RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 (terceiro de três) Período: 30/mai/2008 a 30/jun/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 – 3/3 (terceiro de três)

Período: 30/mai/2008 a 30/jun/2008

Reivax Automação e Controle S.A.

Nome do aluno: Henrique de Macedo Tusco Nome do supervisor: José Carlos Pereira Nome do orientador: Fernando Amorim da Silveira

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Índice

1 Desenvolvimento ...3

1.1 Introdução... 3

1.2 Atividades desenvolvidas ... 3

1.2.1 F07079 – HUINCO (Peru) - EDEGEL... 3

1.2.2 F08011 – UHE Jupiá (Brasil – SP) – CESP...10

1.2.3 F08023 - CDSA Cachoeira Dourada (Brasil – GO) – ENDESA ...12

2 Projetos em andamento ...24

2.1 F07062 – PCH Piedade – MECAMIDI...24

3 Discussões e Conclusões...25

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1 Desenvolvimento

1.1 Introdução

Neste terceiro e último relatório de estágio farei referência aos fornecimentos de HUINCO (Peru), UHE Jupiá e UHE CDSA Cachoeira Dourada. Estes fornecimentos foram os principais que atuei neste período, porém, aproveitarei uma parte do relatório para comentar sobre projetos apresentados nos dois primeiros relatórios, mostrando o desenvolvimento e ou desfecho dos mesmos.

1.2 Atividades desenvolvidas

1.2.1 F07079 – HUINCO (Peru) - EDEGEL

Neste fornecimento trabalhei no projeto do sistema de medição de posição dos defletores dos jatos das turbinas Pelton, do sistema de medição de velocidade das turbinas e da válvula interceptadora (explicada mais adiante).

SMP (Sistema de Medição de Posição) dos Defletores A proposta dessa parte do projeto era

desenvolver um sistema de fixação para o transdutor linear de posição e para o posicionador (imã) que transladaria sobre o transdutor, gerando um sinal de saída 4-20 mA.

Os defletores das duas turbinas são conjugados, de maneira que são acionados

Dados da Central Hidrelétrica

Turbina 02 turbinas tipo Pelton por unidade N° de Unidades 04

Potência 64 MW

Rotação Nominal 514 rpm

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simultaneamente e acoplados através de um eixo que conecta essa conjugação.

Sendo assim, com apenas um transdutor linear conseguimos realizar a medição de posição dos dois defletores.

É visível na fotografia que o sistema de medição utilizado atualmente na usina para este fim é angular. Porém, visando redução de custo com este equipamento de transdução angular e também tentando melhorar o sinal de saída (os sinais de saída de transdutores angulares de posição são em geral de menor qualidade e com mais ruído que os lineares), projetei o sistema de medição modernizado com transdutor linear de posição.

O sistema proposto e aprovado pelo cliente consiste na seguinte configuração: uma estrutura mecânica de fixação do transdutor linear presa na esquadria presente no local mantém o transdutor na posição horizontal e bem próximo ao eixo que translada comandando a abertura e fechamento do defletor, dentro

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SMV (Sistema de Medição de Velocidade) da Turbina Para medir a velocidade de rotação das turbinas, escolhi adaptar o modelo de medição de velocidade e dispositivo de sobrevelocidade da Reivax na ponta de eixo onde atualmente está localizado o dispositivo de sobrevelocidade da usina.

Retirando o sistema atual antigo,

encontramos uma ponta de eixo remanescente. Nesta ponta será acoplada a nova roda dentada que projetei e, no piso, todos os acessórios de fixação do dispositivo de sobrevelocidade e dos sensores indutivos de rotação, bem como a estrutura de proteção do sistema.

A roda dentada possui da parte posterior um alongamento tubular com o diâmetro interno do mesmo diâmetro do eixo da turbina, com tolerâncias responsáveis pelo bom alinhamento do conjunto e quatro furos para fixação da mesma através de parafusos M16.

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de rotação e o dispositivo de sobrevelocidade. A semicircunferência presente nesta parte superior de fixação, além de alinhar os sensores indutivos de rotação, permite um ajuste de proximidade dos mesmos, visto que os sensores são roscados na estrutura. Existe também um bilongo para ajustar a posição do dispositivo de sobrevelocidade de acordo com a distância de calibração do pêndulo de sobrevelocidade nos testes de fábrica realizados anteriormente ao comissionamento.

A estrutura de proteção desenvolvida para este sistema possui uma janela de acrílico que

possibilita a visualização do interior da proteção sem a necessidade de desmontá-la. Foi criada com quatro apoios reguláveis devido ao desconhecimento da altura precisa do centro do eixo das turbinas. Durante o levantamento de campo não foi possível desmontar o sistema atual para medir esta dimensão.

Com 130% de velocidade o pêndulo de sobrevelocidade tem que deslocar o suficiente para acionar o gatilho do dispositivo de sobrevelocidade, cortando o fluxo de óleo do sistema e acionando o fechamento/parada da turbina.

A roda dentada obedece à seguinte equação:

Onde o valor 60 corresponde à freqüência em que o pickup irá operar. Essa pode variar de 50 até 80 Hz.

Sendo assim, a roda dentada projetada com 6 dentes, visando diminuir custos com usinagem dos dentes (quanto mais dentes maior tempo de usinagem), encontramos o valor de operação: 51,4 Hz, que satisfaz a condição de operação dos sensores indutivos.

60 = RPM

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Projeto da Válvula Interceptadora

A válvula interceptadora consiste num dispositivo que funciona como um permissível para a abertura do selo que trava fechada a válvula esférica de adução do conduto de água antes da entrada da turbina. Nada mais é do que um cilindro de aço inoxidável que possui uma entrada de água piloto de um lado e uma mola calibrada do outro lado. No sistema atual da usina esta válvula se encontra com a entrada de água tomada depois da válvula esférica.

Quando se deseja abrir a válvula esférica, não se faz isso bruscamente, dado o tamanho da válvula e as

proporções de todo o sistema. Primeiramente abrimos um sistema de bypass da válvula

esférica que tende a encher o lado vazio depois da válvula esférica com água. Ao encher esse lado, a pressão vai aumentando e água que entra na tomada de pressão que é levada na válvula interceptadora, empurra o êmbulo contra a mola calibrada. Esta mola calibrada para começar a se mover com 70bar de pressão de água, se comprime aos poucos e assim aciona hidraulicamente o permissível hidráulico que permite à movimentação do selo da válvula esférica, destravando a mesma para que possa ser aberta totalmente, com a diferença de pressão entre os dois lados da válvula menor possível.

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Este cilindro de inox, possui uma relação de áreas (Área maior/Área menor) de 1,125, sendo que quando a pressão depois da válvula esférica atingir 111,11bar de pressão, por diferença de áreas o cilindro começa a se deslocar para cima. A configuração do cilindro inoxidável culminou com as dimensões 1.1/2” de êmbulo e 5/8” de haste.

O cilindro tem 30mm de curso e quando estiver com 85% do curso total

aciona o came de uma válvula direcional mecânica, válvula esta que dá a condição para a abertura do selo da válvula esférica, podendo assim a mesma ser destravada e abrir, garantindo que não haja um diferencial de pressão significativo na válvula esférica, que devido ao seu tamanho, geraria forças incompatíveis com o material do conduto, causando problemas de golpe de aríete, cavitação e outros.

A válvula direcional com came mecânico possui retorno por mola e sua posição de retorno corta o fluxo de óleo que abastece a válvula pilo

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Seguindo a mesma linha de pensamento, coloquei uma válvula reguladora de vazão do lado da haste, de maneira que a mesma regulará a vazão de saída deste lado do cilindro, controlando assim a velocidade do movimento da haste, evitando movimentos bruscos, conservando o bom funcionamento de todo o sistema.

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1.2.2 F08011 – UHE Jupiá (Brasil – SP) – CESP

Para o fornecimento de Jupiá deste ano, algumas modernizações estão previstas. Digo deste ano porque a Reivax fornece para CESP-Jupiá há mais de dez anos. São contínuas modernizações e fornecimento de peças sobressalentes.

Participei do projeto dos blocos

manifold para controle das válvulas distribuidoras (válvulas maiores, pilotadas hidraulicamente, que trabalham com grandes vazões e necessitam de pilotagem hidráulica para abrir e fechar, são essas válvulas que controlam a abertura e fechamento dos grandes cilindros hidráulicos responsáveis pela atuação na turbina).

A Reivax fornece uma série de manuais, de instalação, comissionamento, procedimentos em geral. Para Jupiá confeccionei o manual do atuador hidráulico, manual este que descreve e ilustra os procedimentos para controlar toda parte hidráulica que será fornecida, detalha equipamento por equipamento, indicando suas funções e respostas esperadas do sistema.

Dados da Central Hidrelétrica

Turbina Kaplan

N° de Unidades 14

Potência 103 MW

Vazão Nominal 6.440 m3/s

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Depois de instalado todo o equipamento, temos que testar o mesmo juntamente com o cliente. Para isso existe um Plano de Testes, desenvolvido pela empresa pra servir como um roteiro de etapas a se seguir durante o teste, para que nada passe despercebido e também para servir de respaldo técnico, caso venham ocorrer problemas depois da instalação e comissionamento da Reivax, por mau uso ou má operação por parte do cliente. Confeccionei para este fornecimento o PIT, Plano Testes.

Juntamente com o sistema de controle das válvulas distribuidoras, projetei a montagem do sistema de filtragem do óleo, sobre o reservatório da unidade hidráulica. Após dimensionado um filtro duplo de pressão para substituir o filtro atual, projetei suporte de

fixação para o mesmo, visto que este filtro é relativamente pesado, aproximadamente 45kg. Listei as conexões necessárias para realizar as ligações e previ fixação do pressostato diferencial ajustável, requerido pelo cliente para monitorar a diferença de pressão na linha de entrada e saída do filtro de pressão.

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1.2.3 F08023 - CDSA Cachoeira Dourada (Brasil – GO) – ENDESA

Para a Endesa CDSA tive a oportunidade de participar integralmente de todo o processo de projeto, no qual realizei desde o levantamento de campo até o projeto final, que consistiu em modernização da unidade geradora n°2, visando deixá-la igual à unidade geradora n°1 que já fora modernizada pela Reivax.

A princípio seria apenas aplicar o mesmo projeto da UG1 na UG2, porém, a modernização da UG1 se deu em 2004, muita coisa mudou em termos de tecnologia desde então. Desta maneira,

aproveitamos os mesmos itens que foram modernizados em 2004, mas adaptamos para as novas tecnologias de equipamento e projeto adotadas atualmente.

Dados da Central Hidrelétrica

Turbina Kaplan

N° de Unidades 10

Potência UG2 16,2 MW UG2 apenas. 150 RPM Potência Inst. 658 MW

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A modernização então consistirá em:

• Renovação do sistema de medição de posição do carretel das válvulas distribuidoras;

• Blocos manifold de controle das distribuidoras e suas respectivas válvulas direcionais e proporcionais de controle;

• Sistema de medição de posição dos cilindros do anel distribuidor (controla entrada de água na turbina)

• Sistema de medição de posição do cilindro que controla a abertura e fechamento das pás da turbina;

• Modernização do sistema de ar comprimido responsável pelo freio da unidade geradora;

• Desenvolvimento de sistema de trava de segurança dos cilindros do anel distribuidor, quando em manutenção ou qualquer motivo de máquina parada, esta trava é acionada para garantir mecanicamente a segurança do equipamento e dos operadores envolvidos, impedindo que o cilindro se movimente;

• Sistema de medição de velocidade, roda dentada com sensor indutivo de rotação;

• Todas as estruturas de fixação, suportes, mecanismos e demais equipamentos mecânicos.

Sistema de ar comprimido do freio da unidade geradora O sistema atual de ar

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Suportes para fixação da tubulação, conexões e registros para isolar a válvula direcional foram pensados para esta instalação.

A tubulação chega por baixo, passa pelo filtro e pelo lubrificador, então pela válvula direcional que aplica ou desaplica o freio na unidade geradora. A linha acima do lubrificador e do filtro é a linha de retorno do ar comprimindo.

Depois da válvula direcional foi disposta uma tomada de pressão com um manômetro para verificar a pressão na linha de acionamento do freio da unidade geradora.

Sistema de medição de posição das válvulas distribuidoras Para conhecer a posição do carretel das

válvulas distribuidoras instala-se um LVDT desenvolvido pela própria Reivax, numa das extremidades do carretel da válvula distribuidora. O LVDT possui uma haste delgada imantada que excita o corpo do LVDT gerando um sinal de saída -6 a 6V. A haste é posicionada através de uma marca alinhada com a entrada do LVDT. Quando a haste entra no corpo, o sinal de saída é positivo, quando a

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Com base no sistema de transdução existente em campo, aproveitamos a carcaça deste sistema que será substituído, para fixação do LVDT da Reivax. Será confeccionada apenas uma tampa especial com rosca para fixação do LVDT e furação compatível com a estrutura existente. Será usinada a estrutura existente de modo a abrir as janelas de visualização e manipulação da haste do LVDT. Essa idéia já foi utilizada pelo próprio cliente e foi sugerida pelo mesmo neste projeto.

Comparação do projeto que será realizado na UG2, com idéia já utilizada pelo cliente na UG10 e imagem ilustrando sistema existente de medição de posição do carretel das válvulas distribuidoras.

Sistema de medição velocidade da turbina Para medir a velocidade angular da turbina utilizei do mesmo método padrão da empresa, sensores indutivos de rotação posicionados e alinhados com uma roda dentada, gerando um sinal de pulso elétrico que indica quantos dentes por intervalo de tempo estão passando pelo sensor. Como eu conheço o número de dentes, retiro a velocidade. Os cálculos estão implementados no controlador da Reivax.

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Kaplan é o seu tamanho relativamente grande. Isso acarreta num diâmetro de eixo grande e, portanto, não facilmente desmontável. Sendo assim a roda dentada que projetei é bipartida, unida com parafusos e com sobre-metal no diâmetro interno, visando ajustes durante o comissionamento, obtenção do aperto necessário para sua fixação no eixo.

O suporte dos sensores indutivos é regulável, permitindo um ajuste de acordo com a melhor altura para instalação da roda dentada. A distância entre a superfície dos dentes da roda dentada e a superfície do suporte dos sensores indutivos é calculada para 15 mm. Os sensores indutivos possuem o corpo roscado M12 x 1mm, que permite o ajuste da proximidade do sensor em relação ao dente da roda dentada que, em operação, deve estar entre 4 e 8 mm.

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Sistema de medição de posição do cilindro das pás da turbina O projeto realizado na UG1 em 2004 poderia ser

implantado na UG2 que estamos modernizando agora tranquilamente, porém este projeto de 2004 faz uso de um transdutor linear do tipo BTL5, transdutor de haste interna deslizante, que permite a rotação desta haste.

Utilizou-se esse transdutor porque a ponta de eixo do cilindro de controle das pás gira. Diante disso, para não ter que confeccionar qualquer tipo de guia para que este eixo não girasse, na época adotou-se esse transdutor.

Nos dias atuais, o custo de um projeto pesa muito e é constantemente avaliado pela supervisão e direção

financeira da empresa, reflete nos índices de controle e departamental, logo no PPR (participação os lucros) do funcionário. Não precisa nem comentar que visamos sempre um projeto confiável, porém com o menor custo possível, sem comprometer as instalações.

Pensando nisso, uma maneira fácil de diminuir custos neste projeto a fim de otimizá-lo, seria substituindo o transdutor do tipo BTL5, por um transdutor mais barato, BTL6 indutivo magnético excitado por posicionador imantado.

Esse equipamento possui algumas restrições que devem ser obedecidas para garantir o seu funcionamento durante operação: o posicionador (imã) deve estar apenas transladando sobre a linha longitudinal marcada no centro do transdutor, com 2 até 4 mm de distância.

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alinhado o posicionador em relação ao transdutor.

Na ponta do eixo do cilindro será fixa uma segunda estrutura para fixar a outra extremidade da haste. Nela estão acoplados dois rolamentos SKF, para garantir que se o eixo rotacionar, a haste se mantenha fixa, guiada pela estrutura de fixação do transdutor e a segunda estrutura com rolamentos gire juntamente com o eixo do cilindro.

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Sistema de medição de posição do cilindro do anel distribuidor Semelhante a qualquer outro sistema

de medição que já projetei, o sistema de medição de posição do cilindro do anel distribuidor é constituído de uma estrutura de fixação para o transdutor linear e um suporte de fixação em forma de presilha para o posicionador (imã).

A presilha envolve a haste do cilindro logo após a articulação, nela é fixa a chapa e aço inox que prende o posicionador na extremidade oposta. A furação para fixação da estrutura que sustenta o transdutor será realizada em campo de acordo com o comissionamento.

Do lado oposto ao sistema de medição de posição, foi desenvolvida uma

haste de 30 mm de diâmetro, presa em suporte totalmente regulável e que será soldado na lateral da haste do cilindro do anel distribuidor.

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A chave de fim de curso será fornecida pelo próprio cliente, porém instalada pelos comissionadores da Reivax.

Trava dos cilindros do anel do distribuidor O anel distribuidor é controlado

por dois cilindros hidráulicos de 30 t de força máxima cada um. De um lado será instalado o sistema de medição de posição, conforme visto anteriormente. Do outro, o sistema de travamento mecânico dos cilindros, visando impossibilitar o retorno do cilindro do lado direito do anel,

simultaneamente impedindo o avanço do cilindro do lado esquerdo do anel do distribuidor.

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do anel distribuidor e a tampa do cilindro hidráulico. Para isso ela é mantida retraída para cima mantendo a máquina operando e no fechamento do anel, desce na posição já comentada.

Trabalhando assim, as cargas não são uniformemente distribuídas na possibilidade de um comando de abertura sem remoção da trava. Se isso acontecer, ou seja, se a trava for realmente solicitada, problemas de desalinhamento, empenamento do sistema podem ocorrer, sem contar que não há certeza de que esta trava suporta as cargas a qual seria submetida, caso ocorra o comando de abertura do anel (fechamento do cilindro direito) com a trava acionada.

Com toda essa idéia em mente, projetei uma trava em forma de “U”, sendo retraída lateralmente durante a operação da máquina, apoiada no piso, se tornando independente do cilindro hidráulico para fixação.

Quando se desejar realizar o acionamento a trava, um cilindro hidráulico puxará a trava em forma de “U” para entre o garfo e o corpo do cilindro hidráulico, travando o sistema mecanicamente.

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Batentes circulares de 1” serão confeccionados para serem soldados na tampa do cilindro hidráulico e servirem de apoio para a trava caso ela seja solicitada. A trava com essa forma geométrica possibilita uma distribuição melhor da carga imposta pelos dois cilindros hidráulicos caso solicitados.

Essa peça mecânica de sacrifício, a trava, foi toda modelada e analisada

mecanicamente em software 3D

(SolidWorks) para garantir a carga imposta pelos cilindros caso venha a acontecer uma solicitação mecânica. Com um coeficiente de segurança de 1,23, a peça é capaz de resistir à aproximadamente 100 t.

Mesa de válvulas

Na unidade geradora 1 construiu-se uma mesa de válvulas onde se fixariam logicamente as válvulas e demais componentes, LVDT, filtro, bloco manifold de comando. Essa mesa possui arestas para sustentação de lâminas de acrílico para fechar os componentes livres de impurezas do ambiente da usina.

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Para isso, a mesa foi modelada em software 3D e analisada quanto à possíveis solicitações mecânicas. Forças de 100 kg foram aplicadas nos batentes superiores do teto da mesa de válvulas, simulando um operador empurrando a mesa por tal posição de aplicação de força, seguindo padrões de força estabelecidos para um ser humano saudável (PRO-TEC – Manual do projetista de máquinas). Na imagem, análise do modelo com relação ao deslocamento máximo da estrutura. Na escala de azul para vermelho, menor para maior deslocamento relativo á posição inicial da estrutura antes da aplicação da carga. A escala de distorção na imagem é aumentada em 120x a deformação real, para que possamos visualizar o comportamento da estrutura quando aplicadas as solicitações. O deslocamento máximo encontrado foi de 1,23 mm, na área em vermelho, quando aplicada solicitação de 100 kg nos batentes do teto, normal ao plano frontal, plano perpendicular à chapa grossa de fixação dos componentes.

A mesa é constituída de uma chapa grossa de 15 mm onde serão fixas as válvulas distribuidoras, o filtro, o bloco manifold de controle e demais componentes hidráulicos. Nela também são fixos os dois pés da mesa, são existentes apenas de um lado porque o outro lado da mesa de válvulas é apoiado no concreto existente na usina. Presos nesta chapa grossa também estão os quatro suportes de sustentação do teto e das lâminas de acrílico.

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2 Projetos em andamento

Como comentei no início deste último relatório, gostaria de dedicar esta seção para ilustrar alguns projetos que estão em andamento, projetos que eu desenvolvi e que agora só que estão chegando à etapa de execução, logo, sendo construídos. Consegui apenas registros fotográficos do Fornecimento para a MECAMIDI.

2.1 F07062 – PCH Piedade – MECAMIDI

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3 Discussões e Conclusões

Durante todo o tempo em que estagiei, não só na Reivax, estive aprendendo. Penso que esse é o verdadeiro propósito do estágio, quando empregado corretamente. Digo isso porque há, infelizmente, empresas que não se preocupam com a formação de caráter e formação profissional que o estágio pode proporcionar. Felizmente não foi o meu caso.

O embasamento teórico fornecido pela universidade é fundamental e fortemente utilizado no cotidiano do engenheiro, porém muita coisa de essencial para a formação de um engenheiro é adquirida somente no ambiente de trabalho. Com o estágio nós podemos então sair de uma graduação na universidade, mais qualificados para o mercado de trabalho. Sou muito grato a toda informação e experiência que adquiri dentro da Reivax, essenciais para a minha formação profissional e pessoal.

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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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