Instituto de Soldagem e Mecatrônica

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processos, procedimentos, equipamentos e instrumentação.
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Projetos arrow Atuais arrowDesenvolvimento de uma Tecnologia Nacional Automatizada para o Revestimento e Fabricação por Soldagem de Tubos de Caldeiras e Tecnologias de Soldagem Associadas
Sistema Robótico de Quatro Graus de Liberdade para o Revestimento e Fabricação por Soldagem de Tubos de Caldeiras e Tecnologias de Soldagem Associadas | Cabeça-de-Série

INFORMAÇÕES GERAISTopo

Coordenador:
Jair Carlos Dutra - LABSOLDA/UFSC

Gerente do Projeto:
Jose Piotrovski Neto - TRACTEBEL ENERGIA S.A.

Data de Início: 25/04/2012
Duração: 36 meses

Tema: Geração Termelétrica

SubTema: Otimização da geração de energia elétrica em plantas industriais: aumento de eficiência na cogeração.

Fase da inovação: Desenvolvimento Experimental

Tipo do produto: Máquina ou Equipamento

Recursos Externos:
Empresa: TRACTEBEL ENERGIA S/A
Convênio: PD 0403 0025 - 2011
Orçamento Total: 1.784.253,88

Instituição Gestora: FEESC - número 839

DADOS TÉCNICOSTopo

Descrição do produto
Sistema integrado constituído de um manipulador robótico com cinco graus de liberdade e equipamentos de soldagem de revestimento para a recuperação de tubos de caldeira (do tipo espiralada, soldagem horizontal) deteriorados por corrosão e erosão, bem como para aumento da vida útil de tubos novos.

Motivação
Os potenciais ganhos em produtividade e qualidade resultantes do revestimento automatizado de tubos de caldeira justificam os resultados tecnológicos buscados pelo projeto proposto.O processo de revestimento a ser aplicado (Soldagem por fusão),no entanto, apresenta desafios advindos principalmente da geometria das caldeiras do tipo espiraladas,constituindo a motivação científico-tecnológica do trabalho. Especificamente,neste tipo de projeto de caldeiras,os tubos das paredes dágua se encontram em posição próxima à horizontal,desafiando a estabilidade e sustentação da poça de fusão (estado líquido),pois esta ocupa posições espaciais distintas ao longo da periferia dos tubos da respectiva caldeira,exigindo alto desempenho da soldagem.Para que isto seja viabilizado,mantendo propriedades de regularidade, qualidade e produtividade,é necessário um sistema mecatrônico com cinco graus de liberdade, características dinâmicas especiais, software,acessórios e procedimentos customizados.

Originalidade
O produto tecnológico objeto do projeto será especialmente adaptado às especificidades das caldeiras espiraladas, ou seja, um substrato não plano (tubos) e diferentes posições de soldagem num mesmo procedimento (inicialmente plana no topo do tubo, passando pela horizontal até a sobre-cabeça).

Tais características dedicadas não são encontradas em sistemas similares disponíveis comercialmente, os quais são adaptações de sistemas projetados para outras aplicações, apresentando carências técnicas relativas à compacidade, qualidade, produtividade e regularidade. Os projetos de P&D anteriores da Tractebel Energia com o Labsolda envolveram caldeiras verticais e não tiveram esta abordagem.

A inovação e originalidade se evidenciam no sistema mecatrônico a ser projetado, constituído de conjuntos mecânicos de acionamento e fixação ergonômicos, compactos, rígidos, robustos, com elevada dinâmica e número de graus de liberdade que permite o contorno perfeito da circunferência do tubo; software de controle dos eixos com parâmetros de programação dedicados aos tubos das caldeiras, bem como interface homem máquina amigável. Outro aspecto original do projeto está nos próprios processos de soldagem, com desenvolvimento e aplicação de versões inovadoras de processos convencionais e de processos estado-da-arte (processo híbrido Plasma-MIG,CMT,PTA-P,MIG-CA). Ademais, propõe-se também nesse contexto o projeto de acessórios, tais como tochas de soldagem compactas e leves, adequadas para automação e adaptadas à geometria dos tubos; sistemas de alimentação de material em pó e arame compactos e leves; desenvolvimento de software e hardware para o controle dos processos e integração/sincronização dos mesmos com os movimentos do manipulador.
Esta gama de tecnologias permite maior flexibilidade na busca pelo procedimento otimizado. Atualmente as opções disponíveis se restringem a processos convencionais de soldagem, com uma janela estreita para melhorias.

Aplicabilidade
O sistema integrado a ser desenvolvido será aplicável em procedimentos de soldagem automatizada de revestimento,seja em tubos novos a serem repostos ou in situ sobre os tubos já existentes. Nesta última condição reside o principal desafio do projeto,que é a soldagem em caldeiras espiraladas,com seus fatores complicadores descritos no campo Originalidade.Entretanto,para os tubos novos a serem repostos o desafio é o ganho de produtividade,que poderá atingir um metro quadrado de área a cada três horas de operação.As novas tecnologias a serem geradas e incorporadas,tanto em termos de mecatrônica,como em processos de soldagem,permitirão alta flexibilidade e,portanto,aplicação também em outros tipos de caldeiras.

Inicialmente, se prevê a aplicação em usinas da TRACTEBEL ENERGIA. No entanto, a aplicação poderá ser estendida ao setor energético como um todo.

Relevância
A durabilidade dos tubos com revestimentos à base de ligas inoxidáveis e INCONEL pode passar de 3 para até 20 anos,segundo item 1 de Pesquisas Correlatas.Tais ganhos representam expressivo ganho na vida dos tubos, resultando em maior disponibilidade das unidades geradoras e redução de custos.Somam-se a isto a redução da geração de distorções nas caldeiras (pela redução de operações de solda) e os fatores qualidade e produtividade proporcionados pela soldagem automática,melhorando também o desempenho operacional em paradas para manutenção.Não só o manipulador robótico terá elevada relevância neste procedimento,mas também os processos de soldagem,que passarão por desenvolvimentos direcionados à aplicação:MIG/MAG,PTA-P,Híbrido Plasma-MIG,CMT e MIG CA.Devido à complexidade da tarefa,é necessária uma avançada integração entre o processo de soldagem e o manipulador robótico.A relevância científica se evidencia no atrelamento ao projeto de trabalhos de doutorado e mestrado.

Viabilidade econômica
Diferentes trabalhos reportam distintos valores de ganho de vida dos tubos pelo seu revestimento. No entanto, sempre se coincide em valores que superam o dobro da vida original.Com a atual taxa de desgaste corrosivo (0,4 mm/ano) a vida média dos tubos é 5 anos (Caldeira 7 do Complexo Jorge Lacerda).Experiências do EPRI (Electric Power Reserch Institute) constataram que a vida dos tubos pode atingir mais de 10 anos.Assim,mais que dobra-se a vida esperada para tubos sujeitos à Corrosão lado gases da Combustão.Nos últimos 5 anos,6 falhas ocorreram nas paredes laterais da Caldeira. Considerando-se 72 horas necessárias para os reparos,com PLD (Preço de Liquidação das Diferenças) de R$ 50,00, para 363 MW (Caldeira 7),ao se eliminar 2 falhas somente (R$ 2,6 milhões),o valor do projeto (R$ 1,8 milhão) terá um retorno em até 2 anos.É importante ressaltar que a tecnologia nacional permitirá menor custo de serviços técnicos que o praticado por empresa estrangeira,da ordem de R$350 mil reais/10m2.

Pesquisa correlata
Há mais de três décadas o LABSOLDA vem desenvolvendo tecnologias de impacto na área de geração de energia elétrica e produtividade acadêmica.Um desses desenvolvimentos, que teve como cliente a TBLE,originou a primeira patente da UFSC.Dentre as linhas de pesquisa, existem atualmente projetos de P&D em automação e processos inovadores de soldagem, atendendo operações de difícil aplicação.Especificamente sobre o revestimento de paredes dágua,pode-se enumerar como referências:1-Use of Pulse Spray Gas Metal ArcWeld Overlay Technology for Bolier Tube Protection against Corrosion and Erosion (G. Lai,WSI),2-Innovative Technique Developed as Permanent Solution to Fireside Waterwall Erosion/Corrosion issues within Fossil Fired Power Boilers (N. Blogg),3-Robô CNC para a automação da soldagem MIG/MAG em posições e situações de extrema dificuldade (Renon Carvalho,Dissertação de Mestrado) e outras publicações e projetos disponíveis em www.labsolda.ufsc.br.

VÍDEO DOCUMENTÁRIOTopo

 

PARTICIPANTESTopo

TRACTEBEL ENERGIA S.A.

  • Eduardo Cardoso Lima - Pesquisador
  • Elias Rogerio Gomes - Pesquisador
  • Franco Wronski Comeli - Pesquisador
  • Jose Piotrovski Neto - Gerente
  • Luiz Felippe - Pesquisador
  • Sebastiao Guesser - Pesquisador

LABSOLDA/UFSC

  • Jair Carlos Dutra - Coordenador
  • Márcia Paula Thiel - Auxiliar Administrativo
  • Mateus Barancelli Schwedersky - Pesquisador
  • Nelso Gauze Bonacorso - Pesquisador
  • Regis Henrique Goncalves e Silva - Pesquisador
  • Renon Steinbach Carvalho - Pesquisador

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