Estágio realizado na Bosch Termotecnologia, S. A. e orientado pelo Eng.º Víctor Manuel Coutinho Tavares de Pinho / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-09-29Bitstream added on 2015-03-03T12:06:10Z : No. of bitstreams: 1 000807727.pdf: 700032 bytes, checksum: f014edf17a343429c59af831914e544d (MD5) / Nesse trabalho foi realizada uma modelagem termodinâmica de uma caldeira aquatubular de bagaço com capacidade de produção de vapor a uma vazão mássica de 38,88 kg/s (140 t/h) a uma pressão de 2.255,53 KPa (23 kgf/cm2) e a temperatura de 330ºC. A caldeira foi dividida em sete volumes de controle sendo eles: câmara de combustão, superaquecedor, evaporador, pré-ar secundário, pré-ar primário, economizador e lavador de gases. Aplicaram-se os princípios da primeira (análise energética) e segunda leis (análise exergética) da termodinâmica para cada um dos volumes de controles. A análise energética é bem difundida para avaliar caldeiras, porém, será efetuada nesse trabalho para efeito de comparação com outras. A análise de caldeiras ainda é pouco difundida para análise de eficiências de caldeiras, porém, é uma ferramenta eficaz que permite identificar as irreversibilidades do processo. Para ambas as análises serão utilizados dados reais de uma caldeira de bagaço mde cana a partir do seu seu manual. A divisão da caldeira em partes tem como objetivo avaliar cada um dos seus componentes e identificar as irreversibilidades. Dessa forma, sugere-se propostas de melhorias para aumentar a eficiência energética dos componentes e consequentemente o aumento da eficiência energética e exergética globais de caldeira. Os resultados obtidos da análise energética e exergética de cada um dos volumes de controles foram apresentados através dos diagramas de Sankey e Grassman. Como as caldeiras para a queima do bagaço em sua maioria possuem os mesmos componentes, espera-se que este trabalho sirva como referência para análise e desenvolvimento de projetos de caldeiras de bagaço mais eficientes / This work carried out with a thermodynamic modeling of a water-tube bagasse bolier with steam production capacity at mass flow rate of 38.88 Kg/s (140 t/h), pressure of 2.255,53 KPa (23 kgf/cm2) and temperature of 330ºC. The boiler was divided into six volume controls: combustion chamber, superheater, evaporator, secondary air, primary air and economizer. To each volume control, principles of the firt law (energy analysis) and the second law (energy analysis) of thermodynamics were applied. The energy analysis is already well known to evaluate boilers, but it was performed in this work with the purpose of comparison with others. The energy analysis of boilers is still little known as a means of evaluating boilers efficiencies; it is, however, an effective tool which allows the identification of the process irreversibility. Actual data of a bagasse boiler datasheet were for both types of analysis. The division of the boiler into parts aims at evaluationg each of its components and identifying irreversibility. Thus, proposals for improvements were made to encrease energy and exergy efficiency of components so that the energy and energy efficiency of the entire boiler increases as well. The results of the energy and exergy analysis of these volume controls were presented through Sankey and Grassmann diagrams. As most of bagasse boilers have the same components, it is expected that this work will serve as a standard for the analysis and the development of projects for more efficiency bagasse boilers

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248793.pdf: 8566814 bytes, checksum: 5bc613b82b36d750b3bde431f10a47b9 (MD5) / A iminente crise do setor elétrico nacional decorrente da crescente demanda de energia mostra a necessidade de novos investimentos no setor. Nesse contexto, apesar dos incentivos governamentais em fontes alternativas de energia, as centrais termelétricas a carvão ainda se constituem na alternativa que melhor atende essa necessidade. Além da implantação de novos projetos, é de fundamental importância a repotenciação ou a modernização das usinas existentes, buscando maior vida útil de seus componentes e, conseqüentemente, redução da indisponibilidade operacional. No caso do complexo termelétrico Jorge Lacerda, de Capivari de Baixo-SC, as paradas forçadas para manutenção têm como conseqüência a indisponibilidade do fornecimento de energia, a qual está relacionada, principalmente, com as falhas nos tubos que compõem os feixes tubulares das unidades geradoras de vapor, devido aos acentuados gradientes térmicos. Este trabalho apresenta, fundamentalmente, um aparato instrumental capaz de monitorar as temperaturas de superfície dos feixes tubulares na região de escoamento dos gases de combustão. Dessa forma, resultados confiáveis poderão ser obtidos e um banco de dados poderá ser gerado para servir de subsídio na validação de modelos numéricos, bem como, conferir segurança à solução definitiva dos problemas associados aos gradientes térmicos. Esse aparato instrumental é constituído por sensores de temperatura fixados diretamente na superfície dos tubos. Tais sensores utilizam termopares de isolação mineral, os quais possuem um perfil adequado para aplicação em ambientes agressivos. Entretanto, as configurações dos sensores disponíveis atualmente apresentam limitações que conduzem a valores superestimados das temperaturas medidas. Dessa forma, uma nova configuração é proposta com o intuito de minimizar os erros inerentes às configurações atuais. Resultados obtidos através de uma análise teórica-experimental apontam, positivamente, para o sensor proposto. Alguns tubos do superaquecedor final e reaquecedor de vapor, existentes em uma unidade geradora de vapor pertencente ao complexo termelétrico Jorge Lacerda, foram instrumentados e os resultados obtidos são apresentados e avaliados sob diferentes condições operacionais. The imminent crisis of the electrical sector in Brazil due to the crescent demand of energy shows the necessity of new investments on the sector. However, despite the government incentives on energy alternative resources, the coal thermoelectrical power plants are still the best alternative to attend this necessity. Besides new projects, it is important to redesign the existent power plants, aiming an increase of useful life of their components and, consequently, reduction of the unavailability operational. At Jorge Lacerda Thermoelectric Complex in Capivari de Baixo-SC, the unplanned outages has as consequence the unavailability of the energy supply, which are frequently correlated with the fails on the tube bundles in the boilers due to the accentuated thermal gradients. This work presents primarily an instrumental apparatus for instrumentation and monitoring of tube bundles surface temperatures at the combustion gases flow region. Through this approach, reliable results may be obtained and a database may be generated to provide validation of numerical models and definitive solutions of the problems due the thermal gradients. This proposed apparatus is based on the usage of sensors attached directly on the surface tubes. These sensors use sheathed thermocouples which have a suitable profile for using on several environments. However, the sensor configurations currently available show limitations that lead to overestimated temperature values. Thus, a new configuration is proposed in order to reduce the errors. Results obtained through theoretical-experimental analysis show favorable to the use of this configuration. Specific tubes of the final superheater and final reheater of a pulverized coal boiler situated at Jorge Lacerda Thermoelectric Complex were instrumented and the results are presented and evaluated on different operational conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:40:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309489.pdf: 3883395 bytes, checksum: 54d386fcb3e04642e02e3ca6de50ece4 (MD5) / Os tubos das caldeiras das usinas termoelétricas sofrem desgastes devido à erosão e corrosão causadas pela alta temperatura e impurezas resultantes da queima do carvão. O risco de rupturas nestes tubos, e a consequente parada para manutenção, crescem com a diminuição de sua espessura. A solução até então utilizada pela empresa TRACTEBEL Energia é o corte das partes seriamente desgastadas e a substituição por novas. As partes novas são unidas ao restante da parede de água por meio de soldagem TIG. Em alguns outros países, estas novas partes são preparadas previamente com um revestimento por soldagem com ligas mais resistentes aos citados desgastes. Esta tecnologia é realizada de forma automática com diferentes equipamentos que são adaptados para a tarefa. As operações são divulgadas em panfletos e algumas publicações, mas sem a revelação de fato dos procedimentos utilizados. É observado que os equipamentos não foram projetados com especificidade para a referida aplicação. Por isso, no LABSOLDA foi iniciado um projeto para o desenvolvimento de equipamentos e de tecnologias de soldagem para que a TRACTEBEL Energia possa revestir as paredes de suas caldeiras com o mais avançado estado da arte. O desenvolvimento visa não somente o revestimento de partes separadas e posterior inclusão nas paredes, mas também o revestimento in loco de partes desgastadas. Neste caso, a dificuldade é maior, pois as posições de soldagem estão condicionadas à posição dos tubos das caldeiras. O presente trabalho está inserido no contexto deste desenvolvimento, que inclui o projeto e construção de um manipulador automático de soldagem com quatro graus de liberdade e o desenvolvimento de trajetórias de soldagem. É abordado o desenvolvimento de metodologias de revestimento com orientação vertical e também horizontal. São apresentados os respectivos algorítmos de geração de trajetória com oscilação da tocha de forma a acompanhar a circunferência dos tubos, ou seja, utilizando mais de um eixo simultaneamente. Este tipo de versatilidade visa atender os desenvolvimentos dos procedimentos de soldagem, tratados de forma científica, não significando, portanto, que serão utilizadas no final do projeto. Os testes de revestimento foram realizados com o processo MIG/MAG pulsado, utilizando o arame ER309 e os tubos na posição vertical. / The boiler tubes of thermal power plants suffer wear due to erosion and corrosion caused by high temperature and impurities resulting of the burning coal. The risk of rupture in these tubes and subsequent shut down for maintenance increases with the decrease of its thickness. The solution used so far by the company TRACTEBEL Energia is cutting off seriously eroded parts and replace it by new ones. The new parts are joined to the rest of the water wall through TIG welding. In some other countries, these new parts are previously prepared with a welding overlay with alloys more resistant to the cited wear. This technology is accomplished automatically with different equipments which are adapted to the task. The operations are disclosed in several publications and flyers, but without the revelation in fact of the employed procedures. It is observed that the equipments have not been projected with specificity for such application. Wherefore, in LABSOLDA, has been started a project for the development of welding technologies and equipment so that the TRACTEBEL Energia might overlay their walls of boilers with the most advanced state of the art. The development aims not only the overlay of separate parts and subsequent inclusion in the walls, but also the overlay in situ of worn parts. In this case, the difficulty is increased, since the welding positions are subject to the position of boiler tubes. This work is inserted in the context of this development, which includes the design and construction of an automatic welding manipulator with four degrees of freedom presented here and the development of welding trajectories. It is broached the development of overlay methodologies for vertical orientation as well as horizontal. Are presented the respective algorithms of trajectory generation with torch oscillation in order to follow the circumference of the pipes, or that is, using more than one axis simultaneously. This kind of versatility seeks to meet the development of welding procedures, treated in a scientific way, not meaning, therefore that will be used at the end of the project. The overlay tests were performed with the pulsed MIG/MAG process, using the ER309 wire and tube in a vertical position.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduaçao em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T18:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226677.pdf: 3589258 bytes, checksum: d862090072d7d7df3e58c2930c7f8308 (MD5) / O uso de ferramentas computacionais na simulação numérica do escoamento, combustão, transferência de calor e formação de poluentes em centrais termelétricas vem recebendo atenção crescente na solução de problemas diversos. Diferentes códigos computacionais existentes no mercado representam hoje uma ferramenta de valor fundamental no aperfeiçoamento de projetos de novas unidades geradoras de vapor, permitindo otimizar condições de operação, reduzir as emissões de poluentes, investigar o mau funcionamento dos equipamentos e propor as medidas corretivas pertinentes. No caso específico das unidades geradoras de vapor do complexo Jorge Lacerda de Capivari de Baixo-SC, a maioria das paradas forçadas ocorre devido a falhas em tubos de caldeiras devido na maioria dos casos a falhas por fluência. A deposição de cinzas nas superfícies de transferência de calor de caldeiras é também um problema associado ao uso de carvão pulverizado, pois reduz a transferência de calor na caldeira, diminuindo assim a sua eficiência térmica. Este trabalho tem como objetivo aplicar um modelo de cálculo tridimensional e complementá-lo de forma a descrever o escoamento, transferência de calor e deposição de cinzas na zona dos painéis de tubos radiantes de uma caldeira com queima de carvão pulverizado de uma central termelétrica existente. A descrição do escoamento e transferência de calor por convecção em feixes tubulares baseia-se em correlações empíricas aplicadas com propriedades locais. As trocas de calor por radiação baseiam-se no método das zonas acoplado com o cálculo da irradiação da fornalha na seção de entrada dos feixes tubulares, calculada pelo modelo tridimensional. Para analisar a transferência de calor nos tubos, implementou-se ainda o cálculo da distribuição do escoamento nos tubos, explorando a possibilidade de se utilizar controladores de fluxo. Para analisar a deposição de cinzas nas paredes dos tubos, desenvolveu-se e aplicou-se um modelo baseado nos conceitos de eficiência de impacto e probabilidade de adesão das partículas. São comparados resultados numéricos com medidas da temperatura nos supereaquecedores e reaquecedores de uma caldeira de central termelétrica existente, para diferentes condições de operação. Analisou-se a influência exercida pelos queimadores localizados na câmara de combustão e simulou-se também o uso de controladores de fluxo de vapor para a uniformização das temperaturas dos feixes tubulares. Foram efetuados cálculos do arraste e deposição de partículas nas paredes da caldeira e quantificados os fluxos de partículas à entrada dos feixes tubulares, permitindo concluir que a distribuição é muito influenciada pelos cálculos junto ao queimador. A fração de partículas que adere nas superfícies é estimada entre 47 e 78% do total das partículas incidentes.

Orientador: Santiago del Rio Oliveira / Banca: Celso Luiz da Silva / Banca: Ismael de Marchi Neto / Resumo: Nesse trabalho foi realizada uma modelagem termodinâmica de uma caldeira aquatubular de bagaço com capacidade de produção de vapor a uma vazão mássica de 38,88 kg/s (140 t/h) a uma pressão de 2.255,53 KPa (23 kgf/cm2) e a temperatura de 330ºC. A caldeira foi dividida em sete volumes de controle sendo eles: câmara de combustão, superaquecedor, evaporador, pré-ar secundário, pré-ar primário, economizador e lavador de gases. Aplicaram-se os princípios da primeira (análise energética) e segunda leis (análise exergética) da termodinâmica para cada um dos volumes de controles. A análise energética é bem difundida para avaliar caldeiras, porém, será efetuada nesse trabalho para efeito de comparação com outras. A análise de caldeiras ainda é pouco difundida para análise de eficiências de caldeiras, porém, é uma ferramenta eficaz que permite identificar as irreversibilidades do processo. Para ambas as análises serão utilizados dados reais de uma caldeira de bagaço mde cana a partir do seu seu manual. A divisão da caldeira em partes tem como objetivo avaliar cada um dos seus componentes e identificar as irreversibilidades. Dessa forma, sugere-se propostas de melhorias para aumentar a eficiência energética dos componentes e consequentemente o aumento da eficiência energética e exergética globais de caldeira. Os resultados obtidos da análise energética e exergética de cada um dos volumes de controles foram apresentados através dos diagramas de Sankey e Grassman. Como as caldeiras para a queima do bagaço em sua maioria possuem os mesmos componentes, espera-se que este trabalho sirva como referência para análise e desenvolvimento de projetos de caldeiras de bagaço mais eficientes / Abstract: This work carried out with a thermodynamic modeling of a water-tube bagasse bolier with steam production capacity at mass flow rate of 38.88 Kg/s (140 t/h), pressure of 2.255,53 KPa (23 kgf/cm2) and temperature of 330ºC. The boiler was divided into six volume controls: combustion chamber, superheater, evaporator, secondary air, primary air and economizer. To each volume control, principles of the firt law (energy analysis) and the second law (energy analysis) of thermodynamics were applied. The energy analysis is already well known to evaluate boilers, but it was performed in this work with the purpose of comparison with others. The energy analysis of boilers is still little known as a means of evaluating boilers efficiencies; it is, however, an effective tool which allows the identification of the process irreversibility. Actual data of a bagasse boiler datasheet were for both types of analysis. The division of the boiler into parts aims at evaluationg each of its components and identifying irreversibility. Thus, proposals for improvements were made to encrease energy and exergy efficiency of components so that the energy and energy efficiency of the entire boiler increases as well. The results of the energy and exergy analysis of these volume controls were presented through Sankey and Grassmann diagrams. As most of bagasse boilers have the same components, it is expected that this work will serve as a standard for the analysis and the development of projects for more efficiency bagasse boilers / Mestre

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:39:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vecchi_Rodrigode_M.pdf: 8478782 bytes, checksum: 86a22fd7ce3d6d0db538dbff0f6c1341 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Procurou-se neste trabalho, reunir uma grande quantidade de normas técnicas de inspeção, de projeto e de ensaios não destrutivos a fim de serem sugeridos e principalmente fornecer dados e critérios necessários para a realização segura e apropriada dos exames e testes tidos como mandatórios ou alternativos na NR13. Para isto foi necessária uma pesquisa detalhada do acervo de normas técnicas existentes em nosso país e também em outros países, a fim de obter informações que pudessem ser confrontadas com casos específicos e reais, cujos dados foram coletados com profissionais qualificados e certificados. Três aspectos foram analisados: os requisitos da norma NR13, que é compulsória e tem abrangência geral, critérios específicos utilizados por normas de enfoque singular, ou seja, para uma única linha de equipamento, de teste ou de inspeção e a experiência prática que trouxe a realidade encontrada em muitos estabelecimentos através do resultado de inspeções realizadas para garantir a segurança na operação de vasos de pressão e caldeiras. Vale frisar que tais inspeções fazem parte de nosso acervo técnico pessoal e estão devidamente registradas no CREA através de mais de 600 ART's recolhidas em 8 diferentes estados brasileiros. Também foram apresentados alguns acidentes gerados, talvez, pela execução errônea de testes e inspeções, seguidos por sugestões que poderiam evitar a ocorrência dos mesmos. Os resultados desse trabalho são de grande importância nos futuros estudos e revisões normativas. / Abstract: It was intended to group a large amount of technical standards that treat about Boilers and Pressure Vessel design and inspections and also non destructive examinations in order to suggest and supply data and criteria to perform appropriate and safe inspections and examinations mentioned as mandatory or alternative at NR13. It was necessary an extensive research into Brazilian and foreign standards to collect information which could be confronted with real and specific cases described by qualified and certificated professionals. Three aspects have been analyzed: NR13 requirements which are mandatory and have only a global sight, criteria used in specific situations for unique kind of equipment, test or examination and practical experience that brought the reality of many companies through the result of inspections performed to guarantee a safe operation of pressure vessels and boilers. It is important to emphasize that these inspections belong to a personal technical performance and are registered at CREA through more than 600 ART's paid in 8 different Brazilian states. It was also presented some accidents probably caused by wrong execution of tests and inspections, followed by suggestions which could avoid them. The results obtained from this job are very important in future studies and revisions of normative standards. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Santiago del Rio Oliveira / Banca: Delson Luiz Modolo / Banca: Elson Avallone / Banca: Paulo Cesar Moralli / Banca: Ismael de Marchi Neto / Resumo: Neste trabalho é realizada uma análise exergética de uma caldeira de biomassa baseada nas redes neurais artificiais. A caldeira de biomassa em análise fornece vapor a companhia Iguaçu de café solúvel. A produção da caldeira é de 50.000 kg/h de vapor, sendo sua pressão de trabalho de 21 kgf/cm² (~2060 kPa) e temperatura do vapor de 216,2°C (~489 K). Para tanto, é queimado uma mistura de borra de café (rejeito da produção) e cavaco de eucalipto, sendo que, a proporção de entre os dois combustíveis é cerca de 25%-75%, respectivamente. São realizados balanços de primeira e segunda lei da termodinâmica para cada equipamento da caldeira, bem como, de maneira global. Parâmetros produtivos baseados na segunda lei da termodinâmica são apresentados para completar a análise. Parâmetros importantes no processo de combustão como excesso de oxigênio, umidade da borra de café e umidade do cavaco de eucalipto são incorporados à modelagem. A fim de predizer o comportamento da caldeira (vazão mássica das diversas correntes e temperaturas) para variações dos parâmetros de combustão, são utilizadas as redes neurais artificiais (RNA). Para treinamento das RNA's, são utilizados dados reais de operação fornecidos pela empresa. Com as RNA's treinadas e validadas, são apresentados os comportamentos termodinâmicos de cada equipamento como função da umidade das biomassas (borra de café e cavaco de eucalipto) e do excesso de oxigênio. Espera-se que este trabalho, possa contribuir para um melhor entendim... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work an exergetic analysis of a biomass boiler based on artificial neural networks is performed. A biomass boiler under analysis provides steam to the soluble coffee company Iguacu. The production of the boiler is 50,000 kg / h of steam, its working pressure being 21 kgf / cm² (~ 2060 kPa) and steam temperature 216.2 ° C (~ 489 K). To do so, it is a mixture of rubber coffee and eucalyptus chip, with a ratio between the two fuels being about 25% -75%, respectively. The first and second order balances of the law are executed for each boiler equipment, as well as, in the boiler in a global manner. Productive parameters in the second law of thermodynamics are presented to complete an analysis. The main components are not suitable for the combustion of oxygen, coffee moisture and humidity of the eucalyptus chip are incorporated into the modeling. The artificial neural data (RNA). For RNA training, customers are real to the company. The RNAs are trained and validated, they are executed in the thermodynamic exercise of each one of the functions like the function of the biomasses and the excess of oxygen. It is expected that this work will be responsible for a better understanding of the combinations of biomass that operates with the fuel mixture or not, since most of the operations are not radically radical in their operation. / Doutor

Este trabalho disserta sobre os métodos usados para determinar a aceitabilidade de defeitos tipo trinca em um bocal de caldeira de geração de vapor. Inicia com uma avaliação sobre as tensões atuantes em bocais e introduz os conceitos de mecânica da fratura para aceitação de defeitos em estruturas. Propõe um método analítico para estimativa de tensões longitudinais em bocais e o compara ao cálculo de tensões por elementos finitos. Explora um caso de um defeito circunferencial e não aflorado em um bocal de uma caldeira real a qual fornece corpos de prova que são submetidos a ensaios de impacto a partir do quais é traçada sua curva de transição ductil-frágil. Analisa os resultados obtidos a partir destes ensaios e os confronta com os valores nominais e de referência. Esta análise embasa discussão sobre probabilidades de falha e fatores de segurança. / This work discusses the methods used to determine the acceptability of crack-like flaws in a boiler nozzle. It begins with an evaluation of the stresses acting on nozzles and introduces the concepts of fracture mechanics for the acceptance of defects in structures. An analytical method for estimating longitudinal stresses in nozzles is proposed and compared with numerical results obtained from the finite element method. It explores a case of a circumferential embedded flaw in a nozzle of a real boiler that provides specimens that are subjected to impact tests from which its ductile-brittle transition curve is drawn. It analyzes the results obtained from these tests and confront them with the nominal and reference values. This analysis bases discussion on probabilities of failure and safety factors.