Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-02T17:32:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoEspectralLocalizacao.pdf: 36751428 bytes, checksum: 91ff2c96311b8efad399a416dbaad775 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:02:37Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T14:15:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoEspectralLocalizacao.pdf: 36751428 bytes, checksum: 91ff2c96311b8efad399a416dbaad775 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T15:52:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoEspectralLocalizacao.pdf: 36751428 bytes, checksum: 91ff2c96311b8efad399a416dbaad775 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T15:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoEspectralLocalizacao.pdf: 36751428 bytes, checksum: 91ff2c96311b8efad399a416dbaad775 (MD5) Previous issue date: 2014-08-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é estabelecida uma metodologia baseada em análise espectral para localização de múltiplas descargas parciais na região dielétrica de bobinas de hidrogeradores. Esta localização de várias descargas objetiva viabilizar diagnóstico preventivo da região isolante da bobina. É concebido um modelo computacional utilizando-se o método das diferenças finitas no domínio do tempo para solucionar numericamente as equações de Maxwell, o qual é validado experimentalmente. O campo elétrico transitório associado a descargas parciais que ocorrem em diferentes posições da bobina é registrado e seu espectro, após processamento e análise estatística, é utilizado para realizar o diagnóstico. Em aproximadamente 90% das simulações realizadas, estimativas precisas da localização das descargas foram obtidas. Um novo método de injeção de sinais de descargas parciais também foi desenvolvido neste trabalho. / A methodology based on spectral analysis is established for performing localization of multiple partial discharges in dielectric region of hydro-generators coils. This pinpointing of multiple discharges aims to provide means for performing preventive diagnosis of the insulating region of the referred coil. A computer model of the structure was conceived by using the finite-difference time-domain method (FDTD-3D) to numerically solve Maxwell’s equations, which is experimentally validated. The transient electric field associated with partial discharges that occur at different positions of the coil is calculated and its spectrum, after processing and statistical analysis, is used to perform the diagnosis. In approximately 90% of simulations, accurate estimates of simultaneous discharges location were obtained. Transient numerical results are in agreement with literatures measurements performed experimentally. A new method of injection of partial discharge signals was also developed in this work.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2014-01-13T19:23:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2014-01-16T14:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-16T14:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho tem como objetivo geral analisar experimentalmente técnicas para medição de descargas parciais nos enrolamentos estatóricos de hidrogeradores. Para atingir o objetivo proposto, primeiramente foi realizado um estudo bibliográfico sobre como é a estrutura dos enrolamentos do estator, com ênfase na isolação elétrica, assim como os conceitos de descargas parciais e técnicas empregadas para medição em hidrogeradores. Em seguida, foi montado em laboratório um arranjo experimental para o estudo das técnicas de medição de descargas parciais nos enrolamentos do estator utilizando seis acopladores diferentes, sendo quatro acopladores capacitivos convencionais de 80, 220, 500 e 1000 pF, e dois sistemas experimentais, uma antena SSC fabricada com microfita e um cabo coaxial RG 58, desencapado, utilizado como antena. A avaliação da sensibilidade destes seis sistemas foi divida em duas etapas: primeiro foi analisada a resposta dos acopladores à aplicação de um sinal conhecido de calibração e, em seguida, foi analisada a resposta dos mesmos durante ensaios com alta tensão. Para aplicação de um sinal conhecido de calibração os acopladores capacitivos apresentaram maior sensibilidade em relação à antena e ao cabo coaxial. Já a resposta durante os ensaios com alta tensão mostrou que a sensibilidade da antena é maior que a do método convencional de medição de descargas parciais em hidrogeradores, baseado em acopladores capacitivos de 80 e 220 pF. Os resultados obtidos em laboratório mostraram que a medição de descargas parciais através da antena pode ser realizada de forma satisfatória na avaliação da condição operacional dos enrolamentos do estator de hidrogeradores, sem perda significativa de informação e com aumento significativo de sensibilidade na quantificação do fenômeno, cerca de duas vezes maior que a sensibilidade do acoplador de 220 pF e quatro vezes a do acoplador de 80 pF. / This paper aims at analyzing experimental techniques for partial discharges measuring in the stator windings of hydrogenerators. To reach the goal, first proposed a study of the literature on how the structure of the stator windings, with an emphasis on electrical insulation, as well as the concepts of partial discharges and techniques used for measuring in hydrogenerators. It was then mounted in a laboratory arrangement for studying techniques for measuring partial discharges in the stator winding using six different couplers, four conventional capacitive couplers 80, 220, 500 and 1000 pF, and two experimental systems, an antenna, ribbon coaxial cable and RG 58, bare used with the antenna function. The evaluation of the sensitivity of these six systems has been divided in two steps: first were analyzed the responses of couplers applying a known calibration signal, and then analyzed the response of the same high voltage during testing. For application of a known signal calibration the capacitive couplers showed greater sensitivity than antenna and coaxial cable. Already during the response tests showed that the High Voltage sensitivity of the antenna tape is larger than the conventional method of measuring partial discharges in hydro using capacitive couplers 80 and 220 pF. The results obtained in the laboratory showed that the measurement of partial discharges through the antenna tape can be performed satisfactorily in the evaluation of the operating condition of the stator windings of hydro, without either significant loss of sensitivity information or the quantification of the phenomenon.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-28T14:26:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPadroesDescargas.pdf: 2325678 bytes, checksum: 6b9320d0926975fccc3a7fc2af19d0d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-28T16:10:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPadroesDescargas.pdf: 2325678 bytes, checksum: 6b9320d0926975fccc3a7fc2af19d0d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T16:10:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPadroesDescargas.pdf: 2325678 bytes, checksum: 6b9320d0926975fccc3a7fc2af19d0d4 (MD5) Previous issue date: 2015-09-24 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta dissertação apresenta os experimentos com aplicações de técnicas de Inteligência computacional para caracterização de descargas parciais em hidrogeradores. A classificação das descargas parciais contribui para uma análise prévia de problemas e permite a manutenção preditiva nas máquinas, reduzindo a possibilidade de falhas nas mesmas. Os dados foram coletados de modo online (máquina em operação) na Usina Hidrelétrica de Tucuruí, sendo observados os padrões de descarga interna, de laminação e entre barras. O software IMA-DP, desenvolvido em parceria entre Eletronorte e Cepel, permitiu que esses dados fossem medidos e registrados de maneira rápida, e organizados através dos mapas PRPD (Phase Resolved Partial Discharges). As técnicas de binarização, ANOVA (Analisys of Variance), ACI (Análise de Componentes Independentes) e ACP (Análise de Componentes Principais) foram aplicadas aos sinais para adequar os mesmos ao uso das técnicas de inteligência computacional. O trabalho foi desenvolvido no ambiente IPython usando a biblioteca scikit-learn, a qual possui eficientes algoritmos de inteligência. Os experimentos foram realizados fazendo-se uso das técnicas: KNN (K-Nearest Neighbors.), Floresta Randômica e MVS (Máquinas de Vetores de Suporte). Tais técnicas apresentaram bons resultados com os experimentos realizados, destacando-se aqueles obtidos para MVS que apresentaram os melhores resultados, atingindo uma acurácia de 96.07%, devido possuir mecanismos de seleção das principais variáveis durante o processo de treinamento. / This master's thesis presents the experiments with applications of computational intelligence techniques for the characterization of partial discharges in hydrogenerators. The classification of the partial discharge contributes to a prior analysis problems and allows predictive maintenance on machinery, reducing the possibility of failures in them. Data were collected online mode (operation machine) in the Tucuruí Hydroelectric Power Plant, observed the internal discharge standards, delamination and between bars. The IMA-DP software, developed in partnership with Eletronorte and Cepel, allowed these data were measured and recorded quickly, and organized through PRPD maps (Phase resolved Partial Discharges). Binarization techniques, ANOVA (Analisys of Variance), ICA (Independent Component Analysis) and PCA (Principal Component Analysis) were applied to the signals to adapt them to the use of computational intelligence techniques. The study was developed in IPython environment using scikit-learn library, which has efficient intelligence algorithms. The experiments were performed making use of techniques: KNN (K-Nearest Neighbors), Random Forest and MVS (Support Vector Machines). Such techniques showed good results with the experiments, highlighting those obtained for MVS that showed the best results, achieving an accuracy of 96.07%, due possess selection mechanisms of the main variables during the training process.

O campo magnético estabelecido no entreferro das máquinas síncronas é responsável pela transmissão do torque e potência desejados, porém é também precursor de forças radiais inerentes. Tais forças combinadas à resposta dinâmica do sistema mecânico podem resultar em vibração excessiva do núcleo do estator, o que em geral é indesejável devido a eventuais danos e redução de vida útil decorrentes. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver modelos e simulações focados nas forças eletromagnéticas atuantes no núcleo do estator de tal forma que estes possam contribuir para compreensão global dos fenômenos envolvidos bem como para refinamento de resultados já conhecidos. De forma complementar, modelos mecânicos analíticos do núcleo do estator existentes na literatura serão explorados com a finalidade de, em conjunto com as forças eletromagnéticas encontradas, se obter o comportamento vibracional global da estrutura do núcleo do estator. Validação experimental dos resultados também é discutida com base em ensaios em duas máquinas reais. / The magnetic field established in the airgap of a synchronous machine is responsible for the desired torque and power transmission; however it is also precursor of inherent radial forces. Such forces combined to the dynamic response of the mechanical system can result in excessive stator core vibration, what is in general undesirable due to eventual damages and life span reduction. This work has the main objective of developing models and simulations focused on the electromagnetic forces acting on the stator core in such a way that they can contribute for the global comprehension of involved phenomena as well as for the refinement of already known results. Complementarily, analytical mechanical models of the stator core available in the literature will be explored with the goal of, in conjunction with the obtained electromagnetic forces, deriving the global vibrational behavior of the stator core structure. Experimental validation of results is also discussed based on tests performed in two real machines.

[pt] Problemas com incrustações em equipamentos são frequentes em equipamentos de resfriamento de mancais de turbinas hidráulicas e hidrogeradores, drasticamente comprometendo a sua eficiência de operação. Pesquisas aplicadas buscam a eficiência térmica dos trocadores de calor por meio da mitigação do fouling formado nesses equipamentos. Esta dissertação de mestrado tem por objetivo avaliar a eficácia de uma alternativa tecnológica de limpeza dos tubos do trocador de calor que faz uso de esferas abrasivas para mitigar indesejáveis incrustações em trocadores de calor utilizados no arrefecimento de hidrogeradores. A motivação da pesquisa deu-se no contexto do projeto de PeD Light-Aneel Ref.: 07/2011, Proposição de solução inovadora para o sistema de resfriamento dos hidrogeradores da Usina Fontes Nova, desenvolvido pelo Programa de Pós-graduação em Metrologia da PUC-Rio. Superando o desafio de oferecer um método de limpeza que evita a raspagem mecânica e o uso de produtos químicos, o trabalho construiu um equipamento e validou uma alternativa tecnológica de limpeza, que opera on-line, portanto sem a necessidade de parada técnica da usina para realizar a manutenção. A metodologia utilizada fundamenta-se na análise do desempenho hidrodinâmico e térmico do trocador de calor quando assistido pelo sistema proposto. Dentre os resultados, destacam-se (i) o caráter prático da alternativa de limpeza proposta, que realiza a limpeza sem a necessidade de interromper a geração e (ii) o estudo da velocidade ótima das esferas para assegurar eficácia do processo de desobstrução dos trocadores. Os resultados favoráveis dos testes de desempenho realizados em laboratório e no campo consubstanciam a conclusão do trabalho, permitindo validar a técnica e o protótipo de equipamento construído para ser utilizado nas condições reais de operação da usina. / [en] Formation and deposit of fouling is a common problem encountered in heat exchangers, bearings of hydraulic and hydro turbines, drastically reducing their operation efficiency. Applied research continuously seeks for gains in thermal efficiency by encouraging fouling mitigation in the internal passages of heat exchangers. This dissertation aims to evaluate the effectiveness of a technological alternative for cleaning heat exchanger tubes by the use of abrasive spheres to mitigate undesirable fouling in heat exchangers used in hydro generators cooling. The motivation of the research took place in the context of the ReD project Light- Aneel 07/2011, entitled Innovative solution for fouling mitigation of heat exchangers used in the cooling system of the Fontes Nova Power Plant, developed by the postgraduate Metrology Programme of Catholic University of Rio de Janeiro, financed under a Brazilian government regulated R&D Programme. Overcoming the challenge of providing a cleaning method that prevents the mechanical scraping and the use of chemicals, a prototype of an equipment was built and validated as a technological alternative cleaning tool, which operates online, therefore without the need to shutdown the power plant to perform the heat exchanger maintenance. The methodology is based on the analysis of hydrodynamic and thermal performance of the heat exchanger when assisted by the envisioned system. Among the results achieved, the work highlights (i) the practical character of the cleaning alternative proposed, which performs the cleaning without the need to interrupt the electrical energy generation and (ii) the study of the optimum speed that must be imposed to the abrasive spheres to ensure effectiveness of the unclogging process of the exchangers. The favourable results emerged from the performance tests carried out in the laboratory and in the field environments substantiate the conclusion of the work, validating the technical method and the prototype of the equipment to operate in the real conditions of the power plant.

[pt] Esta dissertação teve como objetivo desenvolver uma sistemática de monitoramento para avaliar, em tempo real, a efetividade térmica de trocadores de calor (água-ar) do sistema de arrefecimento de hidrogeradores. A motivação resultou da possibilidade de se estabelecer ganhos de efetividade pela racionalização do procedimento de limpeza. Como metodologia de desenvolvimento do trabalho, duas estratégias foram perseguidas: (i) proposição de alternativas de cálculo da efetividade sem a necessidade de medir a temperatura de saída do ar (fluido quente do trocador) em um complexo escoamento perturbado por sucessivos descolamentos da camada limite em torno de cada tubo do trocador e (ii) validação da alternativa de cálculo da efetividade com base em dados reais de monitoramento de um trocador de calor de hidrogerador, em operação contínua, mesmo durante a sua limpeza on-line, portanto sem requerer a parada técnica das turbinas. Dentre os resultados, duas alternativas de cálculo da efetividade do trocador foram desenvolvidas: (i) via solução numérica do sistema de equações que governam os mecanismos de transferência de calor e (ii) via uma versão adaptada do método Épsilon-NTU, que avalia a efetividade de um trocador de calor de seis passes modelando-o como um arranjo em série de seis trocadores de um único passe. As alternativas de cálculo da efetividade apresentam concordância de cerca de 1 por cento e com baixo nível de incerteza (0,012), podendo diferir em até 30 por cento quando confrontadas com o método usual fundamentado na medição da temperatura de saída do ar. Como conclusão, as alternativas propostas mostraram-se adequadas para calcular a efetividade do trocador de calor do sistema de arrefecimento dos hidrogeradores da usina Fontes Nova (Piraí/RJ), monitorado ao longo de um período de 11 meses e sem requerer a interrupção da geração. / [en] This dissertation aimed to develop a monitoring system to evaluate, in real time, the thermal effectiveness of heat exchangers (water-air) of the cooling system of hydrogenerators. The motivation resulted from the possibility of establishing gains in effectiveness by rationalizing the cleaning procedure. As a methodology for the development of the work, two strategies were pursued: (i) proposition of alternatives for calculating effectiveness without the need to measure the outlet temperature of the air (hot fluid of the exchanger) in a complex flow disturbed by successive detachments of the boundary layer around each tube of the exchanger and (ii) validation of the alternative of calculating the exchanger effectiveness based on real data acquired during the continuous operation of the hydrogenerator unit, including the online cleaning process of the exchanger without the technical stop of the turbines. Among the results, two alternatives for calculating the effectiveness of the exchanger were developed: (i) via a numerical solution of the system of equations that govern the heat transfer mechanisms involved and (ii) via an adapted version of the Epsilon-NTU method, which evaluates the effectiveness of a six-pass heat exchanger modeling it as a series arrangement of six single pass heat exchangers. The alternatives for calculating the exchanger effectiveness have an agreement of about 1 percent and with low level of uncertainty (0.012), which may differ by up to 30 percent when compared with the usual method based on the measurement of the outlet air temperature. In conclusion, the proposed alternatives proved to be adequate to calculate the effectiveness of the heat exchanger of the cooling system of the hydrogenerators at the Fontes Nova plant (Piraí / RJ), monitored over a period of 11 months and without requiring interruption of the generation.

[pt] A dissertação de mestrado tem por objetivo estudar a indesejável formação do fouling no sistema de arrefecimento dos hidrogeradores da usina hidrelétrica Fontes Nova com vistas a propor técnicas alternativas para a sua mitigação. Mais especificamente, avaliar o desempenho de uma técnica antifouling que expõe o escoamento à ação de um campo elétrico externo. A pesquisa foi motivada (i) pela perspectiva de contribuir para o entendimento do complexo fenômeno de formação e mitigação do fouling e (ii) pelo desafio de propor um método on-line, não invasivo, de simples operação, em contraposição aos métodos de limpeza mecânica e química normalmente ofensores do meio ambiente e que requerem a interrupção da geração. Desenvolvido no contexto do projeto de PeD Light/Aneel Ref. OKE 06-07 intitulado Tecnologia de tratamento de água de refrigeração da usina Fontes Nova, a pesquisa, de natureza experimental e quantitativa, desenvolveu-se com base numa metodologia que avalia o desempenho hidrodinâmico e térmico do trocador de calor quando submetido à ação do dispositivo antifouling estudado. Os resultados do trabalho permitiram concluir que a incrustação predominante é de natureza Bio (biofouling) e que embora o dispositivo não invasivo iniba a formação dos indesejáveis micro-organismos que obstruem o trocador e afetam a sua eficácia de operação ele não elimina o problema. A partir dessa constatação, uma técnica alternativa de limpeza on-line que faz uso de esferas abrasivas foi concebida e projetada para promover a limpeza do trocador de calor em operação. / [en] The objective of the master thesis is to study the undesirable formation of fouling in the cooling system of hydroeletric generators of Fontes Nova Power Plant with the view to propose an alternatives techniques for its mitigation. more specifically, to assess the performance of an antifouling device that exposes the flow to the action of an external electric field. The research was motivated by the perspective of contributing to the understanding of the complex phenomenon associated with the formation and mitigation of fouling and by the challenge of proposin an alternate on-line, non-invasive method, of simple operation, contrasting to conventional of mechanical and chemical cleaning methods that normally offender the environment and requires interruption of the generation. Developed in the context of the project R and D light/aneel Ref. OKE 06-07 entitled Technology for treatment of refrigeration water of the Fontes Nova Power Plant, the research, of quantitative and experimental nature, was developed based on a methodology that assess the of hydrodynamic and thermal performance of the heat exchanger when submitted to the action of the antifouling device studied. The results of the work support the conclusion that the fouling is of a biological nature (biofouling) and that although the non-invasive device inhibits the formation of the unwanted microorganisms that block the exchanger and affect its effectiveness of operation it does not eliminate the problem. An alternative on-line cleaning technique that makes use of abrasive spheres was designed and engineered to clean the heat exchanger in operation.