Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Heloisa Furtado DTE Área de Metalurgia.

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1 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Heloisa Furtado DTE Área de Metalurgia

2 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Heloisa Cunha Furtado – D.Sc;Heloisa Cunha Furtado – D.Sc; Maurício Barreto Lisboa – D.Sc;Maurício Barreto Lisboa – D.Sc; Wagner Ferreira Lima - M.Sc;Wagner Ferreira Lima - M.Sc; Glaucio Rigueira – M.Sc;Glaucio Rigueira – M.Sc; Bruno Cardoso – M.ScBruno Cardoso – M.Sc Fernanda dos Santos - Eng a ;Fernanda dos Santos - Eng a ; Josélio Sena Buarque;Josélio Sena Buarque; Michel Bernard Simonson;Michel Bernard Simonson; Roberta SantanaRoberta Santana PesquisadoresLaboratório ÁREA DE METALURGIA METALURGIA

3 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 LABORATÓRIO DE METALOGRAFIA

4 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 LISTA DE EQUIPAMENTOS Investimento: 5 milhões de reais desde 2003 Microscópios 2 Microscópios óticos de Bancada 2 Microscópios óticos de campo 1 Microscópio Confocal Laser 1 Microscópio Estéreo 2 MEV 1 MET Ensaios Mecânicos Microdurimetro Durômetro de campo Durômetro Universal Durômetro Shore Nanodurômetro Máquinas de Fluência Raio X Difratômetro de Raios-X Analizador de ligas portátil Preparação de amostras Isomet Ion Milling Tripod com politriz Tenupol Plasma Cleaning Inspeção de Campo Ultra-som Ultra-som phase ray Videoscópio

5 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 ENSAIOS SERVIÇOSPESQUISA 3 %33%64% LABORATÓRIO DE METALOGRAFIA % do tempo de ocupação ATIVIDADES METALURGIA

6 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Análises periciais ou análises de falhas; AIE e determinação da vida residual em termelétricas e plantas de cogeração; Qualificação, desenvolvimento ou melhoria de componentes, materiais e ligas para eficientização de equipamentos elétricos; NATUREZA DOS SERVIÇOS

7 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos Identificação das causas das falhas e proposição de soluções de problemas encontrados em materiais utilizados em equipamentos elétricos. Exemplos de resultados obtidos com estas análises: CASO 1. Falha em reator da subestação de Marabá-PA CASO 2. Falha de um espaçador- amortecedor da LT – 500kV Ibiúna-Batéias CASO 3. Falha compressor da Usina de Bongi - Recife Fragilização por Hidrogênio Sobretorque de 10% quebra a arruela Fadiga Material fora de especificação (aço inoxidável austenítico) Fadiga

8 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA VIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICAS Início: Avaliação de Integridade Estrutural Evolução: Cálculo da Vida Remanescente Projetos de Pesquisa CLIENTES: CLIENTES: CEMIG, CGTEE, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ELETROBRÁS, TRACTEBEL Saldo desde 1993: 58 Avaliações de Integridade Estrutural 10 Projetos de Pesquisas Força de LeiMinistério do TrabalhoNorma NR13

9 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Cálculo da Vida Remanescente através de modelos matemáticos Resultados dos Ensaios não Destrutivos Estimativa da Vida X ORIGEM DAS LINHAS DE PESQUISA Envelhecimento de Materiais em Altas Temperaturas Monitoração e Diagnóstico em tempo Real

10 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Previsão da Vida Remanescente de Componentes de Turbinas a Vapor a partir da Monitoração em Tempo Real de Grandezas Específicas Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas com Foco na Monitoração em Tempo Real da Taxa de Deformação Equipamento-Alvo: Tubulações Principais Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas a partir da Monitoração em Tempo Real de Temperatura e Pressão Equipamento-Alvo: Caldeira/Reaquecedor Diatérmica (2004-2006) Monitermo (2007/2010) Turbodiag (2007/2011) PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

11 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Reaquecedor de Saída da Caldeira 5 da Usina de Jorge Lacerda Tubos PROJETO DIATÉRMICA Objetivo: Cálculo da vida remanescente baseada na monitoração da Temperatura e Pressão Larson – Miller Log б = T(C + log t)

12 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em Caldeiras Componente Monitorado: Reaquecedor de Saída

13 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 PRODUTO

14 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em Caldeiras Telas de Saída: Temperatura, Pressão, Potência, Vida Remanescente

15 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Previsão da Vida Remanescente de Componentes de Turbinas a Vapor a partir da Monitoração em Tempo Real de Grandezas Específicas Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas com Foco na Monitoração em Tempo Real da Taxa de Deformação Equipamento-Alvo: Tubulações Principais Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas a partir da Monitoração em Tempo Real de Temperatura e Pressão Equipamento-Alvo: Caldeira/Reaquecedor Diatérmica (2004-2006) Monitermo (2007/2010) Turbodiag (2007/2011) PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO

16 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 PROJETO MONITERMO Laboratório de Campo: CGTEE Linha de Vapor Principal Monitoração da Taxa de Deformação com Strain Gauges Cálculo da Vida a partir da Taxa de Deformação DESAFIO: strain-gauge para medição em altas temperaturas Monkman e Grant logt R + mlogέ = C

17 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 IMPLEMENTAÇÃO E MONITORAÇÃO -Visualização via internet

18 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 PROJETO TURBODIAG Objetivo: cálculo da vida remanescente baseada na monitoração da turbina à vapor Modelo Térmico do Rotor de Alta e Média Pressão Monitoramento de : Temperatura, Pressão, Vibração Benefícios dos Projetos: Maior confiabilidade, Maior Disponibilidade, Redução de custos, Agilidade na tomada de decisão

19 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Cálculo da Vida Remanescente através de modelos matemáticos Resultados dos Ensaios não Destrutivos Estimativa da Vida X ORIGEM DAS LINHAS DE PESQUISA Envelhecimento de Materiais em Altas Temperaturas Monitoração e Diagnóstico em tempo Real

20 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010  As propriedades mecânicas dos aços Cr-Mo se degradam pela ação:  tempo  temperatura  tensão Tempo + Temperatura Degradação Microestrutural  Coalescimento e evolução dos carbonetos precipitados;  Retirada de Mo de solução sólida ;  Vazios e microtrincas. Diminuição do tempo de operação do componente PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS FLUÊNCIA

21 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Nível de dano A: as primeiras cavidades são formadas no final do segundo estágio de fluência. Nível de dano B: a transição da fluência secundária para a terciária. Formação de cavidades orientadas. O tempo máximo de serviço é de 1 ano a 1 ano e meio. Nível de dano C: as cavidades se unem para formar microtrincas  reparo até seis meses. Nível de dano D: formação de macrotrincas  reparo imediato. MÉTODO DE NEUBAUER E WEDEL PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

22 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Critério de Toft e Marsden (1952) Baseado na morfologia da distribuição dos carbonetos A B C D E F PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

23 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 OBSERVAÇÃO:  O critério de Toft e Marsden não se aplica a todos os materiais e em alguns casos é muito conservador. OBJETIVO Desenvolver uma metodologia menos conservadora para prever o grau de degradação dos aços ferríticos. Materiais Térmicas Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos do estudo de precipitados e dureza Equipamento-Alvo: Caldeira (2000-2004) MATERIAIS TÉRMICAS

24 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Aço 2,25Cr-1Mo (3.000hs de Operação) Aço 2,25Cr-1Mo (100.000hs de Operação) Microscópio Eletrônico de Transmissão MATERIAIS TÉRMICAS

25 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010  Identificação através do MET da seqüência de precipitação de carbonetos para aços ferríticos: M 3 C M 3 C + M 2 C M 23 C 6 M 6 C M 7 C 3 M2CM2CM6CM6C Presença predominante de M 6 C e M 23 C 6 Indicação de fim de vida útil do componente por fluência MATERIAIS TÉRMICAS  A seqüência de precipitação de carbonetos é um caminho menos conservador para a avaliação de danos estruturais.

26 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Materiais Térmicas Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos do estudo de precipitados e dureza Equipamento-Alvo: Caldeira PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS Carbovida Estimativa da Vida Remanescente de Aços Ferríticos tomando como base a Seqüência de Precipitação de Carbonetos

27 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 OBJETIVO  Relacionar a freqüência de ocorrência de precipitados do tipo M 6 C e M 23 C 6 com a tensão aplicada, tempo e temperatura de envelhecimento em serviço = QUANTIFICAÇÃO.  Desenvolvimento de metodologia para quantificação dos carbonetos. CARBOVIDA

28 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Metodologia para MET 1.Preparação de réplicas de extração dos corpos de prova ensaiados; 2Observação de campo das réplicas em Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) e identificação dos precipitados nele contidos através de EDS; 3Registro dos campos através de fotos; 4Tratamento de imagem no Programa Adobe Photoshop CS2 das fotos já digitalizadas e atribuição de uma cor para cada tipo de precipitado; 5Contagem da área total (em pixels) de cada precipitado, através do programa Image Pro 4.5, no campo observado; 6Cálculo da fração volumétrica relativa de cada tipo de precipitado. CARBOVIDA

29 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 200nm M7C3M7C3 M 23 C 6 M6CM6C Contorno de grão Pp 09 CARBOVIDA

30 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Fator de Transformação por Precipitação (FTP): FTP (M 6 C + M 23 C 6 ) = (M 6 C + M 23 C 6 ) (M 7 C 3 + M 6 C + M 23 C 6 + Mo 2 C + Fe 3 C ) M2CM2CM6CM6C Carbonetos-  Fe 3 C 3 C + M 2 C M 23 C 6 M 6 C Cr 7 C 3 CARBOVIDA

31 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas com Foco nos Aços Bainíticos Equipamento-Alvo: Componentes confeccionados com aços bainíticos Materiais Térmicas (1999-2004) Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos do estudo de precipitados e dureza Equipamento-Alvo: Caldeira Bainítico (2008) PROJETOS COM ORIGEM NO ENVELHECIMENTO DOS MATERIAIS Carbovida (2004-2008) Estimativa da Vida Remanescente de Aços Ferríticos tomando como base a Seqüência de Precipitação de Carbonetos Fe-W (2002-2006) Verificação do desempenho a fluência da liga Fe-W Equipamento-Alvo: Caldeira

32 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 AÇOS BAINÍTICOS META Desenvolver uma metodologia de avaliação de aços bainíticos semelhante ao critério de Toft e Marsden para aços ferrítico-perlíticos Avaliação de degradação de aços 2,25Cr1Mo com microestrutura bainítica operando sob fluência

33 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 OBRIGADO!heloisa@cepel.br

34 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Objetivo:Objetivo:  Inspeção dos componentes;  Diagnóstico de sua integridade estrutural;  Cálculo da vida remanescente;  Determinar as tarefas para se evitar uma falha do componente;  Determinar o prazo recomendado para nova inspeção; AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA VIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICAS

35 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Espectro de EDS típico do precipitado do tipo M 6 C Espectro de EDS típico do precipitado do tipo M 7 C 3 Espectro de EDS típico do precipitado do tipo M 23 C 6 EDS

36 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos Identificação das causas das falhas e proposição de soluções de problemas encontrados em materiais utilizados em equipamentos elétricos. Exemplos de resultados obtidos com estas análises: CASO 1. Falha em reator da subestação de Marabá-PA Processo de falha: fragilização por hidrogênio Permitiu a ELETRONORTE receber o seguro no valor de ~ R$2.000.000,00 ao contrário do defendido pelo perito da seguradora.

37 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos CASO 3. Falha do selo compressor da usina de Bongi Necessidade de um rígido procedimento de montagem de espaçadores- amortecedores, empregados em LT´s de 500kV, em função da comprovação, por simulação por elementos finitos e análise dos materiais, de que um sobretorque de apenas 10% na fixação dos parafusos pode resultar na queda de uma linha de transmissão pela ruptura de apenas uma arruela Belleville.

38 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CepelABM | 2010 Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos CASO 2. Falha de um espaçador-amortecedor da LT – 500kV Ibiúna-Batéias - Processo de falha: fadiga Material fora de especificação (aço inoxidável austenítico) Fadiga