Uma idéia inteligente: O uso de flanges de torque em instalações de geração de energia

A demanda energética vem crescendo no mundo inteiro. Ao mesmo tempo, as instalações de geração de energia precisam lidar de maneira econômica com combustíveis valiosos, buscando atender, ademais, as crescentes exigências no campo de proteção do meio ambiente. Estes objetivos pedem o emprego de tecnologias completamente novas para a operação de tais sistemas.

 

Um pouco de história sobre a incerteza de medição na determinação do torque…

A potência e o rendimento são o par de valores mais importante para determinar a eficiência de instalações para produção de energia: a potência efetiva pode ser medida muito facilmente na saída do gerador. Entretanto, a medição do rendimento, ou seja, da relação entre a potência efetiva obtida no gerador em um período determinado de tempo e a potência motriz fornecida ao acionamento em forma de combustível, é muito mais complexa.

Um método muito comum é o cálculo do fluxo de massa do combustível. Contudo, a medição direta do fluxo de massa é muito inexata. Uma série de parâmetros pouco controláveis, assim como a classe de combustível, geram neste caso uma significativa incerteza de medição. Na prática, o fluxo de massa do combustível é indiretamente calculado com a ajuda de intervalos de contraste previamente estabelecidos e de programas de simulação.

Um outro método para a determinação da potência motriz é o cálculo do torque na linha do eixo entre o acionamento e o gerador. Deste modo, a força motriz pode ser calculada em dependência do número de rotações. Além disso, pode-se calcular a torsão do eixo de entrada que é gerada pelo torque de acionamento. Para isso, existe uma série de procedimentos. Todavia, todos eles possuem um denominador comum: não determinam diretamente o torque. Fazem-no indiretamente através de uma grandeza relacionada ao torque e de um cálculo subseqüente. Os parâmetros que devem ser tidos em conta neste cálculo (por exemplo, material, geometria do eixo) estão sujeitos à tolerâncias que levam à uma incerteza relativamente grande na medição do torque.

Uma boa solução consiste em medir a torsão do eixo de entrada mediante a deformação na superfície. Para isso, strain gages são instalados no eixo e conectados como ponte de medição. A alimentação da ponte de medição e o sinal de medição são transferidos, sem contato, de um estator para o eixo rotatório (e vice-versa) através de um sistema telemétrico. Este método proporciona valores de medição de deformação muito precisos, dependendo da qualidade da aplicação e dos componentes usados. Entretanto, o valor de torque calculado em seguida possui uma incerteza de aproximadamente 3 a 5%. A razão: as já mencionadas tolerâncias dos parâmetros que devem ser levadas em consideração nos cálculos. O método tem inúmeras vantagens. Uma delas se encontra, por exemplo, na possibilidade de equipar, a qualquer momento, sistemas já existentes. Mas a incerteza de medição que se obtém para o torque já não satisfaz plenamente as exigências atuais para as novas instalações.

A incerteza do método acima descrito pode ser significativamente melhorada através da direta calibração do torque da linha do eixo ou de algumas de suas partes. Para isso, o componente a ser calibrado vai sendo gradualmente submetido a torques definidos em uma máquina de calibração. Os sinais de saída correspondentes são, então, medidos e documentados. A calibração pode ser realizada "on site", mas estará sujeita às dificuldades da complexa e custosa aplicação de carga e das condições locais. Calibrar em um laboratório de calibração provê, por outro lado, condições ótimas e alta precisão. Contudo, neste caso são requeridas peças de montagem complicadas que em algumas circunstâncias precisam ser trocadas para que o componente a ser calibrado possa ser instalado na máquina de calibração. Além disso, pode acontecer de não se dispor de uma máquina de calibração adequada devido às dimensões do componente a ser calibrado ou ao torque máximo.

… e o final feliz: Adeus à incerteza – Hoje já se pode medir o torque de maneira fácil e precisa

As dificuldades descritas acima podem ser evitadas de um modo relativamente simples, isto é, levando em consideração a medição de torque na linha do eixo já desde o momento da concepção da instalação. Tudo o que se precisa para isso é um componente que possa ser montado diretamente na linha do eixo, que gira com ele ou que até mesmo assuma a função da linha do eixo. Este componente já está calibrado para o torque necessário e está devidamente certificado. Pode ser facilmente instalado, removido, reposicionado e recalibrado.

A figura 1 mostra um flange de torque já disponível, que em sua versão padrão alcança até 300kNm e que pode ser fornecido com um campo de medição nominal de até 2MNm. O flange de medição está disponível em versão não rotatória para medir torques de reação, como um transdutor de referência ou pode ser também fornecido em versão rotatória com um sistema telemétrico.

 
Fig. 2: Corpo de medição de um flange de torque de 2MNm - Favor clicar na imagem para ampliá-la

Fig. 3: Instalação de um flange de torque em um conjunto de geradores - Favor clicar na imagem para ampliá-la

Dependendo do tipo de sistema telemétrico, o flange de torque fornece o sinal dinâmico de torque em alta qualidade até uma largura de banda de 6kHz. Daqui se desprendem numerosas vantagens para a operação de instalações geradoras de energia:

• Medições de eficiência precisas e contínuas (monitoramento)
• Análise e otimização do consumo de combustível
• Possibilidade de análises de vibrações de torsão sem sensores adicionais
• Detecção de variações na curva característica de torque
  • Conclusões úteis para reparos ou modificação de intervalos de serviço
• Tempo reduzido de transmissão do sinal
  • Rápido ajuste e limitação diante de sobrecarga
• Fácil montagem
• Recalibração descomplicada, incl. certificado de calibração
• Certificado ATEX para uso em atmosferas potencialmente explosivas
• Certificado ABS (American Bureau of Shipping) ou equivalente para uso em navios
• Resistente ao desgaste e livre de manutenção

Como fabricante líder mundial de flanges de torque, a HBM conta com décadas de experiência neste campo. Mesmo diante de uma utilização contínua, a alta qualidade de nossos produtos garante uma extrema precisão nas medições por muitos anos. A presença internacional da HBM assegura, além disso, tempos de reação curtos para o esclarecimento de questões de ordem técnica ou comercial.