[pt] Turbinas a gás industriais modernas instaladas em usinas termelétricas têm seus parâmetros de desempenho monitorados em tempo real. Contudo, existem inúmeras falhas de operação que são impossíveis de serem detectadas pela simples visualização destes parâmetros, uma vez que a condição de operação do equipamento é influenciada por diversos fatores. Sistemas de diagnóstico são usualmente oferecidos pelos fabricantes destes equipamentos, mas não são divulgados na literatura aberta, que conta em geral com trabalhos aplicados a casos específicos e a turbinas aeronáuticas. Esta dissertação propõe um sistema de diagnóstico de falhas em turbinas a gás, o qual opera através da contínua comparação entre sinais medidos em campo, os quais são simulados por um programa computacional, e resultados gerados por um modelo de referência, simulador da turbina saudável. O sinal comparado serve de entrada para um sistema fuzzy, que identifica e quantifica a severidade das falhas. Foram testadas falhas fictícias no compressor e foi avaliada a influência da mudança de geometria na calibração do sistema. Os resultados mostraram a robustez do sistema e sua capacidade de aplicação em uma situação real. / [en] Modern industrial gas turbines installed in thermal power plants have its performance parameters monitored in real time, however, there are innumerable operation faults that cannot be detected by a simple visual analysis of these parameters, once the equipment operating condition is influenced by several factors. Diagnosis systems are usually offered by the manufacturers of these equipments, but the methodologies are not published in the open literature, which is mostly dedicated to aircraft engines. This dissertation proposes a gas turbine diagnosis system that operates through the continuous comparison between the field measured signals, simulated by a software, and results generated by a reference numerical model, which represents the healthy gas turbine. The compared signal is used as input to a fuzzy system that identifies and quantifies the faults severity. Dummy compressor faults have been tested and the influence of the variable geometry has been analyzed during the system calibration. The results have shown the robustness of the system and its capability to be applied in a real world situation.

[pt] A deterioração do desempenho da turbina a gás é resultado de vários tipos de falhas, como acúmulo de sujeira, erosão e corrosão, que afetam os componentes no caminho do gás, sendo os principais o compressor, o combustor e a turbina. No presente trabalho é avaliado o desempenho de Redes Neurais Artificiais (RNA) no emprego de diagnóstico de falha de turbinas a gás. Todas as redes projetadas são do tipo MLP (multi-layer perceptron) com algoritmo de retropropagação (backpropagation). Para cada função de diagnóstico, várias arquiteturas foram testadas, modificando parâmetros de rede como o número de camadas escondidas e o número de neurônios em cada uma destas camadas. As RNAs para diagnóstico de falhas foram aplicadas ao modelo termodinâmico de uma turbina a gás industrial. Este modelo foi responsável pela criação de dados da usina saudável e também degradada, utilizados para o treinamento e validação das redes. Com os resultados obtidos do treinamento das redes é possível mostrar que as mesmas são capazes de detectar, isolar e quantificar falhas de componentes de turbinas a gás de forma satisfatória. / [en] The gas turbine performance deterioration is a result of several types of faults such as fouling, erosion and corrosion, which affects the components throughout the gas path. As the most significant of these components we can enumerate the compressor, the combustion chamber and the turbine itself. In this work the performance of different types of Artificial Neural Networks (ANN) are evaluated in the diagnosis of this kind of fault. Every neural network designed in this work is MLP (multi-layer perceptron) with back propagation algorithm. For each diagnosis function several architectures were tested, varying network parameters as the numbers of hidden layers and the number of neurons in each layer. The ANNs for fault diagnosis were applied in an industrial gas turbine thermodynamic model. This model was also used for healthy and degraded turbine data generation, which were used for ANNs training and validation. With the ANNs training results we can conclude that these networks are capable of detecting, isolating and quantifying gas turbine components faults in a satisfactory way.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2018-03-07T19:42:45Z No. of bitstreams: 2 Thalyta_Basso2017.pdf: 3796237 bytes, checksum: d1ec6e9511427a7af0fbfdd055261c28 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T19:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Thalyta_Basso2017.pdf: 3796237 bytes, checksum: d1ec6e9511427a7af0fbfdd055261c28 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / One of the biggest concerns in the contemporary world is the overuse of electricity. Along with that, in the last few years, the growth of investment in the sector of wind and solar power generation has stood out, which has contributed to supply for the needs faced by Brazil due to unfavorable hydrological conditions, which impair the production in the water power plants. Thus, a study was done on the technical and economic feasibility of the implantation of a small wind powerhouse in a grain warehouse, located in São João do Oeste, district of Cascavel-PR, to supply the power needs of such a building. Based on data provided by SIMEPAR, for every 10 meters of height, the annual/daily average of wind speed in the area was 4,12 m/s, the average temperature was 20,4 ºC and the average air pressure was 937,81 hPa, considering the last 5 years of measuring. Through the technical analysis and the cost survey, the decision was taken to use 3 turbines of 80 kW of power, at 30 meters of height, which would supply about 80% of the power needs in the place, generating credit in the months of low consume to be used in the months of higher use. However, the budget also proved to be unfeasible by the Net Present Value Method, the Internal Rate of Return and the Deducted Pay-Back as well, determining that at the end of the useful life of the turbines, the investment wouldn’t have been paid and it would be necessary to change the equipment, creating a debt over debt for the investor. Comparing the cost of such an investment in Brazil to other countries, a variation of 529% was observed, and the Brazilian cost for the system adopted is R$25.625,00/kW, while the foreign average is R$4.843,34/kW; Such a difference could be related to importation rate, taxes, reduced popularization and the competition between suppliers in Brazil / Uma das questões mais preocupantes no mundo contemporâneo é o uso demasiado de energia elétrica. Aliado a isso, nos últimos anos, tem se destacado o crescimento de investimentos nos setores de geração solar e eólica, que tem contribuído para suprir as dificuldades enfrentadas pelo Brasil com as condições hidrológicas desfavoráveis, que prejudicam a produção pelas hidrelétricas. Assim, realizou-se um estudo de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma pequena central geradora eólica em uma unidade armazenadora e beneficiadora de grãos, situada em São João do Oeste, distrito de Cascavel-PR, para suprir as necessidades energéticas dessa edificação. Com base nos dados obtidos com o SIMEPAR, para 10 metros de altura, a média anual diária da velocidade do vento no local foi de 4,12 m/s, a temperatura média de 20,4 ºC e a pressão atmosférica média de 937,81 hPa, considerando-se os últimos 5 anos de medições. Por meio de análise técnica e do levantamento de custos, optou-se por utilizar 3 turbinas de 80 kW de potência, a 30 metros de altura, que supririam cerca de 80% das necessidades energéticas da unidade, gerando créditos nos meses de baixo consumo para serem compensados nos meses de maior utilização energética. Porém, o orçamento mostrou-se inviável pelo Método do Valor Presente Líquido, da Taxa Interna de Retorno e também do Pay-Back Descontado, determinando que ao final da vida útil das turbinas, o investimento ainda não teria sido pago e haveria necessidade de troca dos equipamentos, gerando dívida sobre dívida para o investidor. Comparando-se o custo do referido investimento no Brasil com valores de outros países, observou-se uma variação de 529%, sendo que o custo brasileiro para o sistema adotado resulta em R$25.625,00/kW, enquanto a média estrangeira é de R$4.843,34/kW, podendo essa diferença ter relação com a taxa de importação, impostos e reduzida popularização e concorrência entre empresas fornecedoras no Brasil

Orientador: Jorge Isaías Llagostera Beltrán / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:08:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuarineloJunior_FlavioFernando_D.pdf: 112586941 bytes, checksum: 8ca74b9cc6e907dc47ec88f2c901a8b1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O atendimento da demanda crescente de eletricidade, associado à necessidade do cumprimento de metas de emissões de gases causadores do aquecimento global, será um grande desafio ao setor elétrico nas próximas décadas. A geração de eletricidade ainda necessitará de combustíveis fosseis por muitos anos e a busca por eficiência energética nos processos térmicos que envolvem as usinas termoelétricas será determinante ao cumprimento das metas de emissões. Neste contexto, o ciclo combinado tem sido apresentado como a tecnologia mais eficiente e com o menor impacto ambiental quando se considera o uso de combustíveis fósseis na geração de eletricidade. Possui curtos prazos de instalação e custos relativamente baixos em comparação às outras tecnologias, quer façam uso de fontes renováveis ou não, e tem passado por processos de evolução tecnológica que permitem eficiências de até 62%. Mesmo que apresente características tão favoráveis, o desempenho do ciclo combinado é uma tecnologia sensível quando passa a operar em condições ambiente diferentes daquelas especificadas em projeto. A análise do comportamento do desempenho nestas condições é de extrema importância para fins de avaliação da viabilidade técnica e econômica do ciclo no local a ser instalado e é o tema central deste trabalho. Portanto, a proposta deste trabalho é analisar termodinamicamente a operação do ciclo combinado operando em condições fora-de-projeto (off design) através do desenvolvimento de um sistema de equações não lineares que representam os balanços de massa e energia de cada componente e as relações entre si. O conjunto de equações do modelo analítico é resolvido através de uma ferramenta computacional comercialmente disponível, a qual permite a definição de variáveis independentes e das restrições necessárias a uma solução objetiva. A lógica empregada na solução do conjunto de equações define uma relação direta entre as mesmas através da redução do grau de liberdade de uma determinada variável. A modelagem analítica revelou ser uma ferramenta importante na investigação do comportamento do desempenho do ciclo como um todo e a dependência termodinâmica entre os seus componentes / Abstract: The worldwide growing demand for electricity associated with global warming issues is becoming a great challenge to the electric sector for the next decades. As the power generation still depends on the fossils fuels as main source, the combined cycle is further recognized for its better environmental performance in mitigating air pollution and by reducing the global warming effects. Based on this perspective, the combined cycle has been presented as the most efficient technology, by providing advantages due to its smaller environmental impact when considering the use of fossils fuels in power generation. It is characterized by its low capital cost and short construction lead time in comparison with other technologies, whatever type of renewable fuel is being used or not, it has been experiencing a technological evolution that boost its overall efficiencies to more than 62%. Even though it has been presented with such favorable characteristics, the overall efficiency of the combined cycle is very sensitive to environmental conditions as well as running from the base load. By analyzing all thermodynamic parameters in the combined cycle under off - design conditions it can provide a better understanding in order to develop a technical and economical feasibility and it is the core issue of this work. Therefore, the proposal of this work aims to develop a system of non linear equations that represent the mass and energy balances of all component and the thermodynamic relationships among them. The group of equations of the analytical model is solved through a computational tool, commercially available, which allows the definition of independent variables and all constraint needs to reach a target solution. The logic employed in solving the system of equations defines a direct relationship among each combined cycle's component through the reduction of the degree of freedom of a certain variable. The analytical modeling revealed to be an important tool in the investigation of the combined cycle operation behavior as a whole and the thermodynamic dependence among all components / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Grades da tomada dágua de usinas hidroelétricas são equipamentos de grande importância porque são responsáveis pela proteção das turbinas hidráulicas contra impacto de corpos flutuantes. Tais estruturas estão submetidas à ação de cargas dinâmicas oriundas do escoamento da água através das barras. O objetivo do presente trabalho é analisar grades submetidas à ação de fluxo de água. Ou seja, analisar as respostas da estrutura e o comportamento do escoamento da água utilizando os cálculos de dinâmica de estruturas acopladas às técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Para a elaboração destas análises, foi utilizado o software comercial CFX versão 14. Tais análises foram elaboradas mediante o processo de interação fluido-estrutura. Primeiramente, um modelo estrutural simplificado das barras verticais das grades é elaborado a partir de dados de projetos conhecidos. A partir deste modelo define-se um volume de controle que representa o escoamento do fluido. Devido ao número de Reynolds calculado, utiliza-se o modelo de turbulência para obtenção dos resultados tais como tensões e deslocamentos nas barras verticais, e perfil de velocidades do escoamento. Considerando o modelo proposto, foram elaboradas análises com sete diferentes valores de velocidade de modo a comparar os dados calculados numericamente através do método de elementos finitos com valores obtidos experimentalmente. A partir do modelo verificado, é apresentada uma análise de uma grade inclinada submetida a um fluxo paralelo. / Trashracks are very important equipment because they are responsible for protecting turbines of hydroelectric plants against floating bodies. These structures are subjected to the action of dynamic loads due to the water flow through the vertical and horizontal bars. The objective of this study was to analyze trashracks submitted by action of water flow. In other words, to analyze the responses of the structure and the behavior of water flow using dynamic of structures calculations coupled with computational fluid dynamics techniques (CFD) for a turbulent regime, through the use of commercial software CFX version 14. This analysis is elaborated by the process of fluid structure interaction. First of all, a simplified structural model of vertical bars is defined from other similar projects. For this model is defined a volume of control that represents fluid flow. Due to the Reynolds number calculated, it is utilized a turbulence model in order to obtain the results. These results are: stresses and displacements of vertical bars; and profile of velocities of flow. The results are analyzed and discussed. After that, considering the simplified model, analyzes with seven different values of speed are executed in order to compare the results between the data calculated numerically by finite elements method, and the values obtained experimentally. Considering the model verified, an analysis, of an inclined trashrack subjected to a parallel flow, is presented.

This master’s thesis deals with the draft tube and its optimization for various operating conditions. The research investigates the theoretical description and function of the draft tube and explains known methods of suppressing pressure pulsation so far. In the computational part, the author proposes a new method and designs optimal geometry of adjustable installations (ribs) for the draft tube. Finally, the comparison with the default geometry without ribs is performed.

The main Target of this diploma is to find some reconciliation with cooperation of turbine and ejector. This work is containing informations about this mechanisms and also its historical development. The merits of this diploma thesis is thermodynamics calculation and proposal of main parameters and proportions of the turbine and the ejector. After this it is follow by the calculation of whole system of the turbine and ejector in consequence with calculation of turbine with by-pass regulation and also comparison of power output with ejector and with by-pass technology.

The theme of the master’s thesis is to design a 60 MW single-casing steam turbine for the two-stage district water heating. The turbine is designed for cogeneration cycle, has four uncontrolled extractions and the outlet down to the heater. First, there is the thermodynamic calculation of the turbine operation with 100 % steam mass flow. Further, the detailed design of flow part with the strength calculation of blades and diaphragms is drawn. By the end of the thesis, the required operations are compared and corresponding heat balancing diagrams are listed. The thesis also includes a turbine longitudinal section.

Orientador: André Luiz Andreoli / Resumo: As fontes renováveis de energia apresentam-se como solução para problemas relacionados ao aumento da demanda por energia elétrica e crescimento dos níveis de emissão de gás carbônico, uma vez que são não poluentes, limpas e abundantes. Aproveitamentos eólicos se mostram como uma das mais promissoras fontes de energia renovável, e por essa razão as pesquisas envolvendo este tipo de aproveitamento têm despertado grande interesse na comunidade científica. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um emulador de turbina eólica (ETE), uma ferramenta de apoio às investigações experimentais capaz de reproduzir o comportamento mecânico dinâmico de uma turbina eólica através de uma malha de controle digital em configuração de hardware-in-the-loop atuando sobre um acionamento eletrônico de uma máquina de indução Operando como fonte de força motriz, o ETE torna mais fácil a avaliação dinâmica de geradores e seus sistemas de controle associados voltados às aplicações envolvendo energia eólica. A pesquisa apresenta uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte, a modelagem e a implementação experimental de um emulador de turbina eólica utilizando um motor de indução trifásico (MIT) acionado por um inversor de frequência. Para isso, é implementado um controle em malha fechada de conjugado e velocidade. Este controle faz com que o acionamento eletromecânico representado pelo MIT e inversor de frequência apresente em seu eixo o comportamento de uma turbina eólica conforme os parâmetros... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre