Lamelas de acoplamento de aço relaminado com têmpera martensítica para uma confiável transmissão de força em instalações eólicas

A energia eólica desempenha um papel significativo na transição energética e no processo de ampliação das energias renováveis a ela associado. Durante o funcionamento de instalações eólicas, para a produção de energia é necessário que imensas forças sejam transmitidas das pás do rotor ao gerador. Nesse caso, devido a mudanças bruscas da velocidade do vento, altos picos de carga são um desafio especial, e podem provocar no eixo principal de transmissão um deslocamento dinâmico de até três graus entre a caixa de engrenagens e o gerador. Para evitar perdas de eficiência e danos e assegurar um funcionamento confiável e com um desgaste mínimo, são utilizados acoplamentos especiais, capazes de compensar esse desalinhamento. Para a fabricação das lamelas desses acoplamentos, a Waelzholz fornece um aço relaminado com têmpera martensítica projetado individualmente com excelentes propriedades mecânicas e tecnológicas bem como extraordinária planicidade para grandes secções transversais com uma espessura de até 4,50 milímetros.

Há dois mil anos, a força do vento já era aproveitada em instalações eólicas simples de madeira e tecido para moer grãos ou irrigar a lavoura. Hoje, o vento desempenha um papel essencial na geração de energia sustentável de fontes regenerativas. Essa tecnologia de produção de energia a partir da força eólica avançou nitidamente, sobretudo desde a virada do milênio.Os modernos aerogeradores são instalações grandes e complexas, controladas por computadores para produzir eletricidade, e giram em vários países do mundo. A China, os EUA e a Alemanha lideram o número de instalações, seguidos pela Índia e pela Espanha.

Nos últimos 20 anos, a capacidade de energia eólica instalada em nível mundial aumentou de 24 para 837 gigawatts (2021). Ainda que, com isso, os aerogeradores cubram apenas aproximadamente 7% da demanda global de eletricidade, estudos preveem um possível crescimento de até 20% até o ano de 2030. Até 2050, a produção poderia aumentar, alcançando mais de 3.000 gigawatts, atendendo então ⅓ da demanda mundial de energia. Com isso, além da fotovoltaica, a energia eólica desempenha um papel fundamental na redução de emissão de CO₂ na geração de energia, e é um elemento importante e um mercado em crescimento em um futuro climaticamente neutro.

Para seguir ampliando a participação da energia eólica na combinação de energias climaticamente neutras, os modernos aerogeradores precisam  ser, já hoje, extremamente potentes, eficientes e seguros em seu funcionamento. O almejado incremento da potência produzida em uma instalação de cerca de 6 até 10 megawatts requer, entre outros fatores, também um aumento do tamanho das pás do rotor. Já os eixos de transmissão das instalações atuais, com pás de rotor de aproximadamente 60 metros de comprimento, precisam transmitir torques de até 500.000 newton-metros (Nm) – um desempenho correspondente a mais de 1.500 veículos modernos de médio porte. Um crescimento adicional dos aerogeradores também implicará em exigências mais elevadas em relação aos componentes destinados à transmissão de força e geração de energia e, com isso, consequentemente também em relação aos materiais siderúrgicos empregados. Justamente para isso, a Waelzholz produz, já hoje, materiais de alta tecnologia sob medida. Por isso, nos geradores altamente potentes das turbinas eólicas são empregadas não apenas tiras de aço elétrico altamente eficientes ‒  para as lamelas inseridas no acoplamento do eixo de transmissão também fornecemos aço relaminado com têmpera martensítica com propriedades tecnológicas especiais.

“Cargas excepcionais no sistema de transmissão de um aerogerador ocorrem em consequência de variações de velocidades e direções dos ventos, por exemplo, com rajadas que podem incidir de diversas formas nas pás do rotor. Tais forças levam a uma possível exposição do eixo de transmissão a movimentos relativos, ou seja, a um desalinhamento dinâmico de até três graus. Por esse motivo, a caixa de engrenagens e o gerador são montados sobre amortecedores elásticos”, explica Dennis Domaschk, do departamento de Vendas da Waelzholz. Se, apesar dos amortecedores, esse desalinhamento do eixo chegasse ao gerador, este poderia ser danificado. Tendo em vista o complexo trabalho que os serviços de manutenção e reparos nos parques eólicos terrestres e marítimos implicam, foram desenvolvidos acoplamentos de alto desempenho com lamelas de aço, que absorvem com segurança esse movimento, protegendo, assim, o gerador.

Klaus Neumeyer, do departamento de tecnologia de materiais , comenta: “O acoplamento em instalações eólicas dispõe em cada extremo de quatro pacotes de lamelas dispostos em forma de losango. Por meio de várias camadas de lamelas, em parte de espessuras diferentes, o pacote adquire uma rigidez axial adicional. O losango formado pelas lamelas de aço está conectado nos extremos alternadamente com o eixo de engrenagens e o eixo do gerador bem como com o eixo do acoplamento”. Dessa forma, cria-se de cada lado do acoplamento uma chamada suspensão cardânica dupla, que, durante o funcionamento contínuo, compensa o desalinhamento do eixo entre a caixa de engrenagens e o gerador. Para isso, o material siderúrgico empregado deve atender às mais altas exigências de resistência e rigidez.

Os materiais da Waelzholz sempre são desenvolvidos com o objetivo de alcançar propriedades ideais de processamento, oferecendo, com isso, vantagens econômicas para os clientes na posterior fabricação de seus produtos. “Por exemplo, com o aço relaminado de têmpera martensítica fornecido por nós, a demorada e dispendiosa têmpera por peça pode ser suprimida pelos nossos clientes. Tendo em vista as elevadas exigências de planicidade, com nosso material pode-se evitar uma possível distorção proveniente da têmpera individual por peça”, afirma Dennis Domaschk, colaborador do departamento de Vendas.

“Nossa competência central é solucionar demandas exigentes dos nossos clientes”, declara Neumeyer, e acrescenta: “Nesse sentido, aprimoramos também este material de alto desempenho adequando-o perfeitamente às exigências particulares da indústria eólica”.

Com conceitos sustentáveis de materiais como este, aproximamo-nos ainda mais da meta por nós estabelecida: empregar nossa expertise em materiais e nosso know-how de processos de maneira orientada para acompanhar a transição energética com soluções inovadoras de material para aplicações futuras.