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  • thiagokleis8

CASE: MEDIÇÃO DE VAZÃO ULTRASSÔNICA RITTMEYER GERA AUMENTO DE 3% NA GERAÇÃO EM USINA HIDRELÉTRICA.

Atualizado: Jun 19


Resumo


Neste estudo de caso, um medidor de vazão ultrassônico de tempo de trânsito da RITTMEYER é usado para determinar as curvas de desempenho da turbina na usina hidrelétrica de Stuyvesant Falls HPP. Os dados revelam algumas surpresas e um novo método operacional é implementado para aumentar a potência gerada em ± 3%. O investimento no sistema é pago em poucos meses e outros benefícios são alcançados em termos de planejamento de CapEx para otimizar recursos financeiros e maximizar retornos.


Case


A usina hidrelétrica de Stuyvesant Falls está localizada no estado de Nova York e foi construída em 1899, sendo modernizada em 2012. Possui duas unidades geradoras tipo Francis horizontal de 6 MW, gerando aproximadamente 15.000 MW-hora/ano. A usina opera a fio d'água e é abastecida por um rio que está aproximadamente 800 metros a montante, através de dois condutos de 2,3m de diâmetro (Fig. 1).


(Fig. 1). Stuyvesant Falls HPP


Considerações sobre o medidor de vazão ultrassônico


A usina possui condições quase ideais para um medidor de vazão ultrassônico de tempo de trânsito, já que o conduto possui um longo trecho reto na ordem de 20 diâmetros até a casa de força.


Apesar de existirem pequenas perturbações na válvula de adução e um ângulo de 45 graus na entrada das turbinas, estas perturbações foram consideradas insignificantes na precisão de medição.


Como se tratava de um teste de eficiência operacional, as incertezas relativas à medição de vazão são muito críticas e por isso foi instalado um medidor ultrassônico de tempo de trânsito Rittmeyer com 1 par de sensores não-intrusivos tipo Clamp-On por conduto e com precisão típica de aproximadamente 1%.


Um exemplo de arquitetura com sensores tipo Clamp-On para 2 condutos é apresentado na Fig 2.


(Fig. 2). Arquitetura conceitual de aplicação de sensores Clamp-On


Após testes dinâmicos com o novo sistema de vazão ultrassônico implementado somado com a análise de dados de 12 meses operação, foi possível analisar os benefícios potenciais de implementação de uma nova estratégia operacional.


(Fig. 3). Dados de desempenho baseado na medição de vazão


Os resultados mostraram que em média 1,3% de potência adicional poderia ter sido gerado com uma nova metodologia de divisão de carga entre as unidades.


Adicionalmente e por várias razões históricas a Unidade 2 sempre era utilizada pelo cliente como a unidade principal nesta usina, sendo a primeira máquina a partir e a última a parar, porém os novos dados revelaram uma diferença significativa entre a eficiência das máquinas, tendo a Unidade 1 uma eficiência 2,3% maior que a unidade 2 em média.


A hipótese inicial para a diferença de eficiência aponta para o layout do conduto (Fig. 4), onde a unidade 2 possui uma curva de ≈45 graus perto da entrada da turbina, enquanto a unidade 1 tem um percurso mais longo entre a curva e a entrada da turbina. O melhor desempenho da unidade é alcançado quando o fluxo de água tem maior possibilidade de se estabilizar.


(Fig. 4). Layout do conduto


Baseado nos dados e nas análises descritas, foi possível estimar um ganho operacional de 2,7% em um ano com condições meteorológicas típicas considerando a utilização de uma nova estratégia de divisão eficiente de carga e tornando a Unidade 1 a principal.


Esse número pode ser superior a 3,4% em um ano com condições meteorológicas mais favoráveis. Uma análise financeira simplificada mostrou que os investimentos feitos pelo cliente com o novo medidor de vazão ultrassônico foram pagos em menos de 5 meses, considerando a maior receita de geração, conforme ilustrado na Fig. 5.


(Fig. 5). Analise de Payback com o sistema de medição de vazão ultrassônico


Conhecer a medição de vazão com precisão pode trazer ainda outros benefícios para as usinas hidroelétricas, como:


• Otimização de controle em turbinas Kaplan e Pelton, que possuem variáveis adicionais e mais oportunidades de melhoria de eficiência.

• Analisar as perdas de condutos para desenvolver um plano otimizado de CapEx para substituição de condutos.

• Monitoramento das mudanças de eficiência ao longo do tempo para planejamento de manutenção e CapEx.

• Gerenciar os ciclos de vida da turbina.

• Otimizar a sequência de modernização da planta, com substituição primeiramente das unidades menos eficientes.


Quer conhecer mais sobre medição de vazão ultrassônica?

Mande um email para: sales@aqtech.com


Este estudo de caso foi apresentado no evento HydroVision International 2017 Conference e elaborado por Steven Hendren, Rittmeyer AG e James Besha, Jr., Albany Engineering


O artigo original completo está disponível em: https://bit.ly/33gk7QF


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