Corrosão sob Tensão em Turbinas a Vapor: Análise de Falha e Mitigação do SCC
Sumário
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 KISCC
Na mecânica da fratura, a suscetibilidade ao SCC é frequentemente avaliada pelo fator de intensidade de tensão linear, KISCC.
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.
Acesse Nossos Outros Conteúdos
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"
Alguns dos nossos Parceiros:
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.
Conheça mais sobre nossas soluções de produtos e serviços
Confira o Vídeo Relacionado
Treinamento de Equipes com a TURBIVAP
Uma equipe capacitada é essencial para identificar e gerenciar problemas de forma eficiente. A TURBIVAP oferece cursos e treinamentos práticos e teóricos para maximizar o desempenho operacional de suas turbinas e processos. Consulte-nos.
Formatos Disponíveis
Digital (Gravado)
Ideal para equipes que precisam de flexibilidade de horários, com conteúdos atualizados e de fácil acesso. Logins individualizados e área do gestor para análise de desempenho dos colaboradores.
Remoto (Ao Vivo e à Distância)
Treinamentos interativos e customizados conduzidos por especialistas, permitindo a aplicação prática imediata.
Presencial (In Company)
Capacitação personalizada na sua empresa, com foco nos desafios específicos da operação.
Soluções de Engenharia e Retrofit
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.
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.
NEWSLETTER TURBOMÁQUINAS E COGERAÇÃO DE ENERGIA
Sobre o Autor
Nota: As opiniões e informações contidas nesta publicação, não refletem necessariamente a opinião da TURBIVAP.
Curso de Turbina a Vapor – Presencial, Remoto “EAD” ou Digital. Consulte-nos
Tudo sobre turbinas a vapor e cogeração de energia.
