Estudo paramétrico do comportamento de uma microturbina a gás em cargas parciais fora das condições ISO

Abstract

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.