masterThesis
Estudo paramétrico do comportamento de uma microturbina a gás em cargas parciais fora das condições ISO
Autor
PINTO, Marcus Vinícius Adorno Borges
Institución
Resumen
Este trabalho objetivou a simulação e análise paramétrica de uma microturbina a gás, com capacidade de geração de 30kW de potência elétrica, considerando o seu comportamento em cargas parciais e fora das condições ISO. Para a sua execução foi aplicada uma modelagem matemática, baseada em equações características do mapa de operação dos componentes da microturbina, tais como compressor e turbina expansora, além das equações clássicas da termodinâmica para a caracterização do estado do fluido em cada componente da microturbina. Uma parte deste modelo é composto por um sistema não linear contendo 7. Devido a isso, a solução do mesmo foi realizada com o auxílio de um solver de equações. Para representar de maneira fidedigna o comportamento real da microturbina, este modelo necessita da escolha correta de alguns parâmetros de correção que devem ser adotados de acordo com as características específicas dos equipamentos componentes. Foi dada atenção especial ao parâmetro z, referente às características do recuperador da microturbina, chegando ao melhor valor para a simulação da mesma. Após a implementação do modelo, o mesmo foi comparado com dados experimentais a fim de verificar a sua validade. Todos os dados utilizados foram obtidos nas condições de projeto da microturbina, com carga nominal, temperatura ambiente de 15°C e pressão ambiente de 101,3kPa. Após realizada a validação, foram feitas análises do efeito da variação das condições ambientes de temperatura e pressão na variação do desempenho da microturbina. Como resultado, observou-se que o aumento da temperatura ambiente acarretava na diminuição da potência gerada pela microturbina além do maior consumo e maior taxa de energia perdida nos gases de exaustão. Para a pressão ambiente, foi observado que, quanto maior ela fosse, maior a eficiência, menor o consumo e maior a potência gerada na microturbina. Quando comparado os dois efeitos em conjunto, percebeu-se que a pressão ambiente tinha efeito preponderante no comportamento da turbina em relação à temperatura. Ao fim do trabalho, o programa de simulação pode agora ser utilizado como componente de um programa mais amplo que visa simular todo um sistema de cogeração implementado no laboratório COGENCASA pertencente à Universidade Federal de
Pernambuco. CAPES This work intend to simulate and perform a parametric analysis of a gas microturbine, capable to generate 30 kW of electric power, considering its behavior in partload conditions and out of ISO conditions. To make it possible, a mathematical modeling was applied, based on equations capable to obtain the characteristic map of the microturbine components, such as compressor and expander. A part of this model is composed of a nonlinear system containing 7. Due to this, the solution of the same one was realized with the aid of a solver of equations. To accurately represent the actual microturbine behavior, this model requires the correct choice of some correction parameters that must be adopted according to the specific characteristics of the component equipments. Special attention was given to the parameter z, referring to the microturbine recuperator, reaching, after some analysis, the best of value of z parameter for microturbine simulation. All the data used were obtained under microturbine design conditions, with nominal load, environmental temperature of 15 ° C and environmental pressure of 101,3kPa. After model implementation, it was performed a analysis of the effect of environmental temperature and pressure conditions on microturbine performance. As result, it was observed that increase in the environmental temperature resulted in the decrease of the power generated by the microturbine besides the higher consumption and higher energy rate lost in the exhaust gases. For the environmental pressure, it was observed that the larger it was, the greater the efficiency, the lower the consumption and the greater the power generated in the microturbine. When both effects were compared together, it was noticed that the environmental pressure had a preponderant effect on the behavior of the turbine in relation to the temperature. At the end of the work, the simulation program can now be used as a component of a broader program to simulate an entire cogeneration system implemented in the COGENCASA laboratory belonging to the Federal University of Pernambuco.