Avaliação do sistema tribológico atuante em pás de turbina dos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante (Central de Ondas do Pico – Açores)

Abstract

Este trabalho buscou investigar os fenômenos tribológicos atuantes no processo de desgaste das pás da turbina da Central de Ondas do Pico (COP). A análise do material da turbina evidenciou uma preocupação inicial de resistência a esforços mecânicos e químicos, devido a sua proximidade à atmosfera marítima. No entanto, o desgaste acentuado da turbina, durante seu funcionamento, despertou a investigação sobre um possível mecanismo de desgaste erosivo. A compreensão fenomenológica sobre os mecanismos atuantes no processo de desgaste foi obtida através de ensaios erosivos-corrosivos. Os ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), em amostras de alumínio com e sem desgaste superficial, evidenciaram que as elevadas propriedades de resistência à corrosão são perdidas em superfície com rugosidade, resultante de desgaste erosivo. Um revestimento por aspersão térmica, do tipo High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) à base de WC-CoCr passou pelos mesmos ensaios de EIE, com e sem desgaste superficial, tendo sido observado que a propriedade de resistência à corrosão foi pouco afetada pela erosão. Os ensaios erosivos, utilizando solução salina 3,5% NaCl, areia calibrada e uma mistura de ambos, mostraram que há diferenças de desgaste em função do tipo de erodente atuante sobre a superfície dos corpos-de-prova. A utilização de ar com solução salina mostrou-se dependente da velocidade de impacto com que as gotas atingem a superfície do material alvo. Já com a utilização do particulado sólido outras variáveis ganharam importância maior, tais como dureza, quantidade de erodente utilizada, granulometria e ângulo de impacto. As análises de erosão-corrosão sobre materiais com e sem desgaste mecânico, indicaram que a colisão, principalmente do particulado sólido, rompe a fina camada de óxido, causando uma microfissura que promove um caminho de aceleração do desgaste químico por corrosão por pite, cujo fenômeno resulta em um sinergismo, onde a erosão-corrosão oferece taxas de degradação superiores as de ações desses mesmos mecanismos atuando isoladamente. A partir dos resultados obtidos, contribui-se com os requisitos das propriedades de materiais para fabricação das turbinas de conversores do tipo Coluna de Água Oscilante (OWC – Oscillating Water Column), pois a durabilidade, a eficiência e a vida útil dos materiais utilizados nessas turbinas são fatores relevantes para o avanço da geração de eletricidade por uso da energia das ondas.

This work aimed to investigate the tribological phenomena active in the process of wear of Pico Power Plant (COP) turbine blades. The analysis of the turbine material showed an initial concern of resistance to mechanical and chemical efforts, due to its proximity to the maritime atmosphere. However, the sharp wear of the turbine, during its operation, aroused research on a possible mechanism of erosive wear. Phenomenological understanding of the mechanisms active in the wear process was obtained through erosive-corrosive assays. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) assays, in aluminum samples with and without surface wear, showed that the high corrosion resistance properties are lost on rough surface resulting from erosive wear. A WC-CoCr-based High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) thermal spray coating underwent the same EIS assays, with and without surface wear, and it was observed that the corrosion resistance property was little affected by erosion. Erosive assays, using 3.5% NaCl saline solution, calibrated sand and a mixture of both, showed that there are differences in wear as a function of the type of erosive medium acting on the surface of the specimens. The use of air with saline solution was dependent on the impact speed with which the drops reach the surface of the target material. With the use of solid particulate matter other variables gained greater importance, such as hardness, amount of erosive medium used, granulometry and impact angle. Erosion-corrosion analyses on materials with and without mechanical wear indicated that the collision, mainly of the solid particulate, breaks the thin layer of oxide, causing a microfissure that promotes a path of acceleration of chemical wear by pit corrosion, whose phenomenon results in synergism, where erosion-corrosion offers degradation rates higher than those of actions of these same mechanisms acting alone. From the results obtained, it contributes to the requirements of the properties of materials for the manufacture of Oscillating Water Column (OWC) turbines, because the durability, efficiency and useful life of the materials used in these turbines are relevant factors for the advancement of electricity generation by use of wave energy.