Balanço Energético E Exergético Da Central Diesel

Universidade Federal de Itajubá

Instituto de Engenharia Mecânica

EME606 – Termodinâmica II

Balanço Energético e Exergético da Central Diesel

Aluno: Renan Delgado Camurça Lima

Matrícula: 15885

Professora: Lucilene de Oliveira Rodrigues

Introdução:

O experimento foi realizado utilizando medições realizadas em uma central diesel. A partir de dados obtidos enquanto a central funcionava como gerador e como motor foi possível fazer o balanço energético e exergético da central, para assim, a partir da potência gerada, recebida e das perdas chegar a conclusões concisas sobre a central para bem analisá-la.

O complemento da análise energética se expressa pela avaliação exergética, onde o princípio da exergia permite a identificação das irreversibilidades do sistema, bem como a detecção, das perdas mais pronunciadas. Estes resultados possibilitam que o investimento para melhoria do sistema seja direcionado a pontos onde a resposta será mais expressiva.

Objetivos:

Fazer o balanço energético e exergético de uma central diesel.

Apresentar os seus fluxos na forma de diagrama.

Desenvolvimento Teórico

Para o desenvolvimento teórico é de suma importância apresentar alguns conceitos da termodinâmica essenciais para a compreensão e confecção do balanço energético e exergético. Paralelamente a cada conceito apresentado também serão apresentadas as principais equações referente ao respectivo conceito bem como a maneira utilizada para obter as variáveis envolvidas nos cálculos deles. Também será feita uma breve descrição da bancada de ensaio.

O Sistema utilizado para o ensaio é composto basicamente por um Motor Diesel Mercedez Benz, um alternador “Brushless” Negrini, um quadro de comando elétrico e um quadro de medição de temperatura e vazão de combustível. Calor é fornecido ao motor através da combustão do combustível, o motor gera um trabalho no eixo e o alternador converte a potência mecânica do eixo em potencia elétrica.

Potência Elétrica

Foram utilizados transformadores de corrente para se ligar as bobinas de corrente dos wattímetros ao gerador devido aos altos valores de corrente gerados por ele. Como a tensão do alternador é de apenas 220V a bobina de tensão dos wattímetro pode ser ligada diretamente ao gerador. Os amperímetros do quadro não estavam marcando a corrente corretamente devido a defeitos e descalibração então foi utilizado um amperímetro tipo alicate que devido as suas características não apresenta necessidade de ser ligado ao sistema.

Os valores para as potências elétricas do gerador e do motor podem ser obtidas com o auxílio de fórmulas que seguem abaixo:

em que: - el  potência elétrica do gerador em [W];

- el-mot  potência elétrica do motor em [W];

- V  tensão no gerador em [V];

- I  corrente no gerador em [A];

- cosφ  fator de potência do gerador [-];

- Vel-mot  tensão no motor em [V];

- I el-mot  corrente no motor em [A];

- cosφ mot  fator de potência do motor [-];

Os valores de tensão e corrente, tanto para o gerador como para o motor, são obtidos experimentalmente no quadro de comando. O valor para o fator de potência do gerador é fornecido pelo fabricante.

Potência Mecânica e de Atrito

Da termodinâmica, sabe-se que:

Em que: - m  potência mecânica em [W];

- atr-m  potência de atrito do motor em [W];

- alt  rendimento do alternador [-].

- el  potência elétrica do gerador em [W];

- el-mot  potência elétrica do motor em [W];

A Potência de atrito do gerador é calculada pela formula:

Em que: - atr-g  potência de atrito do gerador em [W];

- atr-m  potência de atrito do motor em [W];

- el-mot  potência elétrica do motor em [W];

O rendimento do alternador é obtido na curva abaixo, fornecida pelo fabricante, que abrange a corrente inicial de 23 A até 159 A.

Figura 1 – Curva de rendimento elétrico do gerador elétrico Negrini

Também foi fornecida a seguinte formula do rendimento em função da corrente para se calcular mais precisamente o rendimento:

〖 〗_alt=84,9637-2,69854 I+0.206562 I^2-0.00761624 I^3+0.000172372 I^4-2,56007 ×〖10〗^(-6).I^5 +2.54863 ×〖10〗^(-8 ).I^6-1.68917 ×〖10〗^(-8) .I^7 +7.16293 ×〖10〗^(-13).I^8- 1,75966 ×〖10〗^(-15).I^9+ 1.9049 ×〖10〗^(-18).I^10

Vazão em massa de combustível

O motor e o tanque estão conectados através de uma válvula de comando. Durante a operação normal o motor é suprido pelo óleo diesel do tanque. Ao acionar a botoeira de comando o motor passa a consumir apenas o óleo contido no medidor de esferas.

O volume entre a marca superior e a marca inferior é de 25 ml. Quando o nível de óleo passa pela marca superior dispara-se o cronômetro e quando chega à marca inferior ele é parado, sendo assim, como o auxílio da fórmula que segue abaixo, o volume de óleo