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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ UNIOESTE- CAMPUS DE FOZ DO IGUAÇU CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO RELATÓRIO FINAL DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO YURI FERNANDO TIECHER SEFRIN Supervisor Técnico de Estágio: Eng. Tacio Fonseca Demarchi Docente Supervisor de Estágio:

Relatório Final Yuri

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trabalho sobre estagio na usina de itaipu

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1 INTRODUO

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARAN

UNIOESTE- CAMPUS DE FOZ DO IGUAU

CENTRO DE ENGENHARIAS E CINCIAS EXATAS

ENGENHARIA MECNICA

DISCIPLINA DE ESTGIO SUPERVISIONADO

RELATRIO FINAL DE ESTGIO SUPERVISIONADO

YURI FERNANDO TIECHER SEFRIN

Supervisor Tcnico de Estgio:

Eng. Tacio Fonseca DemarchiDocente Supervisor de Estgio:

Professora Eng. Juliana Fenner Ruas Lucas, M.Foz do Iguau, 2014Yuri Fernando Tiecher SefrinRELATRIO FINAL DE ESTGIO SUPERVISIONADO

Relatrio final apresentado ao supervisor tcnico de estgio e ao docente supervisor de estgio, para avaliao e correo, a fim de aprovao do aluno na disciplina de Estgio Supervisionado e para o ttulo de graduao em Engenharia Mecnica.Supervisor Tcnico de Estgio: Tacio Fonseca DemarchiDocente Supervisor de Estgio: Prof. Eng. Juliana Fenner Ruas Lucas, M.Foz do Iguau

2014

FOLHA DE APROVAORelatrio de estgio curricular aprovado em ___/___/ 2014 pela comisso julgadora:

Supervisor Tcnico de Estgio: Eng. Tacio Fonseca Demarchi.

Docente Supervisor de Estgio: Prof. Eng. Juliana Fenner Ruas Lucas, M.Empresa: Itaipu Binacional.

Prof. Eduardo Moreira, Dr.

Coordenador de Estgio Supervisionado

Curso de Engenharia Mecnica

Unioeste - Campus de Foz do Iguau

SUMRIOCAPTULO 1 INTRODUCO7CAPTULO 2 - ITAIPU BINACIONAL82.1.1 Misso ...................92.1.2 Viso ..........92.2 DIVISO DE INSPEO (MTSI.DF)92.3 OBJETIVOS ........102.3.1 Objetivo geral102.3.2 Objetivos especficos102.4 JUSTIFICATIVAS10CAPTULO 3 - APLICACAO DA ENGENHARIA REVERSA PARA RODA DE ITAIPU123.1 Etapas da engenharia reversa123.2 Mtodo e equipamento utilizado143.3 Reconstruco e comparaco dimensional do modelo17CAPTULO 4 - CONCLUSES24CAPTULO 5 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS25LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Usina Hidreltrica de Itaipu ........................................................................ 8Figura 2 - Nuvem de pontos do rotor de Itaipu ......................................................... 13Figura 3 - Princpio esquemtico do escaneamento a laser .....................................15Figura 4 - Principio da triangulao .......................................................................... 16Figura 5 Princpio do Time-of-flight ....................................................................... 16Figura 6 - Ocluso da nuvem de pontos .................................................................. 18Figura 7 - Malha final ............................................................................................... 18Figura 8 - Arestas inexatas no modelo ..................................................................... 19Figura 9 - Modelo de superfcie ................................................................................ 20Figura 10 - Vista superior do modelo slido parcial ................................................. 21Figura 11 - Vista frontal do modelo slido parcial ....................................................21Figura 12 Vista isomtrica do resultado parcial da comparao dimensional ....... 22Figura 13 Vista superior do resultado parcial da comparao dimensional .......... 22Figura 14 Acompanhamento da manuteno ...................................................... 23LISTA DE ABREVIATURAS

CHI

Central Hidreltrica Itaipu

SMIL.DT

Diviso de Laboratrio

PTI

Parque Tecnolgico de Itaipu

UNIOESTE

Universidade Estadual do Oeste do Paran

CFD

Computational Fluid DynamicsCAD

Computer-aided designCAM

Computer-aided manufacturingER

Engenharia ReversaCAPTULO 1 - INTRODUCO

O Centro de Engenharias e Cincias Exatas da Universidade Estadual do Oeste do Paran (UNIOESTE) Campus Foz do Iguau alocado dentro do Parque Tecnolgico de Itaipu (PTI) desde 2006. Este parque foi criado em 2003 pela Itaipu Binacional, nos antigos alojamentos dos operrios que construram a Usina e atualmente se consolida como um polo cientfico e tecnolgico no Brasil e no Paraguai.

Existem convnios firmados entre a Unioeste e a Itaipu desde 1998, visando o desenvolvimento de atividades cientficas, tecnolgicas e de formao de recursos humanos no campo da engenharia.

A partir desta proximidade geogrfica e do alinhamento de valores da instituio de ensino e da Itaipu, possvel que alunos dos cursos de engenharia e cincias exatas, de bom desempenho acadmico, possam participar do programa de estgio da Itaipu Binacional.

O presente relatrio trata-se de uma descrio das atividades desenvolvidas durante o estgio curricular realizado na Diviso de Laboratrio (SMIL.DT) da Central Hidreltrica de Itaipu (CHI), no perodo de 10 de fevereiro a 10 de maio de 2014.CAPTULO 2 - ITAIPU BINACIONAL

A Itaipu Binacional um empreendimento pertencente ao Brasil e ao Paraguai, com objetivo de aproveitar os recursos hdricos do rio Paran atravs da hidrogerao de energia eltrica. Com 20 unidades geradoras, usina de Itaipu (Figura 1) produz uma potncia de 14000 MW. Esta potncia atende aproximadamente 16,6 % da energia consumida no Brasil e 95% do Paraguai. Apenas uma unidade geradora capaz abastecer uma cidade com um milho e meio de habitantes.

Figura 1 - Usina Hidreltrica de Itaipu

Esta produo de energia propiciou a Itaipu Binacional o ttulo de maior usina hidreltrica do mundo durante muitos anos, sendo superada recentemente pela Usina de Trs Gargantas da China. Mas mesmo 20 anos aps sua construo, Itaipu atualmente a segunda colocada neste posto.

Alm da gerao de energia Itaipu tambm se destaca pelo fomento do turismo, economia e desenvolvimento infraestrutural e socioambiental de toda a regio de Foz do Iguau. Dos projetos socioambientais destacam-se:

Cultivando gua boa: trata-se de um movimento de participao comunitria permanente, em que a Itaipu, alm de mitigar e corrigir passivos ambientais, trabalha com a sociedade para mudar os seus valores. Carapa Ypoti: busca recuperar a qualidade dos recursos hdricos de toda a bacia do Rio Carapa, sejam guas superficiais ou subterrneas, atravs de proteo e conservao do meio ambiente, conciliando a produo agropecuria.

Canal da Piracema: permite aos peixes migradores chegar s reas de reproduo e berrios acima da usina no perodo da piracema, a migrao reprodutiva, e seu retorno no perodo de outono e inverno, quando ocorre a migrao trfica para reas de alimentao.

Dada grandeza e influncia regional desta companhia, evidente que a Itaipu Binacional um ambiente propcio a um programa de estgio na rea de engenharia mecnica, devido a grande variedade de sistemas, equipamentos e projetos necessrios para gerir uma companhia desse porte.

2.1.1 MissoGerar energia eltrica de qualidade, com responsabilidade social e ambiental, impulsionando o desenvolvimento econmico, turstico e tecnolgico, sustentvel, no Brasil e no Paraguai (ITAIPU, 2009).

2.1.2 VisoAt 2020, a Itaipu Binacional se consolidar como a geradora de energia limpa e renovvel com o melhor desempenho operativo e as melhores prticas de sustentabilidade do mundo, impulsionando o desenvolvimento sustentvel e a integrao regional (ITAIPU, 2009).2.2 DIVISO DE INSPEO (MTSI.DF)

A Itaipu Binacional possui diversos setores. De acordo com o jornal de Itaipu a SMIL.DT setor que faz ensaios eletromecnicos em todos os equipamentos da usina, alm de anlises fsico-qumicas em leos isolantes, lubrificantes e gua. No rol de atribuies da SMIL.DT ainda esto a calibrao e aceitao de instrumentos e dos medidores de energia, reparos em instrumentos e equipamentos eletroeletrnicos, testes de alta tenso em Equipamentos de Proteo Individual (EPI), entre outros.2.3 OBJETIVOS

2.3.1 Objetivo geral

Aplicar o conhecimento adquirido durante a formao acadmica diante de um ambiente real de trabalho, assim como desenvolver e acompanhar as atividades relacionadas aos trabalhos de Engenharia de Manuteno Mecnica na diviso de laboratrio (SMIL.DT). 2.3.2 Objetivos especficos Realizar a reconstruo geomtrica computacional da unidade geradora 7 de Itaipu, atravs da tcnica de escaneamento a laser. Realizar a comparao dimensional dos modelos tridimensionais da roda. Acompanhamento das atividades gerais de manuteno na unidade geradora.2.4 JUSTIFICATIVAS

As turbinas possuem grandes eficincias, superiores a 90%, dificultando inserir melhorias atravs de mtodos economicamente viveis. Porm com o advento da computao e a crescente capacidade de processamento, possvel atravs de simulaes de CFD a compreenso de cenrios que antigamente eram apenas possveis atravs da construo de modelos em escala reduzida.

Para a execuo de uma simulao de CFD necessrio um modelo tridimensional que seja condicente com a realidade. Por isso a importncia da tcnica de escaneamento a laser rotativo, pois consegue obter modelos com preciso de at 2 mm, o que possibilita a anlise da geometria real em operao, considerando os desvios dimensionais provenientes da fabricao e operao.

A performance de uma turbina hidrulica pode ser altamente prejudicada se o rotor no estiver dimensionado adequadamente ou com desvios de geometria, por isso a utilizao de tcnicas de CFD apropriada para comparar os perfis obtidos pelas diferentes rodas de projeto, real e a proposta por Vivarelli (2008) - buscando avaliar a relevncia destes desvios dimensionais no que se refere ao comportamento hidrodinmico da turbina.A engenharia reversa atravs da tcnica de escaneamento a laser permite explorar as vantagens provenientes das tecnologias CAD/CAM, como simulao fluidodinmica e estrutural para predio de comportamentos. Chegando a resultados muito prximos dos reais, j que a geometria condicente com a roda em operao.

CAPTULO 3 - APLICACAO DA ENGENHARIA REVERSA PARA RODA DE ITAIPUA engenharia reversa (ER), tambm conhecida pelo termo em ingls reverse engineering considerada uma tecnologia em constante evoluo a qual envolve um conjunto de diversificadas prticas tecnolgicas que possuem conceitos multidisciplinares (AVIZ, 2010). Enquanto a engenharia convencional transforma conceitos e modelos em peas reais, a ER transforma a engenharia em conceitos (VARADY, 1997). Este processo permite explorar as vantagens provenientes das tecnologias CAD/CAM, como por exemplo, simulao fluidodinmica e estrutural para predio de comportamentos.

De acordo com Aviz (2010) as aplicaes industriais da engenharia reversa esto relacionadas com a criao de novos produtos, cpias de modelos existentes, correo e melhorias de modelos, inspeo e documentao de produtos.

3.1 Etapas da engenharia reversa

O processo de ER pode ser dividido em duas etapas: a digitalizao do produto e a criao do modelo CAD a partir dos dados digitalizados. (PUNTAMBEKAR, 1994). Porm segundo Lima (1996) em estudos mais atuais, afirma que a ER consiste em quatro fases:

digitalizao dos dados; pr-processamento; segmentao e ajuste de superfcie; reconstruo tridimensional em CAD.O conceito de aquisio de dados geomtricos ou digitalizao abrange principalmente o aspecto de capturar informaes com base em pontos em um espao tridimensional. O espao onde o modelo fsico encontra-se referenciado a um sistema de coordenadas cartesianas (AVIZ, 2010).

Aviz (2010) ressalta que a aquisio de dados o primeiro passo do processo e nessa fase que se obtm um conjunto de pontos, mais conhecido no processo de engenharia reversa como nuvem de pontos (Figura 2). A distncia entre os pontos um fator importante para a captao satisfatria da superfcie, especialmente em regies onde existe curvatura.

Figura 2 - Nuvem de pontos do rotor de Itaipu

Este procedimento considerado uma das partes cruciais no processo de ER segundo Vrady (1996). O pr-processamento uma fase praticamente inevitvel, pois abrange filtragem de erros, retirada de dados adquiridos no necessrios, suavizao e reduo da nuvem de pontos. De acordo com Zainuddin (2009) os tipos mais usuais de reduo de pontos da amostra so:

filter redundancy: reduz uniformemente o nmero de pontos da malha que esto muito prximos ou muito distantes um dos outros de acordo com Pham (2008); point sampling: minimiza o nmero de pontos e estrutura os dados de maneiras mais fceis para lidar. Existem trs mtodos dentro deste tipo de reduo: o de curvatura que remove mais pontos nas regies de baixa curvatura do que nas de alta, mantendo a preciso das curvas; random point sample: remove pontos aleatoriamente de acordo com o porcentagem especificada. uniforme sampling: subdivide o modelo em cubos igualmente espaados e mantm apenas um ponto para representar cada clula.

Aps o pr-processamento segue para a fase de segmentao e ajuste da superfcie que de acordo com Vrady (1996) compreende a interpretao e o agrupamento dos dados digitalizados de maneira em que uma nica superfcie possa servir. Geralmente gerada uma malha triangular para o conjunto de pontos, sendo a primeira aproximao da superfcie, contendo inmeros buracos e irregularidades no modelo, devido a aquisio de dados ou do algoritmo utilizado para gerar a malha.

3.2 Mtodo e equipamento utilizado

A qualidade do processo de engenharia reversa est ligada diretamente com a digitalizao. De acordo com Vrady (1996) cada mtodo de digitalizao de dados utiliza-se de algum mecanismo ou fenmeno para interagir com o volume ou a superfcie do objeto de interesse. Existem os mtodos sem contato, os quais por meio de som, luz ou campo magntico so capazes de determinar a posio dos pontos da face do objeto. J os mtodos de digitalizao com contato as informaes sobre a geometria da pea so obtidas apalpando a superfcie. Para a aquisio de dados da roda de Itaipu foi utilizado o mtodo de digitalizao por faixa de laser.

Conforme Blais (2004), nos ltimos 25 anos houve um enorme progresso na digitalizao de superfcies atravs de escneres pticos sem contato, devido a estes estarem cada vez mais acessveis, portteis e precisos.Frequentemente os cabeotes de digitalizao pticos esto sendo utilizados como uma alternativa aos tradicionais apalpadores. De acordo com Aviz (2010), ao invs do sensor tocar na superfcie da pea, o sistema projeta um feixe de laser perpendicular pea e captura a informao geomtrica atravs de uma cmera, como o exposto na figura 3.

Figura 3 - Princpio esquemtico do escaneamento a laserAs vantagens da digitalizao por faixa de laser so:

boa preciso, devido ao alto ndice de detalhamento; mais segurana, j que as medidas podem ser feitas at 500 m de distncia sem diminuio de preciso considervel; maior produtividade, devido a possibilidade de coletar milhares de pontos por segundo e cobrir grandes reas; menor mo de obra, pois no necessrio muitas pessoas envolvidas na medio.

No entanto Gestel (2008) afirma que a principal deficincia deste mtodo a influncia das caractersticas superficiais do modelo fsico sobre a aquisio de dados. A preciso da medio pode ser alterada devido reflexividade do objeto, pois as cmeras necessitam de uma reflexo difusa para possibilitar o registro dos dados. Tambm se pode encontrar problemas para o escaneamento de peas translucidas, j que a superfcie permite a penetrao do laser. Estes problemas somente podem ser solucionados aplicando uma fina camada de revestimento que transforma a superfcie brilhante em difusa.

De acordo com Aviz (2010), para o clculo das coordenadas das superfcies do objeto atravs da reflexo do laser podem ser utilizados dois mtodos de medio: triangulao e o time-of-flight.

Triangulao: o sensor capta o laser que refletido do objeto e atravs de triangulao trigonomtrica, possvel calcular a distncia do escner. As distncias da fonte e do sensor so conhecidas precisamente, assim como o ngulo entre o raio e o sensor. Conforme o laser reflete da superfcie do objeto o equipamento consegue perceber em qual ngulo e em qual distncia a superfcie da pea est em relao fonte. Como pode se observar na figura 4.

Figura 4 - Principio da triangulao

Time-of-flight: conhecendo a velocidade da luz precisamente e sabendo o tempo que demora desde que o laser emitido da fonte at ser captado pelo sensor, possvel saber o dobro da distncia que o objeto se encontra da fonte, j que o laser percorre desde a emisso at a recepo, como demonstrado na figura 5. Normalmente os equipamentos que se utilizam deste princpio podem rodar em seu prprio eixo, possibilitando um escaneamento de 360 no plano horizontal e at 330 no plano vertical.

Figura 5 Princpio do Time-of-flightO equipamento utilizado para o escaneamento da unidade 7 da usina hidreltrica de Itaipu foi o ScanStation C10, o qual um sensor ptico e a medio feita atravs da tcnica de time-of-flight. Este escner consegue adquirir 50000 pontos por segundo com uma preciso de modelagem de 2 mm.

3.3 Reconstruco e comparaco dimensional do modelo

Uma nuvem de pontos, produto gerado pelo escaneamento, um arquivo de texto simples, que em cada linha tem a definio de um ponto, normalmente em trs eixos (x, y, z). No caso de medies atravs de escner a laser cada ponto tambm tem um valor de intensidade, que representa a refletividade das superfcies escaneadas. Superfcies mais opacas podem ser escaneadas com tolerncias menores. J superfcies brilhantes tm menos preciso, devido a um problema tico, em que o laser pode ser defletido para longe do escner, captando apenas uma parte da luz refletida ou at mesmo nenhuma.

O processo de gerao de malha consiste em agrupar os pontos de trs em trs formando tringulos, atravs de algoritmos computacionais e recursos do software que preenchem furos, reduzem rudo e outras ferramentas para reparar a malha obtida automaticamente.

Tambm nesta etapa do processo onde se resolve os erros ocasionados devido aquisio de dados. Existem inmeros problemas que podem acontecer no momento da medio com o auxlio do escner, os mais encontrados so: calibrao do equipamento, reas de difcil acesso, como, por exemplo, buracos e ocluses.

Estas ocluses so bloqueios da superfcie a ser escaneada devido a sombreamento ou obstruo, ou seja, so defeitos que surgem na nuvem de pontos quando uma superfcie fica sobreposta a outra no momento do escaneamento. Como pode ser observado, evidenciado pelo crculo amarelo, na Figura 6.

Figura 6 - Ocluso da nuvem de pontos

O reparo destas ocluses feito atravs de uma interpolao da curvatura das superfcies remanescente, dificilmente resultando na geometria real. Porm atravs de um processo iterativo conseguiu-se uma reparao aceitvel destas ocluses. Como se pode ver na Figura 7 que retrata a malha final.

Figura 7 - Malha final

Aps a gerao da malha a partir da nuvem de pontos, necessrio criar uma superfcie editvel em software CAD, para isto, foi necessrio reorganizar as arestas que dividem a superfcie de forma inadequada. Os dados obtidos ao centro do cubo foram ocultados a fim de evitar erros (em vermelho na Figura 8) nesse procedimento. Posteriormente possvel obter a superfcie final, apresentada na figura 9.

Figura 8 - Arestas inexatas no modelo

Figura 9 - Modelo de superfcie

Criada a malha e gerada a superfcie, esta foi exportada para o software de modelagem, tridimensional SolidWorks, a fim de se iniciar o desenvolvimento de um modelo slido da geometria, porm erros provenientes das ferramentas de manuseio de superfcies, que tornam a propagao das superfcies inadequadas, impossibilitaram a obteno da geometria de maneira satisfatria. Por isso foram testados os recursos do software Catia V5 verso trial, da empresa Dassault Systemes, mesma fornecedora do software de modelagem utilizado atualmente. A migrao do modelo foi feita para este software, pois diferentemente do SolidWorks, ele High-end, o que propicia modelagem de superfcies com mais graus de liberdade possibilitando o trabalho com superfcies mais complexas. Mas mesmo com a utilizao deste software ainda no foi possvel a obteno do modelo slido completo. At o momento foi possvel obter grande parte do perfil da p slido, porm ainda falta a representao da p perto da cinta e perto do cubo (figura 10 e 11).

Figura 10 - Vista superior do modelo slido parcial

Figura 11 - Vista frontal do modelo slido parcial

Para resolver esse problema de modelagem optou-se retornar a etapa de gerao da malha, visando criar uma superfcie mais suave e j fechada, ou seja, sem a abertura nos perfis das ps perto da cinta e do cubo. Possivelmente possibilitando a transformao em slido mesmo para softwares de modelagem medium-end (Solid-Works).

Para a comparao dimensional, escolheu-se a utilizao do Geomagic Qualify, por apresentar uma interface de fcil entendimento, possibilitando a execuo de testes com comparaes dimensionais de perfis mais simples at mesmo uma comparao preliminar da geometria hipottica (proposta por Vivarelli) diretamente com a nuvem de pontos. O resultado pode ser observado nas figuras 12 e 13.

Figura 12 Vista isomtrica do resultado parcial da comparao dimensional

Figura 13 Vista superior do resultado parcial da comparao dimensional

Atravs do acompanhamento das atividades de manuteno da roda, como por exemplo: inspeo dimensional, verificao de cavitao e dos reparos. Foi possvel verificar na pea real as dimenses obtidas atravs dos recursos computacionais.

Figura 14 Acompanhamento da manutenoCAPTULO 4 - CONCLUSES

Por meio da aplicao da engenharia reversa atravs de um escaneamento a laser, foi possvel reconstruir um modelo tridimensional da roda da unidade 7 de Itaipu com muito mais preciso. O que se evidencia na comparao dimensional da nuvem de pontos com o antigo modelo construdo a partir de medies com fio de prumo dos perfis das ps prximos a cinta e o cubo e interpolando as partes intermedirias. Devido a isto, so encontradas grandes diferenas mais ao centro da p.

De forma geral, a Itaipu Binacional uma tima empresa para realizao de um estgio, pois insere o acadmico em um ambiente onde so desenvolvidos projetos de engenharia de alta tecnologia, possibilitando o contato com as ferramentas mais atuais em muitas reas, como o caso da reconstruo geomtrica e comparao geomtrica a partir de um escaneamento a laser.

CAPTULO 5 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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