Elaboração de um modelo matemático para simulação da instalação de turbina à gás Cussons P.9003 / 124.

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1 Trabalho de Licenciatura Elaboração de um modelo matemático para simulação da instalação de turbina à gás Cussons P.9003 / 124. Autor: Dias, Carlos João. Supervisor: Doutor Eng.º Jorge Olivio Penicela Nhambiu. Maputo, Setembro de 2005.

2 ESTRURA DO TRABALHO OBECTIVOS HISTORIAL DAS TURBINAS A GÁS CALOR DE REACÇÃO TEMPERATURA ADIABÁTICA DE CHAMA MODELO MATEMÁTICO APARATO EXPERIMENTAL APLICATIVO INFORMÁTICO DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3 OBJECTIVOS O presente trabalho tem como objectivo principal a elaboração de um modelo matemático dos processos termodinâmicos que ocorrem na instalação de turbina à gás CUSSONS P para ser usado como complemento na disciplina de Motores Térmicos

4 HISTORIAL DAS TURBINAS A GÁS O que é turbina a gás? Turbinaagásé uma maquina térmica assim como o motor de combustão interna, em que na qualidade de fluido motor utiliza uma mistura de ar e combustível na primeira etapa e produtos de combustão na segunda. As turbinas a gás tiveram um grande desenvolvimento na altura da segunda guerra mundial. Actualmente as turbinas a gás são consideradas o segundo meio mais utilizado para produção de energia.

5 HISTORIAL DAS TURBINAS A GÁS. (Continuação) O ciclo de Brayton de ar normal, é o ciclo ideal de uma turbina a gás simples. Combustível Câmara de combustão Compressor Turbina

6 HISTORIAL DAS TURBINAS A GÁS. (Continuação) Esquema duma instalação de turbina a gás simples, com regeneração Câmara de combustão Câmara de combustão Entrada de Ar Compressor Ar Comprimido Ar Pre-aquecido Gás quente Turbina Gás de escape

7 HISTORIAL DAS TURBINAS A GÁS. (Continuação) Esquema duma instalação de turbina a com gás com arrefecimento Entrada de Ar Resfriador Câmara de combustão Câmara de combustão Compressor de baixa pressão Compressor de alta pressão Gás quente Turbina Gases de escape

8 CALOR DE REACÇÃO O que é calor de reacção? Quando uma unidade de combustível arde com a quantidade de oxigénio quimicamente correcta, o calor de reacção, representa a energia adicionada para trazer os produtos da combustão a sua temperatura inicial.

9 CALOR DE REACÇÃO. (Continuação) Calorímetro de fluxo constante T.saída Volume de Control Combustível + ar 298K Produtos 298K Água T.entrada

10 TEMPERATURA ADIABÁTICA DE CHAMA Factor limitante para a quantidade de combustível. Diferentes combustíveis produzem diferentes temperaturas adiabáticas. Influência da composição dos reagentes da mistura.

11 Relação Ar-Combustível(RAC) Combustão (continuação) O RAC, relação ar combustível, é a relação entre a massa do ar e a do combustível que participam na combustão. Onde: RACs - relação ar-combustível estequeometrica. RACa - relação ar-combustível actual.

12 Determinação do coeficiente que indica o excesso de ar λ Combustão (continuação) O coeficiente de excesso de ar λ, é a razão entre a relação ar combustível actual sobre a estequiométrica, como se segue na expressão: λ = 1 mistura estequiométrica λ < 1 mistura rica λ = 1 mistura pobre

13 MODELO MATEMÁTICO EXTRUTURA DO MODELO MATEMÁTICO Modelo de Compressão. Modelo de Combustão. Modelo de Expansão.

14 Fluxograma

15 APARATO EXPERIMENTAL Entrada de gás Câmara de Combustão Unidade de Ignição Medidor de Venturi Bomba de Óleo Turbina de energia Alternador Escape Tanque de Óleo

16 APLICATIVO INFORMÁTICO Programa Simulador. Porquê Simulação? Linguagem? Objectivos?

17 DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES Validade do programa simulador. Gráfico dos resultados experimentais da instalação

18 DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES. (continuação)

19 DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES. (continuação)

20 DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES. (continuação) Para 800 R.P.M a curva experimental ultrapassa a curva simulada em 71W, o que significa um desvio de 8%, valor que por não ultrapassar os 10%, considerase aceitável. De acordo com os resultados obtidos, pode-se afirmar que os objectivos traçados no inicio do trabalho foram alcançados. Deste modo considera-se que o modelo de simulação apresentado é aplicável.

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