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XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
BELO HORIZONTE - MG
10 A 13
NOVEMBRO/2019
2019 - EXPOMINAS
Grupo: GGH
Tema: Aproveitamentos Hidrelétricos de Pequena, Média ou Elevada Potência:
Título: Aplicação de Simulações de Transferência Conjugada de Calor (CHT) no Desenvolvimento de Sistemas de Ventilação e Refrigeração de Hidro Geradores
Autores: Thomas Hildinger(1); Axel Water-krausw(2); Markus Adamm(2)
Instituições: VOITH HYDRO(1); VOITH HYDRO(2)
Resumo: O presente estudo investigou o desempenho de resfriamento do enrolamento de excitação do rotor
de um motor-gerador síncrono de polos salientes de 330 MVA e 500 rpm com resfriamento radial a ar. Devido ao
seu reduzido número de polos, máquinas de alta rotação como estas tendem a criar efeitos indesejados de fluxo
nas proximidades da superfície do enrolamento dos polos do rotor, o que pode resultar em resfriamento deficiente,
além de temperaturas inaceitavelmente elevadas para o rotor. Diante desse cenário, a presente pesquisa realizou
simulações 3D detalhadas da transferência de calor conjugada (CHT) em regime permanente e em regime transiente
com vistas a otimizar a eficiência de resfriamento do enrolamento de excitação do polo do rotor e a garantir uma
operação segura ao longo de toda a vida útil da máquina. Em uma primeira etapa do estudo, foram realizadas simulações
3D da CHT em regime permanente para uma geometria de referência e uma geometria otimizada (com guias de ar nos espaços
entre os polos – as denominadas guias de ar interpolares – instaladas com o objetivo de melhorar a transferência de
calor local na superfície do enrolamento). A comparação dos resultados da simulação comprovou duas coisas: a clara
tendência de superaquecimento na simulação com a geometria de referência e a eficácia do modelo otimizado em evitar
os efeitos indesejados em questão. Além disso, uma simulação com resolução de escalas de CHT em regime transiente foi
realizada para o modelo otimizado com o objetivo de prever a elevação de temperatura absoluta no enrolamento da máquina.
Esses valores foram então comparados a medições realizadas em campo durante o comissionamento do motor-gerador pesquisado,
mostrando boa concordância com os resultados do modelo de simulação apresentado. Em síntese, esta pesquisa demonstra
conclusivamente que o método de simulação apresentado é válido para a investigação do problema de projeto desse sistema
de resfriamento. A pesquisa também demonstra que a otimização geométrica apresentada (com guias de ar interpolares) é uma
estratégia eficaz para otimizar a distribuição de temperaturas no enrolamento do rotor para motores-geradores de alta
rotação e polos salientes com resfriamento radial a ar. Assim, a simulação apresentada pode mostrar-se muito importante
para a garantia de uma vida operacional segura para tais máquinas.