Capítulo 4 – Resultados e análises
3.2 Teste de performance da UTE Termopernambuco
3.2.2 Equações empregadas no teste de performance
As equações utilizadas para o cálculo da potência líquida e da taxa de calor específica líquida, quando da realização do teste de performance, estão descritas a seguir.
O cálculo da potência líquida da turbina a gás é obtido através da Equação 3.1. Uma vez obtida a potência líquida, faz-se necessário aplicar os devidos fatores de correção, a fim de calcular o valor da potência líquida corrigida da unidade (Equação 3.2).
72 excTG bTG lTG P P P = − (3.1) onde: lTG
P - Potência líquida da turbina a gás (kW);
bTG
P - Potência bruta da turbina a gás (kW);
excTG
P - Potência consumida pela excitação da turbina a gás (kW).
∏
= ⋅ = 9 1 i icp lTG lcTG P F P (3.2) onde: lcTGP - Potência líquida corrigida da turbina a gás (kW);
icp
F - Fator de correção aplicado à potência gerada da turbina a gás.
Os fatores de correção, aplicados na Equação 3.2, são obtidos a partir dos polinômios fornecidos pelo fabricante das máquinas. Cada um dos nove fatores refere- se a uma determinada grandeza. Essas grandezas são: temperatura de entrada do compressor, umidade relativa na entrada do compressor, pressão barométrica, velocidade do eixo da máquina, fator de potência do gerador, queda de pressão na entrada do compressor, queda de pressão na exaustão da turbina, temperatura do gás combustível e composição do gás combustível. Esses fatores são empregados para correção dos valores dos parâmetros que influenciam a potência líquida, tomando por base os valores de referência constantes do Quadro 3.1.
Após o cálculo da potência líquida corrigida da turbina a gás, obtém-se a potência líquida corrigida final da unidade, que corresponde ao valor calculado pela Equação 3.2, subtraindo o consumo referente aos auxiliares da unidade de geração, conforme Equação 3.3. auTGx lcTG lcfTG P P P = − (3.3) onde: lcfTG
73
auxTG
P - Potência consumida pelas cargas auxiliares da turbina a gás (kW).
Para a turbina a vapor, a Equação 3.4 é utilizada no cálculo da potência líquida da unidade e a Equação 3.5 é empregada para efetuar a devida correção.
excTV bTV lTV P P P = − (3.4) onde: lTV
P - Potência líquida da turbina a vapor (kW);
bTV
P - Potência bruta da turbina a vapor (kW);
excTV
P - Potência consumida pela excitação da turbina a vapor (kW).
∑
= − = 8 1 k kcp lTV lcTV P F P (3.5) onde: lcTVP - Potência líquida corrigida da turbina a vapor (kW);
kcp
F - Fator de correção aplicado à potência gerada na turbina a vapor.
Para correção dos parâmetros que influenciam a potência líquida da unidade, tomam-se por base os valores de referência descritos no Quadro 3.1. Os fatores de correção aplicados na Equação 3.5 são obtidos dos polinômios, também fornecidos pelo fabricante da turbina. Cada um dos oito fatores refere-se a uma determinada grandeza. São considerados os fatores: fluxo de vapor de AP, capacidade de fluxo de vapor de AP, temperatura de vapor de AP, queda de pressão no reaquecedor, fluxo de vapor de MP, entalpia do vapor de BP, vácuo no condensador e fator de potência do gerador.
Após cálculo da potência líquida corrigida da turbina a vapor (Equação 3.5), é possível determinar a potência líquida corrigida final, subtraindo do valor obtido na Equação 3.5 o consumo referente aos auxiliares da unidade de geração, conforme descrito na Equação 3.6.
74 auxTV lcTV lcfTV P P P = − (3.6) onde: lcfTV
P - Potência líquida corrigida final da turbina a vapor (kW);
auxTV
P - Potência consumida pelas cargas auxiliares da turbina a vapor (kW).
Dessa forma, obtém-se o valor da potência líquida corrigida final do ciclo combinado, conforme Equação 3.7. Com este resultado em mãos, é possível comparar com o valor esperado do perfil correspondente a linha de base contratual da central.
lcfTV lcfTG lcfTG lcfCC P P P P = 1+ 2+ (3.7) onde: lcfCC
P - Potência líquida corrigida final do ciclo combinado (kW).
A taxa de calor específica do ciclo é obtida conforme apresentado nas equações 3.8, 3.9 e 3.10. Inicialmente, calcula-se a taxa de calor específica das unidades de geração, referente a cada turbina a gás (Equação 3.8).
lTG GN GN TG P PCI m TC = & ⋅ (3.8) onde: TG
TC - Taxa de calor específica da turbina a gás (kJ/kWh);
GN
m& - Fluxo mássico do gás natural na turbina a gás (kg/h);
GN
PCI - Poder calorífico inferior do gás natural (kJ/kg).
Em seguida, efetua-se a correção da taxa de calor específica para cada turbina a gás, conforme Equação 3.9.
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∏
= ⋅ = 9 1 i ictc TG cTG TC F TC (3.9) onde: cTGTC - Taxa de calor específica corrigida da turbina a gás (kJ/kWh);
ictc
F - Fator de correção aplicado à taxa de calor da turbina a gás.
Cada um dos nove fatores de correção, aplicados na Equação 3.9, é obtido dos polinômios fornecidos pelo fabricante da turbina. Os fatores referem-se às seguintes grandezas: temperatura de entrada do compressor, umidade relativa na entrada do compressor, pressão barométrica, velocidade do eixo da máquina, fator de potência do gerador, queda de pressão na entrada do compressor, queda de pressão na exaustão da turbina, temperatura do gás combustível e composição do gás combustível. Com esses valores, procede-se à correção dos parâmetros que influenciam a taxa de calor específica da turbina a gás, tomando como base os valores de referência apresentados no Quadro 3.1.
Após calcular a taxa de calor específica corrigida das turbinas a gás, procede-se ao cálculo da taxa de calor específica líquida corrigida final do ciclo combinado, conforme Equação 3.10.
(
) (
)
lcfCC lcTG cTG lcTG cTG lcfCC P P TC P TC TC = 1⋅ 1 + 2⋅ 2 (3.10) onde: lcfCCTC - Taxa de calor específica líquida corrigida final do ciclo combinado
(kJ/kWh).
A análise da degradação da central é feita comparando os valores calculados da potência líquida corrigida final do ciclo (Equação 3.7), da taxa de calor específica líquida corrigida final do ciclo (Equação 3.10), com as linhas de base do ciclo, que representam o comportamento estimado da potência líquida e da taxa de calor específica líquida da central, em função das horas de fogo das máquinas.
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As linhas de base (perfis) do ciclo são obtidas pelos coeficientes de degradação, informados pelo fabricante das máquinas. Estes perfis somente poderão ser levantados após realização do primeiro teste de performance, pois é com os valores obtidos no primeiro teste que se calculam os valores de potência líquida e da taxa específica de calor líquida do ciclo, referentes às horas de fogo (FFH) de 0 h, pontos iniciais para os perfis. De posse dos pontos iniciais e dos coeficientes de degradação, podem ser calculados os demais pontos referentes às linhas de base. O procedimento para levantamento dos perfis de base do ciclo encontra-se descrito capítulo de resultados.