Resumo em Português:
O estudo visou a determinação das causas da falha de um isolador polimérico composto, empregado em uma linha de transmissão (LT) de 138kV. O trabalho foi desenvolvido seguindo a metodologia recomendada para análise de falhas, envolvendo caracterização metalúrgica e ensaios químicos. Foi possível, através dos ensaios realizados, identificar o mecanismo de corrosão sob tensão (CST) como o responsável pelo processo de fratura frágil sofrido pelo isolador. Este mecanismo é frequentemente associado às falhas em isoladores poliméricos compostos (resinas epóxi reforçadas com fibras de vidro ricas em boro), em presença de umidade. O isolador em questão apresentava uma série de características construtivas inadequadas que possibilitaram a penetração de umidade na terminação inferior e consequente contato com o núcleo do bastão PRV (polímero reforçado com vidro) levando à sua ruptura em serviço. Os resultados deste trabalho motivaram a substituição de todos os isoladores poliméricos com características semelhantes por parte da concessionária de energia elétrica.Resumo em Inglês:
The objective of this study was to determine the cause of the failure in service of a polymeric insulator used in a 138 kV transmission line (TL). The study was conducted following the most usual recommended methodology for failure analysis, metallurgical characterization and chemicals tests. The tests identified that the mechanism of stress corrosion cracking (SCC) was responsible for the insulator´s brittle fracture. This mechanism is often associated with the existence of flaws in polymeric insulators compounds (epoxy resins reinforced with boron rich glass fibers) in the presence of moisture. The tests revealed that the design characteristics of the insulator were inappropriate because they allowed the penetration of moisture into its lower termination and subsequent contact with the GRP (glass reinforced polymer) core, leading to its disruption. These results led to the replacement of all insulators with similar characteristics by the electric power transmission utility.Resumo em Português:
Falhas em tubos de caldeiras são as maiores causas de paradas forçadas de unidades de geração termelétrica, sendo que a espessura da camada de óxido, que se forma na parede interna destes tubos é a principal causadora de falhas por sobreaquecimento. A partir dos valores medidos da camada interna de óxidos é possível estimar a vida residual do componente através de correlações com parâmetros já estabelecidos na comunidade científica. O Cepel vem desenvolvendo metodologias para estimativa de vida residual de componentes de caldeiras de usinas termelétricas, seguindo as tendências mundiais e as necessidades de seus clientes no Brasil. Com a recente aquisição de equipamento para detecção de defeitos e medições de espessura via ultrassom, tornou-se possível realizar medidas de espessura tanto da parede das tubulações das caldeiras como da camada interna de óxidos presente nas mesmas. O presente artigo apresenta uma comparação entre os resultados de medições de espessura de camada de óxidos em tubos pela técnica não destrutiva de ultrassom e pela técnica destrutiva de metalografia associada à microscopia ótica, em diferentes faixas de espessura da camada e análise do efeito do acabamento superficial na confiabilidade destes resultados por ultrassom. Finalmente, o trabalho analisa de maneira crítica os resultados de vida remanescente, obtidos a partir da medição espessura de camada de óxido. Para esta análise tomou-se como base tubos de uma mesma unidade geradora com diferentes valores de camada de óxido e com o mesmo tempo de operação.Resumo em Inglês:
Boiler tube failures are the major causes of forced shut downs in thermoelectric units. The thickness of the oxide layer formed on the inner wall of these tubes is the main cause of failure due to overheating. From the measured values of the inner oxide layer, it is possible to estimate the residual life of the component via correlations with parameters established in the scientific community. Cepel has been developing methodologies for estimating the residual life of boiler components for power plants, following the world trends and the needs of its customers in Brazil. With the recent acquisition of ultrasonic equipment for detecting defects and to perform thickness measurements it has become possible to perform both operations at the same time. This article presents a comparison between the results of measurements of oxide layer thickness in tubes by the non-destructive ultrasonic technique and the destructive metallographic technique associated with optical microscopy. Oxide layers with different thicknesses were used to perform the analysis. Also, the effect of surface preparation was evaluated for the reliability of results by ultrasonic testing. Finally, the study examines, in a critical way, the remaining life results obtained from the measured oxide layer thickness. To perform this analysis, two tubes with different oxide scale thicknesses were taken from a generation unit, both of them operated for the same amount of time.Resumo em Português:
As ligas com memória de forma (LMF) são materiais ativos que têm atraído atenção devido às suas superiores propriedades de amortecimento quando comparadas aos materiais estruturais convencionais. Esses materiais apresentam uma alta capacidade de amortecimento, tanto durante a transformação de fase quanto na fase martensítica, em baixas temperaturas. Neste trabalho a LMF NiTi, alumínio comercial, aço inoxidável e latão foram submetidos à análise dinâmico-mecânica (DMA) em modo de viga simplesmente engastada. Pequenas amostras na forma de lâminas foram fabricadas para a realização dos testes. A LMF NiTi estudada apresentou um pico de capacidade de amortecimento durante a transformação de fase, levando o amortecimento a valores muito superiores àqueles apresentados pelos materiais convencionais. Além disso, foi observado que a liga NiTi apresenta um aumento do módulo de armazenamento durante a transição da fase de baixa temperatura para a fase de alta temperatura, o que abre uma extensa diversidade de opções para aplicações tecnológicas para essas ligas, enquanto um decréscimo quase linear da rigidez foi verificado para os materiais convencionais estudados.Resumo em Inglês:
Shape Memory Alloys (SMA) are active materials that have been attracting attention due to their superior damping properties when compared to the usual structural materials. Those materials present a high damping capacity, during the phase transformation as well in martensitic phase, on low temperatures. In this work a NiTi SMA, commercial aluminum, stainless steel and brass were submitted to dynamic mechanical analysis (DMA) in single cantilever mode. Small samples in beam form were manufactured for the accomplishment of the tests. NiTi SMA studied presented a peak of damping capacity during the phase transformation, taking the damping superior values to that presented by the conventional materials. Furthermore, it was observed that the NiTi alloy presents an increase of the storage modulus during the phase transition from low temperature phase to high temperature phase, what provides a great diversity of options for technological applications for those alloys, while an almost linear decrease of stiffness was verified for the studied conventional materials.Resumo em Português:
Este trabalho teve como intuito avaliar como as técnicas de segmentação de imagens, através de microscopia ótica, difração de raios x e ferritoscopia, seriam capazes de quantificar a martensita induzida por deformação em no aço inoxidável austenítico AISI 301L. Comparando qualitativamente as três técnicas, nota-se o mesmo comportamento para todas as amostras testadas, ou seja, que o percentual de martensita aumenta com o grau de deformação real medido em relação à redução de área, no entanto a quantificação das fases proposta por cada uma difere significativamente em percentual, tendo a segmentação de imagens menor dispersão entre as técnicas analisadas.Resumo em Inglês:
This work intended to evaluate how the techniques of image segmentation using optical microscopy, x-ray diffraction and ferritescope testing would be able to quantify the deformation-induced martensite in stainless steel austenitic AISI 301L. Comparing qualitatively the three techniques, the same behavior for all tested samples is noticed, namely, the percentage of martensite increases with the degree of measured real deformation in relation to the area reduction, however, the quantification of the phases proposed by each one differs significantly in percentage, having the segmentation of images smaller dispersion between the analyzed techniques.Resumo em Português:
Foi desenvolvida uma nova técnica de medição de tensões residuais, baseada em técnicas de seccionamento, remoção de camadas e na técnica do furo-cego. Trata-se de uma técnica destrutiva, proposta para uso em medições de tensões geradas por processos de fabricação. A técnica consiste na colagem de sensores de deformação na peça, seguida da usinagem de cortes longos próximos dos sensores. Os cortes aliviam as tensões existentes no material retirado e provocam variações nas deformações existentes em suas vizinhanças. Tais variações de deformações são medidas por extensômetros de resistência elétrica (strain gages). Para a formulação matemática da técnica, os cortes foram tratados como elipses, o que permitiu o uso das equações de Inglis para descrever os campos de tensão em sua vizinhança. Para avaliar e validar o equacionamento foram realizadas medições com esta técnica em dois espécimes tubulares API 5L X60 e X46 UOE-SAW. Nas medições, foram avaliados parâmetros como profundidade e comprimento dos cortes, e distância dos cortes para os strain gages, buscando estabelecer um procedimento experimental consistente. Os resultados destas medições foram comparados aos de medições realizadas com a técnica do furo-cego, já normalizada e consolidada. Os resultados das comparações foram satisfatórios, sustentando a validade das hipóteses assumidas para a modelagem analítica e a qualidade do procedimento experimental estabelecido para a nova técnica.Resumo em Inglês:
It was developed a new technique for residual stress measurement, based on sectioning techniques, removing layers and on the blind-hole technique. This is a destructive technique, proposed for use on measurements of stresses generated by manufacturing processes. The technique consists in bonding strain gages in the sample, followed by the machining of long cuts next to the sensors. The cuts relieve stresses in due to the material removed and cause variations in the strain distribution existing in their vicinity. These changes in the strain fields are measured by the strain gages. For the mathematical formulation of the technique, the cuts were treated as ellipses, which allowed the use of equations described by Inglis to stress fields in the vicinity of the cuts. To evaluate and validate the equations and the proposed methodology experimental tests were applied to two tubular specimens made of steel pipes API 5L X60 and X46 UOE-SAW. Seeking to establish a consistent experimental procedure, the measurement results helped to analyze the influence of process variables such as the depth and the length of the cuts, distance of the cuts from the strain gages. Measurement results were compared against results determined with the application of the blind-hole technique, which is an already normalized and consolidated experimental technique to measure residual stresses. The results of the comparisons were satisfactory, supporting the validity of the assumptions for the analytical modeling and the quality of the experimental procedure established for the new technique.Resumo em Português:
Os aços 2,25Cr-1Mo são largamente utilizados no parque de geração termelétrica no Brasil, estando em boa parte das caldeiras atualmente em operação, e podem apresentar microestrutura composta de ferrita-perlita ou ferrita-bainita. Submetido à fluência, esse material tem suas propriedades degradadas em serviço através de modificações microestruturais típicas, como o coalescimento dos carbonetos originalmente presentes. A extensão das mudanças microestruturais representa, nesse caso, perda de resistência mecânica no material. Como existe uma aceleração no grau de deformação, que depende da tensão, da temperatura e do tempo, com a degradação, a extensão da deterioração microestrutural pode ser usada como uma medida de dano. Dessa forma, é importante conhecer essas modificações para fornecer suporte às técnicas de previsão de vida residual de componentes fabricados com esse tipo de material. A degradação do material ferrítico-perlítico é bastante conhecida, mas a literatura ainda não apresenta resultados consistentes quanto à do ferrítico-bainítico. Trata-se, aqui, de um estudo comparativo da evolução microestrutural do aço 2,25Cr-1Mo com as duas microestruturas, perlítica e bainítica, em temperaturas entre 550 e 600°C até 2.000 h. Os resultados mostraram que a microestrutura do aço ferrítico-bainítico é mais estável que a do ferrítico-perlítico. Entretanto, a estrutura bainítica não obedece aos mesmos estágios de degradação, identificados por Toft e Marsden utilizados para classificar a perlita.Resumo em Inglês:
The 2.25Cr-1Mo steels are widely used in boilers currently in operation in thermal generation plants in Brazil, and can present a microstructure consisting of ferrite-pearlite or ferrite-bainite. Subjected to creep in operation, the material properties of this steel degrade due to typical microstructural changes such as the coalescence of the carbides originally present in the material. In this case, these microstructural changes reduce the mechanical strength of the material. Since strain increases with microstructural degradation and strain depends on the stress, temperature and time, the extent of microstructural degradation can be used as a damage measurement method. Thus, it is important to know the microstructural changes in the material to provide technical support for residual life prediction of components. The degradation of the ferritic-pearlitic steels is well known, but the literature does not present consistent results regarding the ferritic-bainitic steels. This is a comparative study of the microstructural evolution at temperatures between 550 and 600°C to 2,000 h of pearlitic and bainitic 2.25 Cr-1Mo steels. The results showed that the ferritic-bainitic steel is more stable than the ferritic-pearlitic. However, the bainitic structure does not present the same stages of degradation identified by Toft and Marsden to classify the pearlitic steels.Resumo em Inglês:
In the Non-Destructive Testing (NDT) industry, the mayor trends are from film and stand alone applications to digital and inline inspection. Furthermore the quality requirements are growing driven by pushing design and material limits. Especially for field applications based on security reasons as well as image quality, replacement of isotopes can be monitored. With the move to digital the need for small focal spots at increased power requirements brought new challenges to the x-ray supplier. With the move to inline inspection systems, requirements for high uptime, fast throughput at the best possible resolution became the key challenges for the x-ray industry. The target to replace isotopes brings high challenges for weight size and energy. The innovation program of COMET delivers solutions for those challenges. Comparison between 600 Kilovolts (kV) and conventional 450kV x-ray sources will show the advantages in penetration and resolution and with this in defect recognition. The resolution gain with adaptive focal spots compared to standard focal spots will be presented and the advantages of maintenance reduced high voltage cables will be shown.Resumo em Português:
As uniões flangeadas são amplamente utilizadas na indústria e a sua aplicação em equipamentos sub-sea requer um alto grau de confiabilidade, tendo em vista as condições ambientais e carregamentos, principalmente nas condições de águas profundas. A confiabilidade de uma união flangeada consiste na manutenção da sua característica de vedação, sendo o componente responsável pela vedação a junta. A vedação exercida pela junta é decorrente da ação de deformação ocasionada pela força de aperto dos estojos, sendo estes, elementos críticos das uniões flangeadas. Com o propósito de investigar falhas neste componente, é desenvolvida uma metodologia numérica, utilizando o método de Elementos Finitos, para avaliar o impacto da perda sucessiva de estojos em uma união flangeada. Também é investigado o relaxamento de tensão ocasionado por uma trinca em estojos. O estudo tem como objetivo conhecer os limites de operação segura, e neste trabalho é apresentado a análise de um flange da classe API 17D, de 4 polegadas com 8 estojos, sendo a metodologia desenvolvida aplicável a qualquer outro flange. O estudo numérico foi desenvolvido e simulado no software ANSYS Workbench 12.1 (2010). O resultado indica além do número mínimo de estojos necessários para manter a vedação, o incremento de tensão nos estojos remanescentes do flange, causado pela sucessiva perda de estojos.Resumo em Inglês:
The flanged joints are widely used in industry and its application in sub-sea equipment requires a high degree of reliability, given the environmental conditions and loads, especially in deep water conditions. The reliability of a flanged joint consists of the maintenance of its characteristic seal, being the component responsible for sealing the joint. The seal exercised by the joint is due to the action of deformation caused by clamping force of the bolt sets, the latter being critical elements of flanged joints. In order to investigate this component's failure, a numerical methodology is developed, using the Finite Element Method to evaluate the impact of the successive loss of cases in a flanged joint. It was also investigated the relaxation of tension, caused by a crack in bolt set. The study aims to know the limits of safe operation, and this paper presents the analysis of a flange class API 17D, 4 inches with 8 bolt sets, being the methodology applicable to any other flange. The numerical study was developed and simulated in ANSYS Workbench 12.1 (2010) software. The result indicates, besides the minimum number of cases necessary to maintain the seal, the increase of tension in the remaining cases of the flange, caused by the successive loss of bolt sets.