[pt] Após um período de baixa nas bacias hidrográficas, o Brasil investiu em novas fontes de geração de energia elétrica. O gás natural é um dos exemplos destas novas fontes de energia. Dentre as usinas usuárias deste combustível, existem aquelas que operam com turbinas a gás. Muitos estudos sobre modelagem de turbinas a gás, simulação de desempenho, diagnóstico e controle começaram devido a importância dessas usinas. Assim, torna-se necessário que estas usinas trabalhem com segurança e confiabilidade. Para garantir esta estabilidade, é necessário o desenvolvimento de um sistema de controle, capaz de realizar esta operação de geração de energia elétrica de forma satisfatória. O sistema de controle utilizado por estes equipamentos é o objeto de estudo deste trabalho. Neste trabalho, foi utilizado um modelo computacional de uma turbina a gás com duas características principais: um modelo computacional do sistema de controle, desenvolvido com base em uma nova metodologia de controle de turbina a gás, e um modelo termodinâmico existente de uma turbina a gás ligado à rede brasileira. O sistema de controle utiliza a temperatura de saída da turbina a gás (TET), como um fator de correção, para ajustar a temperatura da entrada da turbina (TIT). Esta temperatura (TIT) é utilizada como referência para o controle de fluxo de combustível injetado no interior da câmara de combustão. O modelo também controla o VIGV (pás diretoras móveis na entrada do compressor) através de uma curva utilizada no controle desta turbina a gás ligada à rede brasileira. O modelo computacional ainda apresenta um cálculo simplificado da composição molar dos gases de exaustão desta máquina térmica. Esta característica pode ser usada em combinação com um modelo de uma caldeira de recuperação de calor (HRSG), para simular uma condição de queima suplementar (duct burner), onde o principal objetivo é aumentar a potência produzida no ciclo. Os resultados da simulação foram comparados com os dados operacionais da usina brasileira. / [en] After a period of water shortage, Brazil invested in new sources of electricity generation. Natural gas is an example of these new energy sources. Among these plants, some operate with gas turbines. Many studies about gas turbine modeling, performance´s simulation, diagnosis and control have started due the importance of these power plants. Thus, it is necessary that these plants work safely and reliably. To ensure this stability, it is necessary to develop a control system capable of performing this operation for generating electricity in a satisfactory manner. Then, the control system used by this equipment becomes the objective of this study. In this work, a computational model of a gas turbine was used with two main features: a developed computational model of control system based on a new methodology of gas turbine control and an existing thermodynamic model of a gas turbine connected to the Brazilian grid. The control system uses the turbine exhaust temperature (TET) as a corrective factor to adjust the turbine inlet temperature (TIT). TIT was used as a setpoint to control the fuel flow injected inside the combustor. The model also controls the IGV (Inlet Guide Vanes) by a control curve used in control of a specific gas turbine. There is a simplified calculation of the molar composition of the exhaust gas. This feature could be used in combination with a model of a heat recovery steam generator (HRSG) to simulate a condition with duct burners where the main objective is increase the cycle power. The results of simulation were compared to the operational data from the Brazilian power plant.

El análisis exergético de una turbina a gas permite la evaluación individual de sus componentes, hallando así la destrucción de exergía y la eficiencia exergética de cada uno de estos. Partiendo de esta premisa, esta tesis presenta una sólida base teórica que explora el funcionamiento de este equipo y se adentra en la Primera y la Segunda Ley de la Termodinámica, con la finalidad de proponer una metodología para realizar un análisis exergético a una turbina a gas. Para cumplir este objetivo, primero se revisa las características de una turbina a gas desde un punto de vista mecánico y termodinámico, para luego describir el marco teórico bajo el cual se desarrollan los análisis energético y exergético. Una vez planteados, esta tesis aplica la metodología a la turbina a gas marca Rover del Laboratorio de Energía de la PUCP. Finalmente, para validar la metodología, se analiza los resultados y posteriormente estos se contrastan con trabajos similares, a fin de revisar la consistencia de los mismos. Los resultados obtenidos en este trabajo determinan que se puede evaluar los flujos de exergía del equipo. La máxima destrucción de exergía se da en la cámara de combustión. En el caso de la turbina evaluada, esta representa el 56% de la exergía total destruida, componente en el cual también se obtiene la peor eficiencia exergética, que solo asciende al 51%, en comparación con los otros componentes de la turbina que bordean el 90%. Del mismo modo, se establece que, como producto del ciclo Brayton simple bajo el cual opera la turbina, la destrucción de la exergía de los gases de combustión al ser liberados al ambiente representa una importante pérdida que ocupa el segundo lugar, y que en el caso de la turbina evaluada llega a más del 30% de exergía destruida. / Tesis

Explica la metodología del diseño fluidodinámico de un álabe rotor y estator de una etapa del compresor axial. Se consideró el perfil DCA como base para el diseño tridimensional del cada álabe. Este diseño es evaluado utilizando la dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés), la cual confirma la eficacia del diseño presentado. La eficiencia isoentrópica de compresión obtenida mediante simulación numérica fue de 86.20%, el cual se debe, principalmente, a la selección del tipo de perfil. Se incluye, además, la curva de desempeño de la etapa diseñada para una misma velocidad rotacional. El presente documento de tesis finaliza estableciendo las conclusiones del tema y planteando los trabajos futuros. / Tesis

Orientador: Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T01:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazRojas_PedroAlberto_M.pdf: 5044725 bytes, checksum: 9cdb5d2fec85a2f0dd6085b8a688fa4d (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho é apresentada a análise termodinâmica de um ciclo de potência equipado com turbina a gás. Foi elaborado um programa computacional para a modelagem do sistema. A configuração do sistema térmico de potência está baseada em versões modernas de elevada eficiência e desempenho e utiliza injeção de água no ar de combustão para melhorar as características do ciclo (RWI - Recuperated Water Injected). O combustível utilizado é gás natural. O modelo computacional determina as propriedades termo dinâmicas nos distintos pontos e componentes do sistema por meio de subrotinas. A análise termo dinâmica desenvolvida emprega os critérios de eficiência da Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica, com o objetivo de verificar a influência de diversos parâmetros, como a temperatura dos gases na entrada da turbina e das relações de compressão de baixa e de alta do sistema sobre o rendimento térmico e trabalho específico do ciclo. Tomando como base a análise exergética aplica-se a Termoeconomia para a determinação dos Custos Exergéticos / Abstract: This work presents a thermodynamic analysis of a gas turbine power cycle. A computational program was implemented for the systern modeling. The system configuration is based on modero cycle versions, with high efficiency and performance. The cycle uses water injection in the combustion air to improve the cycle characteristics (RWI - Recuperated Water Injected). The fuel used is natural gas. The computational rnodel determines the water and gases thermodynamic properties in the several points of the system using specific subroutines. The thermodynamic analysis is perfonned on the basis of the First and the Second Laws of Thermodynarnics to verify the influence of several pararneters, including the combustion gases temperature in the turbine inlet and the pressure relations in the air compressors, on the cycle thermal efficiencyand specific work. Thermoeconomics is applied to calculate the exergetic costs / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

En el presente trabajo se realiza un análisis fluido dinámico y energético de la micro – turbina de gas J66 – 8, para determinar velocidades, presiones y variación de densidades, así como también la evolución de la temperatura y entalpía del aire en cada etapa de la micro – turbina, pero cambiando el combustible tradicional con el que funciona, Jet A1, el cual es un hidrocarburo, un combustible hecho a base de carbono; por un combustible de cero emisiones de carbono en su combustión y con un mayor poder calorífico que cualquier otro, el hidrógeno. Se explica también que, para generar el mismo empuje en el micro – turbina, generado con el Jet A1, se necesita menos cantidad de hidrógeno, y además no hay necesidad de cambiar el material original de los componentes, ya que estos soportan la temperatura que se alcanza en la combustión de hidrógeno. / Tesis

Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T06:50:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MachadoJunior_HermesAmilcar_M.pdf: 3233002 bytes, checksum: 97f168af6cf23597c4adb0dc3c850d74 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: O uso de técnicas de monitoramento de desempenho de turbinas a gás aeronáuticas e industriais tem se tornado cada vez mais freqüente nos últimos anos, tanto com o objetivo de detectar o consumo exagerad0 de combustível quanto para a determinação de problemas operacionais ou de manutenção. A técnica utilizada neste trabalho, bastante comum para a aplicação em turbinas a gás, é a comparação direta de parâmetros medidos e de parâmetros calculados com valores previamente conhecidos de operação, obtidos do fabricante ou de testes de campo. Os pontos de trabalho tomados como referência podem ser relativos a uma máquina nova ou a equipamento saído de revisão. Os desvios medidos através do procedimento descrito acima passam por uma rotina de validação, que distingue erros de medição de problemas no equipamento. Finalmente, as diferenças relacionadas a perda de desempenho são comparadas com matrizes de falhas típicas. Caso haja compatibilidade entre o grupo de dados de alguma das matrizes com os valores determinados pelo programa tem-se então o diagnóstico positivo desse modo específico de falha. Para proceder a rotina de diagnose os parâmetros de desempenho são calculados através da análise termodinâmica dos processos desenvolvidos no interior de cada componente da turbina a gás. O modelo considerado na avaliação das variáveis é construído de forma a permitir o cálculo o mais elaborado possível, sem necessidade do uso de dados normalmente não acessíveis ao operador / Abstract: The use of performance monitoring techniques in gas turbine engines for aeronautical and industrial applications is becoming more frequent lately, both to detect abnormal fuel consumption and to assess operational or maintenance problems. The technique developed in this work, very common to gas turbine application, is the direct comparison of measured and calculated parameters with previously known operational data, taken from the manufacturer or from field tests. Reference operational points may be relative to new or overhauled equipments. Deviations measured through the above procedure are submitted to a validation routine, in which instrumentation problems are distinguished from changes in engine performance. Finally, differences related to performance loss are compared with a tipical fault matrix. ln case of compatibility between any deterioration considered in this matrix and the values determined by the program, there is a positive diagnostic of this specific fault mode. To carry out the diagnosis, performance parameters are calculated through the thermodynamic analysis of the working gas, called gas path analysis. The model considered is intended to allow variables evaluation accurate as possible, without need of data not normally available to operator / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Coorientador: João Andrade Carvalho Jr. / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Christian Jeremi Coronado Rodriguéz / Resumo: Os gases siderúrgicos disponíveis em empresas do setor como resultado de seus principais processos de transformação são o gás de coqueria (COG), o gás de alto forno (BFG) e o gás de aciaria (LDG); que são bastante valorizados pelo fato de minimizarem a necessidade de emprego de gás natural ou outra fonte combustível. As centrais termelétricas estão entre as principais consumidoras desses combustíveis, e a distribuição de combustíveis siderúrgicos para as mesmas é um problema discutido na literatura técnica como uma forma de minimizar os desequilíbrios entre a geração e o consumo dos mesmos. Ao mesmo tempo, busca-se maximizar a eficiência energética da empresa e a confiabilidade/disponibilidade do seu suprimento às unidades consumidoras sem queima direta nas torres de queima (flares). A presente proposta de pesquisa tem por objetivo modelar e propor soluções para a otimização da distribuição de gases combustíveis em centrais termelétricas em ciclo combinado gás/vapor considerando os impactos que a troca de combustíveis operam sobre o acionador principal (no caso, o conjunto a gás) em termos de sua resposta à intercambiabilidade entre combustíveis. As modificações propostas neste trabalho otimizam simultaneamente a distribuição de gases subproduto no sistema de gases siderúrgicos; foram avaliadas 56 combinações de combustíveis, o que resultou numa faixa de potência ideal para a aplicação do estudo entre 30 MW e 80 MW, e outra faixa entre 10 MW e 30 MW que deve ser evitada quand... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The steel gases available in companies in the sector because of their main transformation processes are coke oven gas (COG), blast furnace gas (BFG) and steel gas (LDG). These are highly valued for minimizing the need to use natural gas or other fuel source. The thermoelectric power plants are among the main consumers of these fuels and the distribution of steel fuels for them is a problem discussed in the technical literature as a way to minimize the imbalances between generation and consumption. At the same time, it is a way to maximize the energy efficiency of the company and the reliability / availability of its supply to the consumer units without direct burning in the flares. The present research proposal aims to model and propose solutions for the optimization of the distribution of fuel gases in thermoelectric power stations in combined gas / steam cycle considering the impacts that the exchange of fuels operate on the main driver (in this case, the gas turbine) In terms of its response to interchangeability between fuels. The modifications proposed in this work simultaneously optimize the by-product gas distribution in the cogeneration gas system, 56 combinations of fuels were evaluated, which resulted in an ideal power range for the application of the study between 30,000 and 80,000 kW and another between 10,000 and 30,000 kW which should be avoided when the objective is positive net revenue. The case study shows that the proposed model finds the ideal solution in terms of total cost reduction when applying the COG in the NG mixture as well as in the substitution of NG by a mixture of by-products COG and BFG, which resulted in the three best net income results found in this analysis / Mestre

Orientador: Aparecido Carlos Gonçalves / Banca: Marcio Antonio Bazani / Banca: Luiz Daré Neto / Resumo: A cada ano que passa a necessidade de desenvolver novas técnicas de prevenção de falhas em equipamentos vem crescendo continuamente, devido à grande necessidade de obtenção de lucros com o menor custo de manutenção possível. Atualmente, turbinas à gás, são equipamentos de extrema importância para industrias de petróleo e gás, devido sua grande capacidade de geração de energia cinética para acionamento de compressores e geradores de energia. Os custos de manutenção, formação de verniz no sistema de óleo e disponibilidade são algumas das preocupações mais importantes que se deve ter com uma turbina a gás. Um bom planejamento de manutenção otimizará os custos e maximizará a disponibilidade destes equipamentos. Os programas de manutenção devem ser eficazes, todas as recomendações do fabricante do equipamento devem ser seguidas, como o número e tipos de inspeção realizadas, peças sobressalentes, e outros fatores importantes que afetam a vida útil dos componentes e o funcionamento do equipamento. Dentre as inspeções realizadas pode-se encontrar a análise de vibração, boroscopia, termografia e a análise de óleo lubrificante. Neste trabalho são apresentadas as técnicas utilizadas na análise preditiva de óleo lubrificantes e um histórico das análises de óleo de um caso real de turbina a gás em que são observados e discutidos o procedimento ideal da realização de coletas das amostras de óleo de turbinas a gás desde o planejamento até o envio aos laboratórios para análise, verificação e diagnóstico / Abstract: Each passing year the necessity to develop new techniques to prevent equipment failures increases continuously due to the great need of financial gain at the lowest possible maintenance costs. Currently, gas turbines are extremely important equipment for oil and gas industries, because to its great capacity to generate kinetic energy to drive compressors and generators. Maintenance costs, formation of varnish in the oil system and availability are some of the most important concerns that must be taken with a gas turbine. Good planning will optimize maintenance costs and maximize the availability of this equipment. Maintenance programs must be effective, all the equipment manufacturer's recommendations should be followed, as the number and types of inspections performed, spare parts, and other important factors that affect the life of the components and operation of equipment. Among the inspections it can be performed to find the vibration analysis, endoscopy, thermography and analysis of lubricating oil. This work will present the techniques used in predictive analysis of oil lubricants and oil analysis history of a real case of a gas turbine that will be seen and discussed the ideal procedure of carrying out collections of samples of oil from gas turbines planning to send to laboratories for analysis, verification and diagnosis / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-27Bitstream added on 2014-06-13T20:35:17Z : No. of bitstreams: 1 silva_rep_me_guara.pdf: 1908689 bytes, checksum: 341019e7e665818b99415ff19ade0d87 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Estudos têm sido realizados em relação à utilização de biodiesel em motores alternativos de ciclo Diesel, porém pouco material é encontrado quando se utiliza este combustível em turbinas a gás. Este trabalho analisou os parâmetros de desempenho e emissões de poluentes para várias misturas de biodiesel/querosene de aviação em um turboeixo Rover 1/S60. Os testes mostraram que não houve alterações significativas na operação do turboeixo. O estudo mostrou, também, que houve decréscimo de eficiência térmica e aumento de consumo de combustível com a utilização de misturas mais ricas em biodiesel. As emissões de poluentes também decresceram com o aumento de teor de biodiesel na mistura. / Several tests have been performed comparing diesel and several kinds of esthers (biodiesel), most in reciprocating engines but also in micro-gas-turbines. This work studies a stationary turboshaft Rover 1/S60 performance and pollution emissions in the utilization of several blends of aviation kerosene and biodiesel. The tests also show that no significative changes occurred in turboshaft operation. This study also shows an increase of fuel consumption and a decrease in thermal efficiency and a decrease of pollutant species emission as the higher biodiesel proportion at blends are used at turboshaft operation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-16Bitstream added on 2014-06-13T20:16:15Z : No. of bitstreams: 1 beneduzzi_ah_me_ilha.pdf: 873775 bytes, checksum: 569e9acbb6c8f6e1ac86e5b1913d3b8f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A cada ano que passa a necessidade de desenvolver novas técnicas de prevenção de falhas em equipamentos vem crescendo continuamente, devido à grande necessidade de obtenção de lucros com o menor custo de manutenção possível. Atualmente, turbinas à gás, são equipamentos de extrema importância para industrias de petróleo e gás, devido sua grande capacidade de geração de energia cinética para acionamento de compressores e geradores de energia. Os custos de manutenção, formação de verniz no sistema de óleo e disponibilidade são algumas das preocupações mais importantes que se deve ter com uma turbina a gás. Um bom planejamento de manutenção otimizará os custos e maximizará a disponibilidade destes equipamentos. Os programas de manutenção devem ser eficazes, todas as recomendações do fabricante do equipamento devem ser seguidas, como o número e tipos de inspeção realizadas, peças sobressalentes, e outros fatores importantes que afetam a vida útil dos componentes e o funcionamento do equipamento. Dentre as inspeções realizadas pode-se encontrar a análise de vibração, boroscopia, termografia e a análise de óleo lubrificante. Neste trabalho são apresentadas as técnicas utilizadas na análise preditiva de óleo lubrificantes e um histórico das análises de óleo de um caso real de turbina a gás em que são observados e discutidos o procedimento ideal da realização de coletas das amostras de óleo de turbinas a gás desde o planejamento até o envio aos laboratórios para análise, verificação e diagnóstico / Each passing year the necessity to develop new techniques to prevent equipment failures increases continuously due to the great need of financial gain at the lowest possible maintenance costs. Currently, gas turbines are extremely important equipment for oil and gas industries, because to its great capacity to generate kinetic energy to drive compressors and generators. Maintenance costs, formation of varnish in the oil system and availability are some of the most important concerns that must be taken with a gas turbine. Good planning will optimize maintenance costs and maximize the availability of this equipment. Maintenance programs must be effective, all the equipment manufacturer's recommendations should be followed, as the number and types of inspections performed, spare parts, and other important factors that affect the life of the components and operation of equipment. Among the inspections it can be performed to find the vibration analysis, endoscopy, thermography and analysis of lubricating oil. This work will present the techniques used in predictive analysis of oil lubricants and oil analysis history of a real case of a gas turbine that will be seen and discussed the ideal procedure of carrying out collections of samples of oil from gas turbines planning to send to laboratories for analysis, verification and diagnosis