Desenvolvimento de algoritmos de balanceamento da potência de cilindros de motores estacionários a gás natural com base na retroalimentação da pressão medida nos cilindros

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martelli, André Luiz, 1985-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635698
Resumo: Orientador: Caio Glauco Sánchez
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Diversos são os métodos de balanceamento identificados na literatura, como exemplo: equalização da temperatura de exaustão individual dos cilindros; métodos adaptativos a partir da detecção discreta da ocorrência ou não de combustão anormal; equalização de parâmetros derivados da pressão de combustão, empregando sensores intrusivos de pressão nos cilindros. Nesta última categoria, das diversas possibilidades de parâmetros a serem equalizados, definiu-se um grupo de variáveis e um método de avaliação desta otimização em um motogerador a gás de 8,5 MW elétricos e 20 cilindros em "V", sujeito à perturbações externas tais como qualidade do gás e variação na temperatura de admissão. Os resultados mostram que no motor avaliado, a partir de 3,5 bar de intensidade de detonação média entre os cilindros, a equalização desta equivale ao algoritmo simplificado de equalização da pressão de pico ou mesmo ao mais elaborado de equalização da fase da combustão, que deriva da curva de pressão os períodos característicos da queima. Abaixo de 3 bar de intensidade de detonação, resulta do método uma maior dispersão entre cilindros, o que acaba por sobrecarregar alguns cilindros e sugere que uma ação complementar seja necessária nessas circunstâncias, tal como a limitação da máxima pressão naqueles cilindros por meio de correção na massa de combustível injetado. Dentro das máximas dispersões de potência e pressão a partir dos métodos, não foram detectadas degradações significativas da eficiência de conversão ou emissões gasosas globais do motor, mas foram sim notadas diferençam entre o teor de O2 e as emissões de NOx entre as bancadas do motor em V. Conclui-se ainda que o principal benefício da melhoria do balanceamento entre cilindros decorre da possibilidade de aumento de potência do motor dentro de níveis seguros de carregamento dos componentes, com resultados apurados de um aumento de eficiência da ordem de 0,5% absoluto a uma potência de 9,0 MW elétricos, com redução de 20% nas emissões de NOxAbstract: Large-bore engines running on natural gas and equipped with individual injection valves for each cylinder require balancing strategies to account for the intrinsic variations induced by component¿s fabrication and wear, and overall engine geometry effects. Several methods are disclosed in the literature, some based on exhaust temperature equalization, adaptive balancing from knocking combustion detection or even aiming at the equalization of cylinder pressure derived parameters. This last category encompasses the core of this thesis, exploring different strategies of closed loop cylinder balancing considering cylinder pressure analysis feedback. Target combustion metrics are defined and tested on a 20-cylinder ("V" configuration) engine rated at 8.5 MW electrical power and subject to variable operating conditions (most notably in terms of charge air temperature and fuel gas quality fluctuation). Results indicate a convergence of the main balancing methods tested (maximum pressure, knock intensity and center of combustion) towards an increase of average knock intensity KP beyond 3.5 bar in the 20 cylinders. With KP below 3.0 bar, greater dispersion of parameters is observed for the KP balancing strategy, overloading some cylinders and suggesting that an additional feature is required, such as peak pressure limitation by mass fuel injection correction. It was not possible to correlate trends in emissions or fuel consumption and balancing methods, though O 2 and NO x were remarkably different among cylinder banks in the "V" arrangement. It was also demonstrated that the main benefit of a well-balanced engine is the possibility of a power increase above the originally rated level and associated effects, which were manly an improvement in 0.5% efficiency and 20% lower NOx emissions for a power level of 9.0 MW electricDoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Sánchez, Caio Glauco, 1955-Gallo, Waldyr Luiz RibeiroFerreira, Janito VaqueiroLacava, Pedro TeixeiraScalon, Vicente LuizUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMartelli, André Luiz, 1985-20182018-12-20T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (155 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635698MARTELLI, André Luiz. Desenvolvimento de algoritmos de balanceamento da potência de cilindros de motores estacionários a gás natural com base na retroalimentação da pressão medida nos cilindros. 2018. 1 recurso online (155 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635698. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1081289Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-04-01T15:35:46Zoai::1081289Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-04-01T15:35:46Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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