Modelagem de sistemas de resfriamento do ar na entrada de turbinas a gás
Autor
Carlos Rafaello de Oliveira Silva
Orientador
- Orientador Cleverson Bringhenti
Área de Concentração
Propulsão Aeroespacial e Energia
Data de Defesa
27/10/2020
Número da Tese
77649
Resumo
A participação das termelétricas na matriz energética brasileira aumentou consideravelmente nas duas últimas décadas. Essas usinas são capazes produzir eletricidade continuamente, já que suas fontes primárias de energia (combustíveis fósseis e nuclear) estão disponíveis independentemente do clima. Apesar disso, o desempenho de uma termelétrica, especialmente as que usam turbinas a gás em seu ciclo de potência, pode ser prejudicado por condições climáticas adversas, pois, em altas temperaturas ambientes, a potência de saída e a eficiência de uma turbina a gás ficam aquém do esperado. Para contornar esse problema, o resfriamento do ar na entrada desses motores tem-se mostrado uma solução econômica e eficaz para restaurar sua capacidade nominal. O presente trabalho se propõe, portanto, a estabelecer modelos teóricos capazes de simular numericamente o estado do ar na saída de dois dos sistemas de resfriamento mais abordados em pesquisas acadêmicas, o resfriamento evaporativo (direto e indireto) e o chiller por compressão mecânica, e implementar esses modelos em um programa computacional para verificar os resultados. Pretende-se, com isso, instrumentalizar pesquisadores interessados em investigar a viabilidade e as vantagens do resfriamento do ar, por meio desses sistemas, na geração de energia elétrica com o uso de turbinas a gás. Em relação ao resfriamento evaporativo direto, foram propostos três modelos com diferentes abordagens teóricas. Os resultados obtidos por meio deles, para 35 conjuntos de dados de entrada, foram confrontados e revelaram, no pior caso, uma diferença percentual média de 0,37% e de 0,053%, respectivamente, em relação à temperatura de equilíbrio do sistema e à umidade absoluta do ar nesse estado. Quanto ao resfriamento evaporativo indireto, dois modelos diferentes foram propostos e os resultados obtidos, para 33 conjuntos de dados de entrada, apresentaram diferenças percentuais médias de 0,035%, de 0,021% e de 0,058%, respectivamente, em relação à temperatura de equilíbrio do sistema e às umidades absolutas dos ares primário e secundário também no equilíbrio. O chiller por compressão mecânica foi modelado de um único modo, porém fundamentado pela biblioteca termodinâmica CoolProp, bastante utilizada em trabalhos científicos.
