Turbinas Francis Estão a Falhar em Série nas Barragens da Noruega
As barragens norueguesas apresentaram, nos últimos anos, um número sem precedentes de falhas nas suas turbinas hidráulicas. As turbinas em questão são turbinas Francis, modelo que equipa a grande maioria das instalações hidroelétricas do país. Embora a provável origem das falhas tenha sido descoberta, os engenheiros noruegueses não conseguiram ainda encontrar uma solução para o problema.
Segundo o Gemini, órgão de divulgação científica da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) e da Fundação para a Pesquisa Científica e Industrial (SINTEF), o problema circunscreve-se a turbinas de elevada pressão, que funcionam em barragens com cotas de exploração superiores a 200 metros.
Pelo menos cinco destas turbinas tiveram problemas graves nos últimos anos, implicando paragens superiores a seis meses e originando elevados prejuízos monetários.
Os ciclos frequentes de paragem e arranque das turbinas parecem estar na origem da degradação prematura. Esta constante variação gera oscilações de pressão nas pás de aço. Quando a frequência das oscilações se aproxima da frequência fundamental do material, dá origem a fenómenos de ressonância que provocam o enfraquecimento do aço.
Mas por que razão este problema não se colocou no passado? Porque até há pouco mais de 20 anos, as Turbinas Francis das barragens norueguesas funcionavam em regime contínuo, sem qualquer paragem.
Foi a partir dos anos 90, com a implementação de novos regimes de produção energética, resultantes da liberalização do mercado da eletricidade, que as companhias decidiram controlar a quantidade de energia que era injetada na rede. Isto implicava interrupções frequentes da produção e consequentemente a introdução de centenas de ciclos de paragem-arranque por mês.
Os engenheiros concluiriam que as turbinas francis, aperfeiçoadas pelo engenheiro norte-americano James Francis em 1849, não são simplesmente capazes de lidar com este regime.
O problema, que afeta todos os intervenientes do mercado da eletricidade na Noruega, originou um movimento espontâneo de colaboração entre investigadores, companhias exploradoras e fabricantes de turbinas, que estão a unir esforços para encontrar a solução mais adequada.
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Esses dispêndios aumentaram ao longo dos últimos anos, principalmente devido ao fato de que, para atender ao incremento da demanda de energia elétrica, com pequeno crescimento da oferta, e garantir a estabilização do sistema elétrico, as usinas hidrelétricas têm sido operadas em seus limites máximos, muitas vezes com sobrecarga, ultrapassando os limites operacionais estabelecidos pelos seus fabricantes. Em outros casos, existe ainda a necessidade de operação de unidades em cargas parciais, com a finalidade de atender condições específicas da região e garantir a qualidade de energia fornecida aos consumidores .
Os danos causados pela cavitação em componentes de turbinas hidráulicas têm envolvido não apenas custos elevados de reparo mas principalmente considerável perda de energia gerada, por indisponibilidade das máquinas, limitação da flexibilidade operacional do sistema e redução da vida útil dos equipamentos afetados.
Atualmente no país 75% das companhias geradoras de energia elétrica através de usinas hidrelétricas estão operando com algum tipo de problema de cavitação em seus equipamentos.
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• existem aproximadamente 129 Turbinas Francis operando no Brasil sob cavitação, das quais 110 apresentam potências unitárias superiores a 100 MW,
• e 49 Turbinas Kaplan também estão operando com problemas de cavitação, sendo que dessas 23 unidades possuem potências superiores a 100 MW.