Whitepaper: Parâmetros de medição e influência em turbinas a gás e o seu significado para a otimização da eficiência e das emissões
Turbinas a gás em aplicações industriais
Graças ao seu desempenho especial na faixa de carga de pico, as turbinas a gás têm demonstrado a sua eficiência como componentes decisivos e fiáveis em diversas aplicações industriais.
As turbinas a gás são frequentemente utilizadas no setor elétrico e térmico, bem como na indústria de petróleo e gás. No fornecimento de energia, são responsáveis pela cobertura dos picos de procura e pela produção de calor. As áreas de aplicação mais comuns incluem centrais de turbinas a gás, centrais de cogeração e centrais de ciclo combinado de gás e vapor.
Uma eficiência energética particularmente elevada é alcançada através da combinação de turbinas a gás e turbinas a vapor.
Na indústria de petróleo e gás, as turbinas a gás são utilizadas como acionamentos mecânicos de bombas, compressores e geradores para o transporte e processamento de matérias-primas.
As turbinas a gás funcionam com combustíveis líquidos e gasosos, como gás natural, gasolina, diesel, gasóleo ou petróleo. Para otimizar este processo — que requer grandes quantidades de combustível e gera gases de combustão — da forma mais eficiente possível, é fundamental a interação complexa entre os parâmetros dos gases de combustão e os ajustes do processo de combustão na turbina a gás, sendo esta a base para um desempenho ideal.
Para o técnico de serviço, é importante compreender o funcionamento do processo de combustão e a influência dos diferentes parâmetros de medição no rendimento e na emissão de partículas nocivas das turbinas a gás.
Princípio de eficiência das turbinas a gás
As turbinas a gás são motores de combustão compostos por três elementos principais: um compressor, uma câmara de combustão e a turbina propriamente dita. Dependendo da utilização e da área de aplicação, o tipo de construção, a potência e o tamanho das turbinas podem variar. No entanto, o princípio de funcionamento é sempre o mesmo e baseia-se no ciclo termodinâmico de James Prescott Joule (efeito Joule-Thomson).
Neste processo, o ar é comprimido através das pás de um ou vários níveis de compressão. Posteriormente, este ar comprimido mistura-se com um combustível líquido ou gasoso na câmara de combustão, onde é inflamado e queimado.
Da mistura de ar comprimido e gases de combustão resulta um gás quente que pode atingir temperaturas superiores a +1.000 °C. Este gás entra na turbina situada a jusante e expande-se, transformando energia térmica em energia mecânica.
Na turbina de expansão, os gases de combustão quentes e carregados de energia expandem-se quase até à pressão ambiente, reduzindo a sua velocidade. Durante este processo de expansão, os gases transferem potência para a turbina. Aproximadamente 2/3 dessa potência são necessários para acionar o compressor (aspiração de ar).
Um gerador acoplado diretamente transforma a energia mecânica em energia elétrica. No lado de baixa pressão ainda está disponível cerca de 1/3 da potência útil para um segundo eixo, que pode acionar, por exemplo, um gerador adicional, um rotor, um compressor ou uma bomba, antes de os gases de combustão quentes serem conduzidos para uma caldeira de recuperação, onde o calor residual é utilizado para geração de energia térmica.
Análise correta das concentrações dos gases de combustão
A concentração dos gases de combustão libertados fornece informações importantes sobre a eficiência da combustão e sobre como esta pode ser melhorada. Os valores de CO e NOx indicam o estado atual da instalação e o cumprimento dos limites de emissão estabelecidos.
O fornecimento de ar — entre condições “rich” (rico) e “lean” (pobre) — bem como a temperatura na câmara de combustão influenciam diretamente o comportamento das emissões da turbina a gás.
Desafios da colocação em funcionamento, operação e manutenção
O desafio na medição das emissões em turbinas a gás consiste em medir com precisão concentrações de gases tanto muito altas como muito baixas. As turbinas a gás corretamente ajustadas emitem valores mínimos de CO e NOx.
A medição de O₂ e a prevenção da perda de pressão na câmara de combustão também são fatores importantes para garantir um funcionamento eficiente da turbina a gás.
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