Diagnóstico Corrosivo de Pés de Torres Através de Injeção

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Diagnóstico Corrosivo de Pés de Torres Através de Injeção de Correntes Elétricas
pelo Uso de um Dispositivo Computadorizado
J.M. Silva, LACTEC , L.H.Tersariol, FURNAS e J.A.Oliveira, FURNAS
Resumo – Um dos meios mais utilizados para identificar corrosão nas fundações de estruturas de LTs é a inspeção visual;
essa inspeção é realizada após a retirada da terra compactada
(escavação) e limpeza da terra e/ou ferrugem aderente. Embora seja um procedimento simples, há alguns aspectos que devem ser levados em conta, conforme exposto a seguir: muito
tempo gasto na inspeção (necessidade de escavar, limpar e reaterrar a fundação); necessidade eventual de deixar a cava aberta, sujeitando-se à ocorrência de ventos fortes, chuvas, etc., que
poderiam reduzir a segurança da torre e dificuldade de padronizar as informações entre diversos inspetores.
No setor elétrico brasileiro tem-se usado a técnica de medição
do potencial estrutura/solo. Complementando a medida do
potencial estrutura/solo, neste trabalho, desenvolveu-se uma
medição através de injeção de corrente. De posse dos valores
obtidos, constróem-se retas de potenciais em função de correntes. A corrente de proteção é obtida quando o potencial em
condições de circuito fechado “Eon” apresentar o valor de –
850mV, ou quando a diferença entre o potencial em condições
de circuito aberto “Eoff” e o potencial de corrosão apresentar
100mV mais catódico que o potencial de corrosão.
Este estudo foi aplicado em torno de 5000 torres na concessionária “FURNAS”. Como resultado desse trabalho foi desenvolvido um software, onde a torre pode ser classificada como:
“novas”, “corrosão normal”, “em alerta” ou “crítica de corrosão”.
Também foi desenvolvido um equipamento eletrônico computadorizado contendo 4 cabos. O equipamento eletrônico é conectado na torre de transmissão e após, não mais do que 10
minutos, é mostrado no visor, o estado corrosivo da torre.
Palavras-chave – Linha de Transmissão, Fundações tipo grelhas, materiais metálicos, corrosão pelo solo.
II. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
A. Medições de Potenciais “ON”
Para a determinação da densidade de corrente necessária
para que uma grelha de uma torre esteja totalmente protegida, inicialmente mede-se o potencial de corrosão da grelha
em estudo. Para obtenção da densidade de corrente de proteção faz-se uma curva de polarização catódica através da
injeção de corrente. A injeção de corrente é feita em intervalos de 1mA e o tempo de estabilização é de 60 segundos,
para cada valor de corrente injetada.
B. Medições de Potenciais “OFF”
A obtenção do potencial “Eoff” (potenciais em condições de
circuito aberto) é após a estabilização do “Eon”. Para obtenção do potencial “Eoff” faz- se interrupção da corrente injetada pela bateria automotiva. Com a interrupção da corrente
o “Eon” cai abruptamente para um determinado valor e
logo em seguida essa queda de potencial é lenta, o segredo
está em obter o início dessa queda lenta de potencial. Na
prática, o valor lido é feito baseando-se na leitura do primeiro potencial que aparece no visor do multímetro imediatamente ao desligar a chave liga/desliga (próximo de 350ms).
III. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Um exemplo das curvas obtidas em campo pode ser visto
na Fig.2.
I. INTRODUÇÃO
Complementando a medida do potencial estrutura/solo[1],
neste trabalho, desenvolveu-se uma medição através de injeção de corrente, utilizando os materiais, conforme mostrado na Figura 1.
FIGURA 2 – Injeção de correntes na torre 168 da LT
750kV Ivaiporã-Itaberá circuito 1.
A seguir estão apresentados os resultados de curvas de polarização de algumas torres de FURNAS (vide Fig.3).
FIGURA 1 –Esquema de ligação para injeção de corrente
Agradecimentos: Este trabalho tem o apoio financeiro de FURNAS e o
apoio administrativo, científico e tecnológico dos seguintes órgãos:
ANEEL, UFPR e LACTEC.
J.M. Silva trabalha no Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento –
LACTEC (e-mail: [email protected]).
L.H. Tersariol trabalha em Furnas Centrais Elétricas S/A (e-mail: [email protected]).
J.A.Oliveira trabalha em Furnas Centrais Elétricas S/A (e-mail: [email protected]).
A foto 1 mostra o estado corrosivo das torres: a) 842 e b)
178. Estas duas torres são as mais corroídas das torres estudadas. Este comportamento está de acordo com os dados
eletroquímicos de 100 mA e 90mA respectivamente (vide
Fig.3).
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O eletrodo de referência de cobre/sulfato de cobre saturado
é enterrado próximo ao pé da torre (20 cm de profundidade
e a uma distância de 1,5 m perpendicular ao eixo da linha de
transmissão. A finalidade do equipamento em questão (Foto
3) é fazer um banco de dados com tabelas de informações de
tensões em função de correntes injetadas nos pés de torres
de linhas de transmissão aérea convencionais.
-450
Torre 178
Torre 168
Torre 848
Torre 842
Torre 881
-500
-550
Eon/mV
-600
-650
-700
-750
-800
-850
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
I/mA
FIGURA 3 – Curvas de polarização em condições de circuito fechado.
FOTO 1 – a) 842 da LT 600kVcc Foz - Ibiuna circuitos 1
e 2, b) 178 da LT 750kV Ivaiporã–Itaberá circuito 2
A foto 2 mostra o estado corrosivo das torres: a) 168 e b)
848. Estas duas torres são as menos corroídas das torres
estudadas. Este comportamento está de acordo com os dados
eletroquímicos de 18 mA e 20mA respectivamente (vide
Fig.3).
FOTO 2 – a) Torre 168 da LT 750kV Ivaiporã - Itaberá circuito 1, b) 848 da LT 600kVcc Foz–Ibiuna circuitos 1 e 2
A. Desenvolvimento de um Dispositivo Computadorizado
Foi desenvolvido um equipamento eletrônico computadorizado, compreendido de: um galvanostato simplificado, um
processador PIC16F877, um display, um teclado, uma entrada a/d, quatro saídas digitais para bip e uma saída serial,
com intuito de obter duas curvas de polarizações catódicas,
uma em condições de circuito aberto e outra em condições
de circuito fechado.
O equipamento eletrônico ora proposto neste trabalho (Foto
3) é utilizado em campo, mais precisamente em pés de torres
de linha de transmissão, as quais funcionam como eletrodo
de trabalho, o contra eletrodo é basicamente formado por
pequenos bastões cilíndricos de cobre e o eletrodo de referência é composto por uma semi-célula de cobre/sulfato de
cobre saturado.
FOTO 3) Equipamento eletrônico computadorizado contendo 3 cabos que avalia a corrosão existente em fundações
tipo grelha de torres de linhas de transmissão.
B. Validação dos Resultados
A partir da técnica de perda de massa correlacionou-se a
corrosão das torres estudadas através de instalação de corpos de prova ou cupons metálicos (vide foto 4). Após a sua
limpeza e verificado que os materiais apresentavam corrosão uniforme (vide Foto 5), foram novamente pesados, a fim
de determinar a perda de massa e a taxa de corrosão. Foram
instalados corpos de provas ou cupons metálicos, no dia 07
de junho de 2004 e as amostras foram instaladas conforme
mostra a Foto 4. No dia 23 de fevereiro de 2005, foram inspecionados os cupons metálicos instalados (vide Foto 5a e
Foto 5b) na LT 750kV Ivaiporã-Itaberá, circuito 2. Os cupons da Foto 5a, eram de aço carbono e os cupons da Foto
5b, eram de aço galvanizado. Tanto a Foto 5a quanto a Foto
5b, apresentam cupons instalados na Torre 51 (torre com
proteção catódica) e na torre 52 (torre sem proteção catódica).
FOTO 4 ) Corpos de prova de aço carbono e aço galvanizado instalados na torre 51 da LT 750kV Ivaiporã-Itaberá,
circuito 2.
3
Ao correlacionar a corrente necessária para uma torre ficar
protegida com a taxa de corrosão, verifica-se que a torre 842
necessita de 100mA para ficar protegida e ela está corroendo a uma taxa de 100μm/ano, já a torre 168 necessita de
20mA para ficar protegida e ela está corroendo a uma taxa
de 30μm/ano.
a)
b)
FOTO 5 ) Corpos de prova de a) aço carbono e b) aço galvanizado retirados das torres 51 e 52 da LT 750kV IvaiporãItaberá, circuito 2, após 9 meses de exposição.
Ao comparar os cupons metálicos apresentados nas Fotos 5a
e 5b, verifica-se que os cupons instalados na torre sem proteção catódica apresentam uma elevada corrosão
(140μm/ano), enquanto que os cupons instalados na torre
protegida, apresentam apenas um leve início de corrosão
(50μm/ano). Esses cupons metálicos estiveram durante 9
meses em exposição. Nessas mesmas torres foram retirados
cupons metálicos após 3 anos de exposição (vide Foto 6).
FOTO 6) Corpo de prova de aço carbono retirado da torre
52 da LT 750kV Ivaiporã-Itaberá, circuito 2, após 3 anos de
exposição.
O cupom metálico mostrado na Foto 6 tinha 1 mm de espessura e está apresentando um furo, conforme mostra a seta
indicativa na Foto 7. Esse cupom ficou 3 anos instalados
em uma torre sem proteção catódica, e cálculos baseado na
perda de massa apresentou um valor de 110μm/ano.
A partir dos estudos realizados neste trabalho, pode-se estabelecer um critério para analisar o estado do aço conforme
a Tabela I:
TABELA I
CRITÉRIO ECONÔMICO PARA O AÇO
Tx/(μm/ano)
< 10
10 a 100
100 a 200
> 200
Situação da grelha
Proteção quase permanente
Estado normal de corrosão
Torre em alerta
Torre crítica
Analise de Viabilidade Econômica
Para se analisar a viabilidade econômica consideremos a
princípio, o caso por exemplo, de uma concessionária de
energia elétrica que possua torres consecutivas necessitando
de análise visual das fundações tipo grelhas em relação ao
processo corrosivo. O recomendado é executar escavação de
solo envolvendo 1 quadrado de 1 metro de lado por 1 metro
de profundidade. Para a escavação seria necessário 4 pessoas (uma em cada pé) trabalhando durante um dia para deixar
uma torre em condições de análise. Admitindo-se uma torre
por dia, e levando em conta as despesas de hospedagem,
alimentação transporte, depreciação do veículo e materiais
utilizados na inspeção, teremos um custo próximo de
R$250,00 por torre. O custo do equipamento está por volta
de R$1.000,00. Para o sistema proposto necessita-se de 2
pessoas realizando inspeções de 8 torres por dia. O custo é
de aproximadamente R$25,00. Isto significa que haverá uma
redução de 10 vezes. Dessa maneira, o retorno do investimento (na compra do equipamento) é obtido em apenas uma
semana. Além do mais enquanto o equipamento está realizando as medidas, os dois funcionários podem fazer as inspeções rotineiras de subida em torres. Como o equipamento
deixa as medições registradas, isso pode ser uma garantia de
que tais inspetores estiveram realmente na torre.
IV. CONCLUSÕES
A partir dos resultados obtidos neste trabalho, conclui-se
que a corrente necessária para uma grelha ficar protegida é
pequena (20mA) e a taxa de corrosão é pequena
(30μm/ano), quando a corrosão da grelha pode ser representada pela Foto2, e é grande, quando a corrente necessária
para uma grelha ficar protegida é grande (100mA) e a taxa
de corrosão é intensa (100μm/ano), conforme mostra a Foto1.
Este estudo foi aplicado em torno de 5000 torres na concessionária “FURNAS”. Como resultado desse trabalho foi
desenvolvido um software, onde a torre pode ser classificada como: “novas”, “corrosão normal”, “em alerta” ou “crítica de corrosão”. O mapeamento feito para FURNAS, foi
dividido em 3 trechos: Ivaiporã-Itaberá, Itaberá-Ibiuna, Ibiúna-Tijuco Preto (Mogi das Cruzes). Partes das linhas de
transmissão beneficiadas foram: LT 750 kV circuito 1, LT
750kV circuito 2, LT 600kVcc circuitos 1 e 2 e LT
600kVcc circuitos 3 e 4.
V. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Recomendação SCM-104/94 – Técnica de medição
do potencial de corrosão em estruturas
metálicas
enterradas. Setor Elétrico Brasileiro – Grupo Coordenador de Operações Interligadas – Subcomitê de Manutenção – Comissão de Físico-Química – Grupo de
Corrosão.