sábado, 8 de agosto de 2015

Challenges in turbine transport

Challenges in turbine transport

13 August 2008



R C Silva, L J Pedroso and A Albuquerque detail the challenges that were met during transportation of a turbine runner to Brazil’s Tucurui dam

Tucurui dam, located on the Arguaia-Tocantins basin in Brazil (Figure 1), is owned and operated by Brazilian power company Eletronorte, a subsidiary of Centrais Eletricas Brasileiras - Eletrobras.
Construction of the project – which involved the use of 1.08M tons of cement and 222,000 tons of steel – occurred in two phases. The first stage began in 1976 and was completed in 1984, with twelve Francis turbines installed in the power plant, representing 4125MW of the full anticipated installed power of 8370MW.
The second stage of construction began in 1998 and was completed in 2006. Upon completion of this stage a further 4245MW capacity was added, through installation of another 11 turbines (Figure 2).
This paper details the logistical issues encountered during delivery of one of the turbine runners, together with technical information on the turbine installation. It is pointed out that the methods and means of transport detailed here were utilised during transport and installation of the 11 turbines that formed part of the second stage of construction.
Characteristics of the turbine runner
The turbine runner is made of cast steel designated ASTM A 743–CA 6NM. The runner is 5m high with an outlet diameter of 8.3m. The Francis turbines used at the plant are designed with a capacity of 382MW and a nominal inflow of 682m3/sec.
In general, turbine runners are composed of three distinct parts: a crown and a band made of cast steel that weigh around 107 and 51 tons respectively, and 12 curved blades made of calendering plates. Part of the blade surface is coated with 5mm thick stainless steel to protect from cavitation. Each of the blades weigh 5.7 tons and have an average thickness of approximately 130mm.
In the central part of the runner, there is also a steel runner cone that weighs 1.2 tons, designed to assure continuity of the hydraulic flow. Figure 3 shows the turbine runner.
Power station
During construction of the two power stations which form the Tucurui project, turbines where placed in wells. These wells were covered by a steel cylinder designed to help in the well concreting and to function as a support to inferior closing of the generator. The wells are 10.5m in diameter with a depth of 5m.
Turbine runner transportation
General considerations
An efficient transportation support is fundamental for good logistic performance and supply management, as delays in equipment delivery can have a fundamental effect on project completion.
The most common problems faced during transportation of material are poorly conserved roads and the lack of control and regulation laws for transportation in Brazil. Most of Eletronorte’s business is concentrated in northern Brazil which still has a considerable lack of adequate infrastructure, meaning the transport of exceptional loads, such as the turbine runner, can be a great challenge.
From the first stage of construction, solely road transport of heavy equipment from industry to the dam was not recommended. This was due to the length of transportation (over two months), high costs, and the inability of existing roads in the north to handle large loads.
As a result, Transport Assistance of Eletronorte (AST) carried out a viability study on the condition of Brazilian roads between industry and the dam site, taking into account particular characteristics of weight and dimensions of the charge and also the limitations of certain roads.
Based on this report, Eletronorte decided to transport large equipment manufactured in Brazil – such as the turbine runners – using a combination of roads, sea and rivers. Equipment left industry by road to be transported to a nearby port, where they were transferred by ship to Bele?m Port, with the final part of the journey being by raft to the project site.
Transport of the turbine runner
A description of the passage of turbine runners to Tucurui dam is described below, with transportation time being over one month.
The runner was manufactured in Taubate city in Sao Paulo. Once complete it was carried to Santos Port on a wagon, which measured 93m long, 9m wide with 296 wheels, including the trucks that pulled it. The set weighed 640 tons, including runner, wagon, trucks and articulated beam/gondola. The load allowed for each wheel is about 5 tons. The load was driven a distance of 210km, with the itinerary and parking places planned th Company of Engineering of Traffic (CET).
As part of the route, 45km was covered in Sao Paulo city with an average speed of 5km/h. The wagon was authorized to pass through the city at night between the hours of 11:00pm to 6:00am to avoid disturbing traffic. The rest of the time it was parked in designated places. It took ten days to pass through the city.
Some of the problems encountered during transportation included the fact that CET had to raise a concrete footbridge by two cranes, because the turbine runner was higher than the bridge. It was also necessary to remove light poles, disconnect electrical and telephonic systems and remove fencings, traffic lights, etc.
When it arrived in Santos Port, the transportation set shown in figures 5 was discarded and the runner was transferred to a wagon road using a crane.
The new transport had the following characteristics: twelve axles in transversal direction; three lines (longitudinal direction) with four wheels, each one totalizing 144 wheels; a truck which has 700HP and traction capacity of 500 tons; and an auxiliary truck with 298HP and 100tons of traction capacity. Runner and set transportation embarked on a ship type roll on-roll off to Belem Port and travelled a distance of 4600km. Figure 6 shows the road wagon detail.
Upon arrival at Belem Port (Figure 7), the road wagon and the turbine runner disembarked the ‘Starman America’ ship and the set was driven to Dock Company of Para. The road wagon once again passed through urban areas to arrive at Belem fluvial terminal (Figure 8).
In Bele?m, the truck/wagon and turbine rotor were loaded onto a raft for its journey to Tucurui Port. This transport had a capacity to carry 1000 tons in capacity; 16m in width; 50m in length and a pusher of 1000 tons of weight. The wagon was anchored to the raft at eight points with steel cables to avoid set sliding. Figure8 shows a view of the raft/wagon and rotor.
The raft sailed 330km over ten days along the Tocantins River to arrive at Tucurui Port. Along the river, rafts require a maximum draft of 1.5m and adequate dimensions to guarantee the stability when loaded or not. Deck structure was strengthened to carry nearly 350 tons.
Once it reached Tucurui Port, the runner turbine was lifted by an overhead travelling crane (250/25tf) using four steel cables and placed on the new transportation set to be driven to Tucurui power station. Elevation mechanism was fixed in the runner crown as shown in Figure 9, and after that it was elevated to a height of 18.4m.
The runner was transported along the road for 5km, with a metallic frame protecting the equipment. This frame was welded onto the wagon structure, with wood wedges used to absorb impacts during the route.
Upon arrival at the power station, the wagon was parked under the rolling bridge 550/60tf inside the power station and runner was lifted and placed on the floor for assembly and installation.
The runner turbine travelled for approximately 45 days, and during the route no incidents were reported. As a result, the transportation plan was repeated for the generators, the rest of the turbine runners, and other large equipment. According to the logistic department of Eletronorte, this transportation plan can be considered safe because it maintains equipment integrity and is low cost compared to other alternatives.
FOTOS:









Silva, R.C., Research Assistant, University of Brasilia Department of Civil Engineering (ritasilva@unb.br) Pedroso, L.J., Associate Professor, University of Brasi?lia Department of Civil Engineering (lineu@unb.br) Albuquerque, A., Civil Engineer, Eletronorte Power (antonival@eln.gov.br)
The authors wish to acknowledge Eletronorte for supplying the photos and technical information used in this article
fonte: http://www.waterpowermagazine.com/

terça-feira, 4 de agosto de 2015

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
IGD – INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
TOPOGRAFIA E FOTOGRAMETRIA
PROF.: ANTONIVAL




TOPOGRAFIA
APOSTILA 3*




BRASÍLIA - 2009
* Adaptação do original da professora Maria Cecília Brandalize, PUC/RS, www.pucrs.br , em março de 2001


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

A figura a seguir ilustra um tripé de alumínio, normalmente utilizado com o trânsito; e um de madeira, utilizado com teodolitos óticos ou eletrônicos. É interessante salientar que para cada equipamento de medição existe um tripé apropriado.

   
·  ·  Mira ou Régua graduada: é uma régua de madeira, alumínio ou PVC, graduada em m, dm, cm e mm; utilizada na determinação de distâncias horizontais e verticais entre pontos.
A figura a seguir (BORGES, 1988), ilustra parte de uma régua de quatro metros de comprimento e as respectivas divisões do metro: dm, cm e mm.

·  ·  Nível de cantoneira: já mencionado na medida direta de distâncias, tem a função de tornar vertical a posição da régua graduada.
·  ·  Baliza: já mencionada na medida direta de distâncias, é utilizada com o teodolito para a localização dos pontos no terreno e a medida de ângulos horizontais.
Ao processo de medida indireta denomina-se ESTADIMETRIA ou TAQUEOMETRIA, pois é através do retículo ou estádia do teodolito que são obtidas as leituras dos ângulos verticais e horizontais e da régua graduada, para o posterior cálculo das distâncias horizontais e verticais.
Como indicado na figura abaixo (BORGES, 1988), a estádia do teodolito é composta de:
a) 3 fios estadimétricos horizontais (FS, FM e FI)
b) 1 fio estadimétrico vertical


8.5. Métodos de Medida Indireta
Segundo GARCIA e PIEDADE (1984) os métodos indiretos de medida de distâncias são:
8.5.1. Distância Horizontal - Visada Horizontal
A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra um teodolito estacionado no ponto P e a régua graduada no ponto Q. Do ponto P visa-se o ponto Q com o círculo vertical do teodolito zerado, ou seja, com a luneta na posição horizontal. Procede-se a leitura dos fios estadimétricos inferior (FI), médio (FM) e superior (FS). A distância horizontal entre os pontos será deduzida da relação existente entre os triângulos a'b'F e ABF, que são semelhantes e opostos pelo vértice.


Da figura tem-se:
f  = distância focal da objetiva
F = foco exterior à objetiva
c = distância do centro ótico do aparelho à objetiva
C = c + f = constante do instrumento
d = distância do foco à régua graduada
H = AB = B - A = FS - FI = diferença entre as leituras
M = FM = leitura do retículo médio
Pelas regras de semelhança pode-se escrever que:

                  fornecido pelo fabricante

d  =  100 . H
DH  =  d  +  C
Portanto,
DH  =  100 . H  +  C
C é a constante de Reichembach, que assume valor 0cm para equipamentos com lunetas analáticas e valores que variam de 25cm a 50cm para equipamentos com lunetas aláticas.
8.5.2. Distância Horizontal - Visada Inclinada
Neste caso, para visar a régua graduada no ponto Q há necessidade de se inclinar a luneta, para cima ou para baixo, de um ângulo (a) em relação ao plano horizontal. Como indicado na figura abaixo (GARCIA, 1984), a distância horizontal poderá ser deduzida através:

Do triângulo AA'M MA'  =  MA . cos
Do triângulo BB'M MB'  =  MB . cos
MA'  +  MB'  =  (MA + MB) . cos
MA'  +  MB'  =  A'B'

MA   +  MB   =  AB  =  H

portanto,
A'B'  =  H . cos
Do triângulo OMR OR  =  OM . cos
OM  =  100 . A'B'  +  C
OM  =  100 . H . cos   +  C
OR  =  (100 . H . cos   +  C ) . cos
DH  =  OR
portanto,
DH  =  100 . H . cos2   +  C . cos
Desprezando-se o termo (cos ) na segunda parcela da expressão tem-se:
DH  =  100 . H . cos2   +  C
8.5.3. Distância Vertical - Visada Ascendente
A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra a luneta de um teodolito inclinada no sentido ascendente (para cima). Assim, a diferença de nível ou distância vertical entre dois pontos será deduzida da relação:

QS  =  RS  +  RM  -  MQ
onde,
QS  =  DN  =  diferença de nível

RS  =  I  =  altura do instrumento
MQ  =  M  =  FM  =  leitura do retículo médio

Do triângulo ORM, tem-se que
RM  =  OR . tg
RM  =  DH . tg
RM  =  (100 . H . cos2   +  C ) . tg
RM  =  (100 . H . cos2 . tg   +  C . tg
RM  =  100 . H . cos2 . sen / cos   +  C . tg
RM  =  100 . H . cos . sen   +  C . tg
ora,
cos . sen   =  (sen 2) / 2
então,
RM  =  100 . H . (sen 2 ) / 2  +  C . tg
desprezando-se a última parcela tem-se,
RM  =  50 . H . sen 2
substituindo na equação inicial, resulta

DN  =  50 . H . sen 2  -  FM  +  I

A interpretação do resultado desta relação se faz da seguinte forma:
a)  se DN for positivo (+) significa que o terreno, no sentido da medição, está em ACLIVE.
b)  se DN for negativo (-) significa que o terreno, no sentido da medição, está em DECLIVE.
8.5.4. Distância Vertical - Visada Descendente
A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra a luneta de um teodolito inclinada no sentido descendente (para baixo). Assim, a diferença de nível entre dois pontos será deduzida da mesma forma que para o item 8.5.3., porém, com os sinais trocados.

Logo:

DN  =  50 . H . sen 2  +  FM  -  I

A interpretação do resultado desta relação se faz da seguinte forma:
a)  se DN for positivo (+) significa que o terreno, no sentido da medição, está em DECLIVE.
b) se DN for negativo (-) significa que o terreno, no sentido da medição, está em ACLIVE.
8.5.5. Erros nas Medidas Indiretas de Distâncias
Os erros cometidos durante a determinação indireta de distâncias podem ser devidos aos seguintes fatores:
1) leitura da régua: relativo à leitura errônea dos fios estadimétricos inferior, médio e superior provocados:
a)Pela distância entre o teodolito e a régua (muito longa ou muito curta).
b)Pela falta de capacidade de aproximação da luneta.
c)Pela espessura dos traços do retículo.
d)Pelo meio ambiente (refração atmosférica, ventos, má iluminação).
e)Pela maneira como a régua está dividida e pela variação do seu comprimento.
f)Pela falta de experiência do operador.
2) leitura de ângulos: ocorre quando se faz a leitura dos círculos vertical e/ou horizontal de forma errada, por falha ou falta de experiência do operador.
3) verticalidade da baliza: ocorre quando não se faz uso do nível de cantoneira. A figura abaixo (BORGES, 1988) ilustra a maneira correta de posicionamento da baliza nos levantamentos, ou seja, na vertical e sobre a tachinha do piquete.

1) verticalidade da mira: assim como para a baliza, ocorre quando não se faz uso do nível de cantoneira.
2) pontaria: no caso de leitura dos ângulos horizontais, ocorre quando o fio estadimétrico vertical do teodolito não coincide com a baliza (centro).
3) erro linear de centragem do teodolito: segundo ESPARTEL (1987), este erro se verifica quando a projeção do centro do instrumento não coincide exatamente com o vértice do ângulo a medir, ou seja, o prumo do aparelho não coincide com o ponto sobre o qual se encontra estacionado.


4) erro de calagem ou nivelamento do teodolito: ocorre quando o operador, por falta de experiência, não nivela o aparelho corretamente.
8.5.6. Exercícios
1.De um piquete (A) foi visada uma mira colocada em um outro piquete (B). Foram feitas as seguintes leituras:
fio inferior = 0,417m
fio médio = 1,518m
ângulo vertical = 530' em visada descendente (A B)
altura do instrumento (A) = 1,500m
Calcule a distância horizontal entre os pontos (AB) sabendo-se que a luneta é do tipo analática.
2.Considerando os dados do exercício anterior, calcule a distância vertical  ou diferença de nível entre os pontos e determine o sentido de inclinação do terreno.
3.Ainda em relação ao exercício anterior, determine qual é a altitude (h) do  ponto (B), sabendo-se que a altitude do ponto (A) é de 584,025m.
4.Um teodolito acha-se estacionado na estaca número (1) de uma poligonal e a cota, deste ponto, é 200,000m. O eixo da luneta de um teodolito encontra-se a 1,700m do solo. Para a estaca de número (2), de cota 224,385; foram feitas as seguintes leituras:
retículo inferior = 0,325m
retículo superior = 2,675m
Calcule a distância horizontal entre as estacas.
5.De um ponto com altitude 314,010m foi visada uma régua, situada em um segundo ponto de altitude 345,710m. Com as leituras: = 12 em visada ascendente; I = 1,620m; e sabendo-se que a distância horizontal entre estes pontos é de 157,100m; calcule H, FM, FI, FS.
6.Para uma poligonal triangular, calcule a cota de um ponto (C) sabendo-se que:
DH(AB) = 100,320m
Hz(CAB) = 6610'
Hz(CBA) = 4142'
h(A) = 151,444m
(AC) = 1240'
7.Em relação ao exercício anterior, qual será a cota do ponto (C) se a altura do instrumento no ponto (A) for igual a 1,342m?
8.O quadro abaixo indica valores para a diferença dos fios superior e inferior (H) e ângulos verticais tomados de uma estação para localizar pontos de um curso d’água em um levantamento. A altura do aparelho foi de 1,83m e a altitude da estação de 143,78m. Nos pontos em que não houve a possibilidade de projetar a altura do aparelho sobre a régua, a leitura do fio médio está anotada junto ao ângulo vertical. Determine as distâncias horizontais entre a estação e os pontos, bem como, as altitudes dos mesmos.

Ponto

H (m)
a
1
0,041
+2°19’
2
0,072
+1°57’ em 1,43m
3
0,555
+0°00’ em 2,71m
4
1,313
-2°13’
5
1,111
-4°55’ em 1,93m
6
0,316
+0°30’
Determine as distâncias horizontais entre a estação e os pontos, bem como, as altitudes dos mesmos.
8.6. Medida Eletrônica
De acordo com alguns autores, a medida eletrônica de distâncias não pode ser considerada um tipo de medida direta pois não necessita percorrer o alinhamento a medir para obter o seu comprimento.
Nem por isso deve ser considerada um tipo de medida indireta, pois não envolve a leitura de réguas e cálculos posteriores para a obtenção das distâncias.
Na verdade, durante uma medição eletrônica, o operador intervém muito pouco na obtenção das medidas, pois todas são obtidas automaticamente através de um simples pressionar de botão.
Este tipo de medição, no entanto, não isenta o operador das etapas de estacionamento, nivelamento e pontaria dos instrumentos utilizados, qualquer que seja a tecnologia envolvida no processo comum de medição.
Segundo LOCH e CORDINI (1995) os instrumentos eletrônicos apresentam inúmeras vantagens em relação aos tradicionais processos de medida, tais como: economia de tempo, facilidade de operação e, principalmente, precisão adequada aos vários tipos de trabalhos topográficos, cartográficos e geodésicos.
A medida eletrônica de distâncias baseia-se na emissão/recepção de sinais luminosos (visíveis ou não) ou de microondas que atingem um anteparo ou refletor. A distância entre o emissor/receptor e o anteparo ou refletor é calculada eletronicamente e, segundo KAVANAGH e BIRD (1996), baseia-se no comprimento de onda, na freqüência e velocidade de propagação do sinal.
Embora o tópico em discussão seja o da medida eletrônica de distâncias, alguns dos equipamentos que serão descritos em seguida também medem ângulos eletronicamente.
Assim, entre os principais equipamentos utilizados atualmente na medida eletrônica de distâncias e/ou ângulos, pode-se citar:
a)Trena Eletrônica
îdispositivo eletrônico composto de um emissor/receptor de sinais que podem ser pulsações ultra-sônicas ou feixe de luz infravermelho;
1) o alcance depende do dispositivo;
2) normalmente, para a determinação de distâncias acima de 50 metros, é necessário utilizar um alvo eletrônico para a correta devolução do sinal emitido;
3) como explicitado anteriormente, o cálculo da distância é feito em função do tempo que o sinal emitido leva para atingir o alvo, ser refletido e recebido de volta; a freqüência e o comprimento do sinal são conhecidos pelo dispositivo;
4) o sinal é então recebido e processado e a distância calculada é mostrada num visor de cristal líquido (LCD);
5) alguns destes dispositivos são capazes de processar, entre outras coisas, áreas, volumes, adição e subtração de distâncias, etc.;
6) funciona com pilhas ou bateria, do tipo encontrado em supermercado;
7) o custo deste dispositivo, bem como, dos demais dispositivos que serão descritos mais adiante, varia muito e depende da tecnologia envolvida, das funções que disponibiliza e do fabricante.
As figuras a seguir ilustram trenas eletrônicas de diferentes fabricantes (SOKKIA e LEICA), selecionadas a partir de páginas da INTERNET.

      
fonte: anotações de aula do prof. Antonival