Controle de uma microturbina a gás com câmara de combustão de baixa emissão de NOx

Abstract

Há um número grande de tecnologias sendo exploradas na área de geração distribuída de energia, dentre elas, as turbinas a gás de pequeno porte, conhecidas como microturbinas, são um projeto relativamente novo. Acopladas a geradores elétricos de alta velocidade, as microturbinas são capazes de gerar eletricidade em pequena escala, de forma independente, na faixa de 30kW a 500kW. Elas são unidades pequenas, de fácil instalação e custo relativamente baixo. Além disso, possuem apenas uma parte móvel, facilitando sua manutenção e prolongando sua vida, podendo ser utilizadas em ambientes isolados. O Laboratório de Energia e Ambiente do Departamento de Engenharia Mecânica na Universidade de Brasília tem conduzido estudos em relação à tecnologia de microturbinas. Neste trabalho são apresentados os componentes da arquitetura de instrumentação, identificação e de controle em tempo-real por computador para manter constante a velocidade de rotação da turbina de potência. Neste intuito, foi montada uma bancada de microturbina composta por um turbo-compressor comercial, uma câmara de combustão DLN acoplada a esse turbo-compressor, um sistema de injeção de combustível, um sistema lubrificação e um sistema de carga. A instrumentação implementada na bancada consiste de termopares, transdutores de pressão, um sensor óptico de velocidade e válvulas injetoras de combustível necessários para a caracterização e controle do sistema em estudo. Para aquisição de sinais, foi empregada uma placa de aquisição AD/DA, instalada em um microcomputador compatível. Foi desenvolvido um software, em linguagem orientada ao objeto (C++), responsável pela aquisição, monitoramento e armazenamento dos dados em tempo real. Estes dados foram utilizados para a identificação do sistema com técnicas de identificação lineares. A partir do modelo mais adequado ao funcionamento da microturbina, foi projetado e implementado um controlador PI, que foi capaz de manter a turbina de potência em rotação próxima ao valor de referência. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

A number of energy technologies are being employed for distributed generation. When it comes to small scale generation, microturbines are on the cutting edge of thermal technology due to their size, low capital, installation and O&M costs. This work presents the architecture components for the instrumentation, identification and control of a microturbine. The microturbine system was composed of a heavy truck turbocompressor, a dry-low-NOx (DLN) combustion chamber, fuel injection and lubrication apparatuses. The instrumentation was composed of thermocouples, pressure transducers, speed optical sensors and fuel injectors and respective conditioning circuits. The signal was acquired by means of an AD/DA card. A object-oriented software was developed for data acquisition and treatment. Linear system identification techniques were employed. The control was implemented based on the most adequate model of the microturbine.