O desprendimento de uma pá em um hidrogerador de parafuso de Arquimedes expõe um problema crítico em usinas de baixa queda: a fadiga acelerada por cavitação e abrasão de sedimentos. Para entender as causas, foi realizada uma engenharia reversa do eixo central por meio de escaneamento 3D com Artec Studio, gerando uma nuvem de pontos de alta precisão. Este modelo digital serviu como base para uma simulação CFD no Flow-3D, permitindo correlacionar as zonas de desgaste com os padrões de fluxo e pressão.
Reconstrução digital e simulação multifísica do desgaste 🛠️
O processo começou com a captura tridimensional do eixo danificado, documentando a perda de material e as trincas superficiais. No Fusion 360, os dados do escaneamento foram alinhados com o design CAD original para medir a deformação plástica e a profundidade das picagens. A simulação no Flow-3D modelou o fluxo bifásico (água e vapor) ao redor do perfil torcido do parafuso, identificando regiões de baixa pressão onde se formam bolhas de cavitação. Ao sobrepor os mapas de erosão do escaneamento com as zonas de alta energia cinética turbulenta, confirmou-se que o colapso de bolhas próximo à superfície do eixo causou a fadiga por microimpactos repetitivos.
Lições para a previsão de vida útil em hidrogeradores 💡
Este caso demonstra que a combinação de escaneamento 3D e CFD não serve apenas para diagnosticar uma falha, mas para prever a fadiga residual do material. Ao calibrar o modelo de erosão com os dados reais de abrasão, os engenheiros podem modificar o raio de curvatura das pás ou aplicar revestimentos duros nas zonas críticas. A metodologia permite otimizar o design do parafuso para resistir à cavitação, estendendo sua vida útil em ambientes com alta carga de sedimento.
Qual foi a correlação entre as zonas de colapso de bolhas de cavitação previstas pelo modelo CFD e as superfícies de fratura observadas no escaneamento 3D do parafuso de Arquimedes falhado?
(PS: A fadiga de materiais é como a sua depois de 10 horas de simulação.)