Simulação fluidodinâmica computacional de processo transiente em turbina Francis

Abstract

Resumo: A matriz energética elétrica brasileira é composta na sua maioria por fontes de energia limpas e renováveis. A maior parcela dessas fontes é composta por usinas hidrelétricas as quais possuem grande capacidade de fornecimento de energia e elevada flexibilidade operativa, atuando assim tanto para suprir a demanda energética quanto para regular o sistema elétrico interligado. Entretanto, o aumento na participação de fontes de energia solar e eólica na matriz energética mundial tem exigido ainda mais flexibilidade operativa de turbinas hidráulicas, uma vez que essas novas fontes apresentam comportamento intermitente. A modelagem CFD de transientes hidráulicos ajuda a esclarecer fenômenos e esforços aos quais turbinas hidráulicas estão sujeitas durante as operações realizadas para garantir a estabilidade do sistema elétrico. Entretanto, essa modelagem necessita da técnica de deformação de malha, a qual apresenta desafios próprios para sua adequada aplicação. Neste trabalho é utilizado o Modelo Displacement Diffusion para modelar uma variação de condição de operação uma turbina Francis a partir de uma condição inicial de operação em alta cara para uma condição de máximo rendimento.

Abstract: The Brazilian electric power matrix is composed mostly of clean and renewable energy sources. The most of these sources are composed by hydraulic power plants. These sources have great capacity of power supply and high operational flexibility what allow then to supply energy demand as well as regulate the interconnected power system. However, the increase in the share of solar and wind energy sources in the world energy matrix has required even more operational flexibility from hydraulic turbines, since these new sources have intermittent behavior. CFD modeling of hydraulic transients helps clarify phenomena and stresses to which hydraulic turbines are subjected during operations performed to guarantee the stability of the electrical system. However, this modeling requires the technique of mesh deformation, which presents challenges for its proper application. In this work the Displacement Diffusion Model is used to model the changing of operating condition in a Francis turbine from an initial condition of full load to a best efficiency point operating condition.