17/02/2020
303 – Desenvolvimento de ferramenta computacional para ensaios de rendimento de turbinas kaplan
RESUMO
O Ensaio de Rendimento Relativo, ou Index Test, possui grande importância para uma hidrelétrica porque, através dos resultados deste ensaio, é possível avaliar o comportamento de uma turbina hidráulica e permitir tomadas de decisão, como, por exemplo, definir a necessidade de realização de ajustes em seu sistema de controle para obter um melhor desempenho do equipamento, ou a necessidade de manutenção corretiva na turbina. Atualmente, utilizam-se planilhas para processar os dados coletados do ensaio e obter o rendimento da turbina, porém uma das limitações da utilização dessas planilhas, é o fato de não identificar o ponto de máximo rendimento durante o ensaio, sendo necessário coletar vários pontos da combinação entre abertura do distribuidor e das pás do rotor para se obter um melhor resultado, aumentando o tempo para do ensaio e, consequentemente, a indisponibilidade da unidade geradora para a produção de energia elétrica. Outro aspecto é que durante a operação das planilhas pode ocorrer erro humano, fazendo com que se despenda um tempo excessivo para obter os valores corretos, resultando em um aumento no custo do serviço executado. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para ensaios de rendimento relativo, utilizando a linguagem LabVIEW para a sua implementação. Além de obter os mesmos resultados das planilhas, através de método de regressão polinomial de terceira ordem, esta ferramenta obtém o melhor ponto de rendimento da turbina durante os ensaios. A validação da ferramenta computacional foi efetivada em ensaios de rendimento realizados na usina hidrelétrica de Santo Antônio e os resultados obtidos foram comparados com o método atualmente utilizado. A conclusão foi que, para a potência de 53 MW, o rendimento é aproximadamente 0,56% superior, caso o regulador de velocidade seja ajustado para operar conforme a curva de conjugação obtida pela ferramenta computacional. Adicionalmente à determinação do ponto de maior rendimento, a utilização da ferramenta permitiu a redução na quantidade de horas utilizadas para obter os resultados. Com as planilhas são necessárias em média 10 horas para parametrizar e processar os dados antes e após o ensaio, e assim gerar os resultados para relatório, e com a ferramenta computacional, em média 3 horas.
ABSTRACT
The Relative Performance Test, or Index Test, is of great importance for a hydroelectric plant. Index Tests are used to evaluate the behavior of a hydraulic turbine and allow decision-making process such as defining adjustments to achieve a better equipment performance, or supporting maintenance services. Currently, spreadsheets are used to process the data collected from the test and calculate the turbine performance. However, one of the restrictions of using a spreadsheet is the fact that it does not identify the maximum point of turbine efficiency during the test. Additionally, a number of data combining the opening of the wicket gate and the propeller blades are needed to obtain a reliable performance result. The use of spreadsheets may lead to human mistakes resulting in an increase in the test cost. In this context, this work presents the development of a computational tool regarding Relative Performance Tests, based on the LabVIEW language for its implementation. Compared to the conventional technique based on spreadsheets, our tool determines instantaneously the best performance point of the turbine during the test. The validation of the computational tool was carried out in performance tests at the Santo Antônio hydroelectric plant and the results were compared with the spreadsheets method. The conclusion was that, for a power of 53 MW, the yield is approximately 0,56% higher, if the speed regulator is adjusted to operate according to a conjugation curve applied by the computational tool. In addition to determine the highest yield point, the use of the tool reduces the number of hours needed to obtain the performance results. By using the spreadsheets, it takes an average 10 hours to parameterize and process the data before and after the test. With our computational tool, on average 3 hours are needed to achieve the same result.
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Texto Complementar:
Data da defesa: 17/02/2020
Banca Examinadora
Orientador: Renato de Arruda Penteado Neto Lactec)
Membro da Banca: Lúcio de Medeiros (Lactec)
Membro da Banca: Marcelo Risso Errera (UFPR)
Palavra(s)-Chave: Ensaio de rendimento; Turbinas Kaplan; Turbinas Bulbo; Index Test; Winter-Kennedy.
Keywords: Performance Test; Kaplan Turbine; Bulb Turbine; Index Test; Winter-Kennedy.
