Parceria entre Voith e DLR combina engenharia avançada e otimização multidisciplinar para aumentar eficiência das turbinas hidráulicas e reduzir tempo de desenvolvimento
A busca por maior eficiência, confiabilidade e inovação nas turbinas hidrelétricas ganhou um aliado de peso: a inteligência artificial. Em um projeto pioneiro, a Voith, uma das líderes mundiais no fornecimento de soluções para usinas hidrelétricas, e o Instituto de Tecnologia de Propulsão do DLR (Centro Aeroespacial Alemão) uniram esforços para aplicar técnicas de otimização assistidas por IA ao processo de design e aprimoramento de turbinas hidráulicas.
O objetivo é transformar a engenharia desses equipamentos, considerados o coração das usinas hidrelétricas, reduzindo custos e prazos de desenvolvimento e, ao mesmo tempo, elevando o nível de eficiência e durabilidade das máquinas.
Pressão por inovação no setor hidrelétrico
A energia hidrelétrica continua sendo um dos pilares da matriz energética sustentável, mas enfrenta novos desafios. Concessionárias e operadores de usinas demandam turbinas com maior eficiência energética, vida útil prolongada e alta confiabilidade operacional, mesmo diante de condições regulatórias e econômicas cada vez mais rigorosas.
Componentes como rotores e pás-guia, que envolvem fenômenos de escoamento extremamente complexos, exigem processos sofisticados de projeto. Nesse contexto, a digitalização e o uso de dados se tornam estratégicos para manter a competitividade do setor em nível global.
A parceria entre Voith e DLR surge justamente para responder a essa demanda, propondo uma ruptura tecnológica em um segmento historicamente baseado em métodos convencionais de engenharia.
AutoOpti: otimização inteligente para turbinas
O núcleo do projeto é o AutoOpti, ferramenta de otimização desenvolvida pelo DLR. O software integra simulações de dinâmica de fluidos (CFD), análises de mecânica estrutural e outros modelos em um fluxo automatizado, aplicando algoritmos de otimização inteligente para selecionar os melhores projetos.
Na prática, o AutoOpti permite ajustar geometrias complexas — como rotores e pás-guia — para minimizar perdas hidráulicas e reduzir tensões mecânicas em um tempo muito menor do que o requerido pelos métodos tradicionais.
O diferencial está no uso de modelos substitutos (Gaussian Processes), que reduzem significativamente a necessidade de cálculos CFD custosos, mantendo precisão. Esse processo sistemático possibilita explorar rapidamente o espaço de projeto e encontrar soluções mais robustas.
Como o aprendizado de máquina transforma o desenvolvimento
O projeto integra condições reais de operação e geometrias oriundas do portfólio da Voith em um ciclo de otimização totalmente automatizado. O AutoOpti gera projetos, executa simulações e avalia resultados com base em critérios como eficiência hidráulica, robustez mecânica e redução de perdas de escoamento.
Além disso, o DLR vem expandindo a fronteira do aprendizado de máquina com o FlowFormer, abordagem baseada em redes neurais profundas (DNNs) que utilizam arquiteturas transformer para aproximar diretamente o comportamento tridimensional do escoamento. A expectativa é que esses recursos ampliem ainda mais a velocidade e a qualidade das otimizações.
Primeiros resultados já mostram ganhos de eficiência
Mesmo em fases iniciais, os resultados são promissores. Na aplicação do AutoOpti em uma turbina Francis, foram geradas variantes de projeto que apresentaram melhorias significativas de eficiência em diversos pontos de operação, mantendo as mesmas vazões de referência.
Os primeiros modelos substitutos também foram treinados com sucesso a partir de dados CFD de alta fidelidade e integrados ao processo de otimização. Isso comprova que a ferramenta pode encurtar o tempo de desenvolvimento e elevar a qualidade final do design de forma mensurável.
Próximos passos e perspectivas
A próxima etapa do projeto prevê expandir a aplicação do AutoOpti para outros componentes de turbinas, integrando novas disciplinas físicas e explorando diferentes linhas de produtos da Voith.
O DLR continuará atuando de forma próxima, oferecendo workshops técnicos, treinamentos específicos e suporte contínuo para que os métodos sejam integrados aos fluxos de desenvolvimento da Voith. A meta é consolidar a parceria em uma colaboração de longo prazo, criando um novo paradigma no desenvolvimento de turbomáquinas.
Se bem-sucedida, a iniciativa pode redefinir o padrão de inovação no setor hidrelétrico global, mostrando que a combinação entre engenharia avançada e inteligência artificial é capaz de gerar ganhos econômicos, ambientais e tecnológicos.
