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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

Heloisa Furtado

DTE

Área de Metalurgia

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•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 - EngFernanda dos Santos - Engaa;;

•Josélio Sena Buarque;Josélio Sena Buarque;

•Michel Bernard Simonson;Michel Bernard Simonson;

•Roberta SantanaRoberta Santana

PesquisadoresPesquisadores LaboratórioLaboratório

ÁREA DE METALURGIA

METALURGIA

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LABORATÓRIO DE METALOGRAFIA

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LISTA DE EQUIPAMENTOS

Investimento: 5 milhões de reais desde 2003

Microscópios2 Microscópios óticos de Bancada2 Microscópios óticos de campo1 Microscópio Confocal Laser1 Microscópio Estéreo

2 MEV1 MET

Ensaios MecânicosMicrodurimetroDurômetro de campoDurômetro UniversalDurômetro ShoreNanodurômetroMáquinas de Fluência

Raio X

Difratômetro de Raios-XAnalizador de ligas portátil

Preparação de amostrasIsometIon MillingTripod com politrizTenupolPlasma Cleaning

Inspeção de CampoUltra-somUltra-som phase rayVideoscópio

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ENSAIOS SERVIÇOS PESQUISA

3 % 33% 64%

LABORATÓRIO DEMETALOGRAFIA

% do tempo de ocupação% do tempo de ocupação

ATIVIDADESATIVIDADES

METALURGIA

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• Análises periciais ou análises de falhas;

• Avaliação de integridade estrutural 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 SERVIÇOSNATUREZA DOS SERVIÇOS

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Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos

0 5 10 15 20Energy (keV)

0

200

400

600

800

1000

Counts

Cu

S

Cu

Cu

•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 HidrogênioSobretorque de 10% quebra a arruela

FadigaMaterial fora de especificação

(aço inoxidável austenítico)

Fadiga

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AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA VIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICASVIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICAS

Início:Início: Avaliação de Integridade EstruturalAvaliação de Integridade Estrutural

Evolução:Evolução: Cálculo da Vida RemanescenteCálculo da Vida Remanescente

Projetos de Projetos de PesquisaPesquisa

CLIENTES:CLIENTES: CEMIG, CGTEE, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ELETROBRÁS, TRACTEBEL

Saldo desde 1993:Saldo desde 1993:58 Avaliações de Integridade Estrutural58 Avaliações de Integridade Estrutural10 Projetos de Pesquisas10 Projetos de Pesquisas

Força de LeiMinistério do TrabalhoNorma NR13

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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

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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

Filosofia: os algorítmos matemáticos do cálculo da vida remanescente são tão mais precisos quanto mais próximos da realidade forem os dados de entrada

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Diatérmica

PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

Temperatura

PressãoTemperatura

Pressão

Larson – Miller

Log б = T(C + log t)

Monitermo Taxa de deformaçãp

Monkman e Grant Log tR+ m logέ = C

Turbodiag

Temperatura

Pressão

Taxa de deformação

Vibração

Fluência + Fadiga

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Tubos

PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO

E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

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PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO

E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

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PRODUTO

PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO

E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

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Telas de Saída: Telas de Saída: Temperatura, Temperatura, Pressão, Pressão, Potência, Potência, Vida RemanescenteVida Remanescente

PROJETOS COM ORIGEM EM MONITORAÇÃO

E DIAGNÓSTICO EM TEMPO REAL

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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

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CRITÉRIO DE NEUBAUER E WEDEL

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

CRITÉRIO DE TOFT E MARSDEN

AA

BB

CC

DD

EE

FF

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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 que trabalham em altas temperaturas

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

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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

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Aço 2,25Cr-1Mo (3.000hs de Operação)

Aço 2,25Cr-1Mo (100.000hs de Operação)

Microscópio Eletrônico de Transmissão

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

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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

M2C M6C

Presença predominante

de M6C e M23C6

Indicação de fim de vida útil do componente por fluência

A seqüência de precipitação de carbonetos é um caminho menos conservador para a avaliação de danos estruturais.

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

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200nm

M7C3

M23C6

M6C

Contorno de grão Pp 09

OBJETIVO

Desenvolvimento de metodologia para quantificação dos carbonetos

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

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Metodologia para MET

1. Preparação de réplicas de extração dos corpos de prova ensaiados;

2 Observação de campo das réplicas em Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) e identificação dos precipitados nele contidos através de EDS;

3 Registro dos campos através de fotos;

4 Tratamento de imagem no Programa Adobe Photoshop CS2 das fotos já digitalizadas e atribuição de uma cor para cada tipo de precipitado;

5 Contagem da área total (em pixels) de cada precipitado, através do programa Image Pro 4.5, no campo observado;

6 Cálculo da fração volumétrica relativa de cada tipo de precipitado.

PROJETOS COM ORIGEM EM ENVELHECIMENTO DE MATERIAIS EM ALTAS TEMPERATURAS

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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

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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 Avaliação de degradação de aços 2,25Cr1Mo com microestrutura bainítica operando sob com microestrutura bainítica operando sob

fluênciafluência

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OBRIGADO!OBRIGADO!

heloisa@cepel.brheloisa@cepel.br