Base de conhecimento
Uma turbina a gás é uma máquina que movimenta ar: sua potência depende da massa de ar que o compressor consegue admitir, e ar quente é ar rarefeito. Em uma tarde de 40 °C, uma turbina de grande porte costuma entregar de 15 a 25 % menos que sua potência nominal na condição ISO de 15 °C, e seu consumo específico piora - exatamente quando a rede mais precisa da energia. O resfriamento do ar de entrada resfria o ar antes do compressor e recupera grande parte dessa potência. Este guia explica os métodos, o papel da serpentina de entrada aletada e o que uma serpentina assim deve suportar.
Por que a temperatura custa potência
O compressor opera a uma velocidade fixa e aspira um volume fixo de ar por segundo. Quando o ar está mais quente, esse volume pesa menos, a turbina queima menos combustível na mesma temperatura de combustão e a potência no eixo cai - aproximadamente de meio a um por cento para cada kelvin acima de 15 °C, dependendo da máquina. O rendimento também cai, porque o compressor gasta mais trabalho com o ar quente. Uma turbina de 100 MW a 15 °C pode, portanto, entregar cerca de 80 MW a 40 °C, e os 20 MW que faltam são os megawatts mais valiosos do ano.
Evaporativo, nebulização ou serpentinas
Os resfriadores evaporativos e os sistemas de nebulização pulverizam água no ar de admissão; a água evapora e resfria o ar em direção à sua temperatura de bulbo úmido. São baratos e eficazes em climas secos, mas não conseguem resfriar abaixo da temperatura de bulbo úmido, perdem a maior parte do efeito em ar úmido e consomem água tratada. O resfriamento mecânico da entrada usa serpentinas aletadas na admissão de ar, alimentadas com água gelada ou uma mistura de glicol de um chiller ou de um tanque de armazenamento térmico: o ar pode ser resfriado a 10 °C ou menos qualquer que seja a umidade, ao custo de uma central de chillers e de sua energia.
As mesmas serpentinas operam em sentido inverso no inverno. Em ar frio e úmido, pode se formar gelo nos filtros de entrada e nos primeiros estágios do compressor; glicol quente na serpentina de entrada - muitas vezes aquecido com calor recuperado - eleva o ar alguns kelvin acima do ponto de congelamento e mantém a turbina em funcionamento. Muitas usinas usam um mesmo banco de serpentinas para as duas funções.
O que uma serpentina de entrada deve suportar
Uma serpentina de entrada fica em todo o fluxo de ar da turbina, de modo que sua perda de carga do lado do ar custa potência diretamente: cada pascal adicional na entrada é potência e rendimento perdidos, e é por isso que as serpentinas de entrada são projetadas para baixa velocidade de face e baixa perda de carga, e não para compacidade. Quando o ar é resfriado abaixo de seu ponto de orvalho, a água se condensa nas aletas; eliminadores de gotículas a jusante da serpentina e bandejas de drenagem sob ela mantêm essa água fora do compressor. A serpentina também não deve soltar nada na admissão - material das aletas, produtos de corrosão, lascas de revestimento -, de modo que materiais e revestimentos são escolhidos para a atmosfera do local e o regime de limpeza.
A TECS fabrica serpentinas de entrada de turbinas a gás para resfriamento e antigelo, com a geometria da serpentina, os materiais, as bandejas de drenagem e os eliminadores projetados para a vazão de ar da turbina e o local. Envie o modelo da turbina, a vazão de ar de entrada, a temperatura ambiente e a umidade de projeto e o fluido gelado ou aquecido disponível, e a proposta mostra o banco de serpentinas adequado.
Em resumo
- Uma turbina a gás perde aproximadamente de 0,5 a 1 % de potência por kelvin acima de 15 °C
- Sistemas evaporativos e de nebulização: baratos, limitados pela temperatura de bulbo úmido e pela umidade
- Serpentinas de água gelada ou de glicol: resfriam abaixo do bulbo úmido, independentemente da umidade
- As mesmas serpentinas aquecem o ar de admissão no inverno contra a formação de gelo
- Baixa perda de carga, bandejas de drenagem e eliminadores de gotículas fazem parte do projeto
- A TECS fabrica serpentinas de entrada para resfriamento e antigelo
O que enviar com a consulta
- Modelo da turbina a gás e a vazão de ar de entrada
- Temperatura ambiente e umidade de projeto, verão e inverno
- Temperatura-alvo do ar de entrada e a perda de carga permitida
- Fluido de resfriamento e aquecimento: água gelada, glicol, temperaturas e vazão
- Dimensões da casa de filtros e o espaço para o banco de serpentinas
- Atmosfera do local e a classe de corrosão
Perguntas frequentes
Quanta potência o resfriamento da entrada recupera?
Depende da turbina e do clima; resfriar de 40 °C a 15 °C pode recuperar a maior parte dos 15 a 25 % que uma turbina de grande porte perde em um dia quente. As curvas de desempenho do fabricante da turbina dão o valor para uma máquina específica.
O resfriamento evaporativo basta?
Em um clima seco, dá um bom ganho a baixo custo. Em ar úmido, só pode chegar à temperatura de bulbo úmido e o ganho diminui; serpentinas mecânicas são escolhidas onde o ar é úmido ou a temperatura-alvo é baixa.
A serpentina de entrada reduz a potência?
Sua perda de carga reduz, um pouco, o ano todo. É por isso que as serpentinas de entrada são projetadas para baixa perda de carga e por que o ganho líquido é calculado incluindo a resistência da serpentina.
A mesma serpentina pode evitar a formação de gelo?
Sim. No inverno, glicol quente passa pela serpentina e eleva o ar de entrada acima do ponto de congelamento; muitas usinas usam um mesmo banco de serpentinas para o resfriamento no verão e o aquecimento no inverno.
O que acontece com o condensado?
Ele é coletado em bandejas de drenagem sob a serpentina, e eliminadores de gotículas a jusante impedem o arraste para o compressor. Ambos fazem parte do projeto do banco de serpentinas.
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