TCC - Engenharia de Energia

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia de Energia

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Análise Teórica da Viabilidade do Ponto de Vista Técnico da Implementação de um Sistema de Cogeração Utilizando como Combustível o Biogás
(2016) Marcondes, Alexandre; Braga, Walber Ferreira
Neste trabalho de conclusão foi realizada uma análise teórica do ponto vista termodinâmico da implementação de um sistema de cogeração de eletricidade e refrigeração, utilizando uma microturbina a gás e, um sistema de refrigeração por absorção e utilizando o biogás como combustível. Para tal, foi realizado o levantamento bibliográfico sobre o tema, foi definido o esquema básico da proposta, foram realizados os balanços de massa e energia para a realização do equacionamento do sistema, foram definidas as variáveis de entrada e por fim a simulação do sistema foi realizada. O sistema foi calculado para uma potência elétrica de saída de 100 kW, sendo que a potência de refrigeração obtida aproveitando-se os gases de saída da turbina foi de 34,79 kW. O rendimento elétrico apresentado pela microturbina foi de 25,84%, o COP do sistema de refrigeração obtido foi de 0,8079 e o fator de utilização do sistema de cogeração obtido foi de 45,85%. Após obtidos os resultados, foram realizadas análises a respeito da cristalização da solução de LiBr-H 2 O, e foi observado que operando nas condições adotadas não haveria risco de cristalização dos sais no sistema. Foi verificada também a influência dos regeneradores: para a microturbina a gás e para o sistema de refrigeração o aumento do rendimento e do COP, respectivamente, é de cerca de 10% com a adoção do regenerador.
Análisis del modelaje matemático de termosifones en comparación a aplicación experimental
(2016-07-21) Leonczuk Minetto, Robert Alexis; Braga, Walber Ferreira
Este trabajo tiene como fin la evaluación de la capacidad de transferencia de calor de un termosifón de butano. Esto se realiza a partir de la comparación de modelos numéricos aplicados a diferentes condiciones operacionales contra mediciones empíricas realizadas in situ. Se observó resultados similares en el comportamiento de los gráficos de potencia vs temperatura para los sensores de temperatura del evaporador y el condensador, así como de entrada y salida de agua cuando se aplicaron diferentes caudales. Para el caso de la simulación de potencia para el flujo natural, se observó un comportamiento no lineal, de igual forma los resultados se consideran próximos a los valores experimentales. Ya en el caso de la simulación forzada, esta presentó un carácter lineal, presentando tendencia a valores de potencia mayores a los experimentales. Finalmente, el análisis de los límites operacionales no fue conclusivo para explicar la divergencia entre las temperaturas del evaporador y del condensador. Los resultados son satisfactorios, sin embargo, considerando el orden de magnitud de las variables envueltas, así como de los equipos disponibles, se sugiere para trabajos futuros mejorar la sensibilidad de los equipos e instalar sensores de temperatura extras.
Efeito da não estacionariedade de séries hidrológicas no planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de médio prazo
(2018) Acosta Zuñiga, Lorena Stefania; Braga, Walber Ferreira; Andrade, Rafael José de
No Brasil, 64,5% da capacidade de geração de energia elétrica instalada é de origem hídrica, portanto as incertezas hidrológicas constituem um fator relevante nas atividades de planejamento da operação do sistema hidrotérmico. Um dos pressupostos dos modelos de planejamento é a estacionariedade das séries hidrológicas, porém esta condição não é sempre cumprida. Em vista da grande importância dos recursos hídricos para o sistema elétrico, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da não estacionariedade das séries de vazões no planejamento da operação. Para tal, foi utilizado como ferramenta de simulação computacional o programa de planejamento de médio prazo NEWAVE. A primeira etapa do trabalho consiste na análise de 55 séries de vazões naturais dos aproveitamentos hidrelétricos localizados na bacia dos rios Grande, Tietê, Paranapanema, Iguaçu e Paraná. As análises gráficas e estatísticas identificaram a presença de tendência em 34 dos 55 postos fluviométricos estudados. Na sequência foi aplicado um método de correção nas séries caracterizadas como não estacionárias e quantificado seu impacto no planejamento da operação hidrotérmica. No horizonte 2018-2021, o cenário com as vazões corrigidas apresentou um aumento da Energia Natural Afluente total do Sistema Interligado Nacional de 2.970 MWmed; assim como a recuperação gradual do nível de Energia Armazenada do subsistema Nordeste em 6.117 MWmed adicionais. A Geração Hidrelétrica dos subsistemas Sudeste/Centro-Oeste e Sul aumentou 1.426 MWmed e 437 MWmed respetivamente; consequentemente, a geração térmica do SIN diminuiu em 1.023 MWmed. Por último, verificou-se uma economia no Custo Total de Operação de até 31,67% com relação ao caso referência, assim como a redução dos Custos Marginais de Operação superior a 50% em todos os subsistemas
Estudio de simulación numérica estacionaria del flujo en el modelo de turbina Fancis Tokke, en diferentes condiciones de operación
(2018-10-25) Chumpitaz Huamaní, Anthony Jair; Braga, Walber Ferreira
Este trabajo investiga el flujo en el modelo a escala de la turbina Francis Tokke a carga parcial, mejor punto de eficiencia y alta carga, donde los datos iniciales y experimentales son contribución del primer y segundo Workshop Francis-99. El trabajo se basa en el software Ansys CFX, que es un software de Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD) que contiene características para simulaciones en maquinaria rotativa. Se utiliza la variante de modelo de turbulencia SST. Se realizan simulaciones utilizando un acoplamiento de interfaz Stage, incluida también interfaz de periodicidad en el rotor y los distribuidores móviles, desde la entrada hasta la carcasa espiral hasta la salida del tubo de aspiración. Las simulaciones realizadas son de estado estacionario las cuales dan buenas predicciones de la distribución de presión en la turbina en comparación con los resultados experimentales. Los perfiles de velocidad en la salida del corredor están bien predichos en las 3 condiciones. Sin embargo, algunas pequeñas incongruencias de datos entre los experimentales se forman por motivos ya sea numéricos o condiciones que no son tomadas en cuenta. Las simulaciones de estado estacionario sobreestiman fuertemente la eficiencia, dan buenas predicciones en el mejor punto de eficiencia (error de 2.1%), alta carga (1.4%) y con errores mayores a carga parcial (4.1%).
Prospecção de parques hidrocinéticos: comparação entre projetos preliminares nos rios Iguaçu e Paraná
(2016-12-07) Araújo, Marcos Aurélio de; Roloff, Glaucio; Braga, Walber Ferreira
Neste trabalho é apresentado uma análise preliminar e comparativa entre dois estudos de prospecção de parques hidrocinéticos, um no rio Iguaçu e outro no rio Paraná. Os locais propostos para instalação dos parques hidrocinéticos, ficam a jusante das Cataratas do Iguaçu e a jusante da Itaipu Binacional, nos rios Iguaçu e Paraná respectivamente. O parque hidrocinético desta proposta comportará duas turbinas de 500 kW, totalizando 1 MW de potência instalada. O propósito do estudo é relacionar os pontos que influenciam na prospecção de um parque hidrocinético, fornecendo as ferramentas necessárias para fazer uma avaliação preliminar, evitando com isso investimentos desnecessários em estudos que podem ser realizados em um projeto mais detalhado.
Simulação Computacional de CFD de um pequeno Trocador de Calor de Casco e Tubo
(2017-12-18) Paz López, Dennis Paul; Braga, Walber Ferreira
No presente trabalho, foi realizado um estudo básico da Fluidodinâmica Computacional (CFD), de um pequeno trocador de calor de casco e tubo (TCCT), usando o pacote computacional ANSYS-CFX. O objetivo principal do trabalho, é a apresentação de uma metodologia para realizar dito estudo, que possa ser aplicada em outros sistemas similares. Para isto, foi dada uma breve introdução ao mundo do CFD, seus antecedentes históricos, as equações governantes e os modelos de turbulência usados para resolver o sistema. Desta forma, foi feita uma comparação entre os dois modelos de turbulência mais populares na indústria, o modelo SST e o modelo k-epsilon. Para validar a solução obtida na simulação, foi feita uma comparação entre os resultados obtidos nos testes experimentas e os resultados do modelo analítico descrito no trabalho (modelo de Kern). Na discretização do domínio computacional, foram criadas três malhas diferentes para os dois modelos de turbulência: uma malha grosseira (278887 células), uma malha média (491867 células) e uma malha fina (887910 células), em que foi confirmado que a solução da malha média é independente para os dois modelos. Finalmente, através das comparações realizadas chegou-se na conclusão de que o modelo SST é o mais adequado para este tipo de sistemas.

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