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Desempenho de fundidos pesados de ferro nodular para moinhos de vento

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Desempenho de fundidos pesados de ferro nodular 
para moinhos de vento. 
 
 
 Resumo: O principal objetivo do presente trabalho é revisar as características 
específicas e as condições de performance obtidas por fundidos de ferro nodular (em 
inglês, Dl) pesados, tipicamente aplicados na indústria de moinhos de vento, em peças 
tais como alojamentos de cubos e rotores. Os requisitos para as propriedades de alto 
impacto a baixas temperaturas em ferro nodular são parte da norma EN-GJS-400-18U-
LT (SRN 1563), comumente chamado de GGG 40.3 (DIN 1693). O fator de influência 
perlítica (Px) e o fator de ação anti-nodularizante (K1) foram descobertos como tendo 
uma importante influência na estrutura e nas propriedades mecânicas, assim como têm 
os teores de Mn e P, a adição de terras raras e o poder de inoculação. A presença de 
ferro gusa de alta pureza na carga é extremamente benéfica, não apenas para controlar 
os complexos fatores Px e K1, mas também para melhorar a “qualidade metalúrgica” do 
ferro fundido. A correlação dos limites de C e Si com o módulo da seção é muito 
importante para limitar a flotação do nódulo da grafita. As grafitas maciças (chunky) e 
as de superfície degenerada são as morfologias de grafita mais controladas nos fundidos 
de moinhos de vento. O trabalho conclui com a composição química, procedimentos de 
fusão, ligas de Mg e sistemas inoculantes peculiares ótimos, bem como soluções 
práticas para limitar a degeneração da grafita e para assegurar fundidos da maior 
integridade, usados tipicamente neste campo. 
 
 Introdução: Por todo mundo as pessoas precisam se preparar para novas formas 
de energia. O aumento significativo no consumo de energia pede por fontes sustentáveis 
que não criem mais gases de efeito estufa, poluição e resíduos para as futuras gerações. 
A potência dos ventos é uma fonte de energia renovável, previsível e limpa. 
Uma capacidade substancial pode ser construída rapidamente, oferecendo a 
independência energética demandada pelas maiores economias e de crescimento mais 
rápido do mundo. A indústria da energia dos ventos tem experimentado um crescimento 
fantástico em anos recentes. É esperado que a parcela de energia consumida dos ventos 
atualmente em cerca de 1% irá crescer para no mínimo 20% até 2020. As metas de 
energia renovável da União Europeia e da China irão dar conta de 20% e 15%, 
respectivamente, em 2020, e se espera que os EUA adotem objetivos similares. 
 Essas metas significam que a capacidade instalada está com projetos para crescer 
de 75.000 MW em 2006, para no mínimo 1.000.000 MW em 2020, o que se traduz em 
um crescimento anual de 20%. Atualmente, a energia eólica é a mais limpa e a melhor 
opção para se reduzir as emissões de CO2. Apenas uma das turbinas de vento V90-3.0 
MW pode evitar o lançamento na atmosfera de 5.000 toneladas de emissões de CO2, 
durante todo ano [1]. 
 Na primavera de 2008, os chefes de estado europeus decretaram um pacote de 
medidas ambientais e energéticas, que impõe que 20% do consumo de energia europeu 
em 2020 deverá ser de energia renovável. Esse objetivo agregador pela energia 
renovável vai ter um grande impacto no fornecimento futuro de energia da Europa e ao 
mesmo tempo oferecer paz de espírito aos investidores em energia renovável. Ao 
mesmo tempo, é um sinal de que a liderança europeia está comprometida em assegurar 
que o desenvolvimento positivo na indústria do vento continue. A energia dos ventos é 
logicamente competitiva no mercado liberalizado. O custo de produção por kWh tem 
sido reduzido em mais de 80% dentro dos últimos 20 anos e é esperado que essa 
tendência continue resultando em uma tecnologia completamente competitiva em 7 a 10 
anos. 
 Hoje as turbinas de vento em bons locais de vento já podem competir com novas 
plantas combinadas de calor e energia (cogeração ou CHP, em inglês), mas o vento 
ainda não pode competir nos termos atuais do mercado. Os preços nas bolsas de energia 
europeias refletem o atual excesso de capacidade energética e o fato da maioria das 
instalações de energia já estarem depreciadas e pagas pelos clientes. Além disso, os 
custos para a saúde e o meio ambiente não são calculados dentro do preço do kWh para 
as tecnologias energéticas individuais. A energia eólica seria completamente 
competitiva hoje, se esses custos fossem considerados [2]. 
 
 1 – Fundidos de Ferro Nodular na Indústria de Moinhos de Vento 
 Os fundidos de ferro nodular estão atuando em papel fundamental nessa 
importante indústria. Todas as vantagens do ferro nodular têm contribuído para o 
crescimento dessa engenharia de materiais. Alguns desses fundidos têm vindo de novas 
aplicações e projetos, mas muitos têm chegado como resultado de conversões a partir de 
outros materiais e possivelmente outros métodos de dar forma. O material primário que 
tem sido substituído é o aço, na forma de fundidos, forjados e peças soldadas. 
Entretanto, o ferro nodular também tem substituído fundidos de ferro cinzento, ferro 
maleável, e alumínio, provando que o ferro nodular é muito efetivo em custos. 
 O ferro nodular feito conforme a norma alemã DIN 1693, classificação GGG 
40.3 é o material da escolha de muitos dos maiores fabricantes mundiais de turbinas de 
moinhos de vento, tal como para a diversidade de fundidos de alojamentos de cubos e 
rotores (Figura 1). 
 
 A necessidade de alcançar o desempenho ótimo e seguro nessas unidades torna 
imperativo que apenas fundidos de ferro nodular da mais alta integridade e em completa 
conformidade com a especificação possam ser aceitos. Os requisitos para as 
propriedades de alto impacto em baixas temperaturas do ferro nodular para o florescente 
mercado de energia dos ventos são parte da Norma Europeia EN-GJS-400-18U-LT, 
comumente referida como GGG 40.3. Essa norma não apenas tem os requisitos 
mecânicos normais para o ferro ferrítico, mas também os requisitos do ensaio Charpy 
para entalhes em V a -20°C (-4°F) conforme tabela 1. 
 Para atender as propriedades de impacto a baixas temperaturas a fundição 
precisa produzir componentes de ferro nodular ferrítico que precisam estar livres de 
fases de contorno de células, tais como fosfetos e carbonetos, caso contrário, as 
propriedades de impacto não serão atingidas. 
 Outras características metalúrgicas tais como alta contagem de nódulos, 
inoculação efetiva e tempo de vazamento são fundamentais para minimizar as fases de 
contorno de células prejudiciais, mas a composição do metal é uma consideração 
primária. Além disso, nesse metal está a sucata de aço que possivelmente tem elementos 
de liga, tais como P, V, Ti, Cr, Mo, B, Mn e Cr, que podem resultar em fases de 
carbonetos ou fosfetos que segregam nos contornos das células. Isso agora já é um 
problema a ser resolvido e será um desafio ainda maior no futuro, visto que a demanda 
por elementos de liga nos aços aumentará nos anos que virão [3]. As demandas das 
normas de qualidade dos fundidos exigidas pelos produtores das turbinas de vento são 
também fortes. 
 
 
 Cada fundido é testado por ultrassom em áreas especificadas para garantir que 
estejam livres dos defeitos de porosidade e inclusão. Além disso, é feito o exame 
radiográfico para confirmar a integridade de cada fundido. O alcance de forma 
consistente das combinações mínimas das especificações de resistência à tração e 
escoamento, alongamento e as propriedades de resistência ao impacto em baixas 
temperaturas na classificação de totalmente ferrítico da EN-GJS-400-18U-LT/ GGG 
40.3 é muito apertada. 
 Isso aliado ao fato de que um tratamento térmico de recozimento completo 
desses grandes fundidos é muito caro, a fundição precisa fazer todo esforço para atingir 
a especificação diretamente na condição de bruto de fundição. Isso requer um alto grau 
de controle metalúrgico na preparação do ferro nodular líquido para um controle de 
composição preciso, bem como um processamento do metal líquido para garantir a 
nodularidade correta, moldagem cuidadosa e preparação