Operar aplicações de turboexpansor, de motor elétrico de alta velocidade e de compressor em ambientes adversos é um desafio. Desenvolver este equipamento para funcionar de forma confiável debaixo d’água, no deserto e em temperaturas extremas pode ser difícil usando um design tradicional. Embora os rolamentos magnéticos representem uma tecnologia robusta e comprovada para a tarefa, eles não são amplamente aplicados.
Isso pode mudar agora que seus desempenhos foram comprovados em um dos ambientes mais exigentes do mundo, o campo de gás submarino Åsgard, situado no Mar da Noruega. Esses rolamentos magnéticos têm funcionado sem problemas por mais de cinco anos e 90.000 horas.
Em rolamentos magnéticos ativos, os eletroímãs geram forças nas direções radial e axial para levitar o eixo, permitindo que ele gire sem contato. Um sistema de controle monitora ativamente e ajusta continuamente a corrente nos eletroímãs para manter a posição do eixo. Isso significa que os rolamentos magnéticos ativos podem operar sem contato com a superfície, eliminando assim o atrito e o desgaste do rolamento e a necessidade de lubrificação, reparo ou trocas de rolamento.
Essas características tornam os rolamentos magnéticos particularmente benéficos em aplicações de energia, petróleo e gás em ambientes hostis. Muitos operam nos ambientes mais adversos do mundo, desde desertos da Arábia Saudita até plataformas do Mar do Norte e campos siberianos acima do Círculo Polar Ártico.
“Nossos rolamentos magnéticos funcionam atualmente em mais de 750 turboexpansores, 200 compressores autônomos e 150 compressores hermeticamente selados em todo o mundo”, diz Alexandre Kral, desenvolvedor de negócios de petróleo e gás da SKF. “Eles também podem ser encontrados em turbinas a gás, geradores, aplicações de bombas e muito mais.”
A única solução verdadeiramente viável
Quando se trata de compressores hermeticamente selados, os rolamentos magnéticos são a única solução verdadeiramente viável porque não requerem vedantes a gás secos. “Com os rolamentos magnéticos, você cria um campo magnético para que não haja contato com as peças ou desgaste mecânico”, explica Kral.
A ausência de desgaste mecânico praticamente elimina as paradas. Em aplicações onshore/offshore, apenas o controlador de rolamento magnético precisa de manutenção e, como ele é em grande parte composto de eletrônicos, ventiladores e filtros, há muito menos equipamentos para manutenção.
Outra vantagem dos rolamentos magnéticos é que o controlador é mais compacto do que o sistema padrão de lubrificação a óleo. Isso também é vantajoso, especialmente em locais restritos, como plataformas, unidades flutuantes de armazenamento e descarga de produção (FPSO) ou em áreas remotas.
Redução substancial no consumo de energia
Além disso, os rolamentos magnéticos são mais limpos do que os rolamentos a óleo, pois eliminam a necessidade de um sistema complexo de lubrificação com óleo, incluindo tubulação para o reservatório de óleo, filtragem e resfriamento. Isso contribui para uma redução substancial no consumo de energia. “Os rolamentos magnéticos consomem cerca de 10 vezes menos energia do que os rolamentos a óleo”, diz Kral. “Também há menos dados para acompanhar devido ao menor número de equipamentos. E com menos equipamento, você não precisa de tanto espaço.”
No entanto, apesar de todas essas vantagens, Kral testemunhou alguma hesitação quando se trata de fazer a mudança de rolamentos a óleo mais tradicionais para os rolamentos magnéticos. Uma objeção é que o custo inicial do uso de rolamentos magnéticos é mais alto.
“Algumas pessoas pensam que os rolamentos magnéticos são mais caros, e é verdade que as partes mecânicas, o gabinete e talvez o design da máquina custam um pouco mais”, diz Kral. “Mas você elimina facilmente essa diferença de custo com a simplificação da instalação da máquina no local. A máquina também ocupará um espaço menor com menos peso. Isso economiza custos ao reduzir a necessidade de construir estruturas, como em uma plataforma offshore. Em paralelo, há uma enorme vantagem de OPEX devido a menos medição, menos equipamentos, nenhum desgaste mecânico e maior disponibilidade.”
Com base no projeto submarino Åsgard, a SKF e seus parceiros estão colocando os rolamentos magnéticos novamente à prova. “Com um retorno positivo de cinco anos, o projeto Åsgard provou sua eficácia”, diz Kral.
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O primeiro sistema de compressão de gás submarino do mundo, equipado com rolamentos magnéticos SKF, está em operação no campo de gás submarino de Åsgard no Mar da Noruega desde setembro de 2015. Mais de cinco anos e 90.000 horas depois, ele continua funcionando perfeitamente com quase 100 por cento de disponibilidade.
Os rolamentos magnéticos da SKF estão no centro do sistema de compressão, que contém duas unidades compressoras hermeticamente vedadas que operam em uma profundidade de água de 300 metros. Esses compressores de motores de alta velocidade (7.000 r/min) só foram possíveis graças à tecnologia de rolamentos magnéticos da SKF.
Os compressores são normalmente instalados em plataformas offshore e acima do nível do mar, mas a instalação do fundo do mar em Åsgard ofereceu muitas vantagens, incluindo melhores taxas de recuperação de gás (de 50 ou 60% para mais de 80%) enquanto reduzia os custos operacionais e de produção. O sistema é melhor para o meio ambiente, com reduzidas dimensões e emissões de CO2.
O campo Åsgard, descoberto em 1981, é uma parte importante da infraestrutura de energia do Mar da Noruega. A produção começou em 1999 e as exportações de gás começaram um ano depois. A SKF tinha uma equipe dedicada com até 20 engenheiros trabalhando no projeto durante o período de cinco anos.
