FIGENER realiza estudos em CFD para as Usinas Térmicas

Em meados de 2014, a Figener iniciou seus estudos em modelagem matemática de dinâmica de fluidos e fluxo de calor (CFD). Foi simulado o escoamento de ar atmosférico em Usinas Termelétricas (UTEs).

O estudo consistiu na análise do escoamento do vento atmosférico ao redor de usinas termoelétricas e na determinação de recirculações de ar quente provindo de seus sistemas de resfriamento. Paralelamente realizou um aprendizado do software OpenFOAM, programa de cálculo de volume finitos capaz de resolver iterativamente diversas equações de derivadas parciais como a de Navier-Stokes, a do transporte e a de Poisson, as quais possuem um grande número de variáveis e necessitam do cálculo de vários parâmetros simultaneamente.

Esse estudo objetivou diagnosticar a perda da capacidade de produção dos moto geradores e o sobreaquecimento do fluído de refrigeração devido a ineficiência dos radiadores, e com isso a redução da produção de energia elétrica das usinas. O trabalho dos engenheiros da FIGENER compreendeu nos levantamentos de dados em campo, modelagem, simulações e análise de alternativas.

 

Modelagem e Simulações

A FIGENER realizou os cálculos das simulações com o software OpenFOAM, programa que possui um modelo matemático robusto capaz de simular o escoamento de fluidos no entorno de geometrias complexas e a interação fluido-transferência de calor. A execução do software foi feita em ambiente Linux devido a sua maior estabilidade e velocidade de comunicação com hardware.

Nos modelos adotados, a usina opera em regime permanente e o ar atmosférico é mantido com velocidade e direção constantes. A plena carga de todos os sistemas foi considerada nos cálculos preliminares dos dados de entrada das simulações, para verificação do adequado funcionamento desses mesmos sistemas.

Os seguintes itens são levados em consideração:

  • velocidade e direção do vento;
  • velocidades e temperaturas do ar de resfriamento dos radiadores;
  • velocidade e temperatura dos gases de combustão;
  • geometria e localização da casa de máquinas e dos radiadores
  • geometria e localização de galpões ao redor da casa de máquinas os quais podem influenciar no escoamento do ar atmosférico.

O software realiza os balanços de massa e térmico de cada volume criado, de forma a respeitar as equações de Navier-Stokes e do transporte e as condições de contorno impostas, identificando as linhas de corrente e a variação da temperatura do ar fluido que por elas passam. Com isso foi possível determinar o incremento de temperatura nos diversos grupos de controle, como tomada de ar de combustão dos motores e entrada de ar de resfriamento dos radiadores.

Os cálculos posteriores ao processamento de dados das simulações foram realizados diretamente em planilhas Excel, os quais consistem basicamente em:

  • Estimativas do fluxo de energia proveniente da combustão;
  • Cálculos dos ventiladores;
  • Balanços de massa e energia;
  • Cálculos de temperatura média das entradas de ar dos radiadores e da casa de máquinas e das tomadas de ar de combustão.

 

Diagnósticos e Alternativas

Com base nessas simulações foi possível caracterizar as condições atuais de operação da usina, identificar as fontes de calor que ocasionam a perda de potência dos motores devido à alta temperatura do ar de combustão e assim elaborar alternativas técnicas para redução da temperatura das entradas dos radiadores e moto geradores.

 

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