Básico de Turbinas a Gás_ Petrobras

E&P-SSE/UN-BC/ST/EGMSE

Manoel Queiroz José Augusto Matias

Jan/2003

BÁSICO DE TURBINAS A GÁS

E&P-SSE/UN-BC/ST/EGMSE Seção I - 1

Seção I

TURBINA A GÁS:

• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO• CICLO BRAYTON• COMPONENTES BÁSICOS• APÊNDICES:

• CICLOS TERMODINÂMICOS• TERMODINÂMICA BÁSICA



TURBINA A GÁS

1 - INTRODUÇÃO

A invenção da turbina a gás e o desenvolvimento do seu projeto original foram feitospara acionamento de aviões e pesquisas de propulsão a jato. O emprego de turbinas agás para o acionamento de compressores, bombas e geradores foi adaptado, maistarde. Devido a sua construção compacta , pequeno peso e a alta potência quandocomparado com os motores tradicionais de combustão interna seu uso tem sido muitodifundido para aplicações industriais.

Em 1930 FRANK WHITTLE apresentou a primeira patente de uma turbina a gás paraproduzir um jato de propulsão. A turbina WHITTLE formou as bases das modernasturbinas a gás.

Recentemente, turbinas a gás de baixo peso (aeroderivadas) foram introduzidas emaplicação industrial. Neste meio, essas turbinas são comumente denominada geradorade gás (GG). Seu propósito é a geração de um grande volume de gases de alta energiaque escoa através de uma roda de turbina transformando essa energia em potência, noeixo.

2- PRINCÍPIO BÁSICO DE FUNCIONAMENTO DE TURBINA A GÁS

A Turbina a gás é uma máquina térmica que utiliza o ar como fluido motriz paraprover energia. Para conseguir isto o ar que passa através da turbina deve seracelerado; isto significa que a velocidade ou energia cinética do ar é aumentada. Paraobter esse aumento, primeiramente aumenta-se a pressão e, em seguida, adiciona-secalor. Finalmente a energia gerada (aumento de entalpia) é transformada em potênciano eixo da turbina .



Uma turbina a gás produz energia a partir do resultado das seguintes etapascontínuas do ciclo BRAYTON:

1. Compressão - O ar é admitido e comprimido em um compressor onde as energiasde pressão e temperatura do fluido (ar) aumentam.

2. Combustão - O ar comprimido flui para as câmaras de combustão, onde ocombustível, a alta pressão, é injetado e queimado a uma pressãoaproximadamente constante. A ignição da mistura ar/combustível ocorre durante apartida, através ignitores. Posteriormente a combustão se auto sustenta.



3. Expansão - Gases em alta temperatura e pressão são expandidos a uma altavelocidade através dos estágios da turbina geradora de gás, que converte parteda energia dos gases em potência no eixo para acionar o compressor de ar (aproximadamente 2/3 da energia gerada com a queima).

4. Exaustão - Em um avião a jato, os gases remanescentes da expansão na turbinapassam através de um bocal para aumentar sua velocidade e, consequentemente,o impulso (propulsão). Na aplicação industrial, os gases são direcionados parauma turbina de reação ou potência onde a energia residual (aproximadamente1/3)da energia gerada, dos gases é convertida em potência no eixo para acionar umcomponente como um compressor de gás, gerador elétrico ou uma bomba.Finalmente os gases fluem para o duto de exaustão, onde sua energiaremanescente pode ainda ser aproveitada em um sistema de recuperação decalor (aquecimento de água, geração de vapor, aquecimento do ar de combustão,etc.).

2.1- COMPARAÇÃO ENTRE OS CICLOS DE FUNCIONAMENTO DE MOTORES

Podemos fazer comparação entre os ciclos de funcionamento de uma turbina (cicloBrayton) e de um motor convencional de 4 (quatro) tempos (ciclo Otto). Em uma turbinaa combustão ocorre a uma pressão constante, ao passo que em um motor convencionala combustão ocorre a um volume constante.

Fig. 5 - Comparação entre Ciclos



2.1.1- O Ciclo Otto

Em ambos os ciclos ocorrem as etapas de admissão, compressão, combustão eexaustão. Em um motor de ciclo convencional (Otto), essas etapas ocorrem no mesmolocal (cilindro) em tempos diferentes, sendo portanto um ciclo intermitente.

Em uma turbina (ciclo Brayton),essas etapas ocorremcontinuamente em locaisdiferentes com os processos decompressão, combustão,expansão e exaustão separados.

Do ponto 1 ao ponto 2 o ar éadmitido, ocorrendo aumento dovolume sem variação da pressão. Do

ponto 2 ao 3 ocorre o movimentoascendente do pistão acarretando

a redução do volume, aumento da pressão e

conseqüente aumento da temperatura, visto que é um processo de compressãopolitrópica. No ponto 3 ocorre a ignição com grande aumento da temperatura damistura. O termo, "volume constante", é devido ao fato de que do ponto 3 ao ponto 4, acombustão da mistura, não ocorre mudança considerável no volume, mas ocorre umgrande aumento da pressão. Do ponto 4 ao ponto 5 ocorre a expansão com queda datemperatura e da pressão e aumento do volume.

É importante notar que esta é a única etapa em que a energia pode ser extraída(trabalho extraído do processo). Quando a válvula de exaustão abre, ponto 5 ao ponto2,resulta em uma rápida queda de pressão a volume constante. O pistão então sobeforçando os gases remanescentes para a exaustão ( ponto 2 ao ponto 1). O ciclo entãoé reiniciado.

2.1.2- O CICLO DE BRAYTON



As turbinas operamno ciclo Brayton(pressão constante)que comumente édenominado cicloaberto. As etapasdeste ciclo sãomostradas no gráfico Px V da figura 9. O ar éadmitido e comprimidodo ponto 1 ao ponto 2com conseqüenteaumento de pressão etemperatura, eredução do volume.Do ponto 2 ao 3 temosrepresentado acombustão àpressão constante,

mas com um aumento acentuado do volume. Este aumento de volume se manifesta emaumento de velocidade de escoamento dos gases, porque não há mudança acentuadana área desta seção da turbina. A partir da combustão ocorre a expansão dos gasesnas rodas da turbina causando uma redução da pressão e temperatura e aumento devolume. Este processo continua do ponto 4 ao 5 através da turbina de potência.

3- DESCRIÇÃO BÁSICA DE UMA TURBINA A GÁS

A turbina a gás é composta de:• Gerador de gás (GG):

- compressor de ar- câmara de combustão- Turbina de alta pressão (HP)

• Turbina livre ou turbina de potência (PT)

3.1- COMPRESSOR

O compressor é o componente da turbina a gás onde o fluido de trabalho épressurizado, sendo sempre empregado o do tipo dinâmico ( centrífugo, axial ou axialcom o último estágio centrífugo ).O compressor axial trabalha com relações de compressão por estágio baixas, valoresusuais de projeto situando-se entre 1,1/ 1 e 1,4/ 1 , o que resulta em um número grandede estágios para se atinjam as relações de compressão elevadas, de até 21/1 ,empregadas em algumas máquinas modernas. Na prática, relações de compressãomuito elevadas são obtidas normalmente com dois ou três rotores axiais, operando emsérie, ou por um rotor com vários estágios axiais seguidos por um último estágiocentrífugo.

O compressor axial permite obter altas vazões de ar, até 700 kg/s, e eficiênciaisoentrópica muito boa, valores típicos entre 85 a 90 %, sendo por isso empregado empraticamente todas as turbinas a gás de médio e grande porte.

Um inconveniente do compressor axial é a de apresentar faixa operacional pequena,entre os limites de surge e choke, o que exige cuidados especiais para evitar o surgedurante os períodos de partida e/ou aceleração.



O compressor de ar é o componente da turbina responsável pelo aumento dapressão do ar no ciclo Brayton e é acionado pela turbina do gerador de gás.

O compressor axial é empregado nestes casos por ser especificado para maioresvazões do que os centrífugos com relação ao porte.

Seu princípio de funcionamento é o da aceleração do ar com posterior transformaçãoem pressão. É composto por uma seção estacionária, onde se encontram instalados osanéis com aletas estatoras e a seção rotativa composta por um conjunto de rotores compalhetas. Cada estágio de compressão é composto por um rotor com palhetas e umanel com aletas estatoras. O rotor com palhetas é responsável pela aceleração do ar,como um ventilador. É nesta etapa que o ar recebe trabalho para aumentar a energia depressão, velocidade e temperatura. O anel de aletas estatoras tem a finalidade dedirecionar o ar para incidir com um ângulo favorável sobre as palhetas do próximoestágio rotor e promover a desaceleração do fluxo de ar para ocorrer a transformaçãoda energia de velocidade em pressão. Essas máquinas são projetadas para que avelocidade na entrada de cada rotor seja a mesma para a condição de máximaeficiência.

Este processo é repetido nos estágios subsequentes do compressor sendo que cadaestágio promove um pequeno aumento de pressão.

O fluxo de ar no compressor se dá paralelo ao eixo ( axial ) numa trajetória helicoidal,e a seção de passagem é reduzida da admissão para descarga, com o propósito de semanter a velocidade do ar constante dentro da faixa de operação, uma vez que apressão sobe a cada estágio e respectivamente a massa específica (veja a equação dacontinuidade). O ganho de pressão e as variações de velocidade a cada estágio podemser vistos nas figuras a seguir.



As aletas estatoras do último estágio agem como pás guias de saída, que direcionamo ar em um fluxo axial estabilizado para a carcaça traseira do compressor e seção decombustão.

O compressor é projetado para operar com alta eficiência em altas rotações. Paramanter o fluxo de ar estabilizado à baixa rotação, tem-se instalado, na entrada de ar, umconjunto de aletas móveis guias de entrada (IGV - Inlet Guide Vanes), queautomaticamente, altera o ângulo de ataque das palhetas para o primeiro rotor. Aeficiência é gradualmente aumentada de acordo com o aumento da rotação. As válvulasde sangria estão instaladas para prevenir o surge em baixas rotações.

O conjunto I.G.V e válvulas de sangria fazem parte do sistema de controle do fluxode ar da turbina.

A proteção quanto ao surge se dá através de válvulas de alívio instaladas nosúltimos estágios, que ficam abertas aliviando para atmosfera durante a fase deaceleração e parada do compressor.

3.2- COMBUSTOR

A combustão em uma turbina a gás é um processo contínuo realizado a pressãoconstante. Um suprimento contínuo de combustível e ar é misturado e queimado àmedida que escoa através da zona de chama. A chama contínua não toca as paredesda camisa da câmara de combustão, sendo estabilizada e modelada pela distribuiçãodo fluxo de ar admitido, que também resfria toda a câmara de combustão. Podem serqueimadas misturas com larga faixa de variação da relação combustível - ar, porque aproporção combustível - ar é mantida normal na região da chama, sendo o excesso dear injetado a jusante da chama.

O projeto da câmara de combustão deve garantir resfriamento adequado da camisa,combustão completa, estabilidade da chama e baixa emissão de fumaça, monóxido decarbono, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. O volume da câmara de combustão émuito pequeno em relação à taxa de liberação de calor desenvolvida, porque acombustão é feita a pressão elevada: em turbinas aeronáuticas este volume pode serde apenas 5 % do volume que seria necessário em uma caldeira com a mesma taxa deliberação de calor.



O combustor usado em uma turbina a gás pode ser: tubular, tubo-anular, anular ouexterno.

O combustor tubular é usado em turbinas industriais de médio grande porte,especialmente em projetos europeus, e em algumas turbinas, automotivas ou auxiliares,de pequeno porte. Apresentam como vantagens: simplicidade de projeto, facilidade demanutenção e vida longa devida às baixas taxas de liberação de calor. Podem ser defluxo direto ou de fluxo reverso.

Em turbinas aeronáuticas, onde a área frontal é importante, os combustoresempregados são do tipo tubo-anular ou anular. Estes combustores produzem umadistribuição circunferência de temperaturas bastante uniforme na entrada do primeiroestágio da turbina.

Embora seja de desenvolvimento mais difícil, o combustor anular é o maisempregado em turbinas aeronáuticas modernas, devido à sua compacidade.Combustores anulares são particularmente adequados para aplicações a altastemperaturas ou com gases de baixo poder calorífico, porque exigem menos ar deresfriamento, devido à menor área superficial da camisa. A quantidade de ar deresfriamento requerida pelo combustor é particularmente importante em aplicações comgases de baixo poder calorífico, porque estes gases exigem muito ar primário, sobrandopouco ar para resfriamento da câmara. Os combustores anulares são usualmente defluxo direto, enquanto os tubo-anulares são normalmente de fluxo direto em turbinasaeronáuticas e de fluxo reverso em turbinas industriais.

3.3- RODA DE TURBINA

A roda de turbina é o meio mais eficaz para transformar a energia contida em umfluxo de gás a alta pressão e temperatura em trabalho no eixo.

O gás ao escoar através da turbina perde pressão e temperatura, à medida que seexpande e transforma sua energia em trabalho.

As turbinas empregadas em turbinas a gás são na grande maioria do tipo axiais porapresentarem maior eficiência isoentrópica, variando entre 75 e 90 %.

Ao contrário dos compressores axiais, antecede as palhetas da roda da turbina aspalhetas estatoras que tem a finalidade de direcionar o fluxo de gás num ângulofavorável de ataque nas palhetas rotoras e proporcionarem o efeito bocal para que ofluxo aumente a velocidade.



A turbina pode ser equipada por vários estágios de palhetas estatoras e rotoras adepender da aplicação ou projeto, lembrando que as palhetas estatoras são fixadas acarcaça da turbina e as rotoras as rodas, que por conseguinte são fixadas ao eixo. Dequalquer forma a energia extraída pela roda de turbina é transmitida ao eixo que por suavez transfere para o compressor de ar, proporcionando assim a compressão de umvolume de ar para a câmara de combustão fechando o ciclo de funcionamento.

Para aplicação industrial os gases gerados pela turbina a gás é direcionado por meiode uma peça de transição para uma turbina de potência, que é um conjunto de estágiosde palhetas estatoras e rotoras com a finalidade de extrair potência dos gases geradospela turbina a gás ou gerador de gás. Essa energia é transmitida para o equipamentoacionado através de um eixo utilizado um redutor de velocidade ( gerador elétrico ) ouum multiplicador ( compressores ).

As primeiras turbinas a gás fabricadas para aplicação industriais eram máquinas deconstrução pesada, com projeto largamente derivado das práticas utilizadas naconstrução de turbinas a vapor. Estas máquinas deram origem às atualmente chamadasturbinas industriais para serviço pesado (industrial heavy duty gas turbines).



Essas turbinas têm como principais características: potência elevada; projetos compouca restrição quanto a peso e tamanho; carcaças pesadas de partição horizontal;mancais de deslizamento; combustores de grande diâmetros boa durabilidade e fácilacesso para inspeção e manutenção; palhetas de seção espessa; compressores eturbinas axiais com muitos estágios; baixo nível de ruído, devido às baixas velocidadesde admissão de ar normalmente empregadas em seu projeto; baixa relação decompressão por estágio, propiciando larga faixa de operação estável do compressor.

Suas principais vantagens são: longa vida útil, grande confiabilidade operacional, boaeficiência térmica e baixo nível de ruído. Suas principais desvantagens são peso etamanho.

As turbinas derivadas de aviação tem portanto dois componentes básicos: o geradorde gás e a turbina de potência. O gerador de gás é uma turbina aeronáutica adaptadapara queimar combustível industrial. A turbina de potência é projetada e fabricada pelochamado fornecedor do pacote.

Esse é responsável pelo fornecimento, montagem e testes do conjunto completo, queinclui, além do gerador de gás e da turbina de potência, todos os acessórios e sistemasauxiliares, tais como: base e suportes, sistemas de óleo, sistema de combustível,instrumentação, sistemas de proteção e controle, painéis, filtros de ar, dutos deadmissão e descarga, silenciadores, proteção acústica. O fornecedor normalmenteentrega ao comprador o pacote totalmente montado e testado em sua fábrica.

São características importantes das turbinas derivadas de aviação: facilidade deinstalação e comissionamento, boa adaptabilidade a controle remoto, planejadas para amanutenção em oficina.



Apendice A Seção 1 – CICLOS TERMODINÂMICOS DA TURBINA A GÁS

a) CICLOS IDEAIS

A análise dos ciclos ideais e de turbinas a gás podem ser encontrados em diversostextos clássicos de termodinâmica e somente um breve resumo será apresentado. Nocaso de ciclo ideal, serão adotados as seguintes hipóteses simplificadoras :

• Compressão e expansão isoentrópicas;• Desprezadas as perdas de carga nos dutos de sucção , descarga e câmara de

combustão;• não há perdas de calor pelas paredes da turbina;• Gás perfeito;• Vazão mássica constante ao longo do ciclo;• Fluxo unidimensional.

O Ciclo Brayton

A turbina a gás é um dispositivo que converte calor em trabalho. O ciclo ideal é oBrayton cujo processo consiste em três principais etapas: compressão do ar, adição decalor ao fluxo de ar (combustão) e a expansão, conforme é mostrado nas figuras aseguir:

• Ao usarmos um volume de controle em torno da turbina, podemos afirmar baseadona 1a Lei da termodinâmica, que toda a energia que entra na turbina é igual aenergia que sai da mesma:

• • Q1 = vazão mássica de ar x calor específico do ar x T1• Qc = vazão mássica do combustível x Poder calorífico do combustível (lhv).• Qe = vazão mássica dos gases de exaustão x calor específico dos gases da

exaustão x T4W = Potência líquida (útil) na ponta do eixo da turbina

compressorTurbinas

Câmara

gases de exaustãoCombustível

Ar Potência Líquida

12 3 volume de controle

4

Turbina que opera segundo o ciclo Braytonem um volume de controle



Considerando-se que a vazão de combustível é desprezível, se comparada com avazão de ar, esta pode ser considerada constante ao longo da turbina. Outras perdas decalor por radiação e perdas mecânicas em mancais , selos e acessórios são aquidesprezadas e é assumido que o calor específico do ar permanece constante.Colocando-se um volume de controle em torno da turbina, conforme é mostrado noesquema acima, pode-se escrever que sua a eficiência é:

• ηηt = QcW

Mas olhando-se, para a variação de energia que ocorre em cada etapa do ciclo daturbina a gás que são : compressão , combustão e a expansão que ocorre nas turbinas,podemos escrever:

ηηt = QcW

= )23(

)12()43(

ttcpttcpttcp

−

−−− = 1-

2314

tttt

−

− e,

introduzindo-se a relação isoentrópica entre pressão e a temperatura de um gás ideal

que é 1

12

12 −

=

k

k

tt

pp

, onde K é o coeficiente isoentrópico, temos que a máxima

eficiência que pode ser obtida em um ciclo ideal de Bryton é:

ηηt máximo = 1-1

12 −

k

k

pp

= 1-21

tt

A eficiência do ciclo de uma turbina a gás e fortemente influenciado pela razão decompressão (p2/p1), no compressor de ar . Se aumentarmos a pressão através docompressor o rendimento global da turbina a gás irá aumentar em função do aumentoda temperatura T3, que por sua vez é limitante por considerações metalúrgicas daspartes quentes da máquina. Na realidade, esta eficiência dificilmente irá exceder 55%,em função do rejeito térmico na exaustão da máquina, porque a temperatura dedescarga é significativamente maior que a temperatura ambiente. Assim, uma parteconsiderável da energia do combustível colocada na câmara de combustão não poderáser aproveitada dentro do ciclo Brayton.

compressão

expansão

combustão(pressão cte)

P2

P1

Ciclo aberto teórico da turbina a gás S

T

4

3

2

1



Outra consideração que podemos fazer pelo diagrama T x S, do ciclo de Bryton, é quea adição de calor na câmara de combustão, tem uma proporcionalidade direta com otrabalho útil produzido. Desta forma, quanto maior for a temperatura na câmara decombustão (t3), para uma mesma vazão mássica de ar, maior será a potênciadisponível na ponta do eixo da turbina.

a) CICLOS REAIS

Denominamos ciclo real, aquele em que a compressão e a expansão sãoconsiderados como transformações irreversíveis. Nas transformações reais ocorreaumento de entropia, mesmo sem que haja intercâmbio de calor entre o sistema e oexterior. O desempenho dos ciclos reais diferem consideravelmente do desempenhodos ciclos ideais pelas seguintes razões:• Os processos de compressão e expansão são irreversíveis, envolvendo, portanto,

aumento de entropia;• Há perdas de pressão devido ao atrito de fluido nas câmaras de combustão e dutos

de admissão e exaustão;• Há necessidade de incremento no trabalho de compressão a fim de compensar o

atrito nos mancais e acionamento de equipamentos auxiliares ( offtakes);• Os valores de cp e γ do ar variam ao longo do ciclo devido às variações de

temperatura e, no caso de combustão, devido a alterações na composição química;• À primeira vista pode parecer que a vazão mássica através da turbina é maior do

que a do compressor devido a injeção de combustível. Na prática, de um a dois porcento do ar comprimido é retirado com o propósito de refrigerar os discos e aspalhetas das partes quentes. Além disso, a relação combustível/ar é da ordem de0,01 a 0,02. Desta forma, para cálculos preliminares, é possível assumir que avazão mássica através do compressor de ar é igual as das turbinas. Cumpreobservar que turbinas aeronáuticas de última geração , operam com temperaturasna turbina de alta pressão (HP) elevadas, o que demanda maior quantidade de arpara refrigeração. Neste caso, a aproximação de vazão constante ao longo daturbina seja constante, não é correta em caso de avaliação precisa.

A qualidade da compressão e da expansão depende, em grande parte do projetoaerodinâmico do compressor, das turbinas e da fabricação. Como, em termos práticos, éimpossível obter-se compressão e expansão isoentrópicas ( fricção e atritosintermoleculares estão presentes), são utilizados parâmetros denominados rendimentosisoentrópicos para definir a potência útil e o rendimento térmico do ciclo.

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Relacão de pressão P2 / P1

Ren

dim

ento

%

Rendimento do Ciclo de Brayton em função de P2 / P1



• Eficiência Isoentrópica de compressão. (ηIC)

Vimos, no caso dos ciclos ideais que compressão e expansão ocorrem sem perdas. Arealidade, porém, é diferente e durante os processos termodinâmicos que ocorrem naturbina a gás ocorre incremento de entropia .

Para o diagrama temperatura x entropia, que considera as ineficiências sobre um ciclo , seanalisarmos isoladamente o compressor, temos:

)1'2.(. ttCpmCW ideal −= ;);12.(. ttCpmCW real −= então:

121'2

)12.(.)1'2.(.

tttt

ttCpmttCpm

CW

CW

real

idealIC

−

−=

−

−==η

;

• Eficiência Isoentrópica da Expansão (ηIE) ;

De modo análogo ao compressor, existem perdas relacionadas ao processo de expansãorealizado pela turbina. Estas perdas resultam num decremento do trabalho disponível parauma dada vazão de compressão. Assim, analisando este processo para a expansão daturbina, temos:

);'43.(.)'43( ttCpmhhmEW ideal −=−=

);43.(.)43( ttCpmhhmCW real −=−= então:

'4343

)'43.(.)43.(.

tttt

ttCpmttCpm

EW

EW

ideal

realIE

−

−=

−

−==η ;

Efeito das ineficiências sobre o ciclo da turbina a gás

3

Pressão

S

1

2’ 2

T

4

4’

ciclo teóricociclo real

compressão

Expansão



• Eficiência de Combustão

O processo de combustão não é perfeito. Há formação de fuligem , Co, etc., além dehidrocarbonetos não queimados. Portanto, o aumento de temperatura será inferior àqueleobtido se todo combustível fosse queimado. Eficiências típicas de combustão situam-se porvolta de 98%.

• Outras perdas

Outras perdas de potência inerentes a uma turbina a gás são as perdas mecânicas queocorrem nos mancais e selos , bem como a potência que é retirada diretamente no seu eixopara o acionamento de bomba mecânica de óleo lubrificante.

Os fabricantes de turbinas a gás métodos matemáticos computacionais para o projeto deturbinas a gás e definir as curvas de performance esperada. Apesar disto, o ciclo real deuma turbina a gás requer o prévio conhecimento das eficiências da compressão e expansãoisoentrópicas, das perdas de pressão na câmara de combustão e nos dutos de sucção edescarga , bem como a eficiência de combustão. Estes dados são obtidos por testesexperimentais ou análise computacional de dinâmica dos fluidos. Os valores a seguir sãotípicos de eficiências empregadas em turbinas a gás modernas:

Dutos de sucção e filtro de ar ηsucção ≈ 99%Compressor axial ηIC ≈ 90%Câmara de combustão ηCC ≈ 98%Turbinas ηIE ≈ 90%Sistema de exaustão ηexaustão ≈ 99%Eficiência mecânica ηmecãnica ≈ 99%



Apendice B Seção 1 - TERMODINÂMICA BÁSICA

1.1 - Termodinâmica básica

Para uma perfeita compreensão do princípio de funcionamento, definiremos, aseguir, alguns conceitos de termodinâmica básica:

Grandezas

VELOCIDADE - É uma grandeza que corresponde a relação entre o espaçopercorrido e tempo gasto para percorre-lo. É dividida em velocidade escalar e vetorial. Aescalar expressa o valor, enquanto a vetorial expressa o valor e o sentido.

rv

et

=∆∆

ACELERAÇÃO - É a grandeza vetorial que corresponde a variação da velocidade notempo.

ra

vt

=∆∆

TEMPERATURA - É a sensação de quente ou frio. Representa o grau de agitaçãodas moléculas.

MASSA - É a quantidade de matéria.

IMPULSO - É o produto da massa pela velocidade. É a propriedade de um corpo emmovimento que determina o período de tempo requerido para traze-lo à condição derepouso sob ação de uma força constante.

FORÇA - É um agente capaz de produzir ou cessar um movimento.

PRESSÃO - É a relação entre uma força e a área na qual ela está atuando. Tambémpode ser definida como sendo o número de choques das moléculas nas paredes de umrecipiente por unidade de tempo.

Leis de Newton

1°.LEI - Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, um corpo emmovimento tende a permanecer em movimento.

A resultante de forças em um corpo é igual a 0 (zero) quando o corpo estiver emrepouso ou em movimento retilíneo uniforme.

2°.LEI - A força agindo sobre um corpo produz uma aceleração cuja direção é amesma da força aplicada e sua amplitude é proporcional a força e inversamenteproporcional a massa do corpo.

rr

aFm

=

3° .LEI- A toda ação corresponde uma reação, igual, mas oposta.



Energia

É a capacidade de realizar trabalho. Se divide em energia cinética e energiapotencial.

ENERGIA CINÉTICA (Ev) - É a energia que um corpo possui quando em movimento.

ENERGIA POTENCIAL DE ALTURA (Eh) - É a energia que um corpo possui emfunção da altura em que ele se encontra.

ENERGIA POTENCIAL DE PRESSÃO (Ep) - É a energia que um fluido possuiquando submetido a uma pressão.

ENERGIA INTERNA (u) - É a energia potencial do fluido associada a suatemperatura.

TRABALHO (W) - É a energia associada ao deslocamento de uma partícula. Tododeslocamento de um corpo necessita de trabalho para se realizar.

CALOR (Q) - Energia térmica em trânsito no sentido da maior para menortemperatura.

ENTALPIA (h) - É o nível energético em que um fluido se encontra. Podemos dizerque é a soma da energia de pressão com a energia interna.

ENTROPIA (S ) - É uma variável matemática que expressa a energia relacionada aograu de afastamento em que um processo se realiza em comparação a idealidade.

Propriedades do Fluído

MASSA ESPECÍFICA (r) - É a relação entre a massa e volume do fluido.

ρ =mv

VISCOSIDADE (µ) - É a propriedade que representa a maior ou menor facilidade dofluido em escoar.

PESO MOLECULAR (PM) - É a massa de um mol de uma substância (1 moleqüivale a 6,023 x 1023 moléculas). Um mol de qualquer gás ocupa 22,4 litros naCondições Normais de Temperatura e Pressão (C.N.T.P.) ( 0 oC e 1 atm).

FATOR DE COMPRESSIBILIDADE (Z) - É o fator empregado para corrigir o volumedo gás real com relação ao volume do gás ideal, nas mesmas condições de pressão etemperatura.

Z V r

V i

=

CALOR ESPECÍFICO (c) - É o coeficiente que indica o grau de dificuldade de trocatérmica. É o calor necessário para que uma grama de um fluido varie de 14,5 oC para15,5 oC. Para a água, o calor específico é 1 cal/g oC.



Para o gás, tem-se dois calores específicos:

- Calor específico a volume constante ( cv ) - É o calor necessário para que umagrama de um gás varie 1°C, mantendo seu volume constante.

- Calor específico a pressão constante ( cp ) - É o calor necessário para que umagrama de um gás varie 1°C, mantendo sua pressão constante.

Ao se aquecer um gás a volume constante a temperatura sobe mais rápido do que apressão constante, pois neste caso, além da temperatura subir, uma parte do calorcedido é transformado em trabalho no deslocamento das moléculas para se manter apressão. Com isso a variação de temperatura é menor. Sendo assim o calor necessáriopara aquecer um gás a pressão constante é maior do que a volume constante.

C Cp v>

COEFICIENTE ISOENTRÓPICO (K) - É a relação entre o cp e o cv. Expressa a maiorou menor facilidade que um gás tem em ser comprimido. Quanto maior o K maistrabalho é demandado para a compressão.

kc

c

p

v

=

Equação universal dos gases

A pressão do gás em um recipiente é diretamente proporcional a temperatura, ouseja, quanto maior a temperatura maior a pressão e vice-versa.

Ex: Ao se deixar um botijão de gás exposto ao sol, sua temperatura irá aumentar,proporcionando o aumento da pressão.

A pressão do gás é inversamente proporcional ao volume, ou seja, quanto maior ovolume menor a pressão e vice-versa.

Ex: A bomba manual utilizada para encher pneu de bicicleta. Ao ser reduzido ovolume para deslocar o ar, a pressão sobe.

A pressão do gás é diretamente proporcional ao número de moléculas (n) em umdado recipiente.

Analisando-se conjuntamente as três condições temos:

Pressão (P) é diretamente proporcional ao produto de n e da temperatura (T) einversamente proporcional ao volume específico (V).

NOTA

As propriedades do fluido se alteram ao serem alteradas as condiçõesde pressão e temperatura, sendo que o peso molecular é o único que nãose altera.



Para obtermos uma equação temos que utilizar uma constante para correção dasunidades, é a constante universal dos gases (R), que possui vários valores, a dependerdas unidades utilizadas.

Pn R T

VP V n R T= ⇔ =

. .. . .

.

Equação da continuidade

A vazão de um fluido em escoamento é o produto da seção transversal (S) com avelocidade do fluido (v).

Q S v= ρ. .

Com base nesta equação podemos concluir que para uma vazão constante, seocorrer uma redução da seção transversal a velocidade é aumentada e vice-versa.

Leis da termodinâmica

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da temperatura e estabelece o zero absoluto, onde as moléculasse encontram inertes. São as escalas kelvin (K) e Rankine (R).

1° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a conservação da energia, onde fica esclarecido que a energia total do fluidonão se altera sem interação com o meio. E o meio somente interage com o sistema(fluido) através do calor ou trabalho. Podemos dizer, que ao se aquecer um fluido e omesmo realizar trabalho (está recebendo calor e cedendo trabalho) a diferença entre ocalor recebido e o trabalho cedido é a variação da energia total do fluido. É o que ficaefetivamente com o fluido.

Q W Et Et+ = −2 1Sendo

Et Ep Ev u Eh= + + +Como exemplo temos, que, ao se aquecer isobaricamente o gás num cilindro, a

temperatura irá aumentar e o gás irá se expandir realizando trabalho ao deslocar oêmbolo. A diferença entre o calor recebido e o trabalho realizado pelo gás é a variaçãoda energia total do gás.

NOTA

As unidades de pressão e temperatura utilizadas devem estar em valoresabsolutos.



2° LEI DA TERMODINÂMICA

Retrata a existência da máquina térmica, onde fica estabelecido que se pode extrairtrabalho de uma máquina que possua uma fonte quente ( alta temperatura ) e umafonte fria ( baixa temperatura ). Quanto maior a diferença de temperatura entre as duasfontes, maior será o trabalho extraído.

Efeito difusor e efeito bocal

Para fluxo subsônico, ao se analisar o escoamento de um fluido numa tubulação,verifica-se que onde a seção transversal é aumentada, a velocidade é reduzida e vice-versa. Nestas situações, ao se analisar as energias do fluido, verifica-se que, se aenergia de velocidade é aumentada, outro tipo de energia tem que ser reduzida, pois asoma das parcelas de energia de velocidade, pressão, altura e temperatura não sealtera, com base na primeira lei da termodinâmica. Isso significa que o fato da reduçãoou ampliação da seção transversal da tubulação, na qual o fluido escoa, não provocanenhuma de calor ou trabalho, mantendo-se constante a energia total. Como exemploanalisaremos o escoamento de um líquido numa tubulação num mesmo planohorizontal, onde se tem uma redução da seção transversal. Neste caso:

Q S v= ρ. .para líquidos ρ varia pouco e como S foi reduzido, a velocidade é aumentada, pois a

vazão é constante.

Analisando a equação de conservação de energia:

Et Ep Ev u Eh= + + +onde Et permanece inalterada e considerando que:

• u é constante, pois não há alteração da temperatura,

• Eh é constante, pois não há alteração da altura,

• Ev aumenta pois a velocidade aumentou,

• Concluímos que:

• Ep diminui ou seja, a pressão cai


E&P-SSE/UN-BC/ST/EGMSE Seção II - 1

Seção II

SISTEMAS AUXILIARES

• SISTEMA DE AR DE COMBUSTÃO• CAIXA ACÚSTICA (HOOD)• SISTEMA DE AR DE VENTILAÇÃO• SISTEMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE• SISTEMA DE ÓLEO DE COMANDO• SISTEMA DE PARTIDA• SISTEMA DE COMBUSTÍVEL• SISTEMA DE CONTROLE DE FLUXO DO AR .



IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO

As informações, contidas neste trabalho, são oriundas dos manuais de operação emanutenção fornecidos pelos diversos fabricantes e empacotadores de turbomáquinas.

O objetivo destas anotações é familiarizar o treinando com as características gerais dosprincipais sistemas auxiliares que permitem o funcionamento de uma turbina a gás utilizadana área industrial, como também apresentar a filosofia de sequenciamento, intertravamentoe controle da turbina a gás.

Observação: Os diversos valores de pressão, temperatura, etc. informados, ao longo daapostila, são valores típicos encontrados em diversos pacotes com turbina a gás.

SISTEMAS AUXILIARES

SISTEMA DE AR DECOMBUSTÃO

SISTEMA DE ÓLEOLUBRIFICANTE

SISTEMA DEPARTIDA

SISTEMA DECONTROLE DEVAZÃO DE AR

SISTEMA DEVENTILAÇÃO DO

HOOD

SISTEMA DE ÓLEOHIDRÁULICO

SISTEMA DE GÁSCOMBUSTÍVEL



SSIISSTTEEMMAA DDEE AARR DDEE CCOOMMBBUUSSTTÃÃOO

FFUUNNÇÇÃÃOO::

Fornecer ar atmosférico filtrado, com grau de impureza ,umidade e característicascontrolados. Conduzindo o ar ao compressor da turbina e, também conduzir os gases dadescarga para a atmosfera ou para o sistema de recuperação, conforme a configuração dosistema, com menor ruído e mínimas perdas de cargas possíveis.



CCOONNSSTTIITTUUIIÇÇÃÃOO DDOO SSIISSTTEEMMAA::

•• CCAAIIXXAA DDEE FFIILLTTRRAAGGEEMM::

A principal função é eliminar as partículas superiores a 1 micra e desumidificar o arexterno e, consequentemente o sal que está em solução iônica na água. Este ar deveser suficientemente puro para evitar incrustação, erosão, deterioração e corrosão doscomponentes internos da turbina, principalmente as palhetas estatoras e rotoras docompressor de ar e das turbinas, como também evitar o entupimento dos canais derefrigeração das aletas e palhetas da turbina. Normalmente feita de aço carbono ou açoiinnooxx..

A caixa, em geral, é constituída de:

- Filtros

§ TELAS : Usada para a retenção de insetos.

§ VENEZIANAS : Proteção contra chuva e impacto de objetos de grandedimensões.

§ ESTÁGIO(S) DO TIPO INERCIAL : Elimina as partículas pesadas e gotas deágua. A eficiência é diretamente proporcional a velocidade do fluxo do ar.

§ ESTÁGIO(S) DO TIPO COALESCENTE : Coalesce a umidade e retém aspartículas maiores que 8 a 10 micras, com eficiência de 90%. Formado por fibrassintéticas.

§ SISTEMA DE RECOLHIMENTO DE ÁGUA : Recolhe a água retira nos primeirosestágios, com sifões para evitar a entrada de ar pelo mesmo.

§ ESTÁGIO DO TIPO ALTA EFICIÊNCIA : Retendo as partículas iguais ou maioresque 1 micra, com eficiência de 90%. Normalmente são usados filtros tipo bolsa.



- JANELAS BY-PASS : Abre evitando a excessiva pressão negativa, devido a alta perdade carga quando os filtros estão muitos sujos, evitando danos no Gerador de Gás (GG)caso este succione os dutos e/ou filtros.

• DUTO DE ADMISSÃO:

Este duto conduz o ar, reduzindo a seção que é grande no filtro, para a entrada docompressor do Gerador de Gás. Sendo revestido acusticamente (para evitar apropagação dos ruídos de alta freqüência devido a aspiração). Deve ser inspecionadoregularmente, principalmente na parte interna, para poder verificar a sua integridade e operfeito estado de limpeza.

DUTO DE ESCAPE:

Este duto elimina os gases “queimados” da turbina para a chaminé e/ou algum sistemade recuperação de calor. Suportando a alta temperatura dos gases de escape (400 a500 ºC),. O duto é normalmente constituído em aço carbono refratário ou de aço inox,revestido de lã de rocha, para proteção acústica e térmica, com externa de chapa de açoinoxidável.

FFoottooss ddee eelleemmeennttooss ddee ffiillttrroo ::


E&P-SSE/UN-BC/ST/EGMSE Seção II - 6••



••

•• JJUUNNTTAA DDEE CCOOMMPPEENNSSAAÇÇÃÃOO ((EEXXPPAANNSSÃÃOO))::

São usadas várias juntas. Com a finalidade de absorver os deslocamentos radiais eaxiais entre caixa de filtragem, silenciador, duto(s) de entrada, turbina, duto(s) de saída,silenciador e recuperador, eliminando a transmissão de vibração de uma parte para a outra.

•• SSIILLEENNCCIIAADDOORREESS::

Reduzir o nível de ruído devido a passagem, em alta velocidade, do ar na sucção edos gases na descarga.

•• IINNSSTTRRUUMMEENNTTAAÇÇÃÃOO::

Os instrumentos típicos são:

INDICADORES (PDI) E/OU TRANSMISSORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDT): Indicaa perda de carga do sistema de filtragem, ou seja, o nível de sujeira dos elementos filtrantes,definido a necessidade de lavagem e/ou troca dos elementos.

A medição da perda de carga no duto de sucção versus a rotação do Gerador de Gáscorrigida pela temperatura do ar na sucção permite definir o nível de sujeira do compressorde ar.

PRESSOSTATO DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDSH): Permite o alarme e/ou shutdowndevido a alta perda de carga nos elementos filtrantes.

MICRO-SWITCHES (ZSH) : Instalados nas janelas de by-pass, indicando a sua abertura.

SENSORES DE GÁS : Utilizados a quando a sucção da turbina estar instalada em áreaclassificada. Calibrados em 10% do LIE (Limite Inferior de Explosividade) para alarme e 20%para o shutdown da turbomáquina. Preferência para os sensores infra-red.



CAIXA ACÚSTICA (HOOD):

FFUUNNÇÇÃÃOO::

É um invólucro para isolar a turbina, tendo como principal função a proteção acústicadiminuindo o ruído até níveis aceitáveis, máximo de 85 D.B. a 1 metro do hood. Comofunções secundárias temos a proteção térmica e o aumento da eficiência no combate aincêndio.

CCOONNSSTTIITTUUIIÇÇÃÃOO DDOO HHOOOODD::

•• PPAARREEDDEESS::

CHAPA EXTERNA : De aço carbono pintada ou de aço inox.

CAMADA DE MATERIAL ANTI-VIBRATÓRIO E DE INSONORIZAÇÃO : Na parte internada chapa.

CAMADAS DE LÃ DE ROCHA: Lã de rocha de diferentes densidades, insonorizantes eanti-inflamáveis.

PELÍCULA DE PROTEÇÃO : Contra respingos de óleo e hidrocarbonetos diversos,resistindo às temperaturas máximas do invólucro.

CHAPA PERFURADA : De aço inoxidável.

•• PPOORRTTAASS::

Duas a quatro grandes para manutenção e diversas portas menores de acesso comabertura anti-pânico e visor.

•• RREESSIISSTTÊÊNNCCIIAA DDEE AAQQUUEECCIIMMEENNTTOO::

Aquece o interior do hood diminuindo a umidade quando a máquina está em stand-by.

ANOTAÇÕES



SISTEMA DE AR DE VENTILAÇÃO

FFUUNNÇÇÃÃOO

Retira o calor, dissipado pelo processo de combustão na câmara do Gerador de Gás, dacaixa acústica, mantendo a temperatura inferior a 60/70 ºC, evitando danos aosequipamentos (eletrônicos ou não) instalados no interior do hood. Integrado ao sistema dear de ventilação temos o sistema de detecção de fogo e gás.


•• FFIILLTTRROO::Ou utiliza os mesmos filtros do sistema de ar de combustão ou filtro independente,neste caso normalmente formado de um estágio do tipo coalescente.

•• DDUUTTOO DDEE EENNTTRRAADDAA EE SSAAÍÍDDAA::Conduz o ar filtrado ao interior do casulo e exaure o ar aquecido para uma área segura.

•• DDAAMMPPEERRSS::

Instalados nos dutos de entrada e saída do ar de ventilação da caixa acústica. Sãofechados em caso de disparo de CO2, quando da detecção de fogo.

•• VVEENNTTIILLAADDOORREESS::Instalados no duto de entrada (pressão positiva) ou no duto de saída do hood (pressãonegativa), forçando a circulação do ar com a conseqüente retirada do calor dissipadopela turbina a gás.

•• JJAANNEELLAASS AANNTTII--RREETTOORRNNOO::Instalado a saída ou entrada do ventilador evitando a recirculação do ar caso oventilador esteja parado com os outros em funcionamento.



•• GGAARRRRAAFFAASS DDEE CCOO22 OOUU PPÓÓ QQUUÍÍMMIICCOOPermitir a extinção do fogo. No caso de hood utiliza-se o CO2, caso contrário utiliza-se opó químico.

•• IINNSSTTRRUUMMEENNTTAAÇÇÃÃOO::Os instrumentos típicos são:INDICADOR (PDI) E/OU TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDT): Informaa pressurização ou despressurização do casulo em relação a atmosfera.INDICADOR (TI) E/OU TRANSMISSOR DE TEMPERATURA (TT): Informa atemperatura interna do hood. .TERMOSTATO DE TEMPERATURA (TSH/TSHH): Alarme e/ou trip devido atemperatura alta interna do hood.MICRO-SWITCHES NOS DAMPERS (ZSL): Indica se os dampers estão abertos,permitindo o perfeito funcionamento do sistema de ventilação.SENSORES DE GÁS: Instalados, aos pares, nos dutos de entrada e saída. Calibradosem 20% do LIE (Limite Inferior de Explosividade) para alarme e 60% para o shutdown.SENSORES DE FOGO: Normalmente supervisiona pontos críticos, como o governor emanifold de combustível. Normalmente instalados aos pares, o alarme ocorrerá casoum só detecte ou o trip caso os dois detectem.SENSORES DE CALOR (TSH): Utilizados para complementar a detecção de fogo.Principalmente em lugares que os sensores de fogo não possam ser usados (sem hoodem área abertas) ou de pontos de difícil observação



SISTEMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE

FFUUNNÇÇÃÃOO::

Fornecer óleo na pressão (1,5 a 4 kgf/cm2) e temperatura (40 a 70 °C) adequada, permitindoa lubrificação os mancais, engrenagens da caixa de acessórios, caixa multiplicadora ouredutora e equipamento acionado; e o resfriamento dos mancais da parte quente,principalmente nas máquinas heavy-duty durante a fase de pós-lubricação após a parada damáquina.

O controle da pressão e temperatura do óleo, dentro do range operacional admissível pelaturbomáquina, é importante para a integridade dos mancais e consequentemente os rotores(devido as folgas extremamente apertadas), evitando intervenções precoce. Tanto a altacomo a baixa temperatura altera a viscosidade e consequentemente prejudica a lubrificaçãoe retirada do calor dos mancais, isto também ocorre caso haja alteração da pressão,principalmente no mancal tipo “tilt-pad”, cuja a alteração da cunha de óleo acarreta oaumento da vibração.

OOBBSSEERRVVAAÇÇÃÃOO::

O óleo usado no sistema de óleo lubrificante das turbinas industriais é o mineral (tipo LubraxTR-46), nas turbinas aero-derivadas, além do sistema de óleo lubrificante mineral temos umsistema de óleo lubrificante exclusivo para o GG que utiliza o óleo sintético. A constituiçãode ambos os sistemas são semelhantes.




•• RREESSEERRVVAATTÓÓRRIIOO DDEE ÓÓLLEEOO::No sistema com óleo mineral o tanque tem grande capacidade, sendo este de 4.000 a20.000 litros, principalmente se o mesmo tanque atende também ao sistema de óleo deselagem dos compressores de gás. O volume do tanque de óleo sintético é de 300 a500 litros. Os reservatórios são feitos de aço carbono ou inox e possuem suspiro paraventar os vapores sendo, as vezes, equipados com recuperadores de névoa.

•• BBOOMMBBAASS::

Fornece o óleo ao sistema com pressão adequada. No sistema de lubrificação com óleosintético normalmente encontramos duas bombas e no sistema com óleo mineral sãotrês, a saber:

BOMBA PRINCIPAL: Bomba existente em ambos os sistemas e normalmente éacionada mecanicamente, através da caixa de acessórios, pelo Gerador de Gás (GG)ou pela Turbina de Potência (PT). Funciona durante toda a fase da operação da turbina.

BOMBA AUXILIAR (PRÉ-PÓS LUBRIFICAÇÃO): Bomba existente no sistema com óleomineral e é acionada por motor de corrente alternada, funciona durante a fase de pré-lubrificação (antes e durante a partida) e na fase de parada e pós-lubrificação.

BOMBA DE EMERGÊNCIA (BAKCUP OU RESERVA):: Bomba existente no sistemacom óleo mineral e é acionada por motor de corrente continua, fornecida por banco debaterias, funciona durante a fase de parada e pós-lubrificação caso a bomba auxiliarnão pressurize o sistema adequadamente.

BOMBAS SCAVENGE: Bomba existente em turbina aeroderivada acionada, através dacaixa de acessórios, pelo Gerador de Gás (GG). Tem como função retirar o óleo dacaixa do mancal.

•• TTRROOCCAADDOORR DDEE CCAALLOORR::Normalmente são duplos com válvulas de três vias permitindo a troca/alinhamento dotrocador com a turbina em operação. Os vários tipos de trocadores existente podem seraplicados no sistema de óleo lubrificante. No trocador tipo água/óleo é importante que apressão do óleo seja superior a pressão da água, isto evita a contaminação do óleo pelaágua.



•• FFIILLTTRROO::São duplos com válvulas de três vias para permitir a troca em operação, os elementossão, normalmente, do tipo cartucho com capacidade de filtragem de 10 a 70 micraabsolutos.


Os instrumentos típicos são:VÁLVULAS DE ALIVIO (PSV): Normalmente instalada na saída das bombas de óleo,protegendo o sistema contra altas pressões.



INDICADORES DE PRESSÃO (PI): Informa a pressão de saída das bombas, permite aregulagem das bombas.VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO (PCV): Controla a pressão no header deóleo, requerida pelo sistema, através do retorno do óleo para o tanque.VÁLVULA DE TEMPERATURA (TCV): Válvula de três via, permite controlar atemperatura do óleo, requerida pelo sistema, dosando o fluxo do óleo que passa detrocador de calor com o que passa por fora do trocador.INDICADOR (PDI) E/OU PRESSOSTATO DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDSH):Informa a pressão diferencial alta no filtro de óleo, indicado a necessidade da troca doselementos filtrantes.INDICADOR (TI) E/OU TRANSMISSOR DE TEMPERATURA (TE): Informa atemperatura no header de óleo lubrificante.TERMOSTATO (TSH/TSHH/TSL): Alarme e/ou trip devido a alta temperatura do óleolubrificante. Podemos encontrar também alarme devido a baixa temperatura.INDICADOR (PI) E/OU TRANSMISSOR DE PRESSÃO (PT): Informa a pressão noheader de óleo lubrificante.PRESSOSTATO (PSL/PSLL): Alarme e/ou trip devido a baixa pressão no header doóleo lubrificante.TRANSMISSOR DE TEMPERATURA (TE): Do tipo RTD (PT-100) ou termopar.Instalados, diretamente, no mancal e/ou nos drenos de retorno de óleo do mancal,permitindo a supervisão individual de cada mancal.



SSIISSTTEEMMAA DDEE ÓÓLLEEOO DDEE CCOOMMAANNDDOO

FFUUNNÇÇÃÃOO::

Fornecer óleo na pressão (10 a 70 kgf/cm2) requerida pelos comandos hidráulicos. Estesistema também é conhecido por sistema de óleo hidráulico ou de alta pressão. Utiliza omesmo óleo usado no sistema de óleo lubrificante.


• BBOOMMBBAA:

Eleva a pressão do óleo, captando-o no header de óleo lubrificante ou diretamente dotanque.

• FFIILLTTRROO::

São duplos com válvulas de três vias, os elementos com capacidade de filtragem de 3 a30 micra absolutos.



VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO (PCV): Controla a pressão de óleo, requeridapelo sistema.

INDICADOR (PDI) E/OU PRESSOSTATO DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDSH):Informa a pressão diferencial alta no filtro de óleo.

INDICADOR (PI) E/OU TRANSMISSOR DE PRESSÃO (PT): Informa a pressão noheader de óleo de comando.

PRESSOSTATO (PSL/PSLL): Alarme e/ou trip devido a baixa pressão do óleo decomando.

SSIISSTTEEMMAA DDEE PPAARRTTIIDDAA

FFUUNNÇÇÃÃOO::

O sistema de partida tem duas funções. A primeira é retirar o Gerador de Gás (GG) dainércia e leva-lo a uma determinada rotação conhecida como velocidade de purga ou deventilação ou de crank, e o mantém nessa rotação durante a fase conhecida como fase depurga ou de purga (30 a 180 segundos) permitindo a “limpeza” interna da turbina com o arlimpo. A segunda função acontecerá durante a fase de partida, logo após a fase de purga, éauxiliar na aceleração do Gerador de Gás durante a ignição e início da formação dos gasesde exaustão, até a velocidade de Idle, conhecida também como velocidade de macha lentaou rotação de sustentação, após atingir esta velocidade o sistema de partida é desligado.




A função do sistema de partida é o mesmo em qualquer turbina a gás, porém a suaimplementação física pode ser diferente para o mesmo modelo de turbina, adequando-se anecessidade do usuário.

CCOONNSSTTIITTUUIIÇÇÃÃOO BBÁÁSSIICCAA DDOO SSIISSTTEEMMAA::

• MMOOTTOORR DDEE PPAARRTTIIDDAA:

Fornece o torque necessário ao Gerador de Gás (GG), sendo os mais utilizados naPetrobras:

§ MOTOR ELÉTRICO + CONVERSOR DE TORQUE

§ MOTOR ELÉTRICO + BOMBA HIDRÁULICA + MOTOR HIDRÁULICO.

§ MOTOR ELÉTRICO ACIONADO POR VARIADOR DE FREQÜÊNCIA (VFD)

§ MOTOR PNEUMÁTICO

• RROODDAA LLIIVVRREE ((CCAATTRRAACCAA)) // EEMMBBRREEAAGGEEMM:

Transmite a força somente no sentido do sistema de partida para o Gerador de Gás(GG), desaclopando mecanicamente o sistema quando a rotação do GG é maior do quea do sistema de partida.



Sistema de partida com motor elétrico.

Foto de um sistema de partida com a aplicação de motor elétrico com variador defreqüência



SSIISSTTEEMMAA DDEE CCOOMMBBUUSSTTÍÍVVEELL

FFUUNNÇÇÃÃOO::

Fornecer o combustível gasoso ( gás natural ) ou líquido (diesel) dentro da pressão etemperatura, vazão e características necessárias para o atendimento aos diversos regimesoperacionais da turbina.


A implementação do sistema de combustível pode variar em um mesmo modelo de turbina,devido aos diversos empacotadores e necessidade do cliente.

A qualidade do combustível é fundamental para a vida útil dos componentes da partequente, contaminantes diminuem a vida útil dos injetores, câmara de combustão, peça detransição (transition piece), distribuição HP e LP e rotores HP e LP, acarretando falhasprematuras. É importante durante a fase de projeto, anterior a aquisição da turbomáquina, oenvio da análise da composição do(s) combustível(eis) aos futuros fornecedores. Acomposição definirá os tipos de proteções (coating) a serem aplicados na superfície doscomponentes e estabelece a vida útil dos mesmos e os ciclos de manutenções.

Quando há dois sistemas de combustível (gás natural e diesel por exemplo), a transferênciade combustível é feita automaticamente com a turbina em operação e sem variação develocidade. Normalmente o inicio da comutação é automática quando há problema nofornecimento do combustível “principal”, o inicio do retorno é, normalmente, manual.

Em sistemas bi-combustíveis gás/líquido, normalmente, é necessário um sistema de “purga”.Durante o funcionamento com combustível gás, o próprio gás é injetado também pelo injetorlíquido permitindo a sua refrigeração e durante o funcionamento com combustível líquido oar do compressor GG é injetado (soprado) pelo injetor gás permitido a sua refrigeração elimpeza.




• VVÁÁLLVVUULLAA MMAANNUUAALL:

Isolar o pacote, principalmente em caso de manutenção ou hibernação da turbina.

• VVÁÁLLVVUULLAA DDEE CCOORRTTEE ((SSDDVV))::

Isolar automaticamente o pacote quando a turbina esta parada.

• FFIILLTTRROO::

Garantir o combustível limpo ao sistema.

•• BBOOMMBBAA::

EElleevvaa aa pprreessssããoo ddoo ccoommbbuussttíívveell llííqquuiiddoo..

• SSEEPPAARRAADDOORR DDEE CCOONNDDEENNSSAADDOO:

No sistema de combustível gás remove o condensado que é altamente prejudicial aturbina.

• AAQQUUEECCEEDDOORR::

Aquece o gás garantido a temperatura de no mínimo 20 °c acima do dew point, evitandoa formação de condensado.

• VVÁÁLLVVUULLAA DDEE CCOONNTTRROOLLEE DDEE PPRREESSSSÃÃOO ((PPCCVV)):: No sistema de combustível gáscontrola a pressão do combustível. Importante para manter a estabilidade da variávelcontrolada, principalmente em turbogeradores.

• GGOOVVEERRNNOORR::

Conjunto de válvulas e dispositivos que controlam o fluxo de gás para a turbina, e ébasicamente constituído de:

1° VÁLVULA SHUT-OFF: 1° Válvula de corte de combustível.

VÁLVULA DA TOCHA/PILOTO/IGNITOR: Permite o envio do combustível para a injetorpiloto (tocha) durante a fase de partida.

INJETOR PILOTO/TOCHA/IGNITOR: Permite a chama inicial que “acenderá” o injetorprincipal. No conjunto tocha encontra-se a vela de ignição.



VÁLVULA DE PURGA: Encontrada no sistema gás, purga rapidamente o gás existenteno sistema quando da parada da turbina.

VÁLVULA BY-PASS: Encontrada no sistema líquido controla a pressão do combustívellíquido a montante da válvula de reguladora de fluxo. Também pode Ter a função depurgar o sistema em caso de parada.

2° VÁLVULA SHUT-OFF: 2° Válvula de corte de combustível.

VÁLVULA REGULADORA OU DOSADORA: Conjunto atuador/válvula que controla ogás combustível enviado ao injetores. É comandada pelo “Controle de Velocidade daTurbina”, do painel de controle da turbina, em função da carga solicitada e limitaçõesmáximas a serem atendidas.

VÁLVULA DE DISTRIBUIÇÃO: Usada no sistema de combustível líquido (diesel)quando os injetores tem duplos orifícios, permitindo a correta pulverização do líquido.



TRANSMISSOR DE FLUXO: Permite a medição do combustível

INDICADOR (PDI) E/OU PRESSOSTATO DE PRESSÃO DIFERENCIAL (PDSH):Indica a pressão diferencial alta no filtro de combustível.

INDICADOR (PI) E/OU TRANSMISSOR DE PRESSÃO (PT): Informa a pressão docombustível no header e/ou intervalvular (entre as válvulas shut-offs).

PRESSOSTATO (PSL/PSLL/PSH/PSHH): Alarme e trip devido a baixa e alta pressãode combustível.

INDICADOR (TI) E/OU TRANSMISSOR DE TEMPERATURA (TE): Informa atemperatura do gás combustível

TERMOSTATO (TSL/TSLL): Alarme e/ou trip devido a baixa temperatura do gáscombustível.

CAIXA DE IGNIÇÃO: Envia energia elétrica para a vela, existente na tocha, permitindoa centelha.



SSIISSTTEEMMAA DDEE CCOONNTTRROOLLEE DDEE FFLLUUXXOO DDOO AARR

FFUUNNÇÇÃÃOO::

Ajustar a vazão do compressor de ar do gerador de gás, mantendo sua curva dedesempenho na máxima eficiência de acordo com condição operacional exigida peloprocesso e evitando os fenômenos aerodinâmicos, tais como stall e surge, principalmenteeste último e pode causar graves danos a turbina a gás. Outra função do sistema é aselagem dos mancais e resfriamento das palhetas das turbinas.


• INLET GUIDE VANE (IGV):

São palhetas estatoras que permite rotacionar, em relação ao seu eixo de fixação. Istopermite variar o ângulo de incidência do ar, diminuindo ou aumentando a eficiência doestágio compressor e consequentemente controlando o volume de fluxo de ar.



VÁLVULA DE SANGRIA (BLEED VALVE):

São válvulas que aliviam parte do ar de estágios intermediários ou na saída docompressor de ar do GG, evitando o fenômeno de surge.


E&P-SSE/UN-BC/ST/EGMSE Seção III - 1

Seção III

SISTEMAS CONTROLE DA TURBINA A GÁS:

• SISTEMA DE PROTEÇÃO DA TURBINA A GÁS• PRINCIPAIS VARIÁVEIS SUPERVISIONADAS E CONTROLADAS• FILOSOFIA DE SEQUENCIAMENTO• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO CONTROLE DE

COMBUSTÍVEL




As informações, contidas neste trabalho, é oriunda dos manuais de operação e manutençãofornecidos pelos diversos fabricantes e empacotadores de turbomáquinas, como outrasapostilas originadas internamente pela E&P.

O objetivo destas anotações é familiarizar o treinando com as características gerais dasturbinas a gás, os principais sistemas auxiliares que permitem o funcionamento de umaturbina a gás utilizada na área industrial, como também apresentar a filosofia desequenciamento, intertravamento e controle da turbina a gás aplicado em geradoreselétricos.



SSIISSTTEEMMAA DDEE PPRROOTTEEÇÇÃÃOO DDAA TTUURRBBIINNAA AA GGÁÁSS

PPRRIINNCCIIPPAAIISS VVAARRIIÁÁVVEEIISS SSUUPPEERRVVIISSIIOONNAADDAASS EE CCOONNTTRROOLLAADDAASS


O sistema de proteção da turbomáquina, como em outros tipos de processos, objetiva evitarque os limites operacionais sejam ultrapassados. O principal objetivo do Sistema é garantir asegurança operacional e a integridade da máquina, mantendo a máxima disponibilidade. Hávárias variáveis sendo supervisionadas, muitas das quais foram vistas nos sistemasauxiliares descritos anteriormente. As principais variáveis que este sistema protege são:

• TEMPERATURAS EXCESSIVA

• SOBREVELOCIDADES

• VIBRAÇÕES ELEVADAS

• DESLOCAMENTO AXIAL

• SURGE (é um fenomeno, a variável lida costuma ser variação da vazão e/ou pressão dear)

TTEEMMPPEERRAATTUURRAA DDOOSS MMAANNCCAAIISS

Os mancais são componentes importante para o bom funcionamento da turbina, o peso dosconjuntos rotores e a alta velocidade de rotação aliada a alta temperatura que estesmancais estão sujeitos, principalmente no mancal traseiro GG, mostra o grande esforço queestão sujeitos durante o funcionamentos da turbina.

Na Turbina industrial (heavy duty), normalmente, são usados mancais de deslizamento dotipo “tilt pad”, as pastilhas são de aço revestidos de metal patente (liga que contem estanhoe chumbo) e . Dependendo da sua composição, este material começa a “escoar” a partir de140 °C. Por razões de segurança, sua temperatura é limitada, geralmente em 125 °C paratrip e em 110 °C para alarme, quando a medição é efetuada diretamente nos mancais.Usualmente, são usados termopares ou RTD´s para este fim. A temperatura do óleo noheader é na faixa de 40° a 60°C.

É comum, contudo, a medição de temperatura indireta nos retornos de óleo dos mancais,apesar de não ser uma medição tão precisa quanto a leitura direta. Neste caso. O valor dealarme situa-se em 115°C para trip e 90 °C para alarme.

Na Turbina aeroderivada os mancais são de rolamentos, portanto permite temperaturasmaiores e normalmente a medição de temperatura é realizada no retorno de óleo do mancal,sendo o alarme entorno de 150° e o trip entorno de 170°C. A temperatura do óleo no headeré na faixa de 80 a 115°C.

No mancal de rolamento a suportação é pontual, ou seja, tem área reduzida. O que acarretaComo o contato neste tipo de mancal é pontual, é alta a tensão que estes mancais sãosubmetidos, podendo levar a desgastes excessivos, tanto que é utilizado detetor de limalhaspara verificar o estado de desgaste dos referidos mancais.



TTEEMMPPEERRAATTUURRAA DDEE QQUUEEIIMMAA ((PPAARRTTEESS QQUUEENNTTEESS))

As partes quentes da turbina, constituídas pelos injetores de combustível (fuelnozzles), câmara de combustão (combustion chamber), peça de transição (transition piece),distribuições (nozzles) e rotores (rotors) são submetidos a temperaturas muito altas devido àcombustão e a conseqüente passagem dos gases. Os vários materiais, utilizados sãoresistentes às altas temperaturas, porém existem limites aos quais não podem serultrapassados durante a operação da máquina. A expectativa de vida útil das partes quentesreduz-se a metade caso opere a máquina com 20 a 25°C acima da Temperatura dos Gasesde Exautão (EGT).

Conforme norma API 616, recomenda o uso de termopares duplos ou a medição por doisgrupos de termopares, sendo um grupo para controle e supervisão (proteção )e o outrogrupo somente para proteção da máquina e através de um circuito redundante e externo aocircuito aonde se realiza o controle.

Os termopares são elementos de medição de degradam rapidamente quando comparadosaos outros elementos de medição. Com o decorrer do tempo ele apresenta leitura maisabaixa do que realmente é, isto permitirá que a turbina opere com temperatura acima dovalor limite, o que acarreta a redução da vida útil dos componentes. Portanto érecomendado a troca periódica dos termopares.

SSOOBBRREEVVEELLOOCCIIDDAADDEE

Os rotores das turbomáquinas possuem limites superior de velocidades devido a forçacentrifuga aos quais estão submetidos. Como também estão submetidos a alta temperatura,a palheta esta sujeita a “fluência” de sua estrutura molecular, o que poderá levar ao“roçamento” e a quebra da palheta. Por essas razões é importante o controle das rotações,evitando que ultrapasse a máxima rotação de GG ou PT e supervisão/intertravamento(proteção) para alarme e trip caso atinja a sobrevelocidade GG e PT.

A norma API 616 exige duplo sensores de velocidade PT, sendo que um sensor paracontrole e supervisão/intertravamento e o outro é usado exclusivamente para proteçãomáquina, através de um circuito redundante e externo ao circuito que realiza o controle.

Os sensor são constituído de uma bobina no qual passa uma corrente elétrica criando umcampo magnético, o sensor esta montado junto a uma roda dentada acoplada ao eixo ou daturbinas GG ou da PT. A roda dentada ao girar permitirá a variação do fluxo magnético.Quando o sensor esta num vale, da roda dentada, a relutância magnética é alta, portanto ofluxo magnético é baixo, quando o sensor esta próximo ao dente, a relutância é baixa econsequentemente o fluxo é alto, com a variação do fluxo magnético O sensor enviara aopainel é um trem de pulsos de freqüência proporcional à velocidade da turbina.



MMOONNIITTOORRAAÇÇÃÃOO DDEE VVIIBBRRAAÇÇÃÃOO EE DDEESSLLOOCCAAMMEENNTTOO AAXXIIAALL

Devido a alta rotação do gerador de gás (GG) e da turbina de potência (PT) e as folgasentre estas partes rotativas e as partes estacionárias serem muito pequenas, na ordem de0,1 a 0,6 mm, a monitorarão das vibrações é importantíssima.

Vibrações elevadas podem aumentar o desgaste dos mancais, roçamento das partesmóveis nas partes fixas, esforços cíclicos elevados, fadiga, etc. levando a queda naeficiência e dano permanente e com isso elevado índice de indisponibilidade.

Para monitorar os níveis de vibração., existem três tipos de sensores de vibração:

SSEENNSSOORR DDEE PPRROOXXIIMMIIDDAADDEE

Este sensor é constituído de uma bobina na ponta (Tip) de um probe, a função da bobina éproduzir um campo magnético próximo ao eixo da máquina.

Uma vez que o eixo é feito de material magnético (aço), o campo magnético terá a suaamplitude variada em função da distância do sensor ao eixo, ou seja, o eixo ao se aproximarda ponta do sensor, diminui a relutância magnética com o conseqüente aumento do campomagnético, a variação do campo magnético acarreta a indução de uma tensão. Esta tensãoé função da distância da ponta (Tip) do sensor ao eixo monitorado. Como o sensor mede adistância ao eixo, ele mede efetivamente a amplitude vibração do eixo em relação àcarcaça.

O sinal produzido é de deslocamento, ou seja, amplitude do deslocamento e é expressonormalmente em microns pico a pico ou MIL pico a pico.



Disposição dos probes

Neste tipo de monitoração de vibração é necessário a colocação de dois sensores a 90°, avibração pode ser dada em um plano que garantirá a medição tanto no eixo X como no eixoY.

O monitor no painel alimenta um conversor de sinal que chamamos de proximitor, a tensãode alimentação normalmente é de 24 volts negativo. O proximitor alimenta o probe e recebeuma tensão AC, a variação da tensão AC é função da vibração e é transformada, videgráfico a seguir, pelo proximitor e é enviada ao monitor no painel

Gráfico mostrando a relação da tensão de saída do proximitor em função da distância(GAP) do sensor ao eixo

Detalhe do proximitor



Instalação típica de sistema de monitoração de vibração em um eixo.

Um ponto importante neste tipo de sistema é o casamento de impedância entre o probe,cabo de extensão e proximitor. É necessário a verificação da curva do sistema quandohouver a troca de um ou mais componentes e a necessidade de confirmar o corretofuncionamento do sistema.



SSEENNSSOORR SSÍÍSSMMIICCOO DDEE VVEELLOOCCIIDDAADDEE

É constituído de uma bobina (massa) suportada por um conjunto de molas no interior deuma imã que está preso a carcaça do sensor. A construção, pode ser também, com um imã(massa) suportado pelas molas e a bobina fixada na carcaça do sensor.

Devido a vibração da máquina, o sensor também vai vibrar já que ele esta solidário nacarcaça da máquina, então o imã oscila no mesmo ritmo da vibração, porém a bobinapermanece estática devido a ação amortecedora das molas. Com isso teremos a bobinavariando dentro de um campo magnético e conseqüentemente teremos uma forçaeletromotriz induzida (fem) na bobina.

Sensor de velocidade de vibração

A força eletromotriz induzida é função da variação do fluxo magnético (∆φ) sobre a variaçãodo tempo (∆t), logo:

f.e.m. = ∆φ / ∆t

Como a variação do fluxo magnético (∆φ) é função do campo magnético (B) vezes avariação da área (∆S) devido a vibração, logo:

∆φ = B . ∆S

A variação da área (∆S) é o comprimento do fio (l), que é constante, vezes a variação dodeslocamento da vibração (∆X), então:

f.e.m. = ( B . l . ∆X ) / ∆t ou f.e.m = B . l . (∆X / ∆t)

Como o campo magnético (B) é fixo e o comprimento do fio (l) cortado pelo campomagnético também é fixo, temos a f.e.m. função da variação do deslocamento da vibraçãono tempo, portanto, o sinal de saída do sensor (f.e.m.) é proporcional a velocidade devibração, e normalmente expressa em milímetros por segundo (mm/s) ou polegadas porsegundo (ips).



Sensor de velocidade de vibração típico e sua dimensão

SSEENNSSOORR SSÍÍSSMMIICCOO DDEE AACCEELLEERRAAÇÇÃÃOO OOUU AACCEELLEERRÔÔMMEETTRROO

Este sensor se utiliza do efeito piezoelétrico de cristais tais como o quartzo, turmalina ou salde Rochelle.

É constituído por um sistema massa - mola, a máquina ao vibrar transmite a vibração para osensor através da carcaça da máquina.

A massa inferior vibra no mesmo ritmo da máquina e a massa superior fica estacionáriadevido ao amortecimento dado pela mola, então temos a ação da força de pressão dasmassas sobre o cristal piezoelétrico, produzindo uma tensão entre as faces metálicas.

Sensor de Aceleração da Vibração - Acelerômetro

Como a tensão (v) nas extremidades do cristal é proporcional a força (f) que o pressiona.

v ∝ f

E a força (F) é a massa (M) multiplicado pela aceleração (a).

F = M . a

Como a massa (M) é constante e a aceleração (a) é proporcional a vibração, então temos atensão (v) proporcional a aceleração da vibração.

v ∝ a



O sinal fornecido pelo sensor é muito tênue e sua unidade é C/G (Coulumbs porGravidade (9,8m/s2)). É necessário o uso de um amplificador de carga. Após o amplificadora unidade, normalmente usada, é m/s2.

Da mesma forma que o sensor de velocidade, este sensor mede vibração na carcaça damáquina.

Acelerômetros típicos

DDEESSLLOOCCAAMMEENNTTOO AAXXIIAALL

Como a turbina é uma máquina de fluxo o eixo GG e PT estão sujeitas a deslocamentoaxial, e o deslocamento excessivo do eixo da turbina pode levar ao roçamento do rotoresnas partes estatoras, portanto é necessário a monitoração do deslocamento axial.

A monitoração de deslocamento axial é feita por meio dos mesmos sensores deproximidade, visto anteriormente, e informam ao painel o passeio axial do colar. Os níveis dealarme e trip adotados são respectivamente ± 0,4 mm e ± 0,6 mm. Os sinais + e - significamque pode haver deslocamento axial no sentido de aproximação do eixo (-) ou afastamentoem relação ao probe, e ambos os deslocamentos podem acarretar danos a turbomáquina.

Instalação típica de sistema de monitoração de deslocamento axial de um eixo.



MMOONNIITTOORREESS DDEE VVIIBBRRAAÇÇÃÃOO EE DDEESSLLOOCCAAMMEENNTTOO AAXXIIAALL

Os monitores tem como funções a de alimentar o sensor, receber o sinal enviado pelosensor e verificar o nível deste sinal, caso o sinal chegue a nível de alarme atuará umasaída, normalmente um relé, que informará ao painel de controle da turbomáquina aocorrência e este decidirá o que deve ser feito, que poderá ser um puro alarme sonoro evisual até o desligamento da máquina.

A maioria dos sistema de monitoração de vibração e deslocamento instalados nasturbomáquinas da Bacia de Campos é da Bently Nevada e atualmente temos os seguintessistemas o sistema:

SSIISSTTEEMMAA 77220000

O Sistema 7200 é totalmente analógico e está obsoleto, o projeto tem mais de trinta anos.Atualmente este sistema esta sendo “retrofitado”.

SSIISSTTEEMMAA 22220011O sistema 2201 foi projetado pela Bently Nevada para uso direto no rack 1771 do PLC daAllen Bradley



SSIISSTTEEMMAA 33330000O sistema 3300 é o mais difundido atualmente. É um sistema análogico.digital

SSIISSTTEEMMAA 33550000O sistema 3500 é o mais recente em funcionamento na Bacia de Campos, é totalmentedigital e aberto permitindo programação e vários tipo de comunições com outros sistemas,inclusive acesso remoto. Este sistema foi escolhido como padrão para os sistemasmonitoração de vibração, deslocamento axial e temperatura dos mancais nas novasturbomáquinas adquiridas para a Bacia de Campos

DDIIAAGGRRAAMMAA DDEE SSEEVVEERRIIDDAADDEE DDEE VVIIBBRRAAÇÇÃÃOO

Este diagrama é orientativo, não deve ser usado para a determinação do set-point damáquina. O set-point é determinado pelo fabricante da máquina.

diagrama 3 em 1 plota o nível de vibração para: Aceleração x CPM, Velocidade x CPM eDeslocamento x CPM.

Sabendo a velocidade em RPM (i.e. CPM) da máquina e qual é a técnica de medição devibração (aceleração, velocidade e/ou deslocamento) determina-se como a máquina deveráse comportar quando nova ou após um overhaul e qual deve ser o nível da condição dealerta ou de perigo.

Identifique no eixo da ordenada a velocidade da máquina em RPM.

Trace um reta vertical até o ponto na faixa a ser verificado, ou seja, Desejável (Desirable);Satisfatório (Acceptable), Aceitável (Fair), Severo (Rough) e/ou Ruim (Bad).



No ponto marcado a linha horizontal indica o valor em velocidade de vibração, a linhainclinada a 45° indica o valor em deslocamento de vibração e a linha inclinada a 135° indicaa velocidade em aceleração de vibração

Como o valor da velocidade de vibração é praticamente constante para qualquer velocidadeda máquina, acima de 1000 RPM (caso das turbomáquina), este tipo de medição épreferível, para determinar a severidade da vibração, em relação a aceleração de vibração edeslocamento de vibração.

Leitura/Set-point típico de VibraçãoVelocidade de

Operação Aplicação Técnica doSensor Medida

Nova Alerta Perigo

Todos Mancal deRolamento Velocidade

0,05 - 0,08 ips,pk

1 - 2 mm/s,RMS

0,2 - 0,3 ips,pk

4 - 6 mm/s,RMS

0,3 - 0,4 ips,pk

5 - 7 mm/s,RMSSísmico

Carcaça doMancal 0,08 - 0,12 ips,

pk2 - 3 mm/s,

RMS0,3 - 0,4 ips,

pk5 - 7 mm/s,

RMS0,4 - 0,6 ips,

pk7 - 10mm/s,

RMS< 4000 RPM

Deslocamento0,8 - 1,2 ips,

pk-pk20 - 30 µm,

pk-pk2,0 - 2,5 ips,

pk-pk25 - 40 µm,

pk-pk3,0 - 4,0 ips,

pk-pk75 - 100 µm,

pk-pk

4k -< RPM <80k

Mancal dedeslizamentoHidrodinâmico Proximidade

Não Contato 0,2 - 0,3 ips,pk-pk 5 - 8 µm, pk-pk

0,8 - 1,2 ips,pk-pk

20 - 30 µm,pk-pk

1,0 - 1,5 ips,pk-pk

25 - 40 µm,pk-pk

> 100.000CPM Engrenamento

Sísmico emcima da gear Aceleração 3 - 8 g, pk 2 - 6 g, RMS 10 - 25 g, pk 7 - 18 g, RMS 15 - 40 g, pk 10 - 28 g, RMS

A relação entre o deslocamento da vibração, a velocidade da vibração, e a aceleração davibração, para um sinal soneidal, são dadas por:

v = π . f . d

a = π . f . v = 4π2 . 4f2 . d onde v é velocidade da vibração, f a frequência da vibração, d é o deslocamento da

vibração e a é aceleração.



MMOONNIITTOORRAAÇÇÃÃOO DDEE VVEELLOOCCIIDDAADDEE

O sensor de velocidade é semelhante ao sensor de proximidade, é constituído de umabobina, na ponta de um encapsulamento metálico, no qual passa uma corrente elétricacriando um campo magnético, o sensor esta montado junto a uma roda dentada acopladaao eixo da turbina GG ou da turbina PT. A roda dentada ao girar permitirá a variação dofluxo magnético, ou seja, quando o sensor esta num vale, da roda dentada, a relutânciamagnética é alta, portanto o fluxo magnético é baixo, quando o sensor esta próximo aodente, a relutância é baixa e consequentemente o fluxo é alto, com a variação do fluxomagnético a bobina gera uma f.e.m. na mesma freqüência da passagem dos pulsos. Osensor enviara ao painel é um trem de pulsos de freqüência proporcional à velocidade daturbina.

Sensor de velocidade típico A roda dentada do eixo GG da PGT5 (NP)

MONITORAÇÃO DE DESLOCAMENTO

Para a o feedback da posição de pistões, válvulas e IGV é usualmente utilizado emturbomáquinas o LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) ou RVDT (RotateVariable Displacement Transducer).

O principio construtivo do LVDT e RVDT é o mesmo. Se trata de um transformador detensão no qual o núcleo é movido linearmente, no LVDT, ou rotacionalmente, no RVDT, pelodispositivo que queremos monitorar.

Um módulo eletrônico alimenta o primário do transformado com uma tensão AC deamplitude e freqüencia fixa. A tensão induzida no secundário variará com o movimento donúcleo, ou seja, o deslocamento do núcleo dentro do transformador é proporcional avariação da relutância magnética e consequente do campo magnético, portanto a tensão nosecundário é proporcional a variação do deslocamento do núcleo. Como o núcleo estáligado mecanicamente ao dispositivo que queremos monitorar, a tensão do secundário é,lógicamente, propocional ao deslocamento do dispositivo monitorado. Esta tensão é lidapelo mesmo módulo que alimentou o primário e é convertida em sinal de corrente calibrado



de 4 a 20 mA. A corrente é envia ao sistema de controle como feedback da posição dodispositivo monitorado.

Abaixo temos um módulo amplificador e interface de LVDT. O módulo recebe o sinalde 4 a 20 mA vindo do sistema de controle de combustível (from FT System) e amplificapara 20 a 100 mA para o atuador da válvula de combustível, e envia o sinal de 4 A 20 mAcomo feedback da posição da válvula de combustível, monitorada pelo RVDT.

Detalhe da instalação do LVDT, Pistão de acionamento da IGV e aválvula de 4 Vias que comanda o pistão

NNOOMMEENNCCLLAATTUURRAASS



Mesmo tendo que seguir a Norma ANSI/ISA-5.1, as nomenclaturas utilizadas, para asmesmas variáveis, nas turbinas é das mais variadas, portanto é necessário a adaptar-se assimbologias e descrições usadas nas turbomáquinas que o técnico ira trabalhar.

Exemplo típico são as variáveis da turbina a gás, que apresentam nomes diferentesentre diferentes fabricantes. Abaixo segue alguns exemplos das principais variáveis.

Ponto Descrição Solar Dresser Hispano LM-2500 NP Allison

0 Atmosfera T0, P0 T1, P1 T0, P0

1 Entrada do compressor GG T1, P1 T2, P2 T1, P1 T2, P2 CIT

2 Saída do compressor GG T2, PCD PCD T2, P2 PS3 PCD COT, CDP

3 Entrada da distribuição HP T3 TIT

4 Entre turbinas HP e PT T5 T5 T4, P4 T5.4 EGT TOT

5 Saída da turbina PT T7, P7 T5, P5 TX

6 Velocidade do GG NGP NGG NGG (GGS) NHP NHP NGG

7 Velocidade da PT NPT NPT NPT (PTS) NLP NLP NPT

1COMBUSTOR2

5

4

3

6 7

0



PAINEL GTS – TURBOGERADOR DE NUARG



FFIILLOOSSOOFFIIAA DDEE SSEEQQUUEENNCCIIAAMMEENNTTOO::

SSEEQQUUEENNCCIIAAMMEENNTTOO::

Há diversos fabricantes de turbina com vários modelos diferentes, porém apresentamsemelhança na filosofia de sequenciamento, que podemos resumir em 9 fases:

11.. PPAARRAADDAA // SSTTOOPP

• Painel de controle e o centro de motores (CCM) estão energizados e todos ossistemas auxiliares estão “parados”.

• Caso não haja nenhum alarme de desligamento (trip) e condições prévias, tanto daturbina como da carga acionada (compressor, gerador, bomba, etc.) estão atendidasa turbina está pronta, aguardando a ordem de partida para em funcionamento.

• Dada a ordem de partida ocorre os seguintes eventos a seguir:

22.. PPRREEPPAARRAAÇÇÃÃOO // PPRRÉÉ--LLUUBBRRIIFFIICCAAÇÇÃÃOO // PPRREE--LLUUBB

• No caso de turbo compressor é iniciada a seqüência de válvulas no compressor degás.

• Os ventiladores do hood são ligados.

• A bomba de emergência (motor DC) é colocada em operação e testada, caso apressão esteja ok a partida continua, caso contrário a partida é interrompida.

• A bomba auxiliar (motor AC) é ligada.

• Decorrido o tempo necessário (≈30 segundos) para preencher as linhas de óleolubrificante e garantir a perfeita lubrificação é verificar a pressão de óleo e caso ok apartida continua.

33.. VVEENNTTIILLAAÇÇÃÃOO // PPUURRGGAA // CCRRAANNKK

• O sistema de partida coloca o motor de partida em funcionamento, retirando o GG dainércia e levando a sua rotação para a rotação de ventilação (10 a 20% da máximarotação GG), desde que a pressão de óleo lubrificante esteja Ok. A rotação do GGpermite realizar a purga interna da turbina (30 a 180 segundos) com ar limpo.

• Em alguns casos o sistema de gás combustível verifica a estanqueidade do sistema,deste que a partida seja a gás.

• Começa a ter pressão de óleo hidráulico.

• Após o tempo de purga avança para próxima fase.

44.. PPAARRTTIIDDAA // IIGGNNIIÇÇÃÃOO

• O sistema de combustível seqüência as válvulas realizando a sua purga.

• É enviado combustível para o piloto (tocha) e acionada a vela de ignição.

• O painel de controle começa a enviar sinal, conforme rampa de partida, para a aberturada válvula reguladora.



• O sistema de partida começa acelerar, de novo, o GG que junto com a queima dosgases aumenta a rotação.

• A vela de ignição e a tocha são desligadas.

• Atingida a rotação de IDLE (sustentação) o sistema de partida é desligado.

• A bomba principal já fornece óleo e a bomba auxiliar (motor AC) é desligada.

IIDDLLEE // WWAARRMM--UUPP

SEQÜÊNCIA DE OPERAÇÃO

Acceleration andload applied

Operação com duraçãoindeterminada

Parada/ Stop/ Stand-by

Tempo indeterminado

Ordem de partida

PPrreeppaarraaççããoo // PPrréé--LLuubbrriiffiiccaaççããoo //PPrree--LLuubb½½ mmiinn aa 1100 mmiinn..

VVeennttiillaaççããoo // PPuurrggaa // CCrraannkk½½ mmiinn aa 0044 mmiinn

PPaarrttiiddaa // IIggnniiççããoo

11 mmiinn 1155 sseegg

IIddllee // WWaarrmm--UUpp2200 mmiinn..

Control start

Shut down

Shut downorder

PPaarraannddoo // SSttooppppiinngg44mmiinn.. AA 2200 mmiinn..

Pós-Lubrificação / Pos-Lub

22hh aa 33 hh



55.. IIDDLLEE // WWAARRMM--UUPP

• Tempo para aquecimento antes da aceleração para a colocação de carga, istodiminui o gradiente de temperatura no qual a turbina está sujeita. Em turbogeradoresde emergência está fase não ocorre.

66.. OOPPEERRAAÇÇÃÃOO // LLOOAADD

• O painel de controle acelera e desacelera a turbina, dentro dos parâmetros deaceleração (Accel) e desaceleração (Disaccel) estabelecidos, em função da variaçãocarga, desde que os limites de temperatura dos gases de exaustão, velocidade GGou velocidade PT não sejam atingidos.

• A turbina permanece nesta condição até ocorrer:

O operador enviar a ordem de retirada de carga ou ordem de parada. A turbina vaipara idle / cool-down

É detectado um alarme de mal funcionamento(trip). A turbina vai para parada /stopping.

77.. IIDDLLEE // CCOOOOLL--DDOOWWNN

• Tempo de resfriamento que ocorre após desaceleração e antes do corte decombustível, com isto diminui o gradiente de temperatura no qual a turbina estasujeita.

88.. PPAARRAADDAA // SSTTOOPPPPIINNGG

• É cortado o combustível fechando as válvulas de corte (shut-off valves).

• A bomba auxiliar (motor AC) é acionada.

• Após a desaceleração e parada do GG e PT iremos para a próxima fase.

99.. PPÓÓSS--LLUUBBRRIIFFIICCAAÇÇÃÃOO // PPOOSS--LLUUBB

• A bomba auxiliar (motor AC) e os ventiladores continuam operando durante toda estafase.

• Caso não haja nenhum alarme de desligamento (trip) e condições prévias estãoatendidas, a turbina está liberada para partir. Se o operador ordenar a partida amáquina vai para a fase 2 (preparação).

• Decorrido o tempo de pós-lubrificação a bomba auxiliar e os ventiladores sãodesligados e a máquina volta a fase 1 (parada / stop).



PPRRIINNCCÍÍPPIIOO DDEE FFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO DDOO CCOONNTTRROOLLEE DDEE CCOOMMBBUUSSTTÍÍVVEELL

FFUUNNÇÇÃÃOO::

A principal função do controle de velocidade da turbina em um turbogerador é fornecera potência mecânica necessária para manter a rotação do gerador elétrico constante, ouseja, a freqüência constante, independente da potência elétrica solicitada pelo consumidor.Em um turbocompressor, o controle de combustível deverá manter a rotação do compressorsolicitada pelo controle de capacidade, também chamado de controle de performance.Como o gerador elétrico ou o compressor de gás estar acoplado a turbina de potência (PT),a rotação da PT é a principal variável controlada.

Sendo a potência disponível no eixo da PT diretamente proporcional a pressão etemperatura dos gases, quando maior a potência solicitada maior será a temperatura EGT ea pressão PCD. sendo que está última está relacionada a rotação do gerador de gás (NGG).Devido a limitações mecânicas e metalúrgica do GG, são impostas limitações de máxima derotação GG (NGG) e de máxima temperatura dos gases (EGT). O controle de velocidade daturbina não deve permitir que este limites sejam ultrapassados.

FFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO NNAA PPAARRTTIIDDAA::

Durante a partida (vide fig. 3), na fase de ignição, quem comanda o governor damáquina é a rampa de partida que cresce em função do tempo e da pressão PCD. Sendoque a rampa é limitada pela circuito de máxima (Accel) e mínima (Disaccel) aceleração,quando a rotação PT (NPT) atinge a primeira vez a rotação de controle, o PID de NPT passade seguidor para controlador. Nesta fase a rotação GG (NGG) é menor que o set-point (SP)de máxima NGG, como também a temperatura dos gases de exaustão (EGT) está abaixo doseu set-point de limitação EGT, os controladores PID’s de NGG e EGT estão saturados, ouseja, as suas saídas estarão no máximo valor, com isto o menor sinal é saída do controladorNPT e este será o sinal selecionador pelo seletor de menor sinal. Portanto que comanda aturbina, neste momento, é o PID de PT.

FFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO DDUURRAANNTTEE AA OOPPEERRAAÇÇÃÃOO EEMM TTUURRBBOOGGEERRAADDOORR

Em um Turbogerador o essencial é manter a freqüência igual ao set-point (SP)independente da potência elétrica fornecida, ou seja, manter a rotação PT igual SP de NPT,que é fixo quando o controle está no modo isócrono, ou tem uma pequena variação(exemplo - 2% para máxima potência) em função da potência elétrica ou da pressão dedescarga do compressor de GG (PCD) quando está no modo droop.

O aumento da demanda de carga do Gerador Elétrico representa maior peso no eixoda PT, ou seja, a rotação PT (NPT) começa a diminui, o que significa queda da freqüência.O controlador PID de NPT ao comparar a rotação PT (PV) com o seu set-point (SP)aumentará o sinal de saída (CV), que será menor que as saídas (CV’s) dos PID’s de NGG eEGT, já que a máquina não está limitada, portanto o sinal escolhido pelo Seletor de Menor

Modo Isócrono

PotênciaMáximaPotência

MáximaPotência

FreqüênciaFreqüência

60,6

59,460

Potência

Modo Droop



Sinal será o sinal oriundo do PID de PT. Com o aumento do sinal temos o incremento daabertura da válvula de controle de combustível do governor e o conseqüente aumento dainjeção de combustível acelerando a turbina de potência (PT), portanto recuperando afreqüência.

A saída de carga elétrica representa menor peso no eixo de PT, ou seja, a rotação PTcomeça a aumenta, o que significa a freqüência subi. O Controlador PID de NPT diminuirá osinal de saída, como este sinal é menor do que os outros sinais teremos a redução daabertura da válvula de controle de combustível do governor, reduzindo a injeção decombustível que reduz a rotação PT, portanto reduzindo a freqüência.

O crescimento da demanda elétrica acarreta a aceleração da máquina,consequentemente a rotação GG e a temperatura EGT aumentarão. Com a continuaaceleração, uma dessas duas variáveis atingirá o valor máximo setado pelo set-point, ocontrolador PID correspondente diminuirá o sinal de saída que passará a ser menor do queo sinal de saída do PID de NPT, o menor sinal assume o controle evitando de a máquinaacelere e com isto aumente a rotação GG ou temperatura EGT vá a valores acima do valormáximo de controle, mantendo a integridade da máquina. Nesta condição a freqüênciatende a cair.

Quando da entrada de uma grande carga, a turbina tenderá a acelerar bruscamente, oque corresponde a um súbito aumento do sinal de saída do PID de PT. Se houvernecessidade de limitar a aceleração, o circuito de Accel manterá o seu sinal menor que osinal de saída do PID de PT e com isto limitara a aceleração da turbina

Quando da saída de uma grande carga a turbina tenderá a desacelerar bruscamente,o que corresponde a uma súbita diminuição do sinal de saída do PID de PT. Se houvernecessidade de limitar a desaceleração, o circuito de Disaccel manterá o seu sinal maior doque o sinal de Seletor de Menor e com isto limitara a desaceleração da turbina. Caso adesaceleração seja muito brusca (ex. desligamento do disjuntor principal) a ponto de tendera fechar por completo a válvula de controle de combustível, o circuito de mínima abertura daválvula não permite que isso aconteça o que poderia acarretar o apagar da chama decombustão.

As variáveis NPT, NGG e EGT também são supervisionadas e caso ultrapassem olimite de controle e atinja valores que venham a diminuir a vida útil ou danificar a máquina osistema será “tripado”, ou seja, haverá a parada do turbogerador.

A norma API 616, determina a existência de dois sensores de velocidade PT, algunsfabricantes usam também dois sensores de velocidade GG, e duas medições detemperatura EGT, sendo que uma medição é usada para controle e supervisão e a outramedição é usada somente para supervisão, porém usando circuito redundante e externo aocircuito aonde realiza-se o controle.



DIAGRAMA SIMPLIFICADO DO CONTROLE DE COMBUSTÍVEL EM TURBOGERADOR

CV

CV

CV

PID

PIDPID

AoGeradorElétrico

Gasesde

Exaustão

DroopIsocronus

Referênciafixa de

Freqüência

PCD ouPotência Elétrica

PCD T1

PV

SP

PV

SP

Mínimaabertura doGovernor

NGG EGT NPT

Combustor

PCD

T1

F/U Mv/U F/U

mA/U

R/U

Governor

Combustível

NGG máx.

Seletor de Menor

Rampa dePartida

EGT máx.

Seletor de Maior

D A

AcellDisaccel

PV

SP

U/mA

Ar Filtrado

PCD T1 NGG

Fator deDroop

Geradorde Gás

Rotor doCompressor

Rotor

HP

Turbina dePotência



FFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO DDUURRAANNTTEE AA OOPPEERRAAÇÇÃÃOO EEMM TTUURRBBOOCCOOMMPPRREESSSSOORR

No turbocompressor, o controle de combustível deverá manter a rotação docompressor solicitada pelo controle de capacidade, também chamado de controle deperformance.

DIAGRAMA SIMPLIFICADO DO CONTROLE DE COMBUSTÍVEL EM TURBOCOMPRESSOR

Com o aumento do set-point, oriundo do Controle de Capacidade, o Controlador PIDde NPT ao comparar a rotação PT (PV) aumentará o sinal de saída (CV), que será menorque as saídas (CV’s) dos PID’s de NGG e EGT, já que a máquina não está limitada, portanto

CV

CV

CV

PID

PIDPID

AoCompressor

de Gás

Gasesde

Exaustão

RemotoLocal(Manual)

ReferênciaInterna deVelocidade

SP vindo doControle deCapacidade(ver Fig. 7)

PCD T1

PV

SP

PV

SP

Mínimaabertura doGovernor

NGG EGT NPT

Combustor

PCD

T1

F/U Mv/U F/U

mA/U

R/U

Governor

Combustível

NGG máx.

Seletor de Menor

Rampa dePartida

EGT máx.

Seletor de Maior

D A

AcellDisaccel

PV

SP

U/mA

Ar Filtrado

PCD T1 NGG

Geradorde Gás

Rotor doCompressor

Rotor

HP

Turbina dePotência



o sinal escolhido pelo Seletor de Menor Sinal será o sinal oriundo do PID de PT. Com oaumento do sinal temos o incremento da abertura da válvula de controle de combustível dogovernor e o conseqüente aumento da injeção de combustível acelerando a turbina depotência (PT), portanto elevando a rotação solicitada pelo Controle de Capacidade, ou seja,aumentando a potência (Head) necessário a compressão.

Com a redução do set-point, oriundo do Controle de Capacidade, o Controlador PID deNPT diminuirá o sinal de saída, como este sinal é menor do que os outros sinais no Seletorde Menor teremos a redução da abertura da válvula de controle de combustível do governor,reduzindo a injeção de combustível que reduz a rotação PT, portanto reduzindo o Headfornecido.

O aumento da potência consumida no compressor acarreta a aceleração da máquina,consequentemente a rotação GG e a temperatura EGT aumentarão. Com a continuasolicitação de potência, uma das duas variáveis citadas atingirá o valor máximo setado peloset-point, o controlador PID, que estava “saturado” começa a diminuir o sinal de saída quepassará a ser menor do que o sinal de saída do PID de NPT, este será o menor sinal noSeletor de Menor e assume o controle da válvula de combustível, evitando que a máquinaacelere e aumente a rotação GG ou temperatura EGT acima de seus valores máximos,mantendo a integridade da máquina. Nesta condição o Controle de Capacidade não éatendido.

O Controle de Capacidade pode solicitar um forte aumento da velocidade docompressor, isto no controle de combustível corresponde a um súbito aumento do sinal desaída do PID de PT. Se este sinal for maior que o sinal de máxima aceleração, no Seletor deMenor, há a necessidade de limitar a aceleração. O circuito de Accel manterá o seu sinalmenor que o sinal de saída do PID de PT limitando a aceleração da turbina.

Há várias estratégias de Controle de Capacidade, os mais usuais são:• Controlar a pressão de sucção e limitar na máxima pressão de descarga e/ou limitar

na máxima temperatura de descarga.• Controlar a pressão de descarga e limitar na mínima pressão de sucção.• Controlar a vazão e limitar na mínima pressão de sucção.

CONTROLE DE CAPACIDADE SIMPLIFICADO

Estratégia do Controle Comparação Saída do PID Seletor

Ps ≈ SP1 NormalControlar a Pressão de SucçãoLimitar na máxima Pressão de Descarga Pd < SP2 Saturado ⇑

<

Ps > SP1 Saturado ⇑Limitar na mínima Pressão de SucçãoControlar a Pressão de Descarga Pd ≈ SP2 Normal

<

Ps > SP1 Saturado ⇑Limitar na mínima Pressão de SucçãoControlar a Vazão Q ≈ SP2 Normal

<

PID

PV1

SP1

PIDSP2

PV2

<



CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM COMPRESSOR CENTRÍFUGO

Nas plataformas de produção da Bacia de Campos desejamos manter a pressão de sucçãoconstante para a correta separação do óleo/gás/água. Portanto a estratégia utilizada no Controle dePerformance é da pressão de sucção constante e limitação na máxima pressão de descarga.

HeadPd / Ps

Pd

Q

PotênciaAbsorvida

Q

Nmin

NOP

Nmax

PIC - SP

P1



Seção IV

GUIA PARA LEVANTAMENTO DE INFORMAÇÕESSOBRE TURBINA A GÁSASPECTOS DE MANUTENÇÃO:

BÁSICO DE TURBOGERADORES

EP-SSE/SC-SL/TBM/TTNP Seção IV- 1

GUIA PARA LEVANTAMENTO DE DADOS DE TURBOMÁQUINAS

O conhecimento amplo do sistema de geração e compressão, incluindo a turbomáquina,permite a correta operação do sistema. Abaixo segue roteiro que, se preenchido, permitiráconhecer o sistema em que você irá trabalhar.

TURBINA À GÁS

1) TURBINA

- Marca(fabricante) GG- Marca(fabricante) PT- Modelo- Potência ISO- Eficiência térmica- Tipo- Mancais ( tipo e números )- Compressor de ar

. tipo

. número de estágios

. materiais

. relação de compressão

. vazão mássica

. IGV ( inlet guide vane )

. Válvulas anti-surge- Câmara de Combustão

. tipo

. número de câmaras

. material

. número de injetores

. número de ignitores- Combustível- Roda da turbina HP (número de estágio, rotação e material)- Roda da turbina LP (número de estágio, rotação e material)- Temperatura limite de operação contínua- Limites operacionais

2) SISTEMA E ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO

- Qual é o óleo(tipos)?- Qual é a carga para abastecimento?- Qual é o volume do reservatório?- Quantas bombas?- Qual o tipo de resfriador?- Como é efetuado o controle de temperatura?- Qual é o modelo do elemento filtrante e quantos p/ filtro?- Qual é a micragem?- Como é efetuado o controle de pressão?- Quais são os limites operacionais do sistema?

3) SISTEMA DE ÓLEO DE COMANDO

- Quantas bombas existem instaladas?- Quais são os modelos?- Como é efetuado o controle de pressão?



- Qual é o modelo, número de elementos e a micragem dos filtros?- Quais os limites operacionais do sistema?

4) SISTEMA DE PARTIDA

- Motor de partida - tipo e potência- Caso tenha conversor de torque, qual é o modelo?- Como é o sistema de acoplamento?- Quais são os componentes?- Quantas velas de ignição?

5) SISTEMA DE GÁS COMBUSTÍVEL

- Como é efetuado o controle de pressão do gás?- Qual é o modelo da válvula dosadora?- Como são acionadas as válvulas?- Quais são os parâmetros que fazem parte da malha de controle?- Quais são os limites operacionais?

6) SISTEMA DE AR

- Quantos são os estágios da filtragem de ar?- Quantos são os elementos por estágio?- Qual é o DP recomendado para troca dos elementos?- Qual é o percentual do ar que é comprimido pelo compressor, que participa da queima?- Quais são as partes resfriadas da turbina?- Qual é a origem do ar de selagem?- Quantos ventiladores existem para ventilação do casulo?- Como é o acionamento dos DAMPERS de ar do casulo?

7) SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR

- Citar os Dampers do sistema- Capacidade de térmica de troca de calor- Qual é a filosofia de controle?- Citar a instrumentação de segurança

8) HOOD E SISTEMA DE SEGURANÇA

- Citar os meios de segurança- Conhecer o lay-out de distribuição dos sensores- Conhecer a filosofia de segurança

9) CAIXA DE ACESSÓRIOS

- Quantos eixos?- Quais são os equipamentos acionados?

GERADORES ELÉTRICOS

1) GERADOR

- Fabricante(marca)- Modelo- Potência Elétrica (VA, real e aparente)



- Tensão de Geração- Tipo de excitação- N° de Polos- Rotação da PT e do Gerador Elétrico

2) MANCAIS E SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

- Qual o tipo de Mancais?- Quem fornece e como é efetuado o controle de pressão do óleo.

4) SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO

- Como é feita a refrigeração do Gerador- Conhecer o fluxograma e identificar os principais componentes

5) SISTEMA DE CONTROLE DE TURBOGERADORES

- Identificar os painéis da cabine de controle- Identificar os reles de proteção do Gerador- Conhecer a seqüência lógica de partida e parada- Conhecer a filosofia de regulação da turbina

COMPRESSORES

1) COMPRESSOR

- Fabricante (marca)- Modelo- Vazão volumétrica nas condições de sucção de cada estágio- Vazão volumétrica normal (1 ATM, 20 °C)- Vazão mássica- Pressão de sucção (Ps) de cada estágio- Pressão de descarga (Pd) de cada estágio- Temperatura de sucção (Ts) de cada estágio- Temperatura de descarga (Td) de cada estágio- Número de impelidores- Número de estágios- Tipo de carcaça- Tipo de mancal- Conhecer e analisar as curvas de performance (desempenho) dos compressores- Conhecer e analisar o fluxo do balanço de massa do turbocompressor- Limites operacionais, sistemas de proteção

2) SISTEMAS DE SELAGEM

- Qual o tipo dos anéis de labirinto da selagem interna?- Qual é o tipo da selagem externa? Com óleo, selo seco com gás?- Conhecer o fluxograma e identificar os principais componentes que atendem ao sistema de

selagem externa

3) SISTEMA E ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO

- Qual é o óleo (tipo)?- Qual é a carga para abastecimento?- Qual é o volume do reservatório?- Quantas bombas?



- Qual o tipo de resfriador?- Como é efetuado o controle de temperatura?- Qual é o modelo do elemento filtrante, a malha de filtragem e quantos elementos por filtro?- Como é efetuado o controle de pressão?- Quais são os limites operacionais do sistema?

4) SISTEMA DE BALANCEAMENTO AXIAL

- Qual é tipo empregado?

5) PLANTAS DE PROCESSO DE COMPRESSÃO E GÁS COMBUSTÍVEL

- Conhecer os fluxogramas e identificar os principais componentes- Conhecer a filosofia de operação- Identificar as interligações das plantas com a unidade de produção- Quais são os limites operacionais e os sistemas de proteção?- Conhecer o sistema de segurança.

6) SISTEMA DE CONTROLE ANTI-SURGE

- Identificar os componentes da malha de controle anti-surge- Conhecer o controlador anti-surge

7) SISTEMA DE CONTROLE DE CAPACIDADE

- Identificar os componentes da malha de controle de capacidade( PIC sucção, PICdescarga, seletor de menor (<) e controladores de capacidade.

8) INSTRUMENTAÇÃO DE PROTEÇÃO DO COMPRESSOR E PLANTA DE PROCESSO

- Identificar os instrumentos de proteção: Sensores de nível, pressão, temperatura evibração.

9) SISTEMA DE CONTROLE

- Identificar os painéis de controle- Identificar os sistemas de segurança- Conhecer as seqüências lógicas de controle e proteção- Conhecer a filosofia de controle anti-surge e de capacidade do compressor



ASPECTOS DE MANUTENÇAO

INTRODUÇÃO

O ambiente competitivo a que as empresas estão expostas hoje em dia requer umaotimização da utilização dos recursos disponíveis. Essa otimização só pode ser alcançada sefor possível minimizar os custos de operação e manutenção das máquinas e maximizar a suaconfiabilidade. Os custos decorrentes da operação e manutenção das máquinas rotativas aolongo da sua vida produtiva são em geral bem maiores que o custo de aquisição e instalaçãoda máquina, não sendo incomum que somente o valor da energia consumida seja de 5 a 15vezes maior que o preço do equipamento.

A produção, basicamente, é composta pelas atividades de operação, manutenção eengenharia, sendo que o único produto que a operação deseja comprar da manutenção é daengenharia chama-se MAIOR DISPONIBILIDADE E CONFIABILIDADE AO MENOR CUSTOPOSSÍVEL. A atividade da manutenção precisa, portanto deixar de ser apenas eficiente parase tornar eficaz; ou seja, não basta, apenas, reparar o equipamento ou instalação tão rápidoquanto possível, mas principalmente, é preciso manter a função do equipamento disponívelpara a operação, evitar a falha do equipamento e reduzir os riscos de uma parada nãoprogramada. Se o antigo paradigma, e ainda atual na maioria das empresas, era de que “Ohomem de manutenção sente-se bem quando executa um bom reparo”, o novo paradigma é“O homem de manutenção sente-se bem quando não teve que fazer reparo porque conseguiuevitar as quebras não planejadas”.

É dentro dessa função estratégica da manutenção, de obter a maior disponibilidade econfiabilidade ao menor custo possível, que existe uma crescente necessidade de se capacitartécnicos para executar tarefas multidisciplinares.

TIPOS DE MANUTENÇÃO

A maneira pela qual é realizada a manutenção nos equipamentos, sistemas ouinstalações, caracteriza os vários tipos de manutenção existentes.

O tipo de manutenção ou a filosofia de manutenção para a maioria dos equipamentosvaria de companhia para companhia e depende da localização geográfica das instalações, daimportância do equipamento dentro do processo produtivo, das condições ambientais, dacomplexidade do equipamento, etc.

Basicamente, as atividades de manutenção podem ser classificadas em três categorias:

- Manutenção Corretiva- Manutenção Preventiva- Manutenção Preditiva

Várias ferramentas disponíveis e adotadas hoje em dia têm no nome a palavraManutenção. É importante observar que essas não são novos tipos de manutenção, masferramentas que permitem a aplicação dos tipos principais de manutenção citadosanteriormente. Dentre elas, destacam-se:

§ Manutenção Produtiva Total (TPM) ou Total Productive Maintenance.§ Manutenção Centrada na Confiabilidade (RCM) ou Reliability Centered Maintenance.§ Manutenção Baseada na confiabilidade (RBM) ou Reliability Based Maintenance.



MANUTENÇÃO CORRETIVA

Manutenção Corretiva á a atuação para a correção da falha ou do desempenho menor doque o esperado.

Ao atuar em um equipamento que apresenta um defeito ou um desempenho diferente doesperado, estamos fazendo manutenção corretiva. Assim, a manutenção corretiva não é,necessariamente, a manutenção de emergência.

Classicamente, é tida como um tipo de manutenção indesejada e que, por isso mesmo,deve ser evitada, pois pode indisponibilizar a turbomáquina num momento indevido e por umprazo indefinido (a princípio, antes de avaliarmos os serviços necessários à sua recuperação),comprometendo duramente a produção envolvida. Assim, um bom planejamento damanutenção e sua correta execução devem ser capazes de minimizar a ocorrência, embora,em alguns casos pontuais , este tipo de manutenção pode ser o escolhido para certoscomponentes.

Convém observar que existem duas condições específicas que levam a manutençãocorretiva:

a) Desempenho deficiente apontado pelo acompanhamento das variáveisoperacionais.

b) Ocorrência da falha.

Desse modo, a ação principal na Manutenção Corretiva é corrigir ou restaurar ascondições de funcionamento do equipamento ou sistema.

A manutenção corretiva pode ser dividida em duas classes:

§ Manutenção Corretiva não planejada§ Manutenção Corretiva Planejada.

Manutenção Corretiva não planejada é a correção da FALHA de maneira ALEATÓRIA.

Caracteriza-se pela atuação da manutenção em fato já ocorrido, seja este uma falha ouum desempenho menor do que o esperado. Não há tempo para preparação do serviço.Infelizmente, ainda é mais praticado do que deveria.

Normalmente, a manutenção corretiva não planejada implica em altos custos, pois aquebra inesperada pode acarretar perdas de produção, perda da qualidade do produto eelevados custos indiretos de manutenção.

Além disso, quebras aleatórias podem ter conseqüências bastante graves para oequipamento, isto é, a extensão dos danos pode ser bem maior. Em plantas industriais deprocesso contínuo (petróleo, petroquímico, cimento, etc.), estão envolvidas no seuprocessamento elevadas pressões, temperaturas, vazões, ou seja, a quantidade de energiadesenvolvida no processo é considerável. Interromper processamentos desta natureza deforma abrupta para reparar um determinado equipamento compromete a qualidade de outrosque vinham operando adequadamente, levando-os a colapsos após a partida ou uma reduçãoda campanha da planta.

Quando uma empresa tem a maior parte de sua manutenção corretiva na classe nãoplanejada, seu departamento de manutenção é comandado pelos equipamentos e odesempenho empresarial da Organização, certamente, não está adequado às necessidades decompetitividade atuais.



Manutenção Corretiva planejada á a correção do desempenho menor do que o esperadoou da falha, por DECISÃO GERENCIAL, isto é, pela atuação em função de acompanhamentopreditivo ou pela decisão de operar até a quebra.

Um trabalho planejado é sempre mais barato, mais rápido e mais seguro do que umtrabalho não planejado. E será sempre de melhor qualidade.

A característica principal da manutenção corretiva planejada é função da qualidade dainformação fornecida pelo acompanhamento do equipamento.

Mesmo que a decisão gerencial seja de deixar o equipamento funcionar até a quebra,essa é uma decisão conhecida e algum planejamento pode ser feito quando a falha ocorre. Porexemplo, substituir o equipamento por outro idêntico, ter um kit para reparo rápido, preparar oposto de trabalho com dispositivos e facilidades, etc.

A adoção de uma política de manutenção corretiva planejada pode advir de váriosfatores:

§ Possibilidade de compatibilizar a necessidade da intervenção com os interesses daprodução.

§ Aspectos relacionados com a segurança – a falha não provoca qualquer situação de riscopara o pessoal ou para a instalação.

§ Melhor planejamento dos serviços§ Garantia da existência de sobressalentes, equipamentos e ferramental.§ Existência de recursos humanos com a tecnologia necessária para a execução dos

serviços e em quantidade suficiente, que podem, inclusive, ser buscados externamente àorganização.

Para explicar: quanto menores forem as implicações da falha na segurança pessoal eoperacional, nos custos intrínsecos dela, nos compromissos de entrega da produção, maioresserão as condições de adoção da política de manutenção corretiva.

A análise conjunta, levando em conta os outros fatores, definirá a melhor política.

MANUTENÇÃO PREVENTIVA

Manutenção preventiva é a atuação realizada de forma a reduzir ou evitar a falha ouqueda no desempenho, obedecendo a um plano previamente elaborado, baseado emINTERVALOS definidos DE TEMPO.

Normalmente, o intervalo entre manutenções preventivas tem como base o calendário ouo tempo de operação das turbomáquinas, como podemos ver nos exemplos abaixo:

• Preventiva semanal, preventiva mensal, preventiva semestral, preventiva anual;• Preventiva de 4.000 h, preventiva de 8.000 h, preventiva de 16.000 h, preventiva de

25.000 h.

.

Os intervalos e as tarefas a serem executadas são indicados pelos fabricantes baseadosprincipalmente na vida útil esperada de cada componente e nos tempos ótimos de manutençãoque levem a um melhor desempenho da turbomáquina. Normalmente, são ajustados pelooperador/ mantenedor das máquinas a partir de sua experiência acumulada e das demandasdiferenciadas de sua instalação, visando otimizar o custo x benefício da manutenção.

Inversamente à política de Manutenção Corretiva, a Manutenção Preventiva procuraobstinadamente evitar a ocorrência de falhas, ou seja, procura prevenir. Em determinadossetores, como na aviação, a adoção de manutenção preventiva é imperativa, pois o fatorsegurança se sobrepõe aos demais.



Como nem sempre os fabricantes fornecem dados precisos para a adoção nos planos demanutenção preventiva, além de as condições operacionais e ambientais influírem de modosignificativo na expectativa de degradação dos equipamentos, a definição de periodicidade esubstituição deve ser estipulada para cada instalação ou no máximo plantas similares operandoem condições também similares.

Isso leva à existência de duas situações distintas na fase inicial de operação:

Ocorrência de falhas antes de completar o período estimado, pelo mantenedor, para aintervenção.

Abertura do equipamento/ reposição de componentes prematuramente.

Evidentemente, ao longo da vida útil do equipamento não pode ser descartada a falhaentre duas intervenções preventivas, o que, obviamente, implicará numa ação corretiva.

Analogamente ao que foi estabelecido para manutenção corretiva, os seguintes fatoresdevem ser levados em consideração para adoção de uma política de manutenção preventiva:

- Quando não é possível manutenção preditiva.

- Aspectos relacionados com a segurança pessoal ou da instalação que tornammandatória a intervenção, normalmente para substituição de componentes.

- Por oportunidade em equipamentos críticos de difícil liberação operacional.

- Riscos de agressão ao meio ambiente.

A manutenção preventiva será tanto mais conveniente quanto maior for a simplicidade nareposição; quanto mais altos forem os custos de falhas; quanto mais falhas prejudicarem aprodução e quanto maiores forem as implicações das falhas na segurança pessoal eoperacional.

Se por um lado a manutenção preventiva proporciona um conhecimento prévio dasações, permitindo uma boa condição de gerenciamento das atividades e nivelamento derecursos, além de previsibilidade de consumo de materiais e sobressalentes, por outropromove, via de regra, a retirada do equipamento ou sistema de operação para execução dosserviços programados. Assim, possíveis questionamentos à política de manutenção sempreserão levantados em equipamentos, sistemas ou plantas em que o conjunto de fatores não sejasuficientemente forte ou claro em prol dessa política.

Outro ponto negativo com relação à preventiva á a introdução de defeitos não existentesno equipamento devido a:

- Falha humana;

- Falha de sobressalentes;

- Contaminações introduzidas no sistema de óleo;

- Danos durante partidas e paradas;

- Falhas dos Procedimentos de Manutenção.

MANUTENÇÃO PREDITIVA

A Manutenção Preditiva, também conhecida por Manutenção sob Condição ouManutenção com Base no Estado do Equipamento, pode ser definida da seguinte forma:



Manutenção Preditiva é a atuação realizada com base em modificação de parâmetro deCONDIÇÃO ou DESEMPENHO, cujo acompanhamento obedece a uma sistemática.

A Manutenção Preditiva é a primeira grande quebra de paradigma na Manutenção, etanto mais se intensifica quanto mais o conhecimento tecnológico desenvolve equipamentosque permitam avaliação confiável das instalações e sistemas operacionais em funcionamento.

Seu objetivo é prevenir falhas nos equipamentos ou sistemas através deacompanhamento de parâmetros diversos, permitindo a operação contínua do equipamentopelo maior tempo possível. Na realidade o termo associado à Manutenção Preditiva é o depredizer as condições dos equipamentos. Ou seja, a Manutenção Preditiva privilegia adisponibilidade à medida que não promove a intervenção nos equipamentos ou sistemas, poisas medições e verificações são efetuadas com o equipamento produzido.

Quando o grau de degradação se aproxima ou atinge o limite previamente estabelecido,é tomada a decisão de intervenção. Normalmente esse tipo de acompanhamento permite apreparação prévia do serviço, além de outras decisões e alternativas relacionadas com aprodução. De forma mais direta, podemos dizer que a manutenção prediz as condições dosequipamentos , e , quando a intervenção é decidida, o que faz, na realidade, é umamanutenção corretiva planejada.

Ou seja, a principal característica é a antecipação às falhas (prevenção). O objetivo éotimizar a manutenção nos seus custos e duração (indisponibilidade da turbomáquina paracumprir sua função), posto que evita-se a parada para manutenção preventiva, quando estanão fosse necessária (parâmetros em bons níveis), e antecipa-se a o agravamento de algumproblema que levaria a uma falha (parâmetros com tendência ou sinais claros de degradação).Entre os parâmetros que são usualmente acompanhados via campanhas periódicas de coletade dados no campo ou monitoração remota contínua (“on line”), podemos citar:

- Vibração;

- Performance;

- Análise de óleo;

- Parâmetros operacionais (temperaturas, pressões, etc).

As condições básicas para se adotar a Manutenção Preditiva são as seguintes:

§ O equipamento, o sistema ou a instalação devem permitir algum tipo de monitoramento/medição.

§ O equipamento, o sistema ou a instalação devem merecer esse tipo de ação, emfunção dos custos envolvidos.

§ As falhas devem ser oriundas de causas que possam ser monitoradas e ter suaprogressão acompanhada.

§ Seja estabelecido um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico,sistematizado.

Os fatores indicados para análise da adoção de política de manutenção preditiva são osseguintes:

§ Aspectos relacionados com a segurança pessoal e operacional.



§ Redução de Custos pelo acompanhamento constante das condições dos equipamentos,evitando intervenções desnecessárias.

§ Manter os equipamentos operando, de modo seguro, por mais tempo.

A redução de acidentes por falhas “catastróficas” em equipamentos é significativa.Também a ocorrência de falhas não esperadas fica extremamente reduzida, o que proporciona,além do aumento de segurança pessoal e da instalação, redução de paradas inesperadas daprodução, as quais, dependendo do tipo de planta, implicam consideráveis prejuízos.

Os custos envolvidos na Manutenção Preditiva devem ser analisados por dois ângulos:

§ O acompanhamento periódico através de instrumentos/ aparelhos de medição e análisenão é muito elevado, e quanto maior o progresso na área de microeletrônica, maior aredução dos preços. A mão-de-obra envolvida não apresenta custo significativo, hajavista a possibilidade de acompanhamento, também, pelos operadores.

§ A instalação de sistemas de monitoramento contínuo on line apresenta um custo inicialrelativamente elevado. Em relação aos custos envolvidos, estima-se que o nível deinvestimento é de 1% do capital inicial total do equipamento a ser monitorado, e queum programa de acompanhamento de equipamentos bem gerenciado apresenta umarelação custo/ benefício de 1/5 .

No tocante à produção, a Manutenção Preditiva é a que oferece melhores resultados,pois intervém o mínimo possível na planta, conforme mencionado anteriormente.

É fundamental que a mão-de-obra da manutenção responsável pela análise e diagnósticoseja treinada. Não basta medir; é preciso analisar os resultados e formular diagnósticos.Embora isto possa parecer óbvio, é comum encontrar, em algumas empresas, sistemas decoleta e registro de informações de acompanhamento de Manutenção Preditiva que nãoproduzem ação de intervenção com a qualidade equivalente aos dados registrados.



ENGENHARIA DE MANUTENÇÃO

É a segunda quebra de paradigma na Manutenção. Praticar a Engenharia Manutençãosignifica uma mudança cultural.

É deixar de ficar consertando continuamente, para procurar as causas básicas, modificarsituações permanentes de mau desempenho, deixar de conviver com problemas crônicos,melhorar padrões e sistemáticas, desenvolver a manutenibilidade, dar feedbacak ao projeto,inferir tecnicamente nas compras.

Engenharia de Manutenção significa perseguir benchmarks, aplicar técnicas modernas,estar nivelado com a manutenção de Primeiro Mundo.

Alguém que esteja praticando Manutenção Corretiva não planejada terá um longocaminho e percorrer para chegar a praticar Engenharia de Manutenção. E o maior obstáculo aser vencido está na “cultura” que está sedimentada nas pessoas.

Suponha que uma determinada planta adota Manutenção Preventiva para um conjuntode redutores de uma torre de refrigeração. Sabemos que a estimativa mais acertada de tempopara as intervenções é extremamente difícil, porque nesse tipo de equipamento a vida dosdiversos componentes é diferente, apesar do pequeno número de componentes, Osrolamentos têm uma vida diferente dos retentores, que por sua vez têm vida diferente dasengrenagens. A experiência indica que mais intervenções do que necessário serão feitas e/ ouum número elevado de troca de peças com meia vida ainda em bom estado será processado.Há que compatibilizar aqui as vantagens x desvantagens entre custo desnecessário deutilização de alguns sobressalentes contra sucessivas intervenções nos equipamentos.

Quando a manutenção dessa planta passa a adotar a Preditiva para o acompanhamentodo conjunto de redutores, estará auferindo ganhos sensíveis , com melhores resultadosglobais. O número de intervenções cairá drasticamente, o consumo de sobressalentes tambéme o número de homem-hora alocado a esses equipamentos, consequentemente, também seráreduzido. A Preditiva permite alcançar a máxima disponibilidade para a qual os equipamentosforam projetados, proporcionando aumento de produção e faturamento. Outro aspectointeressante e inovador é que o sistema de Acompanhamento Preditivo fornecerá todos osdados pertinentes ao acompanhamento, incluindo dados instantâneos, curvas de tendências, etantos outros dados quando sejam de interesse das pessoas que formam a Manutenção dessaplanta. Esse sistema fornecerá, também, valores de alarme que guiarão as recomendaçõespara intervenção em qualquer dos redutores, num tempo anterior à ocorrência da falha.

No momento em que a estrutura de Manutenção dessa planta estiver utilizando paraanálises, estudos e proposição de melhorias todos os dados que o Sistema de Preditiva colhe earmazena, estará praticando Engenharia de Manutenção. A Engenharia de Manutenção utilizadados adquiridos pela Manutenção, para melhorar sempre.

Se a Manutenção estiver vivendo o estágio de intervir corretivamente nas plantas,comandada pela quebra aleatória dos equipamentos, certamente não estará fazendoManutenção Preditiva. E infelizmente, com muito mais razão não terá ninguém para pensar emengenharia de Manutenção.

PROGRAMAÇÃO DA MANUTENÇÃO

As manutenções podem e devem ser programadas com antecedência e cobrindo umhorizonte de tempo futuro de médio a longo prazo (anual ou mais), sendo esta programaçãorevista num horizonte de curto prazo (alguns meses) à luz das mudanças de cenários, quepode ter origem em alteração observadas na turbomáquina (falhas parciais não impeditivas dofuncionamento, quedas significativas de performance, etc) ou alteração nas demandas deprocesso onde ela está inserida (impedimento de parada na produção, necessidade de melhorade performance, etc). Esta programação deve utilizar-se de todas as tipos / técnicas



disponíveis, organizada de tal forma a proporcionar uma melhor performance e maiordisponibilidade ao longo do tempo (longo prazo) e não pontualmente, implicando no maiorretorno possível (maior produção gerada pela turbomáquina / menor perturbação ao processoprodutivo) aos menores custos de manutenção. Este é o desafio da programação, quepodemos resumir em otimização da manutenção. O resultado do exercício de programação damanutenção é o Plano de Manutenção. Segundo sua abrangência e periodicidade asmanutenções que compõem o Plano de Manutenção podem ser classificadas em:

MANUTENÇÃO PREVENTIVA

MANUTENÇÂO DE ROTINA

Podem ser diárias, semanais, mensais, trimestrais,. Trata-se de tarefas simples emsua maioria, a serem executadas pela própria operação/ manutenção de campo (nãorequer equipe especializada no equipamento) em periféricos a acessórios daturbomáquina. São exemplos deste a verificação do nível de óleo lubrificante, vazamentose ruídos em geral, queda de pressão em filtros, acompanhamento de parâmetrosoperacionais e identificação de alterações importantes nestes, testes de lâmpadas desinalização, passando por verificação do estado de bancos de baterias e sensores de fogoe gás, até verificação da calibração de alguns instrumentos.

REVISÕES PARCIAIS

Como está explicito a abrangência é parcial e são manutenções realizadas e repetidasentre as revisões gerais. O objetivo é recompor a condição operacional no que diz respeitoa desgastes mecânicos, degradação da performance ou até mesmo realizar uma maiscompleta avaliação do estado ou inspeção interna da turbomáquina, de forma a que sepossa garantir um novo período operacional (até a próxima revisão). Nestes casos sãonormalmente demandadas equipes de especialistas treinados naquele tipo e modelo deturbomáquina, que atuarão tanto para seu planejamento como na execução das tarefasmais ou menos complexas que compõem aquela revisão. São exemplos:

Revisão intermediária: Também conhecida como revisão Major, no caso de turbinas. Éuma revisão preventiva que tem como abrangência praticamente todo o pacote emseus componentes mais críticos ou mais sujeitos a falhas (com menor tempo médioentre falhas). São normalmente revisões recomendadas pelos fabricantes comindicações das tarefas a serem realizadas. Entre elas a revisão/ teste do painel decontrole (sequenciamento de partida e parada, controle), malhas de monitoração econtrole no campo, acessórios e periféricos tais como válvulas de controle, motoreselétricos, bombas, ventiladores, sistemas de filtragem e de partida, etc.

Revisão de partes quentes de uma turbina: O objetivo é a inspeção e troca ou reparode componentes da turbina da GG (câmaras de combustão, palhetas fixas e rotoras,etc). Como são as partes submetidas a maiores exigências mecânica e metalúrgicasnuma turbina, requerem tratamento diferenciado e por isso a demanda de umainspeção e recomposição, se necessária, entre revisões gerais. Entre as principaistarefas inclui a inspeção boroscopica da turbina (que será vista mais tarde) e ainspeção e limpeza de bicos injetores.

Lavagem da Geradora de Gás: Normalmente é uma lavagem realizada com a turbinafora de operação (fria), rodando-a a baixa velocidade em ventilação (pelo uso do motorde partida), com a injeção manual ou automática de um composto líquido a base dedetergente dissolvido em água e /ou querosene pela sua sucção. O objetivo é alimpeza dos vários estágios do rotor e estator do compressor de ar da GG de forma ase recompor a performance, aumentando-se a pressão de descarga do compressor de



ar e reduzindo-se a temperatura de queima para as mesmas rotações de trabalho epotências geradas.

REVISÃO GERAL

Também conhecida como overhaul. No caso das turbinas, implica na desmontagemcompleta da turbomáquina em módulos e até componentes, para substituição ou reparodevido a deterioração/ desgaste normal, falha precoce ou por fim de sua vida útil, noscasos de componentes com vida útil controlada (partes quentes de turbinas a gás). Oobjetivo é conferir a capacidade de operar uma nova campanha sem nova aberturacompleta até a próxima revisão geral prevista. É a revisão mais complexa daturbomáquina, envolvendo um grande número de tarefas encadeadas desmontagem,limpeza, inspeção, reparo de componentes, balanceamento, montagem, ajustes e atétestes em bancada ou no campo. Demandam por isso mesmo equipes com o nível maiselevado de especialização (ao lado dos especialistas em identificação e análise de falhas).Estes especialistas também são treinados naquele tipo e modelo de turbomáquina eatuarão tanto para seu planejamento como na execução das tarefas complexas quecompõem aquela revisão.

No caso das turbinas, o intervalo entre revisões gerais varia de fabricante parafabricante podendo ser desde entre cada 24.000 a entre cada 50.000 horas de operação.

Dependendo do tipo (aeroderivada ou industrial) a turbina pode ser retirada inteira ouem módulos e enviada para uma oficina especializada para revisão completa e teste embancada quando possível.

PROGRAMAÇÃO DE PREVENTIVA

Abaixo temos uma visão geral de programação de manutenções preventivas (váriostipos de revisão) para algumas turbomáquinas.

TURBINA PERIODICIDADE (x 1000) Hrs

4 8 10 16 20 25 30 32 40 50

PGT – 5 MJ HGPI OH

PGT –10 B MJ HGPI OH

LM-2500 B HGPI OH

LM-2500+ B HGPI OH

AVON B+MJ OH

ALLISON B+MJ

SATURN B MJ OH

CENTAUR B MJ OH

TAURUS B MJ OH

MARS B MJ OH

MAN-GHH MJ OH1 OH2

DR-990 B MJ OH

B – Boroscopia MJ – Revisão MajorHGPI – Inspeção partes quentes (Hot Gas Path Inspection)OH – Overhaul (-1Turbocompressor; -2Turbogerador)



Em relação a compressores centrífugos, não existem manutenções preventivasparciais do compressor em si, sendo somente realizado o acompanhamento dos principaisparâmetros: vibração e temperatura dos mancais radiais, temperatura e deslocamentoaxial dos mancais axiais ou de escora, temperaturas, pressões e vazão do gás comprimido(Manutenção on-condition). A maioria dos compressores centrífugos de gás instalados naBacia de Campos seguem as normas da American Petroleum Institute, a qual estabeleceque os compressores e componentes devem ser projetados para operar por no mínimo24.000 h (3 anos aproximadamente) sem necessidade de revisão. Pode-se por tanto dizerque o intervalo entre revisões gerais (overhaul) para um compressor centrífugo que seguea API é de 24.000 h de operação.

Já os compressores alternativos, além das manutenções rotineiras (diária, semanal,etc) sofrem revisão parcial a cada 4.000 h e revisão geral a cada 8.000 h.

MANUTENÇÃO PREDITIVA

Conforme já exposto anteriormente, visando acompanhar o estado da Turbomáquinasão programadas “campanhas” de medição/monitoração periódicas utilizando técnicas eequipamentos adequados, cujo uso requer conhecimento específico. Os parâmetros maiscomuns que são acompanhados dentro de um programa de preditiva através decampanhas periódicas são:

- Vibração da turbina, compressores e caixas de engrenagem.- Performance de compressores e turbinas.- Análise de óleo lubrificante e de selagem (se for o caso).

Em relação à periodicidade das campanhas de vibração, performance e coleta de óleopara análise, não existe um tempo recomendado. Dependerá basicamente das condiçõesoperacionais das turbomáquinas, existência de máquina “stand-by”, disponibilidade damáquina para parada (no caso de performance) etc. Inicialmente a periodicidade para ascampanhas de vibração, performance e análise de óleo pode ser trimestral, semestral equadrimestral respectivamente e deverão ser ajustadas ao longo do tempo.

Cada vez mais estão disponíveis sistemas de coleta de dados on-line instalados nasTurbomáquinas, que permitem a coleta de dados remotamente e a análise necessária sema necessidade de deslocamento de pessoal e equipamento para o campo. Exemplos dissosão o Sistema de Monitoramento de vibração Data Manager 2000 da Bently Nevada e oSistema on-line de coleta de dados para performance PI já utilizados em algumasmáquinas da Petrobras.

MANUTENÇÃO CORRETIVA

São exemplos as trocas/ reparos de mancais e de selagens em turbinas ecompressores, de acoplamentos entre partes de um pacote de turbomáquina, deengrenamentos de caixas multiplicadoras, redutoras ou de acessórios, de sensores einstrumentos de controle das turbomáquinas, de seus periféricos ou componentes deplantas de processo (trocadores de calor, por exemplo), etc. Quando a extensão egravidade da falha forem altas, pode ser demandada ou mais econômica uma revisãogeral.



MANUTENÇÃO “ON CONDITION”

Aplicável a equipamentos que não tem componentes com vida útil controlada(normalmente compressores e caixas de engrenagens), onde, a partir de diagnósticos oriundosdo acompanhamento do estado do equipamento, via manutenção preditiva, pode-se anteciparou postergar revisões programadas, ou melhor, definir o momento ideal para a realização deuma revisão e seu escopo (parcial ou geral). Se corretamente aplicada, representa um dosmelhores exemplo de otimização da manutenção, como resultado da correta aplicação dasferramentas da manutenção preditiva. Por isso mesmo, demandam uma capacitação profundanaquelas ferramentas e sua aplicação metódica. Do contrário, os resultados podem serverdadeiros fracassos.

Básico de Turbinas a Gás_ Petrobras

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