Uma turbina hidráulica é uma máquina que converte a energia do fluxo de água em energia mecânica rotativa. Pertence à categoria de turbinas hidráulicas, dentro do ramo das máquinas hidráulicas. Já em 100 a.C., os rudimentos de turbinas hidráulicas surgiram na China, sendo utilizadas para irrigação e para acionar equipamentos de processamento de grãos. A maioria das turbinas hidráulicas modernas é instalada em usinas hidrelétricas para acionar geradores e produzir eletricidade. Nessas usinas, a água do reservatório a montante é conduzida até a turbina hidráulica através do tubo de adução, onde aciona o rotor da turbina, que por sua vez aciona o gerador para produzir eletricidade. A água tratada é descarregada a jusante através do tubo de descarga. Quanto maior a queda d'água e a vazão, maior a potência gerada pela turbina hidráulica.
Uma turbina tubular em uma usina hidrelétrica apresenta problemas de cavitação na câmara do rotor, principalmente na entrada e saída de água da mesma pá, formando uma cavitação com largura de 200 mm e profundidade de 1 a 6 mm. Essa cavitação se manifesta em faixas circunferenciais ao longo de toda a circunferência da câmara. Em particular, a cavitação é mais acentuada na parte superior da câmara do rotor, com profundidade de 10 a 20 mm. As causas da cavitação na câmara do rotor da turbina são analisadas a seguir:
O rotor e as pás da usina hidrelétrica são feitos de aço inoxidável, sendo o principal material da câmara do rotor o Q235. Sua tenacidade e resistência à cavitação são baixas. Devido à limitada capacidade de armazenamento de água do reservatório, este opera com uma queda d'água de projeto extremamente alta por um longo período, resultando na formação de um grande número de bolhas de vapor na água de descarga. Durante a operação, a água flui na turbina hidráulica através da área onde a pressão é inferior à pressão de vaporização. A água que passa pela folga entre as pás vaporiza e entra em ebulição, produzindo bolhas de vapor que geram pressão de impacto local, causando impactos periódicos no metal e golpes de aríete, resultando em cargas de impacto repetidas na superfície metálica e danos ao material. Como resultado, ocorre a cavitação e o desprendimento de cristais metálicos. A cavitação se repete na câmara do rotor, na entrada e na saída da mesma pá. Portanto, sob a operação com queda d'água extremamente alta por um longo período, a cavitação se desenvolve gradualmente e se aprofunda.
Visando solucionar o problema de cavitação na câmara do rotor da turbina, a usina hidrelétrica foi inicialmente reparada por soldagem, mas um grave problema de cavitação foi detectado novamente na câmara do rotor durante manutenções posteriores. Diante disso, o responsável pela empresa nos contatou, buscando nossa ajuda para solucionar o problema de cavitação na câmara do rotor da turbina. Nossos engenheiros desenvolveram um plano de manutenção direcionado, baseado na análise detalhada dos equipamentos da empresa. Ao mesmo tempo em que garantimos a extensão do reparo, selecionamos materiais de nanopolímeros de carbono de acordo com o ambiente operacional do equipamento, para atender aos requisitos de operação a longo prazo nas condições de trabalho em campo. As etapas de manutenção em campo são as seguintes:
1. Realizar tratamento de desengorduramento superficial nas peças sujeitas à cavitação da câmara do rotor da turbina;
2. Remoção de ferrugem por jateamento de areia;
3. Misture o nanomaterial polimérico Sorecun e aplique-o na parte a ser reparada;
4. Deixe o material solidificar e verifique a superfície reparada.
Data da publicação: 14 de outubro de 2022
