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Tipo: TCC
Título: Análise de exergia de uma usina termoelétrica que opera em ciclo combinado
Título em inglês: Exergy analysis of a thermoelectric plant operating in combined cycle
Autor(es): Pereira, Caio Crisóstomo
Orientador: Rios, Maria Alexsandra de Sousa
Palavras-chave: Exergia;Ciclo combinado;Turbina a gás;Turbina a vapor;Termoelétrica;Eficiência
Data do documento: 2018
Citação: PEREIRA, Caio Crisóstomo. Análise de exergia de uma usina termoelétrica que opera em ciclo combinado. 2018. 51 f. Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Resumo: No presente trabalho realizou-se uma análise de exergia de uma usina termoelétrica que opera em ciclo combinado, Brayton e Rankine, com dois conjuntos de turbinas a gás e um de turbina a vapor com potência de 326 MW. Utilizando os dados coletados diretamente do sistema de controle da planta, como pressões, temperaturas e vazões, foi possível avaliar as condições operacionais dos principais equipamentos instalados: compressores, câmaras de combustão, turbinas a gás e a vapor, caldeiras e condensador. Desse modo, verificou-se que as turbinas a gás, de mesmo modelo, operam em condições similares, com pequenas diferenças entre si. Além disso, a câmara de combustão se mostrou o equipamento com maior destruição de exergia, com 65,93% do total da usina e aproximadamente 80% das perdas do ciclo Brayton, e eficiência de exergia de 78,61% na primeira máquina e 78,69% na segunda. No ciclo Rankine, verificou-se que as duas caldeiras apresentaram perdas significativas para o processo e, analisando estes componentes, notou-se uma variação considerável entre as duas, uma vez que a caldeira de referência 01 opera com 23,19% de destruição de exergia a mais que a caldeira 02, representando um desvio operativo digno de estudo mais preciso. Esses dois componentes juntos representam 60,16% do total de energia útil perdida neste ciclo e 10,17% do total da planta. Ademais, encontrou-se um título de 92% na exaustão da turbina a vapor, com evidente prejuízo a este equipamento, o qual apresentou recentes falhas nas pás do estágio de mais baixa pressão. O condensador é o equipamento com a pior eficiência de exergia da planta, com apenas 59,15%, enquanto as turbinas e compressores têm valores acima de 90%. Por fim, construíram-se diagramas de Sankey a fim de melhor ilustrar o fluxo de exergia ao longo dos dois processos de geração de energia.
Abstract: In this study, an exergy analysis was developed in a thermoelectric power plant that runs in combined cycle, Brayton and Rankine, with two sets of gas turbines and a set of steam turbines, with 326 MW of installed power. Using the data collected directly from the plant control system, such as pressures, temperatures and flows, it was possible to evaluate the main installed equipments operative conditions: air compressors, combustion chambers, gas and steam turbines, boilers and condenser. Thereby, it was verified that both gas turbines, which are of the same model, operate under similar conditions, with small differences between them. Furthermore, the combustion chamber showed itself as the equipment with the highest exergy destruction levels, with 65.93% out of the total power plant and nearly 80% of Brayton cycle losses, with also only 78.61% of exergy efficiency for the first machine and 78.69% for the second one. In Rankine cycle, it was verified that both boilers developed significant losses to the process and, analyzing these elements, a considerable variation between them both was noticed, since the number 01 boiler operates with 23.19% higher exergy destruction than number 02 boiler, which represents a deviation worthy of more precise studies. Both boilers represent 60.16% of the total useful energy lost in Rankine cycle but 10.17% of the plant total. Moreover, a steam quality of 92% was found at the steam turbine exhaust, with evident damages to this equipment, which revealed recent erosion failures at low pressure blades stage. The condenser was the equipment with the plant worst exergy efficiency, with only 59.15%, while the turbines and compressors had values above 90%, at least. Sankey’s Diagrams were built to improve the exergy flow visualization in both thermodynamics cycles.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/54853
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