RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: 20/mar/2008 a 20/abr/2008. Reivax Automação e Controle S.A.

Texto

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Universidade Federal de Santa Catarina

Centro Tecnológico

Departamento de Engenharia Mecânica

Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia

Mecânica

CEP 88040-970 - Florianópolis - SC - BRASIL

www.emc.ufsc.br/estagiomecanica

estagio@emc.ufsc.br

RELATÓRIO DE ESTÁGIO – 2/3 (segundo de três)

Período: 20/mar/2008 a 20/abr/2008

Reivax Automação e Controle S.A.

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Índice

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Desenvolvimento... 3

1.1 Introdução ...3

1.2 Atividades desenvolvidas...5

1.2.1 F07059 – AES – Minas (Brasil – MG) - ATUADOR ... 5

1.2.2 F07059 – AES Minas (Brasil – MG) – VÁLVULA DE ADUÇÃO ... 12

1.2.3 F07059 - AES Minas (Brasil – MG) – SISTEMAS DE FREIO... 23

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Discussões e Conclusões ... 32

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1 Desenvolvimento

1.1 Introdução

Dando continuidade ao relatório anterior, passamos diretamente para o item de atividades desenvolvidas, visando não tornar o relatório repetivivo e cansativo. Qualquer dúvida sobre a empresa, seus produtos, cronograma e metodologia, favor consultar a primeira parte do relatório.

Essa segunda parte do relatório será inteiramente dedicada ao projeto/fornecimento F07059 - AES – Minas. Neste fornecimento serão modernizadas/automatizadas 13 unidades geradoras de energia, divididas em 6 usinas do mesmo cliente, a AES.

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gaveta) e desenvolvimento de um sistema de freio para cada unidade geradora (visando diminuir o tempo de parada das turbinas).

As usinas da AES – Minas deste fornecimento são tombadas pelo patrimônio histórico nacional, sendo assim, para automatizar as mesmas foi necessário muita cautela para não mudar muito as estruturas presentes nas usinas e deixar praticamente tudo intocável ou parecido com o original.

O complexo AES – Minas se divide em 6 usinas, conforme mencionado anteriormente, são elas: Congonhal 1, Congonhal 2, Henrique Portugal, Paes Leme, Pirambeira (Nhá Chica) e Ribeirão. Todas as usinas serão automatizadas/modernizadas e estão previstos 30 dias para cada usina no processo de comissionamento.

O projeto foi dividido em 3 partes principais para facilitar o desenvolvimento:

• Atuador: Toda parte referente ao controle da distribuição das turbinas. Controle do anel distribuidor das turbinas Francis (abertura e fechamento das palhetas da turbina) e controle do injetor e defletor das turbinas Pelton (abertura e fechamento da agulha injetora e defletor do jato de água das turbinas).

• Válvula de Adução: Divisão do projeto para desenvolvimento de mecanismos de controle das válvulas de adução (válvulas borboleta, agulha e gaveta que isolam a entrada de água na turbina e variam nas unidades geradoras).

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1.2 Atividades desenvolvidas

1.2.1 F07059 – AES – Minas (Brasil – MG) - ATUADOR

Congonhal 1

Congonhal 1 possui 3 unidades geradoras sendo que apenas 2 são iguais (UG1 e UG2). A unidade geradora 3 já teve seu regulador de velocidade modernizado, assim seu servomotor já foi trocado e, neste caso será reutilizado pela Reivax. Sendo assim, na UG3 será apenas acrescentado o sistema de medição de posição do servo, consistindo na instalação de um transdutor de posição com suportes de fixação para o mesmo e para o posicionador (imã que excita o transdutor), conforme projeto que realizei:

N

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Congonhal 2

Congonhal 2, além de ser muito próxima de Congonhal 1 (Congonhal 2 é a usina logo a jusante de Congonhal 1), é também muito parecida com sua vizinha Congonhal 1. Nesta usina as duas unidades geradoras presentes são idênticas. O projeto desta vez foi ainda mais conservativo que em Congonhal 1, projetei o cilindro hidráulico para ser

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Henrique Portugal

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Paes Leme

Paes Leme é outra usina isolada e distante do cliente. É constituída de 3 unidades geradoras idênticas movidas por turbinas Pelton. A idéia adotada para substituir o sistema de regulação atual pelo automatizado com cilindro hidráulico foi a mesma utilizada na usina Congonhal 2 que descrevemos anteriormente. Um

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Pirambeira (Nhá Chica)

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Ribeirão

Ribeirão é a usina mais antiga da AES – Minas, construída por volta de 1911. É também muito bem conservada e bonita. Da mesma maneira que Nhá Chica possui unidades geradoras muito pequenas, assim para adaptação do cilindro hidráulico projetei um flange novo, respeitando a furação do flange antigo, porém oferecendo mais espaço e melhor acoplamento do cilindro. A

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1.2.2 F07059 – AES Minas (Brasil – MG) – VÁLVULA DE ADUÇÃO

Congonhal 1

Conforme mencionado anteriormente, essa usina possui 2 unidades iguais (UG1 e UG2) e uma diferente (UG3). As duas primeiras possuem válvulas de adução do tipo esféricas, com um acionamento através de um fuso sem-fim que se conecta a um pinhão diretamente ligado a esfera da válvula. Nesse fuso sem-fim tem uma coroa que é ligada por corrente a uma outra coroa menor, que possui em seu eixo um volante relativamente grande, funcionando assim um sistema de redução de forças para o operador.

A idéia que tive foi de manter toda a estrutura, ligando diretamente na coroa através de um flange um motor hidráulico que fará a força necessária para girar o sem-fim, abrindo e fechando a válvula de adução. Como o eixo da coroa se encontra abaixo do nível do concreto, a fim de preservar o local, optei por conectar a coroa ao motor através de um eixo-cardan. Este se adaptaria perfeitamente a distância e diferença de altura entre os eixos da coroa e do motor hidráulico fixado no piso de concreto. Com 20° de inclinação em cada cruzeta, a distância entre a coroa e o motor

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Congonhal 1

Ainda na usina de Congonhal 1, temos a UG3 que possui a válvula de adução do tipo gaveta. Projetei um novo suporte, parecido com o suporte existente do volante, a fim de manter as características da válvula e ao mesmo tempo fixar o cilindro hidráulico que movimentará a haste da

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Congonhal 2

Nas duas unidades geradoras idênticas de Congonhal 2, através de um memorial de cálculo interno da Reivax, encontrei a força necessária para abrir e fechar a válvula de adução do tipo borboleta, modelo que se encontra nesta usina. Tendo em mãos a força necessária para o cilindro atuar na válvula, dimensionei o mesmo com certa margem de segurança e projetei

os suportes e mecanismos necessários para a automação da válvula.

Uma estrutura base de aço será fixada no concreto e a partir desta estrutura um suporte para articular o cilindro é parafusado com ajustes laterais para alinhar com o eixo da válvula durante o comissionamento. Foram previstas buchas de bronze para as articulações, para que não haja necessidade de confeccionar uma base ou alavanca inteira nova no caso de folgas decorrentes da operação. O furo central da peça mecânica de alavanca, que acoplará com o eixo da válvula, será enviado com sobremetal e usinado de acordo com o diâmetro preciso do eixo ao efetuar-se a desmontagem para instalação dos equipamentos novos projetados. Tentará se aproveitar a chaveta existente, porém, foi prevista e será enviada junto um tarugo de aço SAE 1045 para confecção de uma chaveta durante o comissionamento caso haja necessidade.

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Henrique Portugal

Na usina de Henrique Portugal na parte de adução, já havia um sistema de fechamento por contrapeso e abertura por cilindro hidráulico, porém essa abertura apesar de ser através do cilindro hidráulico era manual, mesmo funcionamento do macaco hidráulico de oficinas mecânicas. O operador da usina tem que bombear óleo manualmente para o êmbolo se deslocar e abrir a válvula, esta, que é do tipo borboleta.

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As chaves de fim de curso serão instaladas próximas ao eixo da alavanca de contrapeso, porque pensei em aproveitar o movimento de 90° realizado pelo mesmo naquela área. Então, duas hastes parafusadas na alavanca de contrapeso no sentido do raio do eixo da válvula, acionarão as chaves de fim de curso. Estas chaves serão fixas por suportes mecânicos reguláveis parafusados no flange do conduto de água de adução da turbina.

Paes Leme

As válvulas de adução das unidades geradoras da usina de Paes Leme além de serem idênticas, são muito parecidas com as de Congonhal 1 (UG1 e UG2). Nesta usina, entretanto, o espaço do fosso por onde passa o conduto de água de adução é muito maior que em Congonhal 1. Desta maneira, pude projetar estruturas e suportes mecânicos para fixar o motor hidráulico que movimentará a coroa ligada ao sem-fim da caixa de redução, parafusadas no diretamente no concreto dentro do fosso e mantendo o alinhamento do eixo do motor com o eixo da coroa existente.

Os suportes possuem rasgos fresados para possibilitar uma melhor regulagem/alinhamento do sistema projetado durante o comissionamento.

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Pirambeira (Nhá Chica)

Para automatizar as válvulas de adução de Pirambeira tive que optar por manter os suportes dos volantes das válvulas devido ao fato destes suportes estarem vinculados às vedações das hastes de fechamento/abertura das válvulas, que são do tipo gaveta.

Depois de pronto o projeto conservou bem a aparência da válvula como um todo, mesmo contendo no topo dos suportes dos volantes, cilindros hidráulicos para controlar a abertura/fechamento das válvulas.

Projetei uma estrutura que será parafusada no topo do suporte do volante de cada válvula (as duas são

iguais, porém o suporte do volante de cada uma é diferente), de maneira a conceber um espaço para o devido acionamento e posicionamento da chave de fim de curso superior. Este suporte estrutural também fixará o cilindro hidráulico responsável pelo controle da haste da válvula gaveta.

Um adaptador que será soldado no ponto onde esta haste da válvula será cortada, fará a conexão com a haste do cilindro hidráulico e também carregará o acionador das chaves de fim de curso. Este acionador consiste num tubo cortado com uma saliência em forma de

rampa que deslizará sobre os cabeçotes das chaves de fim de curso superior e inferior.

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Ribeirão

Na usina Ribeirão as válvulas de adução se encontram no piso inferior às turbinas e são comandadas atualmente através de volantes que se encontram no piso superior, o mesmo piso das unidades geradoras. Como é a usina mais antiga e bem conservada, tentei modificar muito pouco a estrutura do local. Desta maneira, para automatizar essas válvulas fiz uso do próprio eixo que comunica o atual volante no piso superior com o conjunto

fuso-sem-fim e quarto-de-engrenagem no piso inferior, para acoplar um motor hidráulico na ponta. Esse motor hidráulico, um para cada unidade geradora, fará então a abertura e fechamento da válvula de adução.

Sobre o atual suporte do volante será fixo outro suporte para o motor hidráulico e deste partirá outro para fixar o volante acima do motor para deixar o visual parecido com o original.

Previ uma proteção para o acoplamento para proteger os eventuais visitantes da usina das partes móveis do acoplamento.

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Ribeirão

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1.2.3

F07059 - AES Minas (Brasil – MG) – SISTEMAS DE FREIO

Congonhal 1

Os sistemas de freio foram projetados todos muito parecidos com exceção dos sistemas utilizados nas unidades geradoras 1 e 2 de Congonhal 1 e nas duas unidades geradoras de Congonhal 2.

Nas unidades de geração de energia elétrica 1 e 2 desta central não há volante de inércia, as máquinas são pequenas e operam com um acoplamento de eixo relativamente grande que, neste caso funciona como volante de inércia.

Volante de inércia numa unidade geradora existe para não deixar que a máquina acelere ou desacelere com muita

facilidade, visando não só a segurança do equipamento como também garantindo um melhor controle desta turbina. Seria muito difícil de controlar a velocidade deste equipamento se qualquer aumento de vazão ocasionado pela abertura das palhetas do distribuidor resultasse numa variação grande de velocidade.

O freio tinha por objetivo utilizar de uma pastilha de freio comercial para que fosse substituída com facilidade pelo operador de manutenção da usina. Foi adaptada então uma pastilha automotiva do GM Celta em todos os projetos realizados dos sistemas de freio.

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relação ao nível do piso, estruturas de fixação e mecanismos de acionamento se fizeram necessários.

Um cilindro hidráulico ao ser acionado empurra uma peça de ligação que se comporta como uma gangorra puxando a pequena sapata onde está fixada a pastilha de freio automotiva e pressionando-a contra a pista exterior do acoplamento, realizando a frenagem.

Essa peça de ligação, esse mecanismo de dupla gangorra se fez necessário por uma razão muito simples: a eventual possibilidade de vazamento da tubulação, ou queda de pressão na linha de alimentação do cilindro hidráulico. Se essa falha ocorresse e o cilindro estivesse ligado diretamente na sapata, puxando-a para acionar o freio ao invés de empurrando a peça de ligação para trabalhar como dupla gangorra, o sistema hidráulico necessitaria estar alimentando o cilindro com pressão constante para manter o sistema de freio desaplicado, mantendo a sapata afastada do acoplamento. No caso de um vazamento, essa pressão poderia tender a zero e o cilindro por gravidade puxar a sapata resultando numa frenagem indesejada com a máquina em operação e carga.

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Na instalação desse sistema de freio, deve-se cuidar para se obter um bom alinhamento com o acoplamento, aproximar a estrutura a uma distância tal que permita o bom ângulo de contato da pastilha com o acoplamento e garanta a frenagem até que se esgote quase na totalidade a pastilha de freio, sem que haja contato entre o metal da presilha da pastilha e o acoplamento evitando problemas de desgaste desnecessário da presilha da pastilha.

Adicionei na unidade de potência hidráulica uma reguladora de pressão na entrada do cilindro para controlar a frenagem, assim primeiramente regulamos a válvula para uma pressão baixa, 10 bar, por exemplo, rodamos a máquina na velocidade nominal e aplicamos o freio monitorando o tempo de frenagem. Regulamos o sistema aumentando a pressão e verificando como o sistema como um todo reage, diminuindo o tempo para parar a máquina.

Ainda em Congonhal 1, temos a unidade geradora 3 que é diferente das outras duas. Esta possui volante de inércia que será utilizado pra frenagem. Todas as outras usinas daqui pra frente projetei com a mesma idéia, para seguir um padrão e facilitar a instalação e fabricação desses sistemas de freio.

O sistema projetado para a unidade 3 de Congonhal 1 e as demais usinas, Congonhal 2, Henrique Portugal, Paes Leme, Pirambeira e Ribeirão, consiste em um arranjo parecido com o que temos no automóveis. O cilindro hidráulico fará com que duas sapatas trabalhem como pinças freiando a máquina utilizando a pista lateral dos volantes de inércia das mesmas.

Uma base de aço 1020, montada sobre uma segunda base em forma de chapa permite, devido fixação em uma das extremidades por pinos, um ajuste angular para adequar o sistema na pista lateral do volante de inércia corretamente.

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Como nas outras unidades, regula-se a pressão baixa para acionamento dos freios e iterativamente aumenta-se esta pressão para otimizar o tempo de parada.

Na extremidade roscada da haste do cilindro estará uma peça em forma de “T”, ligada a pequenas hastes de ligação com as sapatas. Quando empurrada para cima, desloca as partes inferiores das sapatas para fora, fechando igualmente as partes superiores destas, freiando a máquina.

Todos os outros sistemas de freio para as outras usinas foram projetados

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Como variáveis de projeto dos sistemas de freio entre as usinas, a distancia entre as duas torres de fixação das sapatas, a altura da pinagem das mesmas, ângulo de inclinação na sapata e comprimento das hastes de ligação entre a peça em forma de “T” e as sapatas, foram números que variaram de usina para usina.

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2 Discussões e Conclusões

Neste período envolvido no projeto AES – Minas pude, com total autonomia oferecida pela Reivax, exercer todas as etapas relacionadas à projeto dentro da empresa. Desde viajar representando a empresa para realizar levantamento de campo até a apresentação do projeto final cresci muito com este projeto, não só profissionalmente, mas também pessoalmente.

Muito deste projeto será implantado pela Reivax pela primeira vez, automação das válvulas de adução e sistema de freio, por exemplo, foram projetos piloto e passarão a ser adotados como padrão após o comissionamento deste fornecimento.

Já comentei no primeiro relatório, mas gostaria de reforçar a importância do estágio na vida profissional do engenheiro. Sem dúvida um bom embasamento teórico é extremamente necessário e fornecido pela instituição, porém, pouco valeria sem a experiência adquirida dentro de um ambiente profissional onde se pratica a engenharia, que é o propósito do estágio.

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3 Referências

Bibliográficas

LINSINGEN, IRLAN VON. Fundamentos de Sistemas Hidráulicos. 2. Ed. Florianópolis: Editora da UFSC, 2003.

PROVENZA, FRANCESCO. Projetista de Máquinas – PROTEC. 1. Ed. São Paulo: Editora F. Provenza, 1960.

MANNESMANN REXROTH. Princípios Básicos e Componentes da Tecnologia dos Fluidos. Volume 1. 2. Ed. Diadema: 1991.

MANNESMANN REXROTH. Proyecto y Construcción de Equipos Hidráulicos. Volume 3. 1. Ed. 1988.

SCHREIBER, GERHARD P. Usinas Hidrelétricas. Ed. Rio de Janeiro: Editora Edgard Blücher: 1977.

FOX, ROBERT W.; McDONALD, ALAN T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 4. Ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 1998.

DE NEGRI, VICTOR JULIANO. Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos. LASHIP - UFSC - Apostila. 1. Ed. Florianópolis: 2001.

VOITH. Reguladores Eletro-Hidráulicos para Turbinas Hidráulicas. VOITH.

REIVAX Automação e Controle. Manuais Internos e Memoriais de Cálculo.

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Referências

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