Laboratório de Infraestrutura em Energia – LInE

O Laboratório de Infraestrutura em Energia (LInE) oferece soluções de pesquisa e inovação em diversos setores do segmento de energia. Nossas principais atuações envolvem os segmentos de Óleo e Gás, Ferroviário, Rodoviário, Sucroenergético, Navegação e Renováveis. 

O LInE dispõe de infraestrutura e de uma equipe especializada em atender diversas áreas da indústria e academia, oferecendo soluções tecnológicas em três pilares: 

Óleo e Gás 

O LInE possui mais de 6.000 m² de área exclusiva de laboratórios, com infraestrutura para condução de ensaios únicos no Brasil. 

Atua no setor de Óleo e Gás com competências consolidadas em análise estrutural, hidrodinâmica e ensaios mecânicos aplicados a sistemas offshore. A infraestrutura permite a execução de ensaios em escala real (full-scale), desde componentes até sistemas integrais, para qualificação de equipamentos e validação de projetos e ensaios em escala modelo, para aquisição de informações fundamentais para projetos de sistemas oceânicos. 

Seu conjunto abrangente de serviços técnicos e P&D&I para o setor, com ênfase em Engenharia Mecânica e em Engenharia Oceânica, oferece várias aplicações. 

Análise estrutural experimental e computacional  

• Ensaios estáticos de tração, compressão e torção em equipamentos e estruturas de grande porte (até 26.000 kN) 
• Avaliação de comportamento dinâmico e de vibração em componentes como cabos, risers, umbilicais e conexões 

Hidrodinâmica experimental e computacional 

• Análise de estabilidade e resposta de plataformas flutuantes sob ação de ondas e/ou correntezas
• Estudo de fenômenos de interação fluido-estrutura em risers, linhas de ancoragem e dutos flexíveis 
• Caracterização de cargas ambientais e respostas estruturais em sistemas flutuantes e submarinos 
• Avaliação de forças hidrodinâmicas durante instalação de equipamentos submarinos, como manifolds e estacas de ancoragem 

Monitoramento in situ a partir da instrumentação e aquisição de dados em condições reais de operação

Ferroviário 

Com quase 50 anos de experiência, o LInE oferece soluções especializadas em dinâmica veicular e estrutural para o setor ferroviário. Nossa atuação combina ensaios laboratoriais de alta capacidade com monitoramento e instrumentação em campo, apoiada por áreas especializadas em análise de falhas e vibração. 

Ensaios Estruturais e de Dinâmica Veicular 
Realizamos ensaios estáticos e dinâmicos para validação de desempenho e segurança em escala real e em corpos de prova. 

• Material Rodante: Truques, travessas laterais, rodas, eixos, molas e amortecedores. 
• Via Permanente: Trilhos, dormentes e componentes de fixação. 

Instrumentação e Monitoramento em Campo 
Executamos a medição de parâmetros operacionais em vagões e carros de passageiros para validação de modelos e otimização da operação. 

• Medição de Parâmetros: Esforços em engates, acelerações, deslocamentos relativos e pressão no sistema de freios. 
• Monitoramento em Tempo Real: Desenvolvemos sistemas para manutenção preditiva e análise de tendências operacionais. 
• Rodeiro Instrumentado: Tecnologia própria para medição de esforços de contato roda-trilho, permitindo definir a velocidade crítica ao descarrilamento e prevenir desgastes prematuros. 

Rodoviário 

O setor rodoviário do LInE atua na avaliação estrutural, funcional e de durabilidade de veículos, componentes mecânicos automotivos e implementos rodoviários. A atuação abrange desde avaliações laboratoriais até testes em campo, com infraestrutura para ensaios estáticos, dinâmicos, de vibração e de durabilidade acelerada. 

• Avaliação estática, dinâmica e vibração de componentes automotivos em laboratório. 
• Testes de durabilidade de veículos leves e pesados em laboratório com base em sinais de pista ou de campo. 
• Desenvolvimento de novos métodos de ensaios laboratoriais e de campo para avaliação de componentes e sistemas. 

Sucroenergético 

O LInE executa ensaios estruturais e funcionais para máquinas e componentes do setor sucroenergético, integrando avaliações em campo e laboratório. A atuação abrange desde a instrumentação de equipamentos em condições reais de operação até ensaios de segurança e durabilidade acelerada. 

A unidade de Piracicaba do LINE-AGRO dispõe de infraestrutura para ensaios de cabines agrícolas conforme protocolos da OCDE, incluindo testes de estruturas de proteção contra capotamento (ROPS). 

Navegação 

Com seis décadas de experiência em pesquisa experimental e teórica para o setor de navegação, o Laboratório desenvolve soluções para engenharia naval, hidrovias e transporte fluvial, com foco em desempenho, segurança e eficiência operacional. 

Hidrodinâmica de embarcações 

• Análise de resistência ao avanço e estudo de formas de casco 
• Ensaios de propulsão e determinação de coeficientes propulsivos 

Manobrabilidade e controle

• Estudos experimentais de comboios fluviais em tanque de provas 
• Ensaios de modelos pilotados em escala para validação de projetos 

Dinâmica de sistemas navais

• Medição de cargas ambientais em embarcações 
• Análise de comportamento estrutural sob ação de ondas e correntes 
• Estudo de forças hidrodinâmicas durante operações de atracação 

Renováveis 

Estamos na linha de frente da transição energética, desenvolvendo tecnologias que transformam os recursos da natureza em energia limpa e acessível. Nossa atuação conecta a força das fontes tradicionais, como as hidrelétricas, à inovação de soluções emergentes, como a energia hidrocinética e o hidrogênio verde, construindo um futuro energético mais diversificado e sustentável. 

Hidrelétricas: fortalecendo a fonte que alimenta o Brasil 

Realizamos análises fluidodinâmicas e estruturais avançadas de diversos componentes presentes na operação de hidrelétricas. Nosso trabalho é focado em aumentar a geração de energia e em estender a vida operacional dessas usinas, assegurando que continuem a ser uma fonte de energia robusta e confiável. 

Energia Hidrocinética: Energia direta dos rios e mares 

Gerar eletricidade a partir do fluxo natural de rios e oceanos, sem a necessidade de barragens. Essa é a proposta da energia hidrocinética. No LInE, projetamos e testamos protótipos de turbinas hidrocinéticas, criando soluções versáteis para diferentes ambientes, a partir de abordagens experimentais e computacionais 

Experimento com modelo de turbina hidrocinética   no Tanque de Provas do Line 

Hidrogênio de Baixa Emissão de Carbono:  

• Armazenamento e transporte: Desenvolvemos pesquisas para criar sistemas mais eficientes e seguros para o armazenamento e transporte de hidrogênio com foco em armazenamento sob pressão em diferentes tipos de cilindros. 

• Danos por hidrogênio: Desenvolvimento de metodologias de ensaio em laboratório que reproduzem condições reais de operação, que possibilitem a avaliação de desempenho de materiais metálicos frente aos danos por hidrogênio em alta temperatura (HTHA, High Temperature Hydrogen Attack) e fragilização por hidrogênio (HE, Hydrogen Embrittlement). 

Tanque de provas 

O Tanque de Provas do LInE é o berço da Engenharia Naval e Oceânica do Brasil, capacitando o país em projetos navais, testes de propulsão, estudos oceânicos, e, mais recentemente, tecnologias de geração renovável.  

Tanque de Provas do IPT Ensaios de resistência ao avanço de modelo de embarcação 

Nosso tanque de provas conta com infraestrutura única para ensaios hidrodinâmicos de correnteza e ondas. Suas dimensões principais são: 220 m de comprimento, 6,6 m de largura e 4 m de profundidade. Possui um carro dinamométrico, que corre sobre trilhos, com plataforma ajustável para as condições específicas de ensaio, podendo chegar até 3,5 m/s de velocidade. 

Esta instalação conta com um gerador de ondas unidimensionais, capaz de criar ondas de até 15 cm de amplitude com frequências próximas a 10Hz e espectros de mar tradicionais para testes oceânicos. 

 
Túnel de cavitação 

Bancada projetada para estudos detalhados de fenômenos de cavitação em escoamentos hidrodinâmicos. Essa infraestrutura permite a investigação de efeitos como erosão, ruído, vibração, revestimento e perda de desempenho em sistemas de propulsão, geração de energia e aplicações industriais. 

Seção de testes do Túnel de Cavitação do IPT 

Principais Características e Capacidades 

• Configuração do Túnel: Seção de testes horizontal, operando com recirculação de escoamento, em uma seção de testes de 0,5m x 0,5m e 1m de comprimento. 
• Velocidade do Escoamento: Ajustável até 5 m/s, permitindo simulações em diferentes condições operacionais. 
• Controle de Pressão: Sistema de vácuo para variação de pressão (0,2 a 1,5 atm), permitindo o estudo do fenômeno em múltiplos cenários. 
• Instrumentação: Equipado com sistema de aquisição de dados e sensores de alta precisão para medição de pressão, vazão, rotação, torque, empuxo e velocimetria por imagem de partículas (PIV). 
• Modelos Testáveis: Desenvolvimento e análise de propulsores navais, perfis hidrodinâmicos e turbinas. 

Ensaio de modelo de propulsor de passo variável  

Bancadas de ensaios estruturais estáticos e dinâmicos 

Os ensaios mecânicos no vão além dos cálculos teóricos, testando o comportamento de produtos perante as normas e regulamentações mais exigentes. 

Ensaios Estruturais de Alta Carga 

Realizamos ensaios estáticos e dinâmicos para grandes componentes e estruturas. Nossas bancadas são projetadas para cargas de média e alta monta, simulando condições operacionais críticas. 

• Ensaios Estáticos: Tração ou compressão, com carga de prova ou ruptura de até 26.000 kN (tração) e 5.000 kN (compressão). 

• Ensaios Dinâmicos (Fadiga): Tração ou compressão, com carga de até 13.000 kN (tração) e 6.000 kN (compressão). 

• Ensaios Rotativos: Estáticos com até 11.000 N.m e ±50° de deslocamento angular. Dinâmicos com até 11.000 N.m e ±45° de deslocamento angular. 

Ensaios de Vibração e Choque Mecânico 

Especializado em produtos eletroeletrônicos e eletromecânicos, nosso laboratório simula condições reais de operação com cargas menores e frequências mais altas para qualificar produtos e identificar pontos críticos. 

• Infraestrutura: Mesas vibratórias e sistemas de aquisição e análise de sinais de alta precisão. 
• Tipos de Ensaio: Varredura de frequência, ressonância, vibração senoidal e choques mecânicos. 
• Capacidade: Ensaios em diferentes eixos, com controle de frequência e aceleração, deslocamento ou velocidade, atendendo a normas nacionais e internacionais. 

Bancada para ensaios de amarras offshore 

O SEEA (Sistema de Ensaios de Elementos de Ancoragem) é uma bancada de ensaios projetada para atestar a segurança e a integridade de elementos de ancoragem.  

Sistema de Ensaios de Elementos de Ancoragem 

Características principais: 

• Forças Estáticas: Até 26.000 kN. 
• Forças Dinâmicas: Até 13.000 kN. 
• Curso Útil: Até 2.500 mm, permitindo ensaiar amostras com comprimentos entre 5 e 20 metros. 

Metalografia e análise de falhas 

A análise de falhas é um serviço tecnológico essencial para entender por que um componente metálico falhou e definir ações corretivas e preventivas eficazes. Nossa abordagem é baseada em duas etapas fundamentais: a caracterização do material, verificando sua conformidade com as especificações, e a identificação do mecanismo de falha e de suas causas raiz. A metalografia e análise de falhas conta com o que há de mais moderno para oferecer resultados precisos e confiáveis: 

Infraestrutura completa de preparo metalográfico

Análise Microestrutural 

• Estereomicroscópio 
• Microscópio óptico 
• Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) com sistemas EDS/WDS e EBSD para análise química e cristalográfica 

Ensaios Mecânicos

• Máquinas de tração de até 150 kN, incluindo modelos para temperatura ambiente e elevada 
• Máquina axial-torsional (15 kN / 150 N.m) para testes combinados 
• Máquinas de Fluência (7 unidades, até 1100°C) 
• Máquinas Hidráulicas para ensaios cíclicos (100 kN e 500 kN) 
• Equipamentos para ensaios de impacto 

Ensaios de Dureza com durômetros Rockwell, Brinell e Vickers 

• Inspeção não destrutiva para ensaios por líquido penetrante e partículas magnéticas 

A atuação do LInE no campo da metalografia e análise de falhas está presente em setores de óleo e gás, combustíveis alternativos, transporte, eólico, biomédico, têxtil, químico e civil, investigando problemas como: Danos por fadiga de contato em rolamentos. Danos por fluência em ligas resistentes ao calor, Análise de fraturas em implantes biomédicos e Danos envolvendo desgaste 

Danos por fadiga de contato observados na pista externa   
de rolamento falhado 

Além disso, mantemos linhas de pesquisa avançada em mecânica da fratura e em danos por hidrogênio. Possuímos capacitação e experiência em projetos focados em Hydrogen Embrittlement (HE) e High Temperature Hydrogen Attack (HTHA), utilizando autoclaves e vasos de pressão 

Detalhes do dano por HTHA observados em microscópio eletrônico de varredura 

Ensaios acreditados 

O Laboratório de Infraestrutura em Energia é acreditado pela Coordenação Geral de Acreditação (Cgcre) do Inmetro, integrando a Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaio – RBLE, sob o número CRL-002. A acreditação, concedida conforme os requisitos da ABNT NBR ISO/IEC 17025. 

Escopo de acreditação 

• Implementos rodoviários de caminhão, caminhão-trator, ônibus, reboque e semirreboque — Eixo Veicular. ABNT NBR 10961:2020 e Portaria INMETRO 496:2021. 
• Implementos rodoviários — Veículo Porta-Contêineres (VPC). Norma: NBR 9500 – Procedimentos para avaliação de veículos porta-contêineres e dispositivos de fixação de contêineres. 

Ensaio de VPC 

Dinâmica dos fluidos computacional 

A Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) possibilita a análise de sistemas com geometrias e escoamentos complexos através de ferramentas numéricas, com larga utilização desde serviços tecnológicos até projetos de pesquisa e desenvolvimento. Estes métodos numéricos permitem a solução das equações que governam o comportamento dinâmico e energético dos fluidos, reproduzindo efeitos turbulentos e de transferência de calor aplicados a escoamentos multifásicos, escoamentos internos e externos, escoamento em meios porosos, reações químicas, entre outras. 

Apesar de sua versatilidade, métodos de CFD são mais bem aplicados quando se tem um alto conhecimento da física do fenômeno, aliado à validação por dados experimentais, para criação de modelos coerentes amparados pelo fenômeno físico real. O Laboratório conta com uma equipe de pesquisadores especialistas na modelagem de mecânica de fluidos utilizando ferramentas CFD, além de contar com bancadas experimentais que, entre outras coisas, podem ser usadas para validação de modelos numéricos. 

Algumas das indústrias atendidas pelos projetos de CFD: 

Óleo e gás

• Escoamento externo em estruturas oceânicas 
• Escoamento interno em dutos 

Naval

• Determinação de resistência ao avanço de embarcações 
• Simulação de manobrabilidade de embarcações 
• Avaliação de eficiência de propulsores navais 

Energia

• Barreiras flutuantes para rios e represas de hidrelétricas 
• Transferência de calor em reservatórios de plantas de biogás 
• Análise térmica de painéis solares 
• Estudo de turbinas hidrocinéticas 

Outras indústrias

• Modelagem de escoamento particular em indústrias siderúrgicas e sucroenergéticas 
• Análise de fenômenos térmicos em equipamentos hospitalares para resfriamento craniano 

Modelagem numérica e experimental de   
modelo submarino 

Método dos elementos finitos estrutural 

O LInE utiliza simulações computacionais avançadas para prever e resolver problemas complexos de desempenho térmico e integridade estrutural. Através do Método dos Elementos Finitos (MEF), criamos modelos virtuais precisos de seus componentes, permitindo analisar seu comportamento sob as mais diversas condições operacionais. 

Modelagem estrutural das tensões atuantes em operação de amarras de plataformas marítimas flutuantes 

Simulações de viabilidade de navegação (FAST TIME) 

O Brasil possui um dos maiores potenciais hidroviários do mundo, com mais de 63.000 km de vias navegáveis. Explorar plenamente essa rota estratégica e sustentável, no entanto, exige superar desafios únicos: rios sinuosos, variações sazonais extremas e correntes imprevisíveis. Tradicionalmente, a validação da segurança dessas operações dependia de manobras reais, um processo caro, arriscado e limitado pelas condições do rio. O LInE supera essas barreiras a partir de simulações de viabilidade de navegação com ferramentas numéricas. 

Nosso simulador computacional recria com alta fidelidade o comportamento hidrodinâmico dos comboios e as características específicas de cada hidrovia. 

Campanha de instrumentação in loco em Testes em tanque de provas para obtenção de parâmetros 
embarcação do simulador 

Instrumentação de estruturas 

Projetos de engenharia de ponta exigem mais do que cálculos teóricos: precisam da confirmação da realidade. Somos especialistas em instrumentação estrutural avançada, transformando o comportamento de suas estruturas em dados precisos e confiáveis. Coletamos informações críticas em campo ou laboratório para validar projetos, garantir a segurança operacional e melhorar o desempenho de ativos. 

Nossa atuação vai da concepção do sistema à análise dos dados. Esses dados são a base para validação de modelos computacionais, monitoramento de integridade estrutural e aprimoramento de projetos. Instalamos sensores de alta precisão para medir variáveis fundamentais: 

• Esforços e deformações para mapear pontos de tensão e verificar se a estrutura comporta as cargas de projeto 
• Vibrações e acelerações para analisar a resposta dinâmica a cargas de vento, ondas ou operação de máquinas 
• Deslocamentos e inclinações com intuito de monitorar a estabilidade e detectar assentamentos ou movimentos anormais 

Instrumentação de embarcações 

No cerne da engenharia naval e hidroviária está um desafio constante: entender com precisão o comportamento de uma embarcação sob condições reais de operação. Transformamos esse desafio em solução. Somos especializados na instrumentação de campo sob medida para embarcações, capturando dados críticos para melhoria da operação de projetos náuticos e fluviais. 

Desenvolvemos campanhas de medição completas e customizadas para atender aos objetivos específicos de cada projeto. Atuamos na instrumentação para: 

• Ensaios de desempenho e propulsão: Medição de velocidade, potência no eixo, rotação, consumo de combustível e empuxo para validar a eficiência energética do sistema de propulsão. 
• Análise estrutural e de fadiga: Monitoramento de tensões e vibrações no casco e em componentes críticos, essencial para garantir a integridade e vida útil da embarcação. 
• Caracterização hidrodinâmica: Medição de movimentos (arfagem, balanço, etc.), acelerações e esforços no casco para calibrar e validar modelos de simulação computacional. 
• Avaliação de manobrabilidade: Coleta de dados para validar a performance de lemes e propulsores auxiliares, crucial para a segurança operacional. 

 

Instrumentação de trens 

No setor ferroviário, a segurança e a eficiência operacional dependem do entendimento preciso das forças em ação. Aplicamos instrumentação de ponta em trens e vias permanentes para transformar esses esforços invisíveis em dados concretos. Nossas soluções permitem a prevenção de falhas e garantem que suas operações rodem com o máximo de desempenho e confiabilidade. 

Desenvolvemos e utilizamos um rodeiro instrumentado, uma tecnologia própria do IPT, para medir com precisão os esforços críticos no contato entre a roda e o trilho. Essa capacidade é fundamental para Determinar a Velocidade Segura e Reduzir Custos com Manutenção.