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Análise em Tempo-Real da Qualidade do
Óleo Combustível em Unidades
Termelétricas de Combustão Interna
Code: 03.002
Germano Lambert-Torres
Instituto Gnarus
16/11/2017 1
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ANÁLISE EM TEMPO-REAL DA QUALIDADE DO ÓLEO COMBUSTÍVEL EM UNIDADES TERMELÉTRICAS DE
COMBUSTÃO INTERNA
Carlos Eduardo Teixeira
Erik L. Bonaldi
Levy Ely Lacerda de Oliveira
Ismael Noronha
Germano Lambert-Torres
Luiz Eduardo Borges da Silva
Jonas G. Borges da Silva
Renan Teófilo Ferraz
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Abstract
• This paper presents a methodology able to diagnose, non-intrusively via ultrasound signature techniques, the quality of the fuel being supplied to large diesel engines.
• This methodology has been implemented at Suape II Thermal Power Plant, which has 28 MVA Wärtsilä generators.
• At this level of power, any reduction of generation capacity due to the poor quality of fuel propellant generates significant revenue losses.
• The main idea behind the ultrasound signature techniques is based on each kind of oil has a signature when exposed to a specific signal of ultrasound.
• When the oil varies, this signature also varies and can establish a distance between signatures generating an index of distance.
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• This paper presents a methodology able to diagnose, non-intrusively via ultrasound signature techniques, the quality of the fuel being supplied to large diesel engines.
• This methodology has been implemented at Suape II Thermal Power Plant, which has 28 MVA Wärtsilä generators.
• At this level of power, any reduction of generation capacity due to the poor quality of fuel propellant generates significant revenue losses.
• The main idea behind the ultrasound signature techniques is based on each kind of oil has a signature when exposed to a specific signal of ultrasound.
• When the oil varies, this signature also varies and can establish a distance between signatures generating an index of distance.
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Introdução Qualidade do óleo
combustível - Capacidade de geração - Eficiência da usina térmica
Motores a combustão (máquinas motrizes)
- Operação contínua - Submetidos a estresses
Óleo combustível de má qualidade
- Falhas e defeitos - Perda de potência
Avaliação criteriosa e rigorosa da qualidade do óleo combustível
- Aumento na confiabilidade - Redução de custos de manutenção - Tratamento de falhas - Paradas não-programadas
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Óleo Combustível • Parte remanescente da destilação das frações do
petróleo • Propriedades:
• Viscosidade: medida da resistência ao escoamento a uma determinada temperatura
• Ponto de Fulgor: a temperatura máxima em que o produto pode ser armazenado e manuseado, sem risco sério de incêndio
• Ponto de Fluidez: temperatura mais baixa em que o combustível pode ser armazenado e ainda ser capaz de fluir sob a ação de forças muito pequenas
• Densidade relativa a 20/4°C: relação entre a massa específica do produto a 20°C e a massa específica da água a 4°C
• Índice de Aromaticidade de Carbono: índice da qualidade de ignição de óleos combustíveis
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Óleo Combustível • Principais Contaminantes: • Água: normalmente encontrada na forma de umidade
• Enxofre: provavelmente o mais comum e mais conhecido contaminante
• Vanádio: forma o pentóxido de vanádio (V2O5), que é um catalisador da reação de formação de ácido sulfúrico
• Sódio: é um metal alcalino geralmente encontrado na forma combinada de sal, NaCl
• Alumínio e Silício: partículas duras e abrasivas, originadas na refinaria, e causam desgastes em várias partes do equipamento
• Cinzas: teor de resíduos inorgânicos, não combustíveis, apurado após a queima do produto
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo • UTE Suape II
- Capacidade instalada de 381,2 MW
- 17 unidades motogera-doras
- 23 MW em 600 rpm
- 18 cilindros em V
- HFO e o LFO/diesel (OCB1)
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Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo
Resolução ANP n° 3 de 27/01/2016 especifica limites aos óleos combustíveis
a serem comercializados no Brasil
Especificações da Wärtislä especifica limites aos óleos combustíveis
a serem utilizados em seus motores
Especificações da UTE Suape II
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Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo
Resolução ANP n° 3 de 27/01/2016 não especifica isoladamente o máximo conteúdo de água permitido,
mas somente o valor agregado: água e sedimentos (2,0% V/V)
Especificações da Wärtislä Valores máximos: óleo com 0,5% V/V de água e 0,3% V/V de sedimentos
Exemplo: óleo com 1,0% V/V de água e 0,5% V/V de sedimentos
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Necessidade do equipamento
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Processamento de Sinais
Gerador de Pulso
Condicionador de Sinais
Emissor Ultrassônico
Detector Ultrassônico
Amostra para Análise
Comparativa
Diagnóstico Diagnóstico
Metodologia Desenvolvida
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• Laboratório de Modelo Reduzido
Metodologia Desenvolvida
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Coletor
Diagnóstico
Má qualidade do óleo pode causar problemas de
rendimento e vida útil das unidades geradoras
Metodologia Desenvolvida
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Metodologia Desenvolvida • Dificuldades:
• análise de sinais ultrassônicos no domínio do tempo pode ser insuficiente quando tais sinais apresentam características não-estacionárias
• um único sinal não-estacionário possui muita informação, tendo em vista que frequências e amplitudes podem mudar a cada instante
Técnicas que modificam a “visualização” do sinal
- Transformada de Fourier de Tempo Curto - Transformada Wavelet
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• Dificuldades:
• devido à imensidão de outros parâmetros que surgem após a aplicação de qualquer transformada, tornam-se também necessárias técnicas que interpretem os resultados e evidenciem padrões e diferenças relacionadas com a grandeza, variável ou componente
• a possibilidade de uma única transformada não ser suficiente para a análise desejada
- Análise de Componentes Principais (PCA)
Metodologia Desenvolvida
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Técnicas que modificam a “visualização” do sinal
- Transformada de Fourier de Tempo Curto - Transformada Wavelet
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Estrutura Básica do Sistema de Detecção
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Estrutura Básica do Sistema de Detecção
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Estrutura Básica do Sistema de Detecção
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Utilização do Equipamento
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Utilização do Equipamento
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Agenda
• Introdução
• Óleo Combustível
• Motor Wärtislä® 20V46F e seu Óleo Combustível
• Metodologia Desenvolvida
• Estrutura Básica do Sistema de Detecção
• Utilização do Equipamento
• Conclusão
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Conclusão • Desenvolver uma metodologia e um protótipo para avaliar a
qualidade do óleo combustível
• Aumento na confiabilidade das unidades geradoras
• Redução de custos nas atividades de manutenção e substituição de peças
• Possibilidade de serem evitadas paradas não-programadas dessas unidades
• Melhoria de rendimento da máquina
• Associação da qualidade do óleo na saída da centrifuga com o rendimento da máquina primária (motor)
• Otimização do tempo de uso da centrífuga em função da qualidade do óleo de entrada
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