A segunda função de prognóstico tem o objetivo de mesurar qual o ganho na planta, em termos de redução no consumo de combustível, caso todas as unidades motogeradoras estivessem operando com 100% de carga e mantendo o seu desempenho operacional.
Para iniciar a análise da modelagem desta função de prognóstico é necessário compreender como o consumo específico de combustível pode ser avaliado na carga nominal, visto que as unidades motogeradoras não operam, efetivamente, à plena carga. Nesse sentido, o consumo específico de combustível é utilizado como um parâmetro chave, dado que seu comportamento é conhecido pelas informações do fabricante.
Inicialmente o consumo específico de combustível de cada uma das 20 unidades motogeradoras é projetado para 100% de carga. Essa projeção é feita considerando que cada unidade motogeradora mantém o seu desempenho operacional, independentemente de outros parâmetros. Para avaliar como é feita tal projeção é fundamental entender como se comporta o consumo específico em função da carga dos motores. A Tab. (5.2) mostra esse
comportamento tanto em termos físicos (g/kWh), nas condições ISO, quanto em termos adimensionais. Nesta tabela também são apresentados dois pontos (carga de 87,5 e 62,5%) obtidos por interpolação “cúbica” para melhorar o ajuste da curva do consumo específico de combustível em função da carga.
Tabela 5. 2 - Consumos específicos de combustível e fatores de projeção.
Por sua vez, o fator de projeção do consumo específico de combustível
( )FP
mostrado na Tab. (5.2) é que permite estabelecer uma relação matemática para projetar o consumo específico de combustível para a carga nominal. Para a carga nominal o valor do fator de projeção é definido como sendo a unidade(
FP100% =1)
, para as demais cargas esse valor é calculado por meio de um fator multiplicativo aplicado ao valor da carga nominal. As equações (5.13), (5.14), (5.15) e (5.16) mostram o cálculo que define os fatores de projeção para as cargas de 75e 50%, respectivamente.002809 , 1 178 5 , 178 1 178 5 , 178 % 100 % 5 , 87 =FP × = × = FP (5.13) 011236 , 1 178 180 1 178 180 % 100 % 75 =FP × = × = FP (5.14) 033708 , 1 178 184 1 178 184 % 100 % 5 , 62 =FP × = × = FP (5.15) 089888 , 1 178 194 1 178 194 % 100 % 50 =FP × = × = FP (5.16)
A Fig. (5.2) apresenta de forma gráfica a relação entre a carga do motor e o fator de projeção do consumo específico de combustível.
Carga (%)
Consumo Específico
de Combustível (g/kWh) Consumo Específico de Combustível Fator de Projeção do
100 178 1,00
87,5 178,5 1,002809
75 180 1,011236
62,5 184 1,033708
Figura 5. 2 - Curva representado o comportamento do fator de projeção em função da carga.
A equação (5.17) é a representação matemática da curva mostrada Fig (5.2), e que permite calcular o fator de projeção para quaisquer outras cargas, sendo válida para o intervalo
% 100 Carga %
50 ≤ ≤ , nesta equação a o termo C representa a carga do motor.
( )
C 3,248777 10( )
C 2,955559 10( )
C 1,905128 10 198508 , 1 6⋅ 3 + 4⋅ 2 − 2⋅ + − = − − − x x x FP (5.17)Dada a carga que o motor está operando basta utilizar a Eq. (5.17) para determinar o fator de projeção que será utilizado para projetar o consumo específico de combustível operacional para 100% de carga
(
CESPop, proj,100)
. Tal projeção é definida como sendo a razão entre o consumo específico de combustível operacional e o fator de projeção, conforme a Eq. (5.18).FP CESP
CESPop,proj,100 = op (5.18)
Por meio da modelagem descrita os consumos específicos de combustível operacionais dos 20 motores podem ser projetados para a carga nominal. Com essa mesma modelagem o valor do consumo específico de combustível operacional de referência, aquele obtido por meio de um teste de desempenho, também é projetado para 100% de carga, denotado aqui como sendo
100 , , ,op proj ref CESP .
Para os dados do fabricante não há de se falar em projeção para carga nominal, uma vez que o consumo específico de combustível informado para os motores W20V32 é referente à capacidade nominal da máquina. Porém, trata-se de um valor de consumo específico de
combustível calculado na condição ISO, ou seja, faz-se necessário corrigi-lo para a condição operacional (condição ambiente / on site), o que é feito em conformidade com as normas ISO 3046-1 e 15550, como mostrado na Eq. (5.19).
(
CESP EDP)
PCI PCI K
CESP fabISO
teste ISO op
ISO
fab, , = α ⋅ ⋅ , + (5.19)
Uma vez que os consumos específicos de combustível de cada motor estão projetados para a carga nominal, torna-se possível realizar todos os cálculos pertinentes a fim de se determinar o ganho da planta, em termos de redução de consumo de combustível.
O primeiro resultado calculado está relacionado ao ganho da planta quando se estabelece a comparação entre cada uma das 20 unidades motogeradoras com a unidade motogeradora de melhor desempenho operacional. A unidade motogeradora com melhor desempenho operacional é aquela identificada com o menor consumo específico de combustível operacional projetado para 100% de carga
(
CESPop, proj,100)
.O ganho, dado pela redução no consumo de combustível
( )EC
em cada unidade motogeradora, é definido como o produto da potência de eixo máxima corrigida (UGi corrigida eixo
P ,max, , ) pela diferença entre o consumo específico de combustível operacional projetado para 100% de uma unidade motogeradora qualquer e o menor consumo específico operacional projetado para 100% de carga. O ganho total na planta é o somatório do ganho individual em cada unidade motogeradora. O ganho individual, por sua vez, que reflete a economia de combustível
( )EC
, é calculado conforme mostra a Eq. (5.20).(
ECmelhorUG)
UGi =(
CESPop,proj,100,UGi −(
CESPop,proj,100)
melhorUG)
⋅Peixo,max,corrigida,UGi (5.20)O segundo resultado calculado está relacionado ao ganho da planta quando se estabelece a comparação de cada uma das 20 unidades motogeradoras com a condição de referência que foi definida.
A economia de combustível
( )EC
para cada unidade motogeradora e para a planta como um todo é determinada de modo similar ao que foi feito para o primeiro. A Eq. (5.21) mostra como é efetuado o cálculo da economia de combustível, nesta nova base de comparação.(
ECreferência)
UGi =(
CESPop,proj,100 −CESPref,op,proj,100)
UGi ⋅Peixo,max,corrigida,UGi (5.21) O último resultado calculado para esta função de prognóstico está relacionado ao ganho da planta quando se estabelece a comparação de cada uma das 20 unidades motogeradoras com a informação dada pelo fabricante. A economia gerada pela redução no consumo de combustível(kg /h)
, tanto para cada unidade motogeradora quanto para o ganho total na planta, é análogo aos resultados já calculados. A Eq. (5.22) mostra como é efetuado o cálculo nesta nova base de comparação.(
ECfabricante)
UGi =(
CESPop,proj,100,UGi −CESPfab,ISO,op)
⋅Peixo,max,corrigida,UGi (5.22) Na Fig. (5.3) é representado de forma gráfica e qualitativa o procedimento de avalição de economia de combustível descrito anteriormente. Nesta figura as letras “E” e “F” representam, respectivamente, a economia de combustível que é obtida, para uma unidade motogeradora genérica, caso a mesma estivesse operando a carga nominal, em relação a uma unidade geradora de melhor desempenho e em relação ao desempenho operacional declarado pelo fabricante.Figura 5. 3 - Representação gráfica qualitativa do procedimento que permite calcular a economia de