Projeto Preliminar de uma Câmara de Combustão Para Microturbina a Gás

Abstract

RESUMO: O trabalho desenvolvido visa o desenvolvimento do pré-projeto dimensional de uma câmara de combustão anular para uma microturbina a gás. Inicialmente é feita uma breve revisão histórica, destacando a origem e evolução das turbinas a gás com o passar dos anos e o contexto em que estão inseridas, seguida por uma revisão dos princípios físicos e termodinâmicos que regem seu funcionamento com ênfase no ciclo Brayton. Com isso é estabelecida a base de conhecimento necessária para a continuidade do projeto, que inicia estabelecendo os limites de estabilidade de chama e da razão de equivalência, de forma a delimitar um intervalo ideal de operação. As áreas de referência são calculadas e utilizadas para o dimensionamento de demais elementos, como o comprimento das zonas de combustão, difusor e swirler. É feito também um levantamento das temperaturas no interior do tubo de chama e nas paredes da câmara, onde aplicam-se, quando necessário, fendas de arrefecimento para manter a estrutura a temperaturas recomendadas. Também são determinados os furos de admissão de ar e suas localizações ao longo da câmara além de um levantamento da emissão de gases poluentes. Por fim é realizado o dimensionamento da câmara através do software SOGECETAG onde são informados os parâmetros de operação no interior da câmara e o software retorna as dimensões correspondentes. O modelo adotado foi de câmara anular estacionária queimando gás natural. Como conjunto compressor-turbina foi utilizado o turbocompressor automotivo Garrett GTW3476R, de onde foram extraídos os dados de operação por meio de catálogos do fabricante.

ABSTRACT: This paper aims to develop a dimensional pre-project for annular gas chamber to microturbines. It starts with a brief historical review, highlighting the origin and evolution of gas turbines over the years and the context in which they are inserted, folowed by a review of physics and thermodynamics principles that govern its operations, with an emphasis on the Brayton cycle. This stablishes the necessary foundation to continuity of project. It is stablished the stability limits of flame and equivalence ratio, which set an ideal operating range. The reference areas are calculated and used for sizing of other elements, like combustions zones length, difuser and swirler. In addition, it is done a research on the internal temperatures in the flame tube and chamber walls, applying film cooling when necessary, to keep the structures in recomended temperatures. Lastly, is done the chamber sizing using the software SOGECETAG, in which are inputted the internal operational parameters, and the software outputs the corresponded dimensions. The model used was a stacionary annular gaschamber burning natural gas. A Garrett GTW3476R automotive turbocompressor was used as compressor-turbine set, where was obtained the operational data through the manufacturer's catalogs.