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UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas

Equipamento avalia desgaste na estrutura de túneis de vazão de água em hidrelétricas

Publicado em 23 maio 2006

Os escoamentos de água em túneis de descarga de usinas hidrelétricas são feitos com elevadas velocidades. Essas estruturas podem apresentar diferentes tipos de irregularidades, no acabamento das superfícies ou na geometria, que provocam o fenômeno denominado cavitação — formação de bolhas de vapor na água e sua posterior implosão. Quanto este fenômeno ocorre próximo às superfícies das estruturas hidráulicas provoca grandes erosões no concreto. É um efeito complexo do ponto de vista técnico, mas sabe-se que acarreta prejuízos às hidrelétricas com a diminuição da sua vida útil e até mesmo a interrupção de seu funcionamento, por longos períodos, para realização das obras de reparos. Esse problema levou o professor José Gilberto Dalfré Filho, da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC), a criar um equipamento compacto que permite realizar ensaios de diferentes materiais usados nas estruturas hidráulicas, sob a ação erosiva da cavitação. O sistema completo de avaliação de desgaste de materiais por cavitação — e o bocal para jato cavitante — foi financiado pela FAPESP e patenteado pela Agência de Inovação da Unicamp.

Novo sistema permite fazer ensaios sobre ação erosiva da cavitação
Em ensaios de cavitação geralmente é utilizado o dispositivo Venturi, um estreitamento na tubulação usualmente adotado para medir vazões. A sua utilização, no entanto, é limitada por alguns fatores. Primeiro, e também o principal, porque o Venturi poderia exigir até 40 horas para o ensaio de concreto, diante da baixa velocidade de escoamento que apresenta. Outro problema é a necessidade de uma grande área para um funcionamento de forma adequada, o que inviabilizaria a sua instalação em áreas pequenas. Com o novo equipamento desenvolvido no Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos da FEC, o tempo estimado é de apenas quatro minutos, uma vez que a velocidade do jato utilizado atinge até 150 metros por segundo.
Dalfré Filho explica que os equipamentos desenvolvidos anteriormente com o princípio do jato cavitante são inadequados para ensaios com concreto. "Eles são destinados a testes de amostras metálicas de pequenas dimensões e materiais relativamente homogêneos. Diferentemente, o concreto possui uma heterogeneidade que pede dimensões maiores de amostras", esclarece. O sistema criado pelo pesquisador consiste em uma idéia original, pois não existe no mercado método específico para esse tipo de ensaio em concreto.
Dalfré estava ainda na graduação, em 1996, quando participou de um projeto de Iniciação Científica orientado pela professora Ana Inés Borri Genovez. "Sempre me interessei pela área de recursos hídricos e a minha expectativa era de seguir nesta carreira", lembra. Este primeiro trabalho teve como foco justamente a cavitação e Dalfré percebeu a carência de equipamentos para medição do fenômeno. "No mestrado montamos o protótipo com uma bomba de pressão menor do que a atual e apenas um tipo de bocal, mas os ensaios ainda levavam muito tempo para ser realizados", diz. Na tese de doutorado, ainda sob orientação da professora Ana Inés, ele avançou em busca da redução do tempo dos ensaios e do aumento da eficiência do sistema com o desenvolvimento de diferentes geometrias de bocais.
O pesquisador propõe acoplar à bomba de alta pressão componentes sofisticados como transdutores de pressões, acelerômetro para medir a freqüência de implosão das pequenas bolhas de vapor e célula de carga para leitura do impacto do jato de alta velocidade sobre o material, garantindo pleno controle da situação de teste. Os ensaios foram realizados em amostras de concreto de alto desempenho, da ordem de até 80 megapascal (MPa) — medida relacionada a resistência do material. Para se ter uma idéia, em projetos de construção de edificações, em geral adota-se resistência entre 20 e 30 MPa para o concreto a ser empregado.
Um ensaio de 15 minutos realizado no laboratório gerou uma grande erosão das amostras. Amostras de resistências menores também testadas no equipamento apresentaram buracos de grandes proporções, em tempos ainda mais curtos. Outras aplicações para o equipamento já estão sendo estudadas. Segundo a professora Ana Inês, já houve interesse de uma empresa que comercializa mármores e granitos, cuja pretensão, a partir de ensaios de erosão, é reproduzir o efeito de envelhecimento natural de placas de mármore e granito, visando recuperação de monumentos ou a decoração de residências.