ASPECTOS COMPUTACIONAIS

Esta seção descreve o procedimento de escolha e os recursos do programa utilizado na simulação dos ciclos, identificando entradas e saídas, assim como as restrições do mesmo. É pretendido que o programa seja uma ferramenta apropriada para a elaboração desta tese.

Basicamente o programa coloca à disposição os ciclos tratados no Capítulo 2, permitindo entrar com dados operacionais. Uma vez escolhido o ciclo, o programa simula sua operação em condições reais de variação de demanda, seja elétrica ou térmica, e portanto, em condições de operação fora do ponto de projeto, para o qual é necessário utilizar informações dos fabricantes, indicadas na seção 3.5. Na seção 3.4 estão apresentados os custos dos equipamentos principais, que são utilizados para estimar o custo completo da instalação, como indicado nessa mesma seção.

A escolha do código computacional deve atender às seguintes condições:

a) Dispor de um mínimo de recursos que permitam a simulação de processos que eventualmente, por sua complexidade, exijam que o programa possa trabalhar com várias equações simultaneamente, ou seja, realizar cálculos de forma iterativa.

b) Dispor de funções de propriedades termodinâmicas e de transporte ou permitir a fácil inclusão de funções ou tabelas com essas propriedades.

c) Oferecer uma interface amigável, considerando que o objetivo é a simulação do ciclo termodinâmico e não a programação em si. Este item inclui a facilidade de uso.

d) Ser suficientemente flexível para poder simular todos os processos inclusos na tese.

e) Ter um custo compatível com os recursos disponíveis12.

f) Ter havido um conhecimento prévio do programa, conhecimento que permitisse realizar uma escolha objetiva. O conhecimento pode ser pela utilização prévia do programa ou por uma recomendação fundamentada de terceiros.

O IPSE tem a vantagem de permitir criar módulos gráficos que representam equipamentos, com entradas e saídas para interconectar os módulos de forma gráfica, simplesmente arrastando o mouse. O EES não tem esse recurso, mas permite incluir fluxogramas editados em outros programas, por exemplo Microsoft Word, e incluir as saídas do programa no fluxograma. Também permite a criação de múltiplas janelas e a navegação entre elas. A interface do LabView é excelente do ponto de vista de permitir simular painéis de controle dinâmicos e inclusão de fluxogramas criados em outros programas.

O programa EES mostrou superioridade em relação ao IPSE, no sentido de mostrar menos problemas de convergência e permitir a solução desse problema de uma maneira mais fácil, por causa dos mensagens de erro mais objetivos. Em contrapartida, o IPSE impede com maior rigor a obtenção de resultados alheios à realidade, como, por exemplo, fluxos negativos. Este rigor e o fato das mensagens de erro não serem simples, dificultam a que se encontre o erro, porque impede de rodar o programa. O EES, ao contrário, permite às vezes resultados irreais sem deter o programa, cabendo ao usuário detectar esse resultados (tal como no IPSE, é possível criar mensagens de alerta). O EES oferece funções com propriedades termodinâmicas e de transporte (viscosidade, condutividade térmica, dentre outras) para uma boa quantidade de elementos; o IPSE não oferece propriedades de transporte.

O IPSE possui um banco de dados de turbinas comerciais, incluíndo parâmetros para a operação fora do ponto de projeto, dados que podem ser utilizados no EES. O LabView não

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Existem programas com um custo bastante elevado e que exigem um licenciamento anual, como o caso do SOAPP-CT com um investimento inicial de US$ 35.000 e licenciamento anual de US$ 11.700. O Thermoflow, na versão acadêmica com limitações, exige um licenciamento anual de US$ 1000. O IPSE exige um pagamento único de 2500 Euros e o EES, na versão profissional, um pagamento único de US$ 1000 quando fornecido para estabelecimento educacional.

dispõe de funções com propriedades termodinâmicas nem de transporte, mas é possível inseri- las.

Para o IPSE e o EES houve tempo suficiente de uso prévio dos programas para garantir que a escolha do EES é a mais apropriada para a elaboração desta tese. Os programas criados especificamente para a elaboração desta tese, utilizando o programa EES, são:

maxRec.ees Calcula o efeito da pressão e temperatura da água de alimentação na quantidade de calor recuperado na HRSG.

TGstig.ees Simula carga parcial e injeção de vapor em turbinas a gás. BoilerFinal.ees Simula caldeira de recuperaçãosem superaquecimento. HRSGfinal.ees Simula caldeira de recuperação com superaquecimento. TVfinal.ees Simula turbina a vapor.

Alguns dos programas listados acima aproveitam exclusivamente a característica iterativa do programa EES, sendo suficiente inserir um número de equações igual ao número de incógnitas, sem necessidade de evidenciar estas últimas. O programa normalmente começa as iterações com o valor 1 para as variáveis e não há necessidade de predefinir valores iniciais.

Outros programas, especificamente o BoilerFinal.ees e o HRSGfinal.ees também utilizam a característica iterativa, porém, como explicado na seção 3.1.1, é necessário realizar iterações a partir de um valor inicial suposto do vapor produzido comparando os valores obtidos com as equações (3.32) a (3.40), sendo necessário aproveitar o recurso adicional de sub-rotinas disponível no EES. Na Figura 5.4 pode ser observada a lógica do programa HRSGfinal.ees, que utiliza o recurso das sub-rotinas.

Na realidade, quando o programa EES dentro de uma sub-rotina, não pode utilizar o recurso iterativo, sendo necessário evidenciar as incógnitas e o resto das variáveis devem ter sido previamente definidas ou calculadas, de forma similar ao FORTRAN, por exemplo.

As funções lógicas para realizar comparações e loops somente podem ser utilizadas dentro de sub-rotinas. O programa HRSGfinal.ees tem uma parte iterativa (não mostrada no fluxorama, que calcula os parâmetros de projeto da caldeira, ou seja, para temperaturas e vazões nominais. Ao executar o programa, os primeiros cálculos são os da caldeira operando no ponto nominal (3.23) a (3.31).

Depois de terminados os cálculos na condição nominal, é chamada a sub-rotina que corresponde ao fluxograma da Figura 5.4, que utiliza como dados de entrada a vazão e temperatura dos gases da turbina fora do ponto de projeto e calcula a nova vazão de vapor e temperaturas, utilizando as equações (3.32) a (3.40).

A principal dificuldade encontrada foi no cálculo das LMTD, por causa de que a função do EES que calcula o logaritmo natural às vezes apresenta problemas de convergência, causando demora ou erro. O problema foi resolvido criando uma tabela de logaritmos naturais na faixa necessária do argumento do logaritmo (lembrando que o argumento é o cociente entre duas diferenças de temperatura, por exemplo, equação (3.26)) e dessa forma o valor do logaritmo foi procurado em tabela e não calculado.

não sim Nova estimativa da vazão de vapor não sim Nova estimativa da LMTDeva Superaquecedor Vazão de gases e temperatura Primeira estimativa da vazão de vapor

Calcula Usup (Eq.3.32) Calcula LMTDsup (Eq.3.26)

Calcula calor(Eq.3.23) Calcula calor (Eq.3.29)

Calcula diferença dos calores anteriores

Diferença é aceitável?

Calcula Ueva (Eq.3.32) Calcula LMTDeva (Eq.3.27)

Calcula calor(Eq.3.24) Calcula calor (Eq.3.30)

Calcula diferença dos calores anteriores Diferença é aceitável? não sim Nova estimativa da LMTDeco Calcula Ueco (Eq.3.32)

Calcula LMTDeco (Eq.3.28)

Calcula calor(Eq.3.25) Calcula calor (Eq.3.31)

Calcula diferença dos calores anteriores

Diferença é aceitável?

FIM

6 ESTUDO DE CASO – APLICAÇÃO EM SISTEMAS DE COMPRESSÃO DE