Transporte de ozônio em hidrogerador de 311 mva: modelagem fluidodinâmica tridimensional de máquina elétrica dos elementos finitos. através do método
In this work, a three-dimensional numerical model of fluid dynamics is developed for a single 311 MVA power generator unit in a hydroelectric power plant using the finite element method. The goal is to study the ozone transport mechanisms within the enclosed structure of the electrical generator mac...
| Autor principal: | GIROTTO, Gustavo Gaspar |
|---|---|
| Grau: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Pará
2025
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16745 |
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ir-2011-16745 |
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ir-2011-167452025-02-20T15:52:56Z Transporte de ozônio em hidrogerador de 311 mva: modelagem fluidodinâmica tridimensional de máquina elétrica dos elementos finitos. através do método GIROTTO, Gustavo Gaspar OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de http://lattes.cnpq.br/4768904697900863 Descargas parciais ozônio transporte de gases fluidodinâmica computacional hidrogerador elementos finitos partial discharges computational ozone computational fluyd dynamics gas transport hidrogerator finit elements CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES ELETROMAGNETISMO APLICADO COMPUTAÇÃO APLICADA In this work, a three-dimensional numerical model of fluid dynamics is developed for a single 311 MVA power generator unit in a hydroelectric power plant using the finite element method. The goal is to study the ozone transport mechanisms within the enclosed structure of the electrical generator machine. Ozone is produced by partial discharges related to some faults in the stationary bars. To analyze the ozone transport from localized sources, a three-dimensional fluid dynamics model of an operational hydrogenerator is developed and presented for the first time. The model has a high level of geometric details. Additionally, a new proposal to simplify the modeling of radiators is implemented and validated. The modeled structure is based on an electrical machine from the Campos Novos hydrogenerator and consists of 378 coil-type stationary bars made of mica-coated copper and, externally, by a layer of semiconductor coating. Other parts are also represented, including the stationary core and air deflectors made of stainless steel, copper radiators, the rotor with its epoxy surface, and the floor and external walls made of concrete. In the fluid dynamics model, a finite element mesh is designed to represent the air regions inside the hydrogenerator and the surfaces of materials reacting with ozone (with their respective reaction rates), where air flow and ozone transport are modeled using the Navier-Stokes equations and the law of mass conservation. Partial discharge sources are represented by ozone sources with prismatic shapes, positioned on the surfaces of stationary bars. Ozone concentrations are calculated inside and around the generator machine. The rotor radius is 3.8075 m, and its rotation frequency is 200 RPM. The radial air velocity due to interpolar ventilation is also considered (2.2 m/s, as experimentally verified on-site). The radial velocity near the radiators is 3 m/s. It is concluded that the ozone transport profile is influenced by the source position on the stationary bars, so determining the source location is possible and depends on determining the local and global maximum ozone concentration areas on the radiators. CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Neste trabalho, é desenvolvido um modelo numérico tridimensional de fluidodinâmica para uma única unidade geradora de 311 MVA de uma usina hidrelétrica, utilizando o método dos elementos finitos. O objetivo é estudar e compreender os mecanismos de transporte de ozônio dentro da estrutura da máquina elétrica geradora fechada. O ozônio é produzido por descargas parciais relacionadas a falhas nas barras estatóricas. Para analisar o transporte de ozônio a partir de fontes localizadas, é desenvolvido e apresentado pela primeira vez um modelo fluidodinâmico tridimensional de um hidrogerador em operação. O modelo possui um alto nível de detalhes geométricos. Além disso, uma nova proposta para simplificar a modelagem de radiadores é implementada e validada. A estrutura modelada é baseada em uma máquina elétrica do hidrogerador de Campos Novos e consiste em 378 barras estatóricas do tipo bobina feitas de cobre revestido por mica e, mais externamente, por uma camada de revestimento semicondutor. Outras partes também são representadas, incluindo o núcleo estatórico e direcionadores de ar feitos de aço inoxidável, radiadores de cobre, o rotor com sua superfície de epóxi, e o piso e paredes externas de concreto. No modelo de dinâmica de fluidos, uma malha de elementos finitos foi projetada para representar as regiões de ar dentro do hidrogerador e as superfícies dos materiais que reagem com o ozônio (com suas respectivas taxas de reação), onde o fluxo de ar e o transporte de ozônio são modelados usando as equações de Navier-Stokes e a lei de conservação de massa. As fontes de descargas parciais são representadas por fontes de ozônio com formas prismáticas, posicionadas nas superfícies das barras estatóricas. As concentrações de ozônio foram calculadas dentro e ao redor da máquina geradora. O raio do rotor é de 3,8075 m e sua frequência de rotação é de 200 RPM. A velocidade do ar radial devido à ventilação interpolar também é considerada (2,2 m/s, conforme verificado experimentalmente no local). A velocidade radial nas proximidades dos radiadores é de 3 m/s. Concluiu-se que o perfil de transporte de ozônio é influenciado pela posição da fonte nas barras estatóricas, de modo que determinar a localização da fonte é possível e depende da determinação das áreas de concentração máxima locais e globais de ozônio nos radiadores. 2025-01-22T18:53:18Z 2025-01-22T18:53:18Z 2024-02-29 Dissertação GIROTTO, Gustavo Gaspar. Transporte de ozônio em hidrogerador de 311 mva: modelagem fluidodinâmica tridimensional de máquina elétrica através do método dos elementos finitos. Orientador: Rodrigo Melo e Silva de Oliveira. 2024. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16745 . Acesso em:. https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16745 por Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Pará Brasil Instituto de Tecnologia UFPA Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Disponível via internert através do correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
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Repositório Institucional - Universidade Federal do Pará |
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Descargas parciais ozônio transporte de gases fluidodinâmica computacional hidrogerador elementos finitos partial discharges computational ozone computational fluyd dynamics gas transport hidrogerator finit elements CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES ELETROMAGNETISMO APLICADO COMPUTAÇÃO APLICADA |
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In this work, a three-dimensional numerical model of fluid dynamics is developed for a single 311 MVA power generator unit in a hydroelectric power plant using the finite element method. The goal is to study the ozone transport mechanisms within the enclosed structure of the electrical generator machine. Ozone is produced by partial discharges related to some faults in the stationary bars. To analyze the ozone transport from localized sources, a three-dimensional fluid dynamics model of an operational hydrogenerator is developed and
presented for the first time. The model has a high level of geometric details. Additionally, a new proposal to simplify the modeling of radiators is implemented and validated. The modeled structure is based on an electrical machine from the Campos Novos hydrogenerator and consists of 378 coil-type stationary bars made of mica-coated copper and, externally, by a layer of semiconductor coating. Other parts are also represented,
including the stationary core and air deflectors made of stainless steel, copper radiators, the rotor with its epoxy surface, and the floor and external walls made of concrete. In the fluid dynamics model, a finite element mesh is designed to represent the air regions inside the hydrogenerator and the surfaces of materials reacting with ozone (with their respective reaction rates), where air flow and ozone transport are modeled using the Navier-Stokes equations and the law of mass conservation. Partial discharge sources are represented by ozone sources with prismatic shapes, positioned on the surfaces of stationary bars. Ozone concentrations are calculated inside and around the generator machine. The rotor radius is 3.8075 m, and its rotation frequency is 200 RPM. The radial air velocity due to interpolar ventilation is also considered (2.2 m/s, as experimentally verified on-site). The radial velocity near the radiators is 3 m/s. It is concluded that the ozone transport profile is influenced by the source position on the stationary bars, so determining the source location is possible and
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