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.