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IX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CINCIAS TRMICAS

9th BRAZILIAN CONGRESS OF THERMAL ENGINEERING AND SCIENCES

Paper CIT02-0391

PROJETO E ESTUDO DE DESEMPENHO DA CMARA DE COMBUSTO DE UMA MICROTURBINA Fabiano Alves dos Santos Universidade de Braslia - UnB [email protected] Carlos Alberto Gurgel Veras (*) Universidade de Braslia - UnB Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade de Braslia Asa Norte, Braslia, DF, CEP 70910-900. [email protected] (*) Autor correspondente Mrio Olavo Magno de Carvalho Universidade de Braslia - UnB [email protected] Resumo. Neste trabalho apresenta-se de forma sumariada o atual estgio tecnolgico do grupo de Energia e Ambiente do Departamento de Engenharia Mecnica da UnB no projeto e operao de cmaras de combusto aplicadas microturbinas. A cmara de combusto de microturbinas objeto de estudo do grupo h aproximadamente 18 meses. Trs diferentes configuraes j foram testadas com diversos combustveis incluindo-se GLP, leo diesel, gasolina e lcool. Na configurao atual emprega-se gasolina como combustvel e alguns parmetros operacionais foram verificados e esto descritos neste trabalho. Pode-se concluir que a ausncia de ferramentas sofisticadas no projeto da cmara de combusto no implica necessariamente num mal projeto e, mais importante, o emprego de unidades turbocompressoras como sistemas de gerao distribuda no Brasil pode ser uma realidade. Palavras chave: Cmara de combusto, microturbinas, CHEMKIN, gerao distribuda, turbocompressor.

1. Introduo

O desenvolvimento das turbinas a gs se deu com os turbo-reatores para a propulso de aeronaves e migrando em

seguida para aplicaes industriais com turbinas denominadas estacionrias para a produo de energia eltrica. A situao atual do sistema eltrico nacional tem despertado interesse na aplicao das turbinas a gs na produo de energia eltrica. Devido ao estrangulamento sofrido pelo sistema eltrico nacional nos ltimos anos que no consegue suprir o aumento da demanda energtica, ocasionando racionamento no consumo e prejuzos inmeros economia nacional. Grande tem sido o interesse do Sistema Nacional de Energia Eltrica na implantao no pas de uma malha geradora de energia utilizando o gs natural advindo da Bolvia como fonte energtica. A possibilidade de gerao termeltrica vem se destacando no cenrio nacional pela sua implantao relativamente rpida, se comparada ao prazo de um projeto hidreltrico que chega ao dobro de tempo para plantas de gerao de semelhante potncia, segundo informaes da Agencia Nacional de Energia Eltrica ANEEL (2002).Um novo conceito que est sendo introduzido aps a desregulamentao do setor eltrico, tanto no Brasil como em diversos outros pases, o da gerao distribuda. A gerao distribuda definida como a gerao de eletricidade utilizando-se tecnologias modulares e programas de gesto de demanda de modo a ofertar um complemento ao sistema de central de distribuio de eletricidade. Como tecnologias utilizveis destacam-se, elica, solar, microturbinas, grupos geradores diesel, entre outras. A viabilidade de se implantar um programa de gerao distribuda no Brasil, tendo em vista o baixo preo da energia de origem hidreltrica em unidades tipo microturbina, est associado disponibilidade do gs natural. Segundo estudos realizados para o programa a situao da disponibilidade do gs natural no pas apresentada na Tabela 1. Com 20 milhes de m3/dia tem-se uma capacidade de gerao de 5 GW (CC).

ENCIT 2002, Caxambu - MG, Brazil - Paper CIT02-0391

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Tabela 1: Disponibilidade do gs natural no Brasil em milhes de m3/dia, (Rosa, 2001).

Fonte Produo

Queimado nos poos 6,0

Ocioso do gasoduto Bolvia /Brasil 8,0

Injetado nos poos 2,0

Antecipao de produo possvel 3,0

Potencial adicional total ~20,0

A disponibilidade apresentada na Tabela 1 leva o pas a uma situao de baixa utilizao do gs natural que num panorama de curto prazo s poder ser reduzido pela implantao da gerao termeltrica em pequena escala, j que no h no mercado disponibilidade de equipamento para a maioria das termeltricas de grande porte previstas (Rosa, 2001).

O desenvolvimento de unidades que possam gerar potncia de 30-100 kW torna-se uma alternativa tecnolgica de curto prazo importante para a matriz energtica nacional. No mercado internacional os fabricantes de turbinas a gs esto ampliando suas pesquisas nestas unidades e j existe um seguimento de microturbinas disponveis, em empresas como Turbo-Genset e a Capstone Turbine Co. As caractersticas principais das unidades do tipo microturbina esto listadas a seguir:

Gerao de potncia eltrica entre 10 e 500 kW; Baixssimos ndices de emisses, principalmente na queima de gs natural; Possibilidade de operar com diversos combustveis; Baixo custo de operao; Fcil instalao e comissionamento; Tempo de operao compatvel com unidades turbocompressora; Apenas um ou dois eixos giratrios, dependendo da concepo; Gerao eltrica em alta freqncia demandando inverso para 60 Hz; Leveza no conjunto com montagem extremamente compacta; Facilidade na incorporao de recuperadores de calor; Facilidade na integrao com ciclo vapor (combinado) face ao tamanho reduzido no trocador de calor; Facilidade para operar em cogerao; Rudo controlvel.

A utilizao das microturbinas diminuiria a influncia de racionamentos de energia em, por exemplo, centros

clnicos, centrais de processamento de dados e centros comerciais. Em regies afastadas, a produo de energia muitas vezes feita utilizando grupos geradores a diesel, que so caros e no permitem a flexibilidade de combustvel que a da microturbina pode ofertar.

Dentre as caractersticas acima listadas, importante se destacar a importncia na utilizao de tecnologias com baixos ndices de emisses. A Tabela 2 apresenta um comparativo de emisses para CO e NOx de diversas mquinas trmicas. Tabela 2: Comparao de emisses utilizando gs natural.

TECNOLOGIAS NOx CO

CAPSTONE Modelo 330 9 40

Motor combusto interna 170 kW 1500 kW (Sem catalisador) 30 3214 325 833

Motor combusto interna 35 kW (Sem catalisador) 31 454 24 378

Turbinas Industriais 0.8 11 MW 6 140 1 462 (ppm @15% O2)

O objetivo central deste trabalho mostrar o atual estgio do conhecimento tecnolgico do grupo de Energia e

Ambiente da Universidade de Braslia no projeto e operao de cmaras de combusto de microturbinas multicombustvel. Partindo-se de unidades turbocompressora comerciais de mdio porte implementa-se uma pequena unidade de turbina a gs com a introduo de uma cmara de combusto entre a sada do compressor e a entrada da turbina do sistema turbocompressor. Acredita-se que a experincia adquirida neste processo seja fundamental para o desenvolvimento de recursos humanos na rea de turbinas a gs. Diversos trabalhos de graduao foram desenvolvidos no tema e percebe-se, claramente, aumento no domnio tecnolgico dos assuntos referentes a turbinas a gs com maior


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profundidade para aqueles relacionados com a cmara de combusto. Cabe lembrar que no Brasil, o sistema de produo, distribuio e manuteno de unidades turbocompressora aplicadas em caminhes de grande porte significativo. Portanto, pode-se pensar numa alternativa de baixo custo para a produo futura de unidades baseadas na tecnologia das microturbinas uma vez desenvolvido o gerador eltrico de alta rotao.

2. Projeto da Cmara de Combusto

Os requisitos bsicos que fundamentam o projeto de uma cmara de combusto de turbinas a gs so discutidos em Lefebvre (1983) e em Cohen et al. (1996). No projeto da cmara de combusto da microturbina buscou-se atender um maior nmero possvel destes requisitos. Um parmetro de grande importncia a eficincia da queima. A determinao da eficincia combusto a partir da anlise qumica dos gases que deixam o combustor prejudicada devido diluio dos gases. De modo prtico a eficincia da combusto pode ser dada por:

teorico

realb h

h

= (1)

A entalpia de estagnao terica obtida da equao da energia a presso constante incluindo a energia cintica e o

calor da reao. Valores de eficincia menores que 95% no ponto de projeto so considerados insatisfatrios. Segundo Cohen et al. (1996), a geometria da cmara de combusto com os dispositivos de injeo de ar e combustvel deve providenciar, cronologicamente, a ocorrncia dos seguintes processos:

1. Formao da mistura reativa; 2. Ignio da mistura; 3. Propagao da frente de chama; 4. Mistura dos produtos quentes com o excesso de ar para uniformizao da temperatura dos gases que sero

direcionados para a turbina.

O projeto de um combustor prtico deve ser orientado pelos requisitos descritos anteriormente. A Fig. 1 mostra a configurao do combustor tubo-anular projetado para a microturbina.

Figura 1: Ilustrao da cmara de combusto tubo-anular proposta para a microturbina.

Com auxlio da Fig. 1, pode-se identificar os principais componentes a serem dimensionadas para a cmara de combusto. Na entrada, parte superior da figura, identifica-se o separador do escoamento, o corpo central responsvel pela estabilizao da chama e o tubo de chama com as furaes que caracterizam a zona primria e a zona secundria.


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Estes elementos so montados no interior da cmara de combusto propriamente dita. Buscou-se, portanto, neste trabalho, o dimensionamento destes elementos de forma a atender requisitos mnimos para uma operao satisfatria da unidade. A geometria bsica, na forma cilndrica, parece ser a mais simples de se fabricar e, consequentemente, foi adotada. 2.1 Projeto do Difusor

O difusor tem a funo de reduzir a velocidade do fluxo de descarga do compressor. A varivel controlvel o ngulo de divergncia. As dimenses necessrias para a descrio geomtrica do difusor so convenientemente definidas como razo de rea (RA), um comprimento no caracterstico (L/W ou L/R) e o ngulo de divergncia ( 2 ). A razo de rea para um difusor do tipo cnico definida por Lefebvre (1983) como:

221

++= senRLsen

RLRA

oo. (2)

Na Eq. 2, L o comprimento do difusor e Ro o raio de entrada.

Os parmetros de desempenho do difusor segundo Lefebvre (1983) so:

Coeficiente de recuperao de presso, dado por:

De

esRP P

PPC

= , (3)

onde, eP e sP so presses estticas na entrada e sada do difusor, DeP a presso dinmica na entrada dada pela massa

especfica e e a velocidade mdia eu na entrada. A eficincia total definida por Lefebvre (1983) como sendo a relao entre a recuperao de presso ideal e real.

( )211 RACRP

= . (4)

Esta relao baseada na uniformidade dos fluxos de entrada e sada, sendo uma boa representao da eficincia

real de um difusor. O efeito das condies de entrada do fluxo e dos mecanismos de formao da camada limite no desempenho do difusor so discutidos em Lefebvre (1983). A Figura 10 apresenta o desenho do difusor com suas dimenses principais.

Figura 2: Difusor e suas dimenses principais

O difusor projetado cnico e apresenta uma razo de rea de 3,2 e um ngulo de divergncia 2 = 26. A geometria foi definida visando diminuir o tamanho do difusor e por conseqncia do combustor, diminuir a perda de carga e estabelecer padres de velocidade que favoream a combusto, conforme os trabalhos de Heitor et al. (1986) e resultados prticos apresentados por Lefebvre (1983).


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2.2 Tubo de Chama e Cmara Externa

Cmara Externa

O dimetro total da cmara de combusto uma dimenso de notvel importncia, pois toda a geometria da cmara tem por base as dimenses da cmara externa. Dois so os processos para a determinao do dimetro da cmara externa para um determinado fluxo, um baseado nas necessidades de perda de carga da cmara e outro baseado nas necessidades da combusto.

O mtodo empregado no projeto da cmara de combusto da microturbina ser o de perda de carga, onde a rea transversal da maior seo da cmara externa pode ser escrita como:

5,01

3

4343

2

3

5,03 ***

2

=

PP

PDP

PmTRA

REFREF , (5)

onde, P3 e P4 so presses totais na entrada e sada da cmara de combusto (Pa), m& o fluxo de massa total (kg/s),

T3 a temperatura de entrada dos gases na cmara de combusto (K), AREF a rea transversal da maior seo da cmara externa, em (m2), R a constante do ar. A Tabela 3 apresenta valores tpicos para perda de presso para diferentes cmaras de combusto. Tabela 3 Valores tpicos de perdas de presso em cmaras de combusto (Lefebvre, 1983).

Tipo de Cmara 3

43

PP

REFPDP 43

3

5,03

PAmT

REF

&

Tubular 0,05 0,07 37 0,0036

Tubo-anular 0,04 0,06 28 0,0039

Anular 0,04 0,06 20 0,0046

Os parmetros de projeto so, 3

43

PP

que a perda de presso total, normalmente. Qualquer reduo neste termo

implica em uma reduo no consumo na proporo 1:1. O termo REFPD

P 43 conhecido como fator de perda de presso,

de extrema importncia para o projeto, pois mede a resistncia ao fluxo entre a sada do compressor e a entrada da turbina. Diferentemente da perda total que depende das condies de operao, o fator de perda de presso uma propriedade fixa da cmara e representa a soma da perda de presso no difusor e a queda de presso na cmara interna.

O termo 3

5,03

PAmT

REF

&infere a velocidade de referncia da cmara. Assumindo uma perda de presso total de 0,04, um

fator de perda de presso de 28, a temperatura de entrada do ar na cmara de combusto de 350 K, fluxo de massa de 0,3 kg/s em um nvel de presso de 1,30 bar, chega-se a um dimetro da cmara externa de 131,88 mm. Comercialmente existem tubos de 6, ou 152,4 mm. Portanto adota-se um dimetro de 152,4 mm para a cmara externa.

Tubo de Chama A otimizao da largura da cmara interna (tubo de chama) envolve um balano entre necessidades conflitantes.

Um dimetro maior ir implicar em uma baixa velocidade do escoamento dentro da cmara acarretando num bom desempenho na ignio e num grande tempo de residncia, com boa eficincia de combusto. Por outro lado, uma vez estabelecido o dimetro da cmara externa, quanto maior o dimetro do tubo de chama menor a rea para escoamento do ar que desviado. A penetrao do jato e a mistura no centro da cmara podero ser inadequadas, em funo de um dimetro excessivo. Em tubos de chama menores a velocidade do gs ser alta e o tempo de residncia ser baixo acarretando perda na eficincia da queima. Novamente, a penetrao do jato ser inadequada ocasionando problemas na mistura e definio da zona primria. Para a maioria das mquinas o desempenho da combusto tima atingido com uma cmara interna com cerca de 65% do dimetro da cmara externa, segundo Lefebvre (1983). Seguindo essa linha o dimetro da cmara interna ser de 99,06 mm. Adotou-se um valor comercial para tubo de ao de 4 isto , 101,06 mm. O comprimento da cmara interna a soma dos comprimentos das zonas primria, secundria e de diluio.


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A zona primria a regio onde a maior parte do combustvel queimada. No sentido de se atingir a mxima taxa de calor liberado, a zona primria deve operar a uma taxa de ar/combustvel prxima a estequiomtrica, garantindo assim maior estabilidade as custas de um aumento no nvel de emisses. A Tabela 4 apresenta as vantagens e desvantagens da estequiometria da queima.

Tabela 4 Influncia do tipo de mistura ar/combustvel na zona primria segundo Lefebvre (1983).

Mistura Vantagens Desvantagens

Estequiomtrica

- Mxima taxa de troca de calor. - Baixa luminosidade da chama. - Pequena formao de fumaa. - Sem deposio de carbono.

- Alta de taxa de troca de calor com as paredes da cmara interna.

- Requer zona intermediria. - Altas emisses de NOx.

Rica - Facilidade de ignio. - Alta eficincia de combusto para trabalho com baixas cargas.

- Baixo volume de troca de calor. - Alta luminosidade da chama. - Requer longa zona intermediria.

Pobre

- Chama azul e limpa. - Paredes frias da cmara interna - No requer zona intermediria. - Boa distribuio da temperatura de sada. - Sem exausto de fumaa e sem formao de carbono.

- Baixa velocidade de recirculao. - Difcil ignio.

Valores de 0,5 a 0,8 do dimetro da cmara so recomendados por Lefebvre (1983) para o comprimento da zona

primria. Adotou-se, portanto, 80 mm de comprimento para a regio primria e razo ar/combustvel estequiomtrica. O comprimento da zona intermediria determinado em turbinas a gs que operam a baixas altitudes pela

necessidade de uma regio na qual as perdas por dissociao podem ser recuperadas tal como a imperfeio da queima da mistura. O comprimento da zona intermediria ento um compromisso entre o aumento do comprimento da cmara de combusto e a reduo da eficincia da combusto. O comprimento governado sempre pelo mnimo comprimento necessrio para permitir a mistura do ar intermedirio com o fluxo de gases e parcialmente pelo mnimo tempo de residncia para completar a reao de combusto. Gurgel Veras & Madela (2000) apresentam clculos obtidos do programa CHEMKIN 3.6 atravs da formulao de uma cadeia de reatores que define, de maneira simplificada, os processos qumicos e fsicos que ocorrem na zona primria para o tempo de residncia, temperatura e espcies resultantes para a queima de gs natural. Para se garantir que a zona intermediria no extinguir a chama e que de fato ser responsvel pela queima final de combustveis intermedirios, principalmente o CO, Gurgel Veras e Madela (2000) tambm calcularam o fluxo mssico de ar introduzido bem como o volume daquela regio. Com base nos clculos optou-se por uma zona intermediria da cmara interna com 240 mm.

O prximo passo a definio do tamanho da zona de diluio. A funo desta regio da cmara de combusto diluir os gases da combusto vindos das zonas primria e secundria proporcionando uma distribuio uniforme da temperatura do fluxo para a entrada na turbina. Como visto na Fig. 3 a segunda linha de furos da cmara interna define o incio da zona de diluio.

Finalmente, de posse dos valores geomtricos para a cmara como um todo, admitindo-se uma operao com diferentes tipos de combustvel, tanto lquidos quanto gasosos, simulou-se com auxlio do programa CYCLEPAD seis pontos possveis de funcionamento para a microturbina. Definidas as razes de presso, atravs da curva do turbocompressor, fornecida pelo fabricante, estima-se o fluxo mssico e rendimentos para o processo de compresso, assumiu-se como isentrpica a expanso na turbina e isobrica a adio de calor na cmara de combusto. Calculou-se, ento quantidade de ar necessria para uma queima estequiomtrica na regio primria, como definido anteriormente, para uma vasta gama de combustveis. Com os valores mdios do fluxo mssico para cada combustvel e para as diversas situaes estudadas e com base nos trabalhos de Bicen et al. (1989), Koutmos & McGuirk (1991) e McGuirk & Palma (1992) definiu-se que 24% do ar ser queimado estequiometricamente na zona primria. Desse valor, aproximadamente 22% ser oriundo da passagem do cone interno e 2% dever vir da furao da zona primria. Com isso deve-se definir o nmero de furos e dimetro dos furos das zonas primria e de diluio da cmara interna e o dimetro menor do cone interno que restringe o fluxo zona primria. A Figura 3 mostra esquematicamente a


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montagem onde se v as sees onde foram feitas as relaes de rea para se definir os fluxos mssicos pela cmara de combusto.

Figura 3: Geometria e dimenses da cmara de combusto. A geometria da cmara interna ento foi definida pela relao entre as reas segundo a necessidade percentual de

fluxo mssico em cada regio. Os resultados so apresentados a seguir na Tabela 5.

Tabela 5 Dimenso e percentual do fluxo mssico na cmara interna.

Dimenso Percentual do fluxo mssico Dimetro do Cone Interno 60 mm 22% Dimetro dos furos da Zona Primria 14 mm 23% Dimetro dos furos da Zona deDiluio 22 mm 55% N de Furos na Zona Primria 12 N de Furos na Zona Diluio 12

Trs subsistemas necessitam definio aps a caracterizao final da cmara em termos dimensionais, (i) o sistema

de ancoragem da chama, (ii) o sistema de injeo de combustvel e (iii) o sistema ignio. Estabilizao de chamas pode ser obtida por dispositivos diversos. Dois destes se destacam, o emprego de swiler (Muniz et al., 1998) e de corpo central (bluff-body). Neste projeto optou-se pela utilizao do segundo por ser de fcil fabricao. O corpo central consiste de uma obstruo posicionada no fluxo que provoca recirculao no escoamento garantido, desta forma, que produtos quentes da combusto transfiram calor para os reagentes frios que entram na cmara de combusto. Este mtodo utilizado na estabilizao de fluxos de alta velocidade de misturas ar/combustvel o qual produz baixa velocidade de recirculao, segundo Lefevbre (1983). A angulao do cone foi definida com base nas recomendaes de Lefevbre (1983), obtendo-se 25. O dimetro principal do cone, estabelecido em 66 mm tal que diferena entre rea da cmara interna e a rea da base do corpo central seja proporcional rea A1 mostrada na Fig. 3. A Figura 4 mostra em detalhes a montagem final com o sistema de estabilizao da chama na forma de corpo central.

A cmara de combusto foi projetada de forma a operar com diferentes combustveis. Especificamente nesta verso do projeto objetivou-se a utilizao de combustvel lquido (gasolina). Camargo & Mota (1999) realizaram uma vasta reviso de sistema de injeo de combustvel lquido. Com base nas recomendaes feitas optou-se por adquirir bicos injetores comerciais com as seguintes caractersticas:


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Vazo nominal entre 4.5 a 5.0 GPH; Presso mnima de 689475 Pa; ngulo de cone entre 45 e 80. O bico injetor posicionado no centro do corpo central de estabilizao da chama. O sistema de ignio consiste de uma vela e da central eltrica para providenciar a diferena de potencial mnima

para uma centelha de boa intensidade. A vela oriunda de uma turbina da dcada de 60 e a central eltrica a mesma empregada em foges residenciais, contudo, as 5 sadas so concentradas numa nica para se aumentar a intensidade da corrente eltrica. Em todos os experimentos o desempenho do sistema de ignio se mostrou satisfatrio com ndice de falha abaixo dos 5,0 %.

Figura 4: Sistema de ancoragem da chama.

3. Instrumentao da Microturbina e Ensaios Para se caracterizar a faixa de operao da microturbina, com carga e sem carga providenciou-se um mnimo de

instrumentao. Foram posicionados termopares e medidores de presso na sada do compressor, na entrada da cmara de combusto, na sada da cmara de combusto e na sada da turbina. Para se garantir um bom funcionamento da unidade monitorou-se, tambm, a temperatura do leo de lubrificao dos mancais da unidade turbocompressora. Pode-se verificar a unidade com toda a instrumentao associada na Fig. 5.

Figura 5: Fotografia da bancada.


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Providenciou-se, tambm, medias de vazo do fluxo de ar e consumo de combustvel lquido. A medio do fluxo de massa do ciclo se deu com a utilizao de um bocal calibrado existente no Laboratrio de Metrologia Dinmica. O bocal foi posicionado na entrada to compressor centrfugo. O bocal apresenta um coeficiente de descarga de 0.95. No tubo em U, para a leitura do diferencial de presso utilizou-se mercrio.

A medio da vazo de combustvel foi realizada com o auxilio de uma bureta calibrada de 500 ml, posicionada na suco da bomba de combustvel. Aps a microturbina entrar em regime a vlvula de combustvel do tanque fechada e marca-se o tempo at o esvaziamento da bureta. O combustvel do retorno retirado em um recipiente graduado e medido no final do ensaio.

A partida da unidade se dava com auxlio de um compressor centrfugo de alta vazo. Atingindo-se um valor mnimo de vazo no interior da unidade acionado o sistema de ignio seguido da injeo de combustvel. Com alguns segundos nesta condio o ar auxiliar de partida pode ser retirado que a unidade opera independentemente. Experimentos foram realizados com ou sem carga. Carregamento foi providenciado com a utilizao de um bocal convergente que limita a passagem de gs aps a expanso na turbina. Estimativa baseada no coeficiente de descarga indica carregamento da ordem de 15% da potncia nominal da turbina. Em todos os ensaios obteve-se operao estvel com parmetros de operao relativamente prximos daqueles obtidos teoricamente. Alguns experimentos esto sumariados na Tabela 6. Comparaes entre outros combustveis podem ser realizadas apenas do ponto de vista qualitativo. Isto , pde-se observar que a ignio facilitada quando se utiliza gasolina e GLP. A ignio com leo diesel e lcool, apesar de segura e eficiente, no se mostra to imediata quanto quela realizada com os combustveis citados anteriormente. A operao, sem carga, com leo diesel apresentava alguma fumaa quando mais combustvel era injetado, contudo, aps este perodo transiente, os gases de descarga eram, visualmente, parecidos com aqueles oriundos de outros combustveis. O objetivo deste trabalho se resume basicamente no teste de desempenho, de parmetros mais fundamentais na operao de cmaras de combusto em unidades turbocompressoras. No momento outros tipos de cmaras esto sendo projetadas e testadas, incluindo-se um sistema simplificado de automao.

Os resultados apresentados na Tabela 6 concordam razoavelmente bem com os resultados termodinmicos obtidos com auxlio do cdigo CyclePad. Tabela 6: Parmetros experimentais obtidos em alguns ensaios.

Experimento N 1 2 3 4 5 6 r 1,56 1,45 1,56 2,11 1,56 1,11

Carga No No No No Sim sim Tatm [K] 301,10 298,10 298,10 300,10 301,10 301,10 T1 [K] 374,10 361,10 366,10 401,10 344,10 328,10 T1s [K] 333,53 328,03 325,93 329,58 303,53 318,88 T2 [K] 983,10 953,10 882,10 1153,00 1368,00 1226,00 T3 [K] 878,10 869,10 780,10 977,10 1239,00 1190,00 T3s [K] 862,63 854,23 774,01 927,23 1.229,39 1.186,63 Patm [Pa] 89859 89859 89859 89859 89859 89859 P1 [Pa] 139859 129859 139859 189859 139859 99859 P2 [Pa] 141985 131833 141985 192745 141958 101377 P3 [Pa] 89859 89859 89859 89859 97678 90435

4. Concluses

Este trabalho teve como objetivo a apresentao de uma metodologia simplificada para o projeto e construo da cmara de combusto de uma microturbina multicombustvel. A construo, instrumentao e teste da bancada, objetivos principais deste trabalho foram alcanados com xito. Operou-se a unidade, na sua ltima verso, apenas com gasolina uma vez que o sistema de injeo de combustvel foi montado para este combustvel. Pretende-se, agora, realizar testes com outros tipos de combustvel para se averiguar alguns parmetros operacionais. A operao da unidade se mostrou bastante satisfatria tanto do ponto de vista estabilidade, em diversos regimes de rotao, com ou sem carga, bem como da comparao com os resultados tericos de projeto.

Destaca-se como fator motivador e de grande importncia na atualidade, a melhora substancial do domnio cientfico dos futuros engenheiros do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Braslia na tecnologia de cmara de combusto de turbinas a gs.

Verifica-se, tambm, a partir da experincia adquirida, que o emprego de unidades turbocompressoras como centrais baseadas no conceito de microturbina pode vir a ser uma realidade de baixo custo se, paralelamente, o pas desenvolver o gerador eltrico de alta rotao.


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5. Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio do CNPq atravs do processo n. 4721245/01-1. 6. Referncias Bicen, A.F., Mcguirk, J.J. e Palma, J.M.L.M., Modelling Gas Turbine Combustors Flow Fields in Isothermal

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COPPE-UFRJ, 2000. PROJECT AND STUDY OF THE PERFORMANCE OF A MICROTURBINE COMBUSTION CHAMBER Fabiano Alves dos Santos University of Braslia UnB [email protected] Carlos Alberto Gurgel Veras University of Braslia UnB Department of Mechanical Engineering, University of Braslia Asa Norte, Braslia - DF, Brasil.CEP 70910-900. [email protected] Abstract. This work presents the current technological progress achieved by the Energy and Environment Group of the Mechanical Engineering Department (University of Braslia) in projecting and operating microturbines combustion chamber. The combustion chamber is under research, by the group, for about 18 months. Three different configurations have been tested with several fuels including GLP, Diesel, gasoline and alcohol. In its current configuration gasoline was used as the fuel. Some operational parameters were checked and are described in this work. It can be concluded that the absence of sophisticated tools in the project of the combustion chamber does not necessarily imply in a bad project and, more importantly, the use automotive turbocharger units as a mean for distributed generation systems in Brazil can be a reality. Keywords. Combustion Chamber, Microturbine, CHEMKIN III, Distributed Generation, Turbochargers.

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