Análise paramétrica e econômica de trocadores de calor compactos para turbinas a gás regenerativas.

Abstract

Neste trabalho foi realizada uma análise paramétrica e econômica de recuperadores para uma microturbina a gás regenerativa de 600 kW. A primeira etapa do trabalho consistiu em uma comparação das dimensões da matriz com várias superfícies de transferência de calor. As superfícies mais compactas foram usadas para um projeto preliminar. Posteriormente, modificações na geometria da superfície mais compacta foram realizadas visando a análise paramétrica das superfícies através da Dinâmica de Fluido Computacional (CFD), usando o software Ansys CFX 12. Também foi analisada a influência do tipo de combustível usado na microturbina sobre o projeto do recuperador. Foram realizados os cálculos das dimensões da matriz do recuperador usando dois combustíveis: o gás natural e o gás resultante da gaseificação da biomassa, o syngas. Como o syngas possui um poder calorífico inferior menor do que o gás natural, sua vazão em massa é muito maior do que a do gás natural. Isso provoca significativas alterações no desempenho e no comportamento da microturbina a gás. Algumas dessas alterações dizem respeito à vazão de ar e dos gases de exaustão, bem como à mudança da composição química desses gases. Essas mudanças, por sua vez, influenciam no projeto de recuperadores das microturbinas. Para que os resultados obtidos através da utilização do software CFX 12 fossem considerados confiáveis, foi necessário realizar uma validação dos resultados e dos modelos de transferência de calor Total Energy e Thermal Energy. Para isso, utilizou-se um trabalho experimental disponível na literatura. Portanto, como contribuições desse trabalho, uma metodologia de projeto de trocador de calor compacto para microturbinas, usando gás natural e syngas como combustíveis, foi desenvolvida e implementada em um programa em FORTRAN, uma análise paramétrica e econômica das superfícies de transferência de calor compactas foi realizada, bem como um estudo térmico e hidráulico do trocador de calor através da Dinâmica de Fluido Computacional (CFD), usando o software Ansys CFX 12.