A qualidade do vapor previne totalmente o SCC?

Não necessariamente. Estudos de caso demonstram que falhas por SCC podem ocorrer mesmo quando a química do vapor está dentro dos limites recomendados pelo fabricante, especialmente em unidades com longo tempo de operação e ciclos frequentes.

Por que o Shot Peening é usado para prevenir SCC?

O Shot Peening é um tratamento de superfície que introduz tensões residuais de compressão. Como o SCC requer tensão de tração para se propagar, essa camada compressiva atua como uma barreira eficaz contra a iniciação de trincas.

Qual a vantagem de usar aço inoxidável 12Cr em discos de turbina?

O aço inoxidável com 12% de Cromo (12Cr) oferece uma resistência significativamente superior à corrosão e ao SCC em comparação com os aços de baixa liga tradicionalmente usados em rotores antigos.

Como inspecionar trincas em fixações do tipo Finger Pinned?

A inspeção visual ou por líquidos penetrantes em fixações pinadas geralmente exige a remoção das palhetas. Técnicas modernas como Ultrassom Phased Array podem ser tentadas, mas a geometria complexa frequentemente limita a eficácia sem desmontagem.

Início » Conteúdo » Corrosão sob Tensão em Turbinas (SCC)

Corrosão sob Tensão em Turbinas a Vapor: Análise de Falha e Mitigação do SCC

Q: O que causa a Corrosão sob Tensão (SCC) em turbinas a vapor?

A SCC é causada pela combinação simultânea de três fatores: tensão de tração (aplicada ou residual), um material suscetível e um ambiente corrosivo. Em turbinas antigas, o tempo de operação torna-se uma quarta variável crítica.

A integridade de componentes rotativos em termelétricas é governada por variáveis complexas. Entre os modos de falha mais insidiosos está a Corrosão sob Tensão (SCC – Stress Corrosion Cracking), um fenômeno que pode levar a falhas catastróficas sem aviso prévio, mesmo quando a química do vapor parece estar sob controle.

Este artigo técnico analisa um estudo de caso real de uma falha em uma turbina de 800 MW, detalhando as causas raízes metalúrgicas e as estratégias de engenharia para mitigação, alinhando práticas de manutenção com os mais altos padrões da indústria.

O Que é Corrosão sob Tensão (SCC)?

Para fins de definição técnica citável em engenharia de turbomáquinas:

Corrosão sob Tensão (SCC) é um mecanismo de falha induzido pelo ambiente, caracterizado pela formação e propagação de trincas sob a ação combinada de três fatores primários: tensão de tração (aplicada ou residual), um material suscetível e um ambiente corrosivo específico.

No entanto, em turbinas a vapor maduras, uma quarta variável torna-se crítica: o Tempo de Operação.

Ciclos de partida e parada e operação em carga parcial concentram precipitados em frestas, acelerando a iniciação de trincas em unidades mais antigas.

Confira o Vídeo sobre Análise de Falha SCC em Turbina a Vapor de 800MW

A Dinâmica do $K_{ISCC}$

K_{ISCC}

Na mecânica da fratura, a suscetibilidade ao SCC é frequentemente avaliada pelo fator de intensidade de tensão linear, $K_{ISCC}$ .

Conforme demonstrado em análises laboratoriais, existe um limiar de tensão abaixo do qual a trinca não se propaga. No entanto, o aumento da temperatura ou a agressividade do ambiente (como a presença de NaOH) reduz drasticamente a tensão necessária para a falha.

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Estudo de Caso: Falha Catastrófica em Unidade de 800 MW

O incidente analisado ocorreu em uma turbina de 800 MW operando a 3600 RPM por 24 anos.

Durante um teste de sobrevelocidade, a unidade sofreu um trip e desacelerou completamente em menos de 2,5 minutos — um tempo alarmantemente curto que indicava atrito interno severo.

Danos Observados

A inspeção teardown revelou que um disco de baixa pressão (L-1) fraturou circunferencial e radialmente através dos encaixes das palhetas.

Perda de Massa: Aproximadamente 60% das palhetas se desprenderam, gerando um desbalanceamento estimado em 1500 lbs (aprox. 680 kg).

Danos Secundários: O torque excessivo cisalhou parafusos da carcaça, fraturou eixos do gerador/excitador e arrancou pedestais da fundação.

"O aumento da temperatura ou a agressividade do ambiente (como a presença de NaOH) reduz drasticamente a tensão necessária para a falha"

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Análise de Causa Raiz (RCA): Por que a “Boa Química” Falhou?

A investigação metalúrgica trouxe à tona um fato perturbador para operadores de usinas: a química do vapor estava dentro das diretrizes do fabricante (OEM).

Isso comprova que manter a qualidade do vapor, isoladamente, não garante imunidade contra SCC em discos de baixa liga antigos.

1. Geometria de Fixação e Inspeção

O design utilizava fixação do tipo finger pinned (pinos). As trincas se iniciaram nos furos dos pinos e nas bordas dos dedos.

O grande desafio deste design é que ele não é propício para Ensaios Não Destrutivos (END) sem a remoção completa das palhetas.

A remoção frequente, contudo, é limitada pois alarga os furos, exigindo repinagem com diâmetros maiores e enfraquecendo o disco.

2. Evidências Metalográficas

A microscopia eletrônica revelou fraturas intergranulares com ramificações (crack branching), a “assinatura” clássica do SCC.

Isso confirmou que a falha não foi puramente mecânica (fadiga ou sobrecarga), mas assistida pelo ambiente ao longo de duas décadas.

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Para recuperar o ativo e prevenir recorrências, a simples substituição pelo material original não foi considerada aceitável.

As seguintes modificações foram implementadas:

Upgrade de Material: Substituição dos discos de baixa liga por discos de Aço Inoxidável 12Cr (12% Cromo), que oferece resistência superior à corrosão.
Redesign Geométrico: Modificação da geometria disco/palheta para reduzir concentradores de tensão.
Tratamento de Superfície: Aplicação de Shot Peening nos encaixes após a usinagem final. Este processo introduz tensões residuais de compressão na superfície, dificultando a iniciação de trincas por SCC.

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Conclusão

A análise deste incidente de 800 MW deixa lições claras para gestores de manutenção e engenheiros de confiabilidade.

A conclusão mais crítica é que manter uma “boa” química do vapor não é um seguro infalível contra a Corrosão sob Tensão em discos de baixa liga.

O risco de SCC é cumulativo. Ele é uma função direta do tempo de operação e do número de ciclos de partida/parada.

Portanto, unidades mais antigas (maduras) operam inerentemente sob maior risco e exigem estratégias de monitoramento diferenciadas.

Para mitigar falhas catastróficas, a indústria deve adotar uma abordagem de duas frentes:

Inspeção Rigorosa: A inspeção não destrutiva (NDT) regular é crucial, mesmo que exija desmontagens complexas em designs antigos.
Modernização Ativa: Em reparos ou retrofits, a migração para Aço Inoxidável 12 Cr combinado com o processo de Shot Peening provou aumentar significativamente a resistência ao SCC.

Ignorar a variável “tempo” em turbinas a vapor não é uma opção; é uma falha esperando para acontecer.

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Sobre o Autor

Henrique Menezes

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