Dissertação de Mestrado:
Desenvolvimento de Revestimento Para Tubulação de Caldeiras de Centrais Termelétricas Que Operam a Carvão Mineral

Pamella Kesseler de Campos

PPGEM
Orientador
Profa. Marília Garcia Diniz , D.Sc., COPPE/UFRJ - Metalurgia e Materiais - Currículo Lattes
Coorientador
Dr. Bruno Reis Cardoso - CEPEL
Banca
* Dr. Bruno Reis Cardoso - CEPEL
* Profa. Marília Garcia Diniz , D.Sc., COPPE/UFRJ - Metalurgia e Materiais - Currículo Lattes
* Prof. Dra. Silvana de Abreu Martins - UEZO
* Dra. Heloísa Cunha Furtado - CEPEL
* Prof. Dra. Márcia Christina Amorim Moreira Leite - UERJ
Data - hora da defesa
21/08/2017
Resumo
A geração é o segmento da indústria de eletricidade responsável por produzir energia elétrica e inseri-la nos sistemas de transporte (transmissão e distribuição) para que chegue aos consumidores. Da parcela de geração termelétrica, aproximadamente 9% da geração de energia provém de centrais térmicas que utilizam carvão mineral como combustível. O carvão brasileiro possui um alto conteúdo de impurezas e um baixo poder calorífico. Os tubos das paredes d’água das caldeiras nos quais circula a água que se transformará no vapor que movimentará a turbina, estão sujeitos a alta temperatura e ambiente agressivo da erosão causada pelos fluxos de gases e particulados resultantes da queima incompleta do carvão. As partes metálicas do interior da caldeira e, em especial, os tubos da parede d’água, sofrem desgaste acentuado em função da composição das cinzas do carvão mineral, partículas ricas em sílica, alumina e óxido de ferro. O processo de ataque às superfícies metálicas, potencialmente, é capaz de reduzir a espessura dos tubos e, por consequência, aumentar a frequência de ocorrência de perfurações, causando a indisponibilidade da unidade. O objetivo do presente trabalho foi elaborar um revestimento composto com resina cerâmica e tecido de fibras de carbono com a finalidade de proteger e retardar o processo de desgaste das superfícies metálicas das caldeiras movidas à carvão mineral. Para a caracterização e validação do revestimento foram realizados testes de desgaste por abrasão, desgaste por jateamento abrasivo, testes de adesão, ensaios de tração, um modelo de transferência de calor / eficiência térmica análise de custos e simulação térmica na temperatura crítica de operação das caldeiras. Os testes de adesão atenderam à norma ASTM D4541 e os revestimentos foram considerados bem sucedidos no aspecto adesão ao substrato. Nos resultados obtidos nos ensaios de abrasão por fricção contínua e por jateamento abrasivo, os esquemas de revestimento não demonstraram entre si diferença significativa quanto prolongamento do tempo de proteção do substrato. Desta maneira, indica-se o uso do primeiro esquema de revestimento. O uso do revestimento implica em uma redução da troca térmica da parede do tubo de 8% e um aumento de despesas relacionadas ao combustível de aproximadamente 3,3%. No teste simulação térmica foi constatado que o revestimento degradou-se após poucas horas de exposição à alta temperatura (550 °C). Então, apesar da redução de eficiência de troca térmica e o custo terem sido considerados relativamente elevados, este resultado deletério sobre os materiais obtido na simulação térmica na temperatura de operação das caldeiras aparentemente foi o que desqualificou o revestimento proposto para uso na situação especificada. Palavras-chave: caldeira, revestimento, fibra de carbono, resina cerâmica.

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