Fundição de turbinas eólicas

As turbinas eólicas são projetadas para uma vida útil calculada de 20 anos, o que significa que, idealmente, a máquina deve funcionar sem interrupção durante esses 20 anos. A resistência à fadiga do material é, portanto, de grande importância, uma vez que aqui também são geralmente necessárias peças fundidas de grande volume e paredes finas para manter o peso da turbina eólica a um nível mínimo.
É imperativo garantir que as áreas de superfície inacabadas estejam absolutamente livres de qualquer tipo de cavidades no material que possam causar um efeito de entalhe. Exemplos típicos deste tipo de defeito incluem cavidades que resultam da aderência de material residual do molde, componentes de escória que aderem à superfície, ranhuras de provenientes da estripagem do modelo, marcas causadas pela aplicação inadequada do revestimento, escória metálica e defeitos similares. Deve ser dada especial atenção à eliminação ou antes à prevenção da escória metálica, uma vez que isto pode enfraquecer o módulo de elasticidade do material em até 50%.

O efeito de entalhe que resulta de tais ocorrências deve ser geralmente eliminado. Isto é geralmente conseguido através da rebarbação enquanto se respeita as espessuras mínimas de parede requeridas.
O metal líquido, que consiste de ferro-gusa especial, sucata de aço selecionada e porções de retornos limpos, deve ser fundido preferencialmente em um forno de indução de média frequência e alto desempenho.

Só é possível definir os parâmetros metalúrgicos necessários de forma ideal para a fundição se todas as etapas do processo forem monitoradas continuamente durante o processo de fusão e se o lote receber tratamento especial de inoculação, enquanto os requisitos de qualidade para toda a matéria-prima são garantidos. Isto é seguido pela retirada de escória do banho metálico após o tratamento com magnésio e outras etapas do processo, como a amostragem e a inoculação primária. Uma inoculação secundária é geralmente realizada na bacia de vazamento no momento da fusão do molde.

A qualidade confiável de fundição/homogeneidade do material é assumida sob consideração de um fator de confiança quando o projeto computacional das peças fundidas é feito. O fundidor deve verificar se este grau de qualidade planejado é cumprido em todas as fases da fabricação do fundido, desde o planejamento (simulações de enchimento e solidificação do molde) até a produção (verificação da confiabilidade do processo) e a inspeção final (exame ultrassônico, inspeção por raios-X, exame estrutural, etc.). As propriedades mecânicas devem ser determinadas para cada peça fundida por meio de um teste de tração e um teste de impacto que são realizados em corpos de provas apensos na peça fundida.

 

Soluções para a fundição de turbinas eólicas

Juntamente com seus parceiros, a ASK Chemicals está desenvolvendo soluções de sistemas especialmente para peças fundidas de grande porte para turbinas eólicas. Estas soluções tratam dos requisitos especiais para sistemas de resinas, tais como: alta estabilidade dimensional e alta estabilidade térmica, e também com sistemas de resina furânica de baixo teor de enxofre. Produtos feitos sob medida para garantir os requisitos de pureza dos fundidos para estas aplicações especiais são um ponto focal tanto quanto os tratamentos especiais de arame, inoculantes e métodos de inoculação.

O material ferrítico EN-GJS-400-18U-LT foi utilizado para estes componentes fundidos especialmente devido à sua alta ductilidade, ou seja, a capacidade de reduzir a sobrecarga por meio de deformação plástica e de compensar cargas repentinas sem ruptura. O material também se mostra excepcionalmente bem sucedido quando utilizado a temperaturas baixas ou fortemente flutuantes devido ao valor obtido no teste de impacto de 12 joules a -20°C. A estricção de ruptura é de 18%. A qualidade de fundição requerida é obtida pela aplicação simultânea de métodos de engenharia que começam com uma simulação do preenchimento do molde, seguida por uma simulação da solidificação e uma simulação da formação estrutural.

Os projetos de turbinas eólicas cujas faixas de desempenho de até 5 MW requerem peças fundidas de ferro fundido nodular (EN-GJS-400-18U-LT) e um peso de até 50 toneladas métricas. Implicam novas dimensões em termos de dimensões, requisitos de material de molde e metalurgia, especialmente tratamento de magnésio e técnica de inoculação, e massas em movimento. Os fornecedores de fundição que trabalham na indústria de energia eólica são assim desafiados a enfrentar essas tendências de desenvolvimento e a se adaptar de acordo com a experiência, as propriedades materiais verificadas de seus produtos, equipamentos e suas capacidades.

A cooperação entre o fornecedor e o especialista em fundição no local é acompanhada por extraordinários efeitos de sinergia. Uma rápida troca de informações é propícia à otimização relacionada à fundição e à produção e ao necessário desenvolvimento posterior dos produtos da ASK Chemicals. Técnicas de simulação numérica para preenchimento e solidificação de moldes ajudam a resolver problemas que seriam muito difíceis de lidar em termos de alimentação, por exemplo. Testes são realizados para obter uma visão de como a funcionalidade dos componentes pode ser ainda mais otimizada por meio de mudanças relacionadas à fundição. Pontos fracos no projeto ou sobre dimensionamento são assim identificados em uma fase inicial, sem que a peça fundida tenha que ser fabricada. A expertise da ASK Chemicals em seus produtos é complementada de forma otimizada pelo amplo conhecimento do fundidor em material de molde, material e metalurgia.