A importância da metrologia no aproveitamento da energia solar

Recentemente, tivemos a oportunidade de conversar com Dave Wilson, líder do grupo de metrologia do ITER, sobre como sua equipe tem aplicado as soluções de medição da Hexagon para garantir a construção precisa de um dos projetos de pesquisa de energia mais empolgantes do mundo.

Obrigado por se reunir conosco, Dave. O que é o ITER?

Bem, o ITER é uma máquina experimental que está sendo construída em Saint Paul Lez Durance, sul da França, para testar e comprovar a viabilidade da fusão nuclear como fonte de energia. A fusão nuclear é o processo que ocorre nas estrelas em todo o sistema solar. É um processo de fusão de isótopos de hidrogênio e, quando isso ocorre, é gerada energia.

O que estamos tentando fazer aqui é criar uma miniestrela na Terra. A máquina do ITER funciona praticamente da mesma forma que as estrelas. A reação de fusão ocorre no vácuo, assim como no espaço. Temos uma câmara de vácuo onde injetamos um combustível de hidrogênio de deutério e trítio. Depois, eles são fundidos para gerar hélio, gerando uma imensa quantidade de energia.

No Sol há uma gigantesca pressão produzida por sua atração gravitacional. Não podemos atingir essa pressão, portanto, precisamos aumentar a temperatura. A temperatura da reação no ITER é dez vezes maior do que no Sol. O sol está a 15 milhões de graus, então vamos a 150 milhões de graus.

Isso soa como uma temperatura impressionante e, em termos absolutos, realmente é. Trata-se de um gás superaquecido, que chamamos de plasma. Esse plasma precisa ser controlado, porque obviamente não queremos que essa temperatura atinja os componentes dentro da máquina do ITER. Controlamos isso ionizando o gás e, em seguida, usamos ímãs muito fortes para confinar o plasma, moldá-lo e posicioná-lo onde precisamos.

No ITER, temos ímãs supercondutores muito poderosos que nos permitem controlar o plasma. Quando ocorrer a reação, há a liberação de imensas quantidades de energia, e é essa a energia que buscamos aproveitar.

Então, onde entra a metrologia para o ITER?

Esses ímãs precisam ser alinhados com extrema precisão para que a máquina funcione de acordo com a especificação desejada. Estamos falando de ímãs com 17 metros de altura, que têm uma tolerância de alinhamento de 1 milímetro. Para obter isso, precisamos do melhor equipamento possível, sendo neste ponto que a Hexagon entra em cena.

Conte-nos um pouco sobre o equipamento específico da Hexagon que você está usando no ITER?

Comecei a trabalhar no ITER em 2008, pouco depois de ter sido estabelecida a plataforma de 1 km sobre a qual foram criados os prédios e a infraestrutura do ITER.  A primeira coisa que precisávamos fazer era estabelecer os sistemas de dados para a construção dos prédios, esses sistemas seriam posteriormente transferidos para os próprios prédios.

Portanto, a primeira experiência com produtos da Hexagon foram as Total Stations extremamente precisas, com capacidade de medir até alguns quilômetros de distância com codificadores angulares de altíssima precisão. A rede foi medida com esse equipamento, combinado com GPS e tecnologia de nivelamento digital. Tudo isso é reunido e, a partir dos dados combinados, estabelecemos uma rede com uma incerteza sobre essa área muito grande de mais de dois milímetros.

A partir disso, iniciamos a construção da máquina do ITER. Temos necessidades muito precisas, por isso precisamos do melhor equipamento disponível. Estamos usando rastreadores a laser – não apenas rastreadores a laser convencionais, que medem até refletores, mas também rastreadores a laser de nova tecnologia, como o ATS600, capaz de medir sem ter um alvo.

Para medir em um refletor, é necessário posicionar o refletor, mirá-lo e mover o refletor quando você move o instrumento. Isso pode levar muito tempo quando se tem um componente grande. O uso do ATS600, que tem uma funcionalidade de digitalização direta que permite medir diretamente em uma superfície sem refletor, elimina a necessidade, em muitos casos, de posicionar os refletores. Você pode medir diretamente na superfície e obter um resultado imediato. Também é possível medir com estrema rapidez para que nuvem de pontos geral criada seja representativa de um volume muito grande, mas recuperando, ao mesmo tempo, os dados dentro de um prazo apropriado.

É necessário um período apropriado porque precisamos fazer engenharia reversa e análise de conflito a fim de determinar, de um estágio para outro, se podemos juntar os componentes. Tratam-se de componentes muito caros que, em muitos casos, são revestidos de materiais muito delicados, como, por exemplo o escudo térmico, que é revestido em chapa de prata e envolto por bobinas de TF. Portanto, precisamos ter certeza absoluta de que, quando definirmos a trajetória dessas bobinas, poderemos reunir os componentes perfeitamente de maneira a garantir que nada seja danificado.

Você pode explicar um pouco mais sobre as diferentes funções e responsabilidades de sua equipe de qualidade aqui no ITER?

Sou o líder de um grupo de quatro pessoas e também usamos subcontratados para nos auxiliar no trabalho. O papel do grupo é multifacetado. Não fazemos apenas medições, somos responsáveis por garantir a qualidade por meio da cadeia de suprimentos e de nossos prestadores de serviços que estão trabalhando para construir a máquina.

Muito do nosso trabalho envolve propor métodos de alinhamento, métodos de inspeção, qualificar esses processos, avaliar e aprovar procedimentos, avaliar os dados que chegam dos fornecedores e de nossos parceiros, e depois aprová-los para que o projeto ITER tenha uma compreensão de boa qualidade.

Há 13 anos, quando o trabalho começou aqui no ITER, a tecnologia de metrologia era bem diferente. Conte-nos sobre como era quando você começou e como acompanhou os desenvolvimentos da tecnologia de metrologia até hoje?

Minha experiência com metrologia começou há 25 anos. Naquela época, o alinhamento era feito com ferramentas e equipamentos, mas logo ficou claro que os requisitos de alinhamento estavam ficando muito mais rígidos e, portanto, havia a necessidade de um sistema aprimorado.

Nesse caso, os primeiros sistemas que vieram da Hexagon foram os teodolitos de interseção. Eles cumpriram a tolerância, mas eram muito lentos, muito demorados. O software também não era tão inteligente: ele oferecia o que precisávamos, mas não era suficiente para o estágio em que estamos agora.

Quando iniciei no ITER, começamos com os teodolitos e GPS, mas agora estamos em uma fase em que a precisão é absolutamente necessária, e a velocidade de aquisição, a utilização do equipamento dentro do processo é extremamente importante. Tempo é dinheiro em qualquer setor, e no ITER o tempo é extremamente importante.

Além disso, a necessidade de descobrir não conformidades em um estágio inicial é fundamental, porque quanto mais adiante no estágio de construção você encontrar um problema, mais difícil será resolvê-lo. É de fundamental importância compreender a variação existente nos componentes do processo em um estágio inicial.

No ITER, buscamos observar o processo em uma fase inicial, avaliar os dados que são recebidos, avaliar os processos que estão sendo implementados, avaliar o risco do que está acontecendo e, em posse dessas informações, definir um processo que seja de baixo risco e eficiente, e que oferece para nós e nossos parceiros o resultado necessário. A metrologia é extremamente importante nesse processo.