a bexiga, além de não ser inflamável. O nitrogênio no acumulador possui uma pressão de pré-carga definida de modo que o acumulador só comece a ser carregado após superar essa pressão. Isso é feito para se obter um
volume de óleo útil por um intervalo maior de tempo.
O problema encontrado foi que um dos três acumuladores da unidade hidráulica estava com a pressão de pré-carga abaixo da dimensionada no projeto. Foi então preciso que se carregasse o cilindro com o uso de outro com uma pressão elevada. Os dois cilindros foram conectados e então vagarosamente e de forma intermitente a válvula foi aberta, conferindo-se a cada pulso de carga a nova pressão do gás no acumulador.
1* Comissionamento é o processo de assegurar que os sistemas e componentes de uma edificação ou unidade industrial sejam projetados, instalados, testados, operados e mantidos de acordo com as necessidades e requisitos operacionais do proprietário. O comissionamento pode ser aplicado tanto a novos empreendimentos quanto a unidades e sistemas existentes em processo de expansão, modernização ou ajuste.
Considerações finais
O estagio foi realizado no ultimo semestre do curso de engenharia mecânica da universidade Federal de Santa Catarina. Durante todo o
programa de estagio foi possível observar, vivenciar e atuar ativamente nas soluções de diversos problemas enfrentados na pratica de um engenheiro, problemas os quais eram muito comentados em sala de aula e estudados a fundo em teoria.
A pratica não supera a teoria e nem ocorre o inverso. Ambas fazem de pilares de uma educação solida e sustentável, aonde o conhecimento se torna longínquo e permite que inovações sejam pesquisadas e
desenvolvidas.
O estagio na Reivax aprofundou muito meus conhecimentos na área de hidráulica. Como o estagio foi feito na parte de projetos, tive a
oportunidade de treinar e aprofundar meus conhecimentos em CAD, mais especificamente o SolidWork 2010, o qual é usado para projetar a maioria dos produtos oferecidos pela Reivax.
O clima organizacional na empresa foi muito agradável e profissional. Todos os integrantes do setor de projetos mecânicos ajudam uns aos outros, tornando fácil a convivência e o aprendizado rápido e continuo.
Bibliografia
Fundamentos de Sistemas Hidráulicos; Linsingen, Irlan Von Projeto de Maquinas; Norton, Robert L.
