Uma avaliação experimental da rota de repotenciação baseada em recuperação de calor residual para o condicionamento do ar de combustão em um motor alternativo de grande porte
| dc.contributor.advisor-co1 | Donatelli, João Luiz Marcon | |
| dc.contributor.advisor-co2 | Cunha, Carla César Martins | |
| dc.contributor.advisor1 | Santos, José Joaquim Conceição Soares | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0003-3695-2014 | |
| dc.contributor.author | Fonseca, Francisco Mello | |
| dc.contributor.referee1 | Venturini, Osvaldo José | |
| dc.contributor.referee2 | Pérez, Silvia Azucena Nebra de | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-06T16:52:52Z | |
| dc.date.available | 2025-03-06T16:52:52Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-16 | |
| dc.description.abstract | Internal combustion engines (ICEs) in thermal power plants located in regions with high temperatures and humidity, as is the case for some plants in Brazil, operate under preventive derating to avoid the occurrence of knocking. On the other hand, these engines reject a significant amount of heat to the atmosphere, primarily through exhaust gases, which can be recovered to produce chilled water for cooling and dehumidifying intake air, aiming to increase power generation. A research and development project was conducted to design and install an experimental thermal system to evaluate performance improvements in a generating unit of a thermal power plant. This experimental thermal system was designed, its equipment acquired, installed, and instrumented for testing purposes. The system is composed of an absorption chiller, which recovers heat from the engine’s exhaust gases, a cooling coil for conditioning the engine’s intake air, and a cooling tower to cool the chiller and assist the engine radiator. The described experimental thermal system was installed and coupled to one of the generating units equipped with a Wärtsilä 20V34SG engine, which generates 8.5 MW of electric power, considering the derating conditions caused by the hot and humid climate at the plant site. Two experimental test campaigns were conducted. This dissertation aims to present and discuss the procedures and results of these tests, demonstrating that during the experiments, the maximum average cylinder pressure – one of the engine’s operational safety limits – was reached when the electric power output was 9.6 MW, representing nearly a 13% increase in power. The installed thermal system achieved a specific investment cost with savings of approximately 28% compared to recent investments in new generating sets, demonstrating the economic feasibility of the project. | |
| dc.description.resumo | Motores de combustão interna (MCIs) de usinas termelétricas localizadas em regiões de altas temperaturas e umidade, como é o caso de parte dessas plantas no Brasil, operam com derating preventivo para evitar a ocorrência de knocking. Por outro lado, esses motores rejeitam uma grande quantidade de calor para atmosfera, principalmente nos gases de exaustão, o que pode ser recuperado para produzir água gelada para o resfriamento e a desumidificação do ar de admissão, com o intuito de aumentar a potência gerada. Um projeto de pesquisa e desenvolvimento foi realizado com o objetivo de projetar e instalar um sistema térmico experimental para avaliar a melhoria no desempenho de uma unidade geradora de uma usina termelétrica. Esse sistema térmico experimental foi projetado, seus equipamentos adquiridos, instalados e instrumentados para realização de testes. O sistema é composto por um chiller de absorção, que aproveita o calor dos gases de exaustão do motor, uma serpentina de resfriamento para o condicionamento do ar de admissão do motor e uma torre de resfriamento para resfriar o chiller e para auxiliar o radiador do motor. O sistema térmico experimental descrito foi instalado acoplado a um dos grupos geradores com o motor Wärtsilä 20V34SG, que gera 8,5 MW de potência elétrica, considerando as condições de derating causadas pelo clima quente e úmido no local da usina. Duas campanhas de testes experimentais foram realizadas. Esta dissertação tem como objetivo apresentar e discutir os procedimentos e os resultados destes testes, mostrando que, durante os testes, a pressão média máxima nos cilindros, um dos limites de segurança operacionais do motor, foi atingida quando a potência elétrica estava em 9,6 MW, representando quase 13% de potência adicional. O sistema térmico instalado apresentou um custo específico de investimento com uma economia de cerca de 28% em relação a investimentos recentes em novos conjuntos motogeradores, demonstrando a viabilidade econômica do projeto. | |
| dc.description.sponsorship | Fundação Espírito-santense de Tecnologia – FEST | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/18432 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Engenharia Mecânica | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Recuperação de calor residual (WHR) | |
| dc.subject | Resfriamento e desumidificação do ar | |
| dc.subject | Avaliação experimental de desempenho | |
| dc.subject.cnpq | Engenharia Mecânica | |
| dc.title | Uma avaliação experimental da rota de repotenciação baseada em recuperação de calor residual para o condicionamento do ar de combustão em um motor alternativo de grande porte | |
| dc.type | masterThesis |