Metodologia simplificada para a avaliação do uso de combustíveis alternativos no projeto de combustores em turbinas a gás flex usando equilíbrio termocinético e mecanismos quase-globais

Resumen

As turbinas a gás têm diversas aplicações: aeronáutica, naval, geração de eletricidade e na indústria do petróleo. Aplicações aeronáuticas pretendem reduzir as emissões poluentes usando misturas dos combustíveis aeronáuticos convencionais com seus novos substitutos, os biocombustíveis e os combustíveis sintéticos. Na geração de eletricidade, as restrições no fornecimento de gás natural e outros combustíveis destilados do petróleo, com baixo teor de cinzas, têm causado interesse no uso de combustíveis alternativos em turbinas a gás estacionárias. Geralmente são considerados como combustíveis alternativos todos aqueles combustíveis líquidos e gasosos a partir da biomassa, gás de síntese a partir do carvão, biogás, gás de refinaria e de outras fontes não convencionais. Nos últimos anos, com o objetivo de fazer os processos industriais e aeronáuticos mais amigáveis ambientalmente, têm-se promovido pesquisas desses combustíveis alternativos para uso em turbinas a gás. Uma grande vantagem de uma turbina a gás, que usa um processo contínuo de combustão, é sua capacidade de queimar com sucesso uma ampla variedade de combustíveis. Esta capacidade é denominada, em inglês, fuel flexible
gas turbine combustor e, daí, em português “turbina flex”. Este artigo visa a descrever uma metodologia para dimensionar combustores de turbinas a gás flex e analisar o escoamento nessas câmaras de combustão. Para o dimensionamento da câmara de combustão utilizam-se a metodologia de modelagem zero e unidimensional desenvolvida por Lefebvre, Melconian e Modak e a metodologia desenvolvida por Gordon e McBride para o equilíbrio termocinético, o limite de flamabilidade e os mecanismos cinéticos simplificados quase globais. Essas metodologias são utilizadas simultaneamente com os métodos numéricos de Newton-Raphson, fatoração de matrizes LU e o polinômio de Lagrange, implementados em um código computacional próprio, desenvolvido para a aplicação desse estudo. O presente trabalho descreve os modelos numéricos utilizados para estudar a eficiência da combustão desses combustíveis no combustor projetado e sua influência na emissão dos poluentes sob condições operacionais representativas, gerando informações que podem ser utilizadas já na fase de projeto de
uma turbina a gás.