Desenvolvimento e Otimização de Sensores para Ensaio do Motor CFM56-3

• Autor(a) principal: Quintal, Dinarte José França
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/8321
• topic: Ansys Fluent; Catia V5; Cfd; Cfm56-3; Helyx-Os; Inter-Compressor Duct; Sonda Tp25; Tap; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Aeronáutica

O projeto apresentado neste documento resultou de uma parceria entre a Universidade da Beira Interior e a TAP Manutenção e Engenharia, e teve por objetivo o desenvolvimento de novas soluções de instrumentação para ensaio do reator CFM56-3. Assim, e considerando as estações aerodinâmicas cujos principais parâmetros são desconhecidos ou medidos esporadicamente por falta de instrumentação adequada, o autor optou por centrar-se na obtenção de dados fiáveis de pressão e temperatura na estação aerodinâmica 25. Nesse sentido, e partindo da sonda de pressão e temperatura TP25, adquirida à CFMI e inutilizada face aos problemas estruturais e de instalação apresentados, iniciou-se o presente trabalho, que se desenvolveu em duas etapas. Numa fase inicial, a sonda TP25 foi descrita em detalhe. Em seguida, e de forma a resolver as principais debilidades da ferramenta, apresentou-se um conjunto de propostas, as quais foram submetidas a uma análise comparativa de onde se obteve a solução de adaptação mais adequada aos requisitos do projeto. Assim, procedeu-se à criação de um primeiro exemplar, o qual sofreu alguns ajustes tendo em vista o aperfeiçoamento do processo de instalação no motor. Finalmente, obteve-se um protótipo otimizado, que partindo da sonda TP25 original, integra tecnologia atual e de fácil manuseamento, suportada por uma estrutura que atesta a consistência do conjunto. As melhorias introduzidas pela modificação proposta, permitem atingir os objetivos delineados, na medida em que a sonda de pressão e temperatura com uma nova interface integrada, agora mais robusta, fiável e funcional, pôde retornar ao serviço no banco de ensaios, contribuindo para a monitorização de desempenho do reator CFM56-3. Depois de concluída a primeira etapa do trabalho, na qual se obteve uma solução definitiva para a reparação da sonda TP25, foi realizada uma simulação CFD no Inter-Compressor Duct do reator CFM56-3, a qual possibilitou a recriação das condições do escoamento considerando, ou não, a presença da sonda em referência. Através da aplicação da ferramenta computacional desenvolvida, pretende-se determinar a influência da forma aerodinâmica da sonda nas medições de pressão e temperatura, e avaliar a necessidade de proceder a alterações na configuração da mesma, como condição para a otimização do seu desempenho. Inicialmente, procedeu-se ao dimensionamento in loco da estrutura envolvente do Inter-Compressor Duct, cujas informações técnicas de relevo são mantidas em sigilo pelo fabricante. Posto isto, e recorrendo ao software CATIA V5, obtiveram-se as geometrias dos seguintes componentes: Fan Frame, VBV, Scoop e Sonda TP25, fundamentais na definição da região de fluido com a sonda instalada (ICD Air Volume) e em condições de escoamento não perturbado (ICDAV Without Sensor). A malha aplicada a cada um dos domínios do problema foi desenvolvida com recurso ao HELYX-OS, e o software ANSYS Fluent 16.2 foi utilizado na realização do estudo numérico. Aplicaram-se dois modelos de viscosidade, o Standard K-e e o Realizable K-e. Relativamente às condições fronteira, a descarga do Booster (entrada do domínio) foi definida como Mass Flow Inlet, a entrada do HPC (saída do domínio) foi definida como Pressure Outlet, e as demais superfícies, incluindo os elementos sensores da sonda (ICD Air Volume), como fronteira do tipo Wall. Após concluídas as simulações e validado o modelo, obtiveram-se as distribuições dos principais parâmetros termodinâmicos ao longo dos domínios considerados. Os resultados alcançados comprovaram a interferência do corpo da sonda TP25 sobre as características do escoamento, pelo que a sua influência foi quantificada por intermédio do erro de medição de pressão e temperatura, o qual permaneceu abaixo dos 5% e 1.5%, respetivamente. Pôde concluir-se então, que as medições obtidas no Inter-Compressor Duct, não estando imunes ao erro, garantem uma monitorização adequada dos principais parâmetros termodinâmicos do motor. Deste modo, não se justifica a otimização da forma aerodinâmica da sonda TP25, dado que as melhorias resultantes dificilmente justificarão os custos associados ao desenvolvimento de um novo protótipo.