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

Estágio realizado na SPI - Sociedade Portuguesa de Inovação e orientado pelo Eng.º João Medina / Tese de mestrado. Engenharia de Serviços e Gestão. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-06T16:36:13Z No. of bitstreams: 1 Alexandre_Araripe.pdf: 1792868 bytes, checksum: 1adaa02d41a8ac826a6a455f5299d8ed (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-07T11:00:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Alexandre_Araripe.pdf: 1792868 bytes, checksum: 1adaa02d41a8ac826a6a455f5299d8ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T11:00:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_Araripe.pdf: 1792868 bytes, checksum: 1adaa02d41a8ac826a6a455f5299d8ed (MD5) / A necessidade de garantir a disponibilidade do fornecimento de energia na malha elétrica no Brasil nos períodos de seca dos reservatórios das hidrelétricas para evitar apagões como o ocorrido em meados de 2001 promoveu a disseminação de formas alternativas de geração de energia, entre elas as unidades termelétricas, com a implantação de vários parques geradores no território nacional. Devido à crescente disponibilidade de gás natural no país houve uma maior tendência a instalação de usinas termelétricas que utiliza turbinas movidas a gás natural. Durante o ciclo de operação da turbina a gás, partículas de fumaça, sal, poeira e óleo aderem à superfície dos aerofólios do compressor alterando a rugosidade e forma dos mesmos. Esse processo é chamado de fouling (incrustantes) e produz uma queda de desempenho total da turbina ao longo to tempo. O desempenho inicíal de geração é restaurado pela lavagem periódica do compressor da turbina a gás. A interrupção da operação da turbina para a lavagem implica em interrupção da produção e é realizada periodicamente. Entretanto, as condições ambientais podem ifluir na formação do fouling resultando em uma equação de degradação que varia no tempo. Este trabalho visou obter equações que representem a degradação da eficiência energética da turbina devido ao fouling de forma a prever o melhor momento para parada e lavagem do compressor. A análise de algumas variáveis operacionais que relacionam potência energética produzida versus vazão de gás natural na turbina termelétrica sugerem uma tendência linear decrescente o que foi verificado experimentalmente utilizando-se séries temporais obtidas na operação das turbinas termelétricas escolhidas como campo de pesquisa. Também foi observada uma forte correlação entre a potência energética produzida e a temperatura do ar atmosférico. As séries de dados foram condicionadas quanto à outliers, lacunas e ruídos de alta frequência e corrigidas dos efeitos sazonais da temperaura ambiente. Valores de previsão para períodos de operação foram então calculados para as turbinas de teste. Os resultados conduzem à conclusão de que as turbinas estudadas poderiam ter seus ciclos de operação estendidos, o que resultaria em maior produção de energia e menor custo com lavagens. Além disso, conclui-se que as turbinas possuem eficiências diferentes conduzindo a ciclos de operações diferentes. Finalmente, foi calculada a energia total gerada considerando os novos ciclos previstos, obtendo-se ganhos de até 5% no ano.

Submitted by Amanda Freitas (amanda.freitas@ufpe.br) on 2015-04-17T12:50:24Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Dêibson José Gomes de Sena.pdf: 4801025 bytes, checksum: 7a0645915259daac5b70864e6a343af5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T12:50:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Dêibson José Gomes de Sena.pdf: 4801025 bytes, checksum: 7a0645915259daac5b70864e6a343af5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-01-29 / A entrada em operação de centrais de geração eólica (CGE) no sistema elétrico brasileiro tem despertado o interesse de desenvolvimento de modelos cada vez mais confiáveis para simulações de transitórios eletromagnéticos, que reproduzam, com certo grau de fidelidade, os fenômenos inerentes a distúrbios no sistema ou na própria planta da CGE. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático de uma turbina eólica a velocidade variável acionando um gerador síncrono hexafásico a ímã permanente na plataforma MATLAB/SIMULINK para servir de base e validação para implementação futura no programa ATP. É apresentado o modelo matemático de uma máquina síncrona hexafásica com excitação de campo e seus enrolamentos amortecedores equivalentes. De posse do modelo vetorial completo e considerando algumas hipóteses simplificadoras, é obtido o modelo vetorial de uma máquina síncrona hexafásica a ímã permanente. É realizada uma breve explanação sobre conversores, abordando as principais topologias de turbinas eólicas e as estratégias de controle utilizadas nos conversores do lado da rede (CLR) e do lado do gerador (CLG). Para análise do modelo desenvolvido, um estudo de conexão de uma CGE é realizado a fim de avaliar o desempenho do modelo da turbina quando submetida a perturbações. Do exposto acima, o trabalho encontra justificativa devido ao atual cenário do sistema elétrico brasileiro com a inserção de diversas CGE, no qual a representação de modelos de turbinas eólicas de uma CGE é extremamente importante para estudos de transitórios eletromagnéticos. vii

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, foi desenvolvida um turbina eÃlica de 490 W em conjunto com uma estrutura para testes de desempenho de aerogeradores deste porte. Foi empregado o mÃtodo analÃtico BEM (Blade Element Momentum Theory) para desenvolvimento, imensionamento, fabricaÃÃo e testes dos componentes da turbina e do sistema de mediÃÃo, abrangendo o estudo aerodinÃmico das pÃs a serem testadas, seu respectivo carregamento, ensaio destrutivo e previsÃo de desempenho. Para tanto, foram consideradas as etapas do cÃlculo e projeto mecÃnico de todos os principais componentes. TambÃm foi definida a metodologia de testes envolvendo a especificaÃÃo de instrumentos, teste em bancada, testes de campo, tratamento de dados e geraÃÃo de resultados. Os resultados foram posteriormente comparados com aqueles gerados pelo BEM. O aparato construÃdo permitiu estabelecer uma estrutura adequada para futuros testes com rotores eÃlicos de maiores diÃmetros e complexidade tecnolÃgica. / In this paper was developed a small scale wind turbine and a structure for performance testing. It was employed the BEM (Blade Element Momentum Theory) to developing, design, fabrication and tests of wind turbine and the measuring system, including the blades aerodynamic analysis which was tested, it respective loading, destructive test and performance forecast. It was considered the complete mechanical design of main components. It was defined the tests methodology involving the instruments specifications, bench tests, field experiments, collected data analysis and results exposition and discussion. In order to validate the manufactured structure and system, it was verified the aerodynamic performance of a small scale wind turbine with 490 W. The results were compared with those proposed by BEM theory. The constructed device allowed establishing an appropriate condition for bigger wind turbine rotor in the future and with more technological complexity.

As usinas termelétricas a ciclo combinado empregadas na geração de energia elétrica são compostas basicamente por três elementos ou sistemas: a Turbina a Gás, a Caldeira de Recuperação e a Turbina a Vapor. A Turbina a Gás é responsável pela transformação da energia química do combustível em energia mecânica para acionar os geradores, e os gases de escapamento com alta temperatura são responsáveis pela geração de vapor para as turbinas de vapor nas caldeiras de recuperação. É por estes motivos que é importante manter disponível a Turbina a Gás. A disponibilidade de um sistema está relacionada com a confiabilidade dos seus componentes e com as políticas de manutenção associadas aos mesmos, que não só influenciam no tempo de retorno à operação após uma ação de manutenção programada ou não programada, como também na degradação da confiabilidade do sistema. Este trabalho apresenta um método de análise empregado para a estimativa da confiabilidade e disponibilidade de Turbinas a Gás empregadas em usinas termelétricas a ciclo combinado, baseado nos conceitos de Confiabilidade e Manutenção Centrada em Confiabilidade. O método baseia-se na avaliação dos tempos entre falhas das causas destas falhas, e dos tempos de reparo associados a cada uma das intervenções de operação associadas à ocorrência de falhas. Adicionalmente, apresenta-se uma aplicação deste método para Turbinas a Gás de grande porte, com potência nominal de 150MW instaladas em uma Usina Termelétrica com capacidade de geração superior a 500MW. Verifica-se a existência da diferencia na disponibilidade das duas turbinas instaladas na usina obtendo um valor de 99,35% e 96%, considerando um período de operação de 8760 horas. Finalmente, apresentam-se as principais conclusões do trabalho e uma discussão sobre a viabilidade de aplicação do método proposto. / The combined cycle thermoelectric power station presents three main equipments: the Gas Turbine, the Heat Recovery Steam Generator and the Steam Turbine. The Gas Turbine transforms the chemical energy generated by combustion in mechanical energy unit to rotate the generator\'s shaft and the exhaust gas in high temperature is used to heat water at the Heat Recovery Steam Generator to generate steam for the Steam Turbine. Taking in view the great importance of the gas turbine for power generation, its availability should be carefully evaluated to guarantee the power station full operational availability. The availability of a system is strongly associated with the parts reliability and their maintenance policy. That policy not only has influence on the parts repair time but also on the parts reliability, affecting the system degradation and availability. This study presents a method for reliability and availability evaluation of gas turbines installed in a combined cycle thermoelectric power station, based on system Reliability concepts and Reliability-Centered Maintenance. The methodology depended on time between failures, failure modes and time to repair associated to each failure that operation interruption. The method is applied on the analysis of a gas turbine with more than 150MW nominal output installed in a 500MW power plant. A difference between the gas turbines availability are identified. The calculator values are 99,35 % and 96 % for 8760 hours operation period. Finally, the main conclusions and a discussion about feasibility of application of the considered method are present at the end of the study.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Com a crescente aplicação de centrais eólicas para produção de energia elétrica, seja por motivos ecológicos ou de outras ordens, a influência dessas fontes de geração sobre o comportamento do sistema de potência tem se tornado cada vez mais significativa. Por esta razão, os procedimentos de rede de diversos países foram revisados de modo a incluir critérios específicos para a conexão de centrais eólicas à rede. Dentre esses critérios, destacase a exigência de que as novas centrais eólicas devem ter capacidade de se manterem conectadas durante afundamentos momentâneos de tensão, geralmente causados por curtocircuitos. Dessa maneira, esta dissertação apresenta uma comparação entre os procedimentos de rede brasileiro e de alguns países com tradição em energia eólica. Além disso, é realizada uma avaliação dos principais efeitos de curto-circuitos na rede elétrica sobre a capacidade de centrais eólicas se manterem em operação, com o objetivo de melhorar o desempenho da rede elétrica durante e após a falta. Para as análises de desempenho, as ferramentas de simulação ANATEM e ATP foram usadas, com a modelagem de turbinas eólicas com as tecnologias do tipo gerador de indução conectado diretamente à rede e gerador síncrono conectado à rede através de conversor de freqüência. Como resultado, essa dissertação contribui para uma melhor avaliação do comportamento das turbinas eólicas, permitindo a identificação dos principais fatores que levam as turbinas conectadas à rede com conversores de freqüência plenos a ter melhor desempenho quanto à operação durante curto-circuitos prolongados

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12Bitstream added on 2014-06-13T19:39:27Z : No. of bitstreams: 1 mogawer_t_me_guara.pdf: 1050701 bytes, checksum: ac5394fa773726920ea684e1c38e8892 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O setor elétrico brasileiro vem continuamente passando por crises energéticas; os consumidores, indústrias que dependem de energia para exercerem as suas atividades passaram a valorizar e a buscar fontes alternativas, confiáveis e ecologicamente adequadas com o objetivo de garantir o fornecimento de eletricidade de forma econômica, possibilitando desta maneira uma certa independência energética. Neste contexto, este trabalho tem a finalidade de selecionar sistemas de cogeração utilizando ciclos combinados com conjuntos a gás associadas a caldeira de recuperação sem queima suplementar e turbina a vapor, assim como realizar o levantamento das curvas de produção de energia e eficiência para os ciclos obtidos. Foram utilizados os parâmetros técnicos e construtivos das turbinas a gás e a vapor de uma mesma empresa fabricante, e através das curvas obtidas é possível selecionar o ciclo combinado mais adequado para cada situação desejada, tanto do ponto de vista energético quanto do ponto de vista econômico. / The electric Brazilian sector is continually subject to energy crisis, the industrial consumers, that depends on energy to do its activities, is nowadays up to valorize and to look for alternative, trustful and environmental appropriate sources with the objective of guaranteeing the supply of electricity in an economic way and warranting a certain energy independence. In this context, this work has the purpose of selecting cogeneration systems based on using combined cycles with gas turbines associated to heat recovery steam generators without supplementary burners and steam turbines, as well as accomplishing the rising of the curves of production of energy and efficiency for the obtained cycles. The technical and constructive parameters of the gas and steam turbines were considered from the same manufacturing company, and through the obtained curves it is possible to select the more appropriate cycle for each process requirement, in the energy and economic point of view.

The theme of this master thesis is one body steam turbine of 150MW with reheat. There is calculated heat balance of the system with three low pressure heaters, deaerator and two high pressure heaters. Next part deals with calculation of blades and its lenght. Next are the attachments of blades into stator and rotor parts of the turbine. By the end of the thesis there is recalculation of heat balance scheme and blading followed by calculation of parameters for operation of turbine in 75% and 50% of the rated power output. The output of the whole thesis is drawing of horizontal cut of the turbine.

This diploma thesis deals about the combustion turbine, design, processing and utilization. This work can be divided into three parts. The first part focuses on the theoretical knowledge gained in the field of gas turbines and their applications. The second part addresses the design of combustion turbine and its integral part. The third section describes the expected characteristics of combustion turbines. The work also includes the annex, which includes the technical documentation.