Análise do desempenho térmico via simulação computacional de uma câmara de combustão de turbina a gás

Abstract

Resumo: O crescimento do uso de turbinas a gás em aviões, navios, trens, automóveis e outras aplicações, fez com esse mecanismo seja amplamente desenvolvido ao redor do mundo, porém, no Brasil, ainda não há muitos estudos devido aos altos custos. Assim, visando aumentar conhecimento na área, foi desenvolvido um estudo onde foi utilizado uma turbina a gás em escala laboratorial de baixo custo, adquirida pela instituição de ensino. Esse equipamento é adaptado a partir de um turbocompressor automobilístico, dessa forma é possível realizar análises e estudos práticos de funcionamento de uma turbina a gás e sua câmara de combustão. O objetivo foi realizar uma análise de desempenho térmico via simulação computacional, na qual foi obtido mapas de distribuição de temperatura em diferentes situações, tanto na coordenada polar como na coordenada cartesiana. A partir de estudos foi definido que os parâmetros que estariam envolvidos na análise seriam a espessura da parede da câmara de combustão, a vazão de ar, e o material de fabricação da câmara. Foram utilizadas as espessuras de 1,5, 3 e 6mm, a vazão de projeto e a vazão de 0,8Kg/s, e os materiais utilizados foram o Hastelloy B-2, o Haynes 188 e o Inconel 617. Para isso se fez necessário o uso de um método numérico no qual foram utilizadas as equações de diferenças finitas. Após a definição dos nós e o desenvolvimentos das equações foram utilizados três softwares, Visual Studio Code, OriginPro e o Ansys, o primeiro, afim de obter as temperaturas e os outros dois, os mapas de temperaturas. A partir da análise foi possível constatar que uma maior espessura acarreta em um maior gradiente de temperatura, ao passo que para a espessura de 3mm é obtido uma distribuição mais homogênea de temperatura. Em relação a vazão, para 0,8Kg/s, foram obtidas maiores temperaturas máximas para todas situações, 1,5, 3 e 6mm. Por fim, em relação ao material, foi possível observar que quanto maior o valor do coeficiente de condutividade, mais homogênea é a distribuição de temperatura.