As turbinas a vapor são componentes chave em diversos setores industriais, como a geração de energia elétrica, processamento de petróleo e gás, produção de papel e celulose e indústrias de transformação. Embora sejam equipamentos robustos, o uso prolongado pode levar a desgaste e falhas, principalmente devido ao stress térmico a que estão sujeitos.
O stress térmico é causado pela variação de temperatura entre superfícies internas e externas de um componente, o que resulta em tensões mecânicas. Nas turbinas a vapor, a transferência de calor se torna intensa devido à quantidade de energia transferida e à relação entre a área de superfície do rotor e sua massa. Além disso, a presença de variações de temperatura no vapor de aquecimento, causadas por mudanças de carga ou variações nas temperaturas do vapor principal ou de reaquecimento, torna o rotor ainda mais sensível ao stress térmico, principalmente durante processo de partida da unidade.
Por essa razão, é fundamental monitorar e controlar o stress térmico da superfície e do núcleo do rotor em turbinas a vapor de grande porte. O sistema de controle da turbina é responsável por calcular continuamente o stress com base nas medições de temperatura do metal na câmera de admissão do vapor de entrada. Se a tensão exceder o limite estabelecido, o sistema de controle retém automaticamente o sinal de referência de temperatura do vapor, garantindo que a unidade não atinja uma condição de tensão elevada.
Outra técnica de monitoramento é a medição por modelagem física do estado de temperatura de um rotor. Essa técnica envolve a inserção de uma sonda termométrica no intercasing space da turbina a vapor conforme pode ser observado na Figura 01. O aquecimento da ponta da sonda ocorre pelo mesmo vapor que varre a superfície do rotor e a diferença de temperatura medida permite estimar a diferença de temperatura radial efetiva no rotor.
O monitoramento e controle do stress térmico é importante para prolongar a vida útil da turbina, evitando fraturas frágeis do rotor (trincas). Além disso, o sistema de controle ajuda a garantir a segurança da operação, impedindo que a unidade funcione em condições de stress elevado. Em resumo, o stress térmico é um fator crítico a ser considerado nas turbinas a vapor, e o monitoramento e controle desse fator são fundamentais para garantir a eficiência, segurança e prolongamento da vida útil dessas unidades.
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