Materiais e Mecatrônica-Eletrobras Cepel

Materiais e Mecatrônica

Serviços Tecnológicos e Pesquisa Experimental na área de Materiais e Mecatrônica

Contando com ampla infraestrutura laboratorial e especialistas em diversas áreas de conhecimento em Química, Corrosão, Engenharias de Materiais e Mecânica, a área de Materiais e Mecatrônica do Cepel realiza pesquisa experimental e desenvolve soluções tecnológicas para diagnóstico, monitoramento e prognóstico da vida útil de materiais metálicos, poliméricos, cerâmicos, óleos e tintas. Investigações especializadas e comprometidas com a confiabilidade dos resultados permitem a avaliação de desempenho de equipamentos elétricos e de estruturas em suas condições operacionais, em unidades geradoras, transmissoras e distribuidoras de energia, atendendo a demandas prioritárias ao setor elétrico.

Áreas de atuação

Tendo como foco principal de atuação a integridade dos equipamentos e estruturas do setor elétrico, a área de Materiais e Mecatrônica dedica-se às seguintes frentes.

Inspeção técnica em campo em usinas e na transmissão de energia elétrica e análises em laboratório, por meio de ensaios não destrutivos, análise de falha de componentes e avaliação de integridade estrutural dos materiais.
Caracterização dos materiais em termos químicos, microestrutural, e de propriedades mecânicas e de resistência à corrosão.
Capacitação de equipes técnicas com treinamentos e seminários na área de materiais e mecânica, nas instalações do Cepel, ou in-company, conforme necessidades dos clientes.
Desenvolvimento de Normas Técnicas Cepel e Eletrobras para garantia da qualidade em inspeções (por exemplo, as Normas de Avaliação de Integridade de Ativos), na contratação e condução de serviços, seguindo boas práticas e procedimentos padronizados (por exemplo, as Normas Eletrobras de Pintura Anticorrosiva).
Avaliação de desempenho por meio de ensaios acelerados para envelhecimento de materiais e avaliação de conformidade de materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos, óleos, tintas, entre outros que compõem equipamentos e estruturas do setor de energia.
Desenvolvimento de métodos, sensores autônomos e validação de modelos por meio de ensaios experimentais com objetivo de monitoramento e previsão de vida remanescente de ativos e determinação de velocidade de corrosão dos ativos da Geração e Transmissão (G&T).
Atuação em manutenção preditiva, como diagnóstico e monitoramento de óleos isolantes de equipamentos elétricos e de lubrificantes de grandes máquinas geradoras, além de desenvolvimento de projetos com benefícios para Operação e Manutenção (O&M), como, por exemplo, revestimentos inteligentes com propriedades de auto reparação.

Infraestrutura

A infraestrutura de laboratórios da área de Materiais e Mecatrônica conta com equipamentos modernos e diversos insumos para permitir toda a atuação técnica da área. Resumidamente, contempla os seguintes ensaios.

Ensaios físico-químicos e análise de gases dissolvidos em fluidos isolantes de equipamentos elétricos.

Determinação de parâmetros de óleos lubrificantes para manutenção preditiva de máquinas.

Análise química de metais, polímeros, materiais cerâmicos e tintas.

Investigação de processos corrosivos em campo e em laboratório.

Ensaios acelerados de corrosão.

Análise de falhas e caracterização metalúrgica em componentes falhados em serviço.

Inspeção por ensaios não destrutivos.

Avaliação de integridade estrutural de ativos.

Investigação de deformação e vibrações mecânicas em equipamentos e estruturas.

Ensaios de tensão, flexão, compressão, cíclicos de fadiga e de resistência à fratura em materiais.

Análise de esforços mecânicos por elementos finitos.

Desenvolvimento de sensores autônomos para monitoramento de ativos.

Principais atividades

Análises Químicas e Corrosão

Tecnologias ágeis para manutenção preditiva de óleo lubrificante em grandes máquinas da geração de energia.
Análises físico-químicas para inspeção e controle de qualidade de isoladores poliméricos de linhas de transmissão e de flutuadores poliméricos para usinas fotovoitaicas flutuantes.
Ensaios físico-químicos e de Análise de Gases Dissolvidos (DGA) em fluidos isolantes com emissão de diagnóstico do equipamento, sugestão de período para reamostragem e possibilidade de integração com banco de dados via DianE. 
Monitoramento de papéis isolantes a partir da determinação do grau de polimerização do papel e do teor de furfuraldeídos no fluido isolante. 
Treinamento em execução e interpretação de DGA para monitoramento dos equipamentos elétricos, subsidiando a gestão da manutenção dos ativos. 
Análise qualitativa e quantitativa de ligas de aço, polímeros (isoladores, cabos, espaçadores etc.), materiais cerâmicos, tintas e outras matrizes, fornecendo subsídios a análises periciais, bem como monitoramentos de rotina.

Avaliações térmicas e físico-químicas de materiais poliméricos, cerâmicos, metálicos e líquidos, a partir de técnicas como calorimetria diferencial de varredura, termogravimetria, tensiometria óptica, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de absorção no UV/vis, dentre outras.

Compósitos e nanocompósitos para isolamento elétrico – desenvolvimento e caracterização de materiais para o setor elétrico, com avaliação de propriedades mecânicas, físico-químicas e dielétricas.
Revestimento hidrofóbicos e super-hidrofóbicos para isoladores cerâmicos – desenvolvimento e avaliação de revestimentos para aplicação em isoladores instalados em ambientes poluídos e úmidos, com crescimento biológico.
Avaliação de ésteres naturais isolantes – avaliações de propriedades, aplicabilidades, marcadores químicos de degradação do papel e compatibilidade dos materiais.
Nanofluidos para utilização em transformadores elétricos – estudo dos ganhos de propriedade térmica e dielétrica ao se incorporarem nanopartículas nos fluidos isolantes à base de óleo mineral.
Células solares poliméricas – estudo de desenvolvimento e caracterização de camadas ativas poliméricas para geração de energia fotovoltaica. 
Inspeções técnicas em campo para avaliação de processos corrosivos e falhas de revestimento ou adequação às boas práticas na especificação de esquemas de pintura.

Análise de conformidade de tintas líquidas com o estabelecido nas Normas Eletrobras de Pintura Anticorrosiva, visando garantir a qualidade do produto fornecido.
Realização de ensaios acelerados de envelhecimento de tintas industriais, simulando ambientes agressivos, visando garantir a qualidade e durabilidade dos produtos fornecidos.
Classificação normatizada do grau de agressividade de diferentes atmosferas, possibilitando a determinação da técnica de proteção anticorrosiva mais eficiente para o ambiente em questão.
Captação e análise de poluentes atmosféricos que impactem no desempenho anticorrosivo de materiais metálicos.
Cálculo de velocidade de corrosão de tubulações com diferentes fluídos, permitindo a previsão de vida útil da tubulação em diferentes pontos.

Análise técnica e ensaios laboratoriais para avaliação e substituição de materiais de baixo desempenho anticorrosivo por outros de desempenho comprovadamente superior.
Classificação do grau de agressividade da água utilizada em usinas e investigação de melhorias nos parâmetros físico-químicos da água ou adição de inibidores de corrosão.
Investigação de desempenho de inibidores de corrosão para diferentes fluídos e condições operacionais.
Otimização de custo e desempenho anticorrosivo entre diferentes tecnologias de esquemas de pintura, adequando-as à agressividade do ambiente operacional, com o objetivo de evitar falhas prematuras nos revestimentos, possibilitando ganho de vida útil dos ativos e redução da frequência de manutenção.
Investigação de técnicas anticorrosivas pelo uso de revestimentos ou inibidores de corrosão e biocidas, para combate e redução de incrustações em tubulações e, especialmente, de mexilhão dourado ou outros tipos de molusco.
Avaliação do estado de conservação do aço galvanizado utilizado em linhas de transmissão e projeto de caraterísticas técnicas deste material para resistir adequadamente às condições de corrosividade em que está instalado, ampliando a vida útil dos ativos.
Desenvolvimento e otimização de inspeção para diagnóstico do estado de corrosão de fundações de torres de linhas de transmissão, através de técnica de injeção de corrente.
Desenvolvimento de revestimentos com propriedades de auto reparação para ampliação da frequência de manutenção de equipamentos e estruturas do setor de energia.

Metalografia e Mecânica

Avaliação de integridade estrutural de componentes da geração de energia.
Estimativa da vida residual de componentes da geração de energia.
Análise de falhas em componentes fraturados em serviço.
Caracterização metalúrgica em peças metálicas.
Inspeção por ultrassom em palhetas do pré-distribuidor de usinas geradoras de energia
Medição de espessura por ultrassom e inspeção por ultrassom e líquido penetrantes em vasos de pressão.
Medição de espessura por ultrassom em tubulações do sistema de refrigeração e em tubulações de água de selagem.
Desenvolvimento de software para monitoração, medição e diagnóstico da condição operacional de turbinas em plantas termelétricas, integrado a metodologias de avaliação de integridade estrutural, permitindo a previsão de vida remanescente ou estágio de dano da turbina em tempo real.

Desenvolvimento de metodologia para realização de ensaios de fluência não-destrutivos em corpos de provas muito reduzidos retirados de equipamentos e componentes de alto valor financeiro (como turbinas e geradores) em serviço. O ensaio de fluência permite determinar o grau de envelhecimento do material. Com tal procedimento, reduzem-se os custos de inspeção e de manutenção em equipamentos de geração termelétricas.
Medição de vazão, espessura e videoscopia nas tubulações de resfriamento com o objetivo de identificar incrustações que podem diminuir a passagem de água de refrigeração, causando sobreaquecimento nos transformadores, mancais e outros componentes.
Avaliação de Integridade de caldeiras e tubulações para geração termelétrica a partir do monitoramento e modelagem matemática.
Desenvolvimento de dispositivos autônomos inteligentes para monitoramento de diferentes grandezas a fim de permitir diagnóstico de operação dos ativos.
Monitoramento e medição de vibrações mecânicas em equipamentos/estruturas, para identificação das frequências e modos naturais de vibração e detecção de anomalias no funcionamento a partir da constatação de alterações nas frequências/modos naturais.
Monitoramento e medição de deformação mecânica em equipamentos/estruturas de interesse através de técnicas de extensometria, permitindo a identificação dos locais mais solicitados mecanicamente e, portanto, mais suscetíveis à falha, com a proposição de melhorias para reduzir os esforços mecânicos neles apresentados.
Ensaios mecânicos de tensão, flexão e compressão em materiais metálicos, poliméricos, cerâmicos, compósitos, para avaliação da resistência mecânica do material sob carregamento estático e verificação da especificação do material e dos processos de fabricação.
Ensaios de fadiga, tanto de alto ciclo em temperatura constante, como de termomecânica em alta temperatura, para avaliação da resistência mecânica do material sob carregamento cíclico e estimativa de vida remanescente à fadiga do equipamento/estrutura.

Estimativa de propriedades mecânicas de resistência à fratura de materiais metálicos, permitindo a avaliação da resistência mecânica na presença de trincas e da vida remanescente do equipamento/estrutura.
Ensaios de vibração em equipamentos/estruturas (estruturas de até 1.200 kg e 2 m de altura), para avaliação de sua resistência mecânica, quando submetidos a vibrações mecânicas do tipo senoidal, aleatória (random) e transiente ou choque (transient/shock); identificação das frequências naturais do equipamento; e verificação da condição de sua operação em campo (em condição de ressonância ou não).
Análise de esforços mecânicos em equipamentos/estruturas, usando código comercial de elementos finitos ANSYS/Workbench, com o detalhamento de esforços mecânicos em equipamentos/estruturas de geometria complexa e gerando simulação do desempenho esperado para as condições de operação em campo.

Análise pericial para diagnóstico em equipamentos/estruturas, resultando na identificação das possíveis causas para defeitos/falhas e em recomendações para evitar a ocorrência de defeitos similares no futuro.
Desenvolvimento de metodologias e programas computacionais para monitoramento e diagnóstico de defeitos e avaliação de confiabilidade estrutural em equipamentos/estruturas, com objetivo de acompanhar sua deterioração progressiva, quantificar sua ‘saúde’ estrutural de gerar estimativa de confiabilidade e de sua vida remanescente. A pesquisa traz subsídios para planejamento racional das paradas de manutenção (alocação otimizada de recursos); redução de custos de O&M; redução de perdas de receita associadas a multas por indisponibilidade não programada; identificação da(s) causa(s) responsável(is) por perdas de desempenho; minimização de sinistros de grandes proporções.
Monitoramento da Condição Estrutural (Structural Health Monitoring) – desenvolvimento de metodologias computacionais para diagnóstico de defeitos em cabos condutores de linhas áreas de transmissão de energia elétrica e em pás de aerogeradores on-shore de grande porte. Desenvolvimento de sensores inteligentes para aplicação nestes ativos.
Avaliação de eficiência de amortecedores em cabos condutores.