Operar com segurança depende de saber até quando cada componente suporta as condições a que é submetido. Nas usinas termelétricas, tubulações, coletores e vasos de pressão trabalham sob altas temperaturas por períodos prolongados. Nas linhas de transmissão, as estruturas precisam resistir a ambientes em que a corrosão pode reduzir sua vida útil. Dois novos estudos com participação de pesquisadores do Cepel contribuem para esse desafio, tornando mais precisas as avaliações de vida útil dos ativos e ampliando as possibilidades de prevenção de falhas no setor elétrico.
Os trabalhos abordam problemas distintos, mas entregam à operação o mesmo benefício: mais informação para decidir com segurança. Na prática, os resultados oferecem subsídios para decisões de engenharia, manutenção e seleção de materiais, com ganhos para a confiabilidade e a durabilidade dos ativos do setor elétrico e para a segurança de quem os opera. Conheça a seguir os dois estudos:
Fluência em aço de termelétrica: um novo mecanismo de degradação
O primeiro trabalho buscou compreender como o aço utilizado em equipamentos como coletores e vasos de pressão se degrada após longos períodos de exposição a altas temperaturas, para aprimorar as metodologias de previsão da vida útil de componentes de usinas termelétricas. Uma das principais preocupações do setor é determinar por quanto tempo esses materiais podem permanecer nessas condições sem apresentar falhas, uma questão diretamente ligada à segurança operacional. “A geração de energia nas usinas termelétricas utiliza os materiais em altas temperaturas por tempos muito longos. E uma das preocupações, devido a esse longo tempo de operação, é saber quanto tempo os materiais podem ficar nessas condições sem falhar”, explica Arthur Figueiredo.
Dois conceitos ajudam a entender o estudo. Fluência é a deformação lenta e progressiva que um material sofre quando fica sob temperatura elevada por muito tempo. Vida remanescente é o tempo que um componente ainda pode operar sem falhar.
Benefícios para a operação
Uma falha em operação atinge a segurança de quem trabalha ao redor e a continuidade do fornecimento de energia. Ao identificar um mecanismo de fluência ainda não relatado para o aço de baixa liga estudado, a pesquisa contribui para avaliações mais assertivas da vida remanescente e ajuda a reduzir incertezas na análise de integridade de componentes como tubulações, coletores e vasos de pressão. Para a operação, isso significa decisões de manutenção e planejamento apoiadas em previsões mais confiáveis.
Isso é relevante porque as metodologias usadas para estimar a vida remanescente, como as equações paramétricas de Larson-Miller e Manson-Haferd ou a evolução dos precipitados (partículas de carbetos que se formam no interior do aço), podem superestimar a vida útil restante, o que, na prática, significa confiar em uma margem de segurança maior do que a real. Para o mesmo aço estudado, uma avaliação anterior baseada em equações paramétricas chegou a indicar uma vida remanescente ligeiramente maior para o material já utilizado do que para o material novo, resultado que evidencia os desafios envolvidos nessas previsões.
“Para tentar melhorar essa previsão de vida, nós buscamos entender como ocorre a degradação desse aço em alta temperatura e, nesse processo, relatamos um novo mecanismo de fluência, que é a degradação que o material sofre em altas temperaturas. E esse novo mecanismo vai nos ajudar a desenvolver uma metodologia de previsão de vida mais assertiva”, afirma Arthur.
Métodos utilizados
O estudo investigou a degradação em fluência do aço 2.25Cr-1Mo (ASTM A335 grade 22) já utilizado em serviço e identificou, como ponto central, a migração de contornos de grão induzida por deformação (SIBM, na sigla em inglês) como um mecanismo ativo. Os contornos de grão são as fronteiras entre os pequenos cristais que formam o metal. O fenômeno ocorre quando o rearranjo de discordâncias, defeitos na organização interna dos cristais, forma contornos de baixo ângulo que alcançam contornos de alto ângulo, provocando sua migração.
Publicado na Materialia, revista científica da Elsevier, o artigo “A novel creep mechanism in an ex-service 2.25Cr-1Mo steel (ASTM A335 grade 22)” tem como primeiro autor o bolsista de pós-doutorado Arthur Figueiredo, do Cepel e do Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da UFRJ. Também assinam Roberta Martins de Santana e Bruno Reis Cardoso, do Cepel; Francisco Werley Cipriano Farias, da UFRJ e da Universidade NOVA de Lisboa; Heloisa Cunha Furtado, da Fundação CECIERJ; e Adriana da Cunha Rocha, da UFRJ.
O artigo está disponível no link: A novel creep mechanism in an ex-service 2.25Cr-1Mo steel (ASTM A335 grade 22) – ScienceDirect
Corrosão em ambientes ricos em cloretos: pesquisa avalia alternativa para estruturas de transmissão
O segundo estudo buscou avaliar o uso de concreto armado com revestimento superficial como alternativa ao aço galvanizado, material amplamente utilizado em estruturas do setor elétrico, em ambientes com alta concentração de cloretos, sais como os presentes em locais com forte presença de sal. A pesquisa foi motivada por um caso real: torres de aço galvanizado de uma linha de transmissão brasileira, instaladas nas proximidades de uma planta de cloreto de potássio, sofreram corrosão atmosférica severa.
A galvanização por imersão a quente, processo que reveste o aço com uma camada de zinco para protegê-lo da corrosão, costuma proporcionar décadas de serviço com pouca manutenção. No entanto, em ambientes extremamente agressivos e ricos em cloretos, essa proteção pode perder eficiência, comprometendo a durabilidade das estruturas.
Benefícios para a operação
Uma estrutura de transmissão precisa se manter íntegra para que a linha opere com segurança. Para a operação, o estudo amplia as opções de materiais e sistemas de proteção justamente onde a corrosão pode reduzir significativamente a vida útil das estruturas e comprometer a segurança. O caso mostra ainda que a avaliação das condições ambientais é fundamental para determinar a vida útil de um ativo, que não depende apenas do tempo de operação.
“A obsolescência de uma estrutura de transmissão não deve ser medida apenas pelos anos que ela está em operação. Em ambientes de elevada agressividade, a corrosão pode ser um dos principais mecanismos responsáveis pela perda de desempenho e pela redução da vida útil dos materiais”, afirma Elber Bendinelli, pesquisador do Cepel e autor do artigo.
Métodos utilizados
A equipe avaliou amostras de concreto armado com armaduras de aço-carbono e de aço galvanizado, combinadas com três sistemas comerciais de pintura, identificados como CS1, CS2 e CS3. Os corpos de prova passaram por 2.189 horas de exposição à névoa salina, ensaio que simula ambientes com presença de sais, além de ciclos de molhagem e secagem em solução de cloreto de sódio. Durante os testes, foram utilizadas técnicas eletroquímicas, medições elétricas que indicam a tendência de um metal a corroer, para acompanhar o comportamento dos metais.
Publicado na revista científica ACS Omega, da American Chemical Society, o artigo “Painted Reinforced Concrete as an Alternative to Galvanized Steel in Chloride-Rich Environments” é assinado pelos pesquisadores Helga Matera, Elber Bendinelli e Felipe Nunes, do Cepel, e pela professora Simone Brasil, da Escola de Química da UFRJ, e está disponível em acesso aberto: