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Estado da Arte em Modernização de MaquinasHidráulicasXXIII SNPTE– 20/10/15

ANDRITZ Hydro

A empresa

� ANDRITZ AG, Graz, Áustria (sede do Grupo).

� Mais de 220 empresas de produção e de serviços no mundo inteiro.

� Empregados: Mais de 24.853

Dados de Referência

� Entrada de Pedidos: 6.101 milhões de euros

� Faturamento: 5.859 milhões de euros

� O lucro líquido: 210 milhões de euros

Equipamentos Eletromecanicos paraUsinas Hidroelétricas

Participação no Grupo ANDRITZ: 30-35% do OI

Equipamentos Eletromecanicos paraUsinas Hidroelétricas


Equipamentos para produção de papel, polpa e caldeiras


Equipamentos para produção de papel, polpa e caldeiras


Prensas para moldagem (Shuler), sistemas de produção de aço inox, carbono e metal não ferroso, plantasforno industrial

Participação no Grupo ANDRITZ: 25% do OI

Prensas para moldagem (Shuler), sistemas de produção de aço inox, carbono e metal não ferroso, plantasforno industrial


Equipamentos para separação de solidos e liquidos, alimentos paraanimais e biomassa


Equipamentos para separação de solidos e liquidos, alimentos paraanimais e biomassa


ANDRITZ Hydro – Estado da Arte em Modernização de Ma quinas Hidráulicas– Rodrigo Parada

Visão Geral - 2014

ANDRITZ Hydro

ANDRITZ HYDRO

Large Hydro Compact HydroServiços &

ReabilitaçõesBombas Turbo gerador

3 ANDRITZ Hydro – Estado da Arte em Modernização de Ma quinas Hidráulicas– Rodrigo Parada

Áre

asde

ntro

da A

ND

RIT

Z H

YD

RO

Organização

ANDRITZ Hydro


3

2

4

5

9

7

10

1

1 Barragem2 Conduto forçado3 Válvula de fechamento4 Turbina5 Gerador6 Comando, controle e proteção7 Instalação de distribuição de média tensão8 Transformador 9 Instalação de distrib. alta tensão (GIS)

10 Linha de transmissão

68

Fornecimento Water to Wire

ANDRITZ Hydro


KVAERNER

Boving

NOHAB

TampellaEscher Wyss

Baldwin-Lima-Hamilton

GE HYDRO ineparGE HYDRO

Sulzer Hydro

Pelton Water Wheel

J.P. Morris Bouvier

Pichlerwerke

Hydro Vevey

VA TECH HYDRO

Andritz VA TECH HYDRO

VOEST

ELIN

Ateliers de ConstructionMéchanique de Vevey (ACMV)

Charmilles

Andritz

Waplans

SAT

Finnshyttan

C.E.G.B.

English Electric

Bell

KMW

VOEST MCE

Møller

KAMEWA

DominionEngineering

SorumsandVeksted

Mais de 170 anos de experiência em fornecimentos pa ra a indústrias de energia hidrelétrica, bem como intensiva atividade de pesquisa, constituem a

sólida base de nossa capacidade.

Nossa História

ANDRITZ Hydro


Escritórios

Fábricas

Hangzhou

Melbourne

TeheranBeijing

Hanoi

Jakarta

Bhopal

Faridabad

Charlotte

Morelia Foshan

Johannesburg

BogotaCaracas

Sao Paulo

Vancouver

Santiago de Chile

Escritórios

Escritórios com Fábrica

Pointe ClaireLachine

Peterborough

AraraquaraAraçatuba

Manila

Lima

Kuala Lumpur

Chengdu

SpokaneLewiston

Jevnaker

Ravensburg

Grenoble

Vevey, Kriens

Schio

Madrid

Vienna, Linz,Weiz, Graz,Tiszakécske

Nälden

Praha

Tampere

Ankara

Moscow

Kiev

Glasgow

Hammerfest

Västerås

Chambly

Christchurch

Porto

Yangon

Tbilisi

Presença Mundial

ANDRITZ Hydro

7

Área Coberta – 137.000 m2

Área Total – 824.000 m2

+ 2. 000Funcionários

AFIA

Prédio 2 43.000 m2

Escritório IESA

Prédio 1 – 62.000 m2

Escritório AHI

Escritório AHI

Lab.Hidráulico – 1.800 m2

Capacidade de Produção2009 = 1.500.000 horas/ano

2010 = 2.000.000 horas/ano

Parque Industrial - Araraquara


ANDRITZ Hydro

8

http://g1.globo.com/sp/sao-carlos-regiao/jornal-da-eptv-2edicao/videos/t/edicoes/v/empresa-de-araraquara-testa-turbinas-quevao-equipar-usina-hidreletrica/3797515/

Laboratório de Modelo Reduzido


ANDRITZ HydroMetodologia – IEC 622256

9

� Termos de reforma:• Upgrading ≈ restoration of mechanical

integrity or efficiency • Uprating ≈ increase of name plate capacity

(power) • Overhaul ≈ restoration of mechanical integrity • Modernization ≈ performance improvement

and replacement of obsolete technologies • Refurbishment ≈ very close to “rehabilitation” • Re-development ≈ replacement of power

plant which could involve changes in hydrology and operating conditions of the plant

• Rehabilitation ≈ restoration of equipment capacity and/or equipment efficiency to near “as-new” levels, extension of equipment life by re-establishing mechanical integrity increase capacity or efficiency beyond those of the original machine

Redesenvolvimento:- Novas turbinas- Nova casa de máquina- Nova barragem

Modernização ouAumento na operação ou avanços:maior valor agregado(ex. GWh �� )

Tempo de operação

Performance Hidráulica

Confiabilidade e segurança

Custos de operação emanutenção

Reabilitação ouReforma ouManutenção :Reparação dos componentes para o status inicial

ANDRITZ HydroMotivos para Reabilitações / Modernizações - 62256


ANDRITZ HydroObjetivos da Modernização

� Aumentar a eficácia, a confiabilidade e

a segurança da usina;

� Melhor aproveitamento dos recursos

hídricos disponíveis;

� Aumento das receitas;

� Redução de custos, de manutenção e de

riscos de paralisações não planejadas;

� Otimizar a vida útil da usina.

11

Soluções, produtos e serviços durante todo o ciclo de vida de hidrelétricas.


ANDRITZ HydroModernizações Hidráulicas, o que é geralmente feito?

12

Perfil da travessa (analise e

melhoria de Von Karman)

Palheta Diretriz

Rotor

Tubo de sucção

Labirintos

Polos Enrolamento Nucleo


ANDRITZ HydroModernizações Hidráulicas, o que é geralmente feito?

13

Perfil da travessa (analise e

melhoria de Von Karman)

Palheta Diretriz

Rotor

Tubo de sucção

Labirintos

Polos Enrolamento Nucleo


Andritz HydroNovos desafios Brasileiros

14 Andritz Hydro

� Como nos adaptar e prevenir? O que fazer

de diferente?

� Baixo nível dos reservatórios:

� Mudanças de níveis;

� Operação em baixa carga;

� Novas concessões das usinas;

� Prazos mais curtos para qualquer serviço de

campo;

� Postergação das modernizações ou grandes

reformas;

� Mudança da matriz energética brasileira:

� Aumento de energias sem regulação

(eolicas +solares);

� Quedas na geração de energia.

ANDRITZ HydroNovos desafios Brasileiros

15

� Prever falhas e acidentes em maquinas;

� Desgastes prematuros;

� Aumentar a faixa operativa;

� Diminuir gastos por abrasão;

� Operação em SNL;

� Prazos mais curtos de

intervenção;


ANDRITZ HydroMetodologia SR

16

� Aproximação cliente/ANDRITZ ainda na fase de projet o é:

� Identificar a melhor solução ainda na fase de planejamento.

� Analisar os riscos envolvidos antes da implementação da modernização.

� Conhecimento dos detalhes da modernização antes do compromisso financeiro.

� Baixo investimento para soluções customizadas.

� Divisão em 3 fases: Diagnóstico, Análise e Terapia.

Processo de Modernização

Diagnóstico Análise Terapia

Planejamento

Estudo de Viabilidade

Fabricação


ANDRITZ Hydro

� Avaliação da usina:

� “Checklist”:

� Informações gerais;

� Dados operacionais;

� Dados históricos;

� Critério de projeto;

� Desenhos com as principais dimensões;

� Análise das atuais condições da usina;

� Identificação dos pontos fracos;

� Visão da reforma necessária – analise de

outros componentes além do rotor;

� Recriação dos Parâmetros de uma turbina

17

Condições de Operação

Cavitação / Trincas

RuídoVibração

Flutuação de Pressão

Fingerprint


ANDRITZ Hydro

18

Fingerprint

Peritagem•Ensaios não destrutivos;•Mapeamento de cavitação ou trincas;

Avaliação Geral :

•Checklist”;• Informações gerais;•Dados operacionais;•Dados históricos;•Critério de projeto;•Desenhos com as principais dimensões

Ensaios Elétricos –Determinação da vida util do gerador • Ensaio de rendimento;• Inspeções visuais;• Ensaio de indução magnética;• Ensaios não destrutivos na parte mecânica;• Verificação do aperto do núcleo;• Hi-POT;• Resistencia do isolamento e índice de polarização;

• Ensaios de dissipação e capacitância;• Ensaios de corona;• Tensão aplicada

Ensaios Mecânicos e Hidráulicos• Ensaios mecânicos não destrutivos e destrutivos para determinação da vida útil;

• Pulsação de Pressão;• Ensaio de eficiência da turbina;• Ensaios de Vibração;• Flutuação de Pressão

Fingerprint – Desmitificando uma Turbina


ANDRITZ Hydro

� Engenharia Reversa:� Possibilidade de utilizar o braço romer com 6 graus de liberdade para a medição;� Posterior recriação do perfil e modelo hidráulico;

19

Fingerprint – Engenharia Reversa


ANDRITZ Hydro

ANDRITZ Hydro – Estado da Arte em Modernização de Ma quinas Hidráulicas– Rodrigo Parada 20

• Possíveis Problemas em Operações extremas:

• Problemas Hidráulicos:• Cavitação;• Flutuação de Pressão;• Velocidade de Disparo;

• Problemas mecânicos associados aos hidráulicos:

• Fadiga;• Trincas;

• Problemas Operacionais:• Necessidade de se operar em

“Speed No Load” (SNL);• Baixa geração de energia;• Necessidade de maior flexibilidade

operacional;

Aspectos Hidráulicos – Diagnostico / Analises

ANDRITZ Hydro

Análise

Análise hidráulicas•Eficiência;•Potência;•Estabilidade;•Ruido e vibraçoes;

Estudos de CFD•Cavitação;•Flutuação de pressão;•Vibração;•Análise de eficiência;•Von Karman;•Analise do tubo de sucção;• Interação entre os componentes;•Análise de Transientes;

Estudos de FEM:•Análise de Fadiga e esforços naspartes mecanicas;

•Estudos de operação em SNL

Elétrica:•Corona;•Descarga parcial;•Aquecimentos pontos quentes;•Vibrações no estator;• ...

21

Análise

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

time [s]

Pre

ssur

e [b

ar]

CFD

measurement


ANDRITZ Hydro

22

• “Speed No Load” (SNL):• O Baixo nível do reservatório gera muitas vezes a necessidade de se utilizar a turbina

sem carga ou baixíssima carga;• Situação semelhante de operação na Europa com a entrada de diversas fontes de

energia e aumento da flexibilidade de operação;• As amplitudes de tensões dinâmicas são muito mais elevadas em condições sem carga

do que em funcionamento normal:

• Simulações apresentam uma vida útil de apenas 8000h de algumas turbinas operando em SNL;

Análise Mecânica - SNL


ANDRITZ Hydro

ANDRITZ Hydro – Estado da Arte em Modernização de Ma quinas Hidráulicas– Rodrigo Parada 23

� Simulação em CFD:

Medição da flutuação de pressão na saída da palheta diretriz e entrada do rotor:


ANDRITZ Hydro

24

• Testes em campo dos efeitos do SNL:



ANDRITZ Hydro

� Em condições SNL outros pontos devem ser avaliados:� Primeiramente:

� Vibrações nos mancais;� Vibrações e deslocamentos do eixo;� Ruído e frequências dominantes;

� Posteriormente:� Flutuação de pressão no tubo de sucção e conduto

forçado;� Temperatura dos mancais;� Performance através de um Index Test;

� Outros:� Os mancais são dimensionados para suportar

sobrevelocidades somente o suficiente para se fechar a válvula borboleta (Francis);

� Evitar uma condição de disparo;� Vibração e desgastes nas palhetas� Novos rotores preparados para as condições de

operação

25

Análise Mecanica - SNL

Pressure

sensors


ANDRITZ Hydro

� P&D Maiores flexibilidade operacional:� Desenvolvimento de novas turbinas:

26

Aumento da Faixa Operativa


ANDRITZ HydroFlutuação de Pressão

27

1

3

4

5

• Baixa Pressão (aeração natural):• 1- Aeração Central• 2 – Aeração periférica através do

tubo de sucção• 3 – Aeração através do labirinto

• Alta Pressão:• 4 – Através da tampa superior• 5- Através da tampa inferior

• Sistemas Inteligentes de aeração


ANDRITZ HydroGerador

28

• Estudos de engenharia e viabilidades - Gerador:

• Estudos elétricos e mecânicosno gerador:

• Aumento de potencia;• Troca de isolamentos e

melhorias associadas;

• Análise de Falhas;• Vibração;• Descargas Parciais;

• Sistemas de exaustão de óleo;

• Melhoria no sistema de resfriamento;


ANDRITZ HydroReforma de Campo

29

• Reformas / Serviços de Campo:• Manutenções Preventivas:

• MPP1 (20.000h);• MPP2 (60.000h)• MMPG (120.000h)


ANDRITZ HydroFilial em Araçatuba

30

• Reformas / Serviços de Campo:

• Filial – Araçatuba (ATU):• A filial ATU (Araçatuba) está

dedicada, em sua atividade principal, a execução dos serviços de SR de campo abrangendo reformas de: hidromecânicos, turbinas, geradores, serviços auxiliares elétricos e mecânicos;

• Foco em reformas e serviços de campo


ANDRITZ HydroServiços de Campo

31

• Reformas / Serviços de Campo:

• Reparo de Cavitação;• Reparo de hidromecanicos;• Reparo de rotores, palhetas

diretrizes…

• Reformas / Serviços de Campo:• Usinagens de campo;

• Desmontagem e montagem:• Turbina, Gerador,

hidromecanico, EPS;

• Comissionamento;• Supervisão de campo;• Reparos em eclusas;• Reparo de corona;


ANDRITZ Hydro

32

• Contratos guarda-chuva são contratos de longo prazo muitas vezes de escopo indefinido:

• De 2 a 5anos;

• Esses modelos de contrato pré-estabelecem condições técnicas e comerciais;

• O escopo dos contratos são usualmente relacionados a serviços específicos ou não, que são usualmente realizados mais de uma vez durante os anos;

• Cada contrato é único estabelecendo as prioridades, requisições de cada serviço e empresa

Contratos Guarda-Chuva


ANDRITZ Hydro

33

Serviços e Diagnósticos

-Peritagem-Teste especiais

Manutenção e serviçosbásicos

programados

-Supervisão-Cavitação-Engenharia-Check-up-Serviços de campo-Sobressalentes

ManutençõesMaiores

-MPP1-MPP2

Manutenção e serviços nãoprogrados de emergência

• Serviços Aplicados para:

• Turbina;

• Regulador de velocidade;

• Gerador e equipamentos auxiliares;

• Válvulas;

• Comportas;

Contratos Guarda-Chuva


ANDRITZ Hydro

34

ANDRITZ HydroAbrasão x Coating

Condiçõesde operação

Época de Observação

Perfil e Imperfeições originais

Ordem da entrada de

cadamaquina

Tempo de Operação

Qualidadeda agua

Concentração Tamanho do grão

Distribuiçãodo grão na

agua

VazãoPotênciaQueda

P&D emnovas

soluções de coating


ANDRITZ HydroReformas do Rotor Kaplan

35

• Reformas / Serviços de Campo:• Reparo de rotores Kaplans;• Mais do que um novo fornecimento

01

02

03

04

05

*Rerências: mais de 15 rotores reformados nos ultimos an os…ANDRITZ Hydro – Estado da Arte em Modernização de Ma quinas Hidráulicas– Rodrigo Parada

ANDRITZ HydroFornecimento de Rotor Kaplan

36

• Modernizações:• Fornecimento de novos rotores com nova

hidraulica sem a troca de nenhum outro componente;

• Ganho de potência ~10% de potência com uma parada de maquina de 5 dias;


ANDRITZ HydroFornecimento de Rotor Kaplan

37

• Modernizações:• Fornecimento de novos rotores com nova hidraulica;• Um dos unicos casos de redução de potência,

viabializado com apenas a troca do rotor;


ANDRITZ HydroDiatech – Analise e Monitoramento

38

• Sistemas de Analise de Monitoramento:• Diatech:

Um sistema de monitoramento convencional fornece dados a DIATECH, que

fornece resultados de diagnóstico !

é é um acompanhamento Online inteligente e Diagnóstico do sistema

para detecção precoce de problemas de falhas mecânicas, térmicas, dielétricas e

magnéticas de unidades geradoras em usinas.

Processamento de Dados

Monitoramento

Diagnóstico

Sinais

Dados

Informação

Conhecimento


ANDRITZ HydroDiatech – Analise e Monitoramento

39

Mancal Guia

MancalEscora

Mancal

Eix

o

� Sistema de resfriamento

� Descarga Parcial

� Temperatura do Rotor

� Aperto do nucleo

� Modulo Termico

� Air Gap

� Temperatura do Enrolamento

� Vibração

� Folga)

Gerador

Turbina

DIA TECH :


ANDRITZ Hydro

� As turbinas compactas são eficazes em aproveitamentos onde as turbinas convencionais e standarts não são economicamente viáveis;

� As 3 soluções se completam, preenchendo a região não alcançada pelas turbinas

convencionais.

Micro e Mini Soluções


ANDRITZ Hydro

� Plataforma modular comum;

� Arquitetura comum para Excitação & Proteção & Sincronismo & Regulador de Velocidade;

� Application boards dedicadas para cadafuncionalidade;

� Tela de toque colorida para operação e manutenção;

� Sistema operacional em tempo real seguro

� Proteção contra ataques cibernéticos

41

Arquitetura simples e comum para todos os dispositivosProjetado para o uso dedicado na geração de energiaFácil operação e manutençãoProteção contra ataques cibernéticos

HIPASE


ANDRITZ Hydro

� Sistema compacto de excitação;

� Regulador automático de tensão (AVR), regulador de corrente (FCR) e todas as funções para a operação segura e confiável da máquina;

� Até 25A de corrente de excitação nominal e 36A em caso de sobrecarga;

� Aplicável para máquinas síncronas e geradores síncronos com excitatrizes rotativas;

� Circuito de potência interno composto pelos mais modernos semicondutores de potência IGBT

� Circuito de-excitação integrada com resistor de descarga interno

Thyne 1


ANDRITZ HydroP&Ds o que vem sendo prospectado?

43

P&D

Manutenção Virtual

Ventilação a CFD no gerador

Nanotecnologia no

isolamento de geradores

PTFE em mancais

Tampas com novos

materiaisEnsaio de modelo

utilizando rotor de

impressão 3D

Sistema de Injeção de ar

na estabilização da hidraulica

Segurança Cibernética

Geradores como

compensadores síncronos

Sistemas para repelir

peixe

Mapeamento de usinas com

Sonar

Utiilizaçãode materiais poliméricos


ANDRITZ Hydro

44

Cavitation Service RepairAlready executed services

Obrigado!

Rodrigo ParadaTel.: +55 11 4133 0017Cel.: +55 11 98584 [email protected]

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