TURBINAS A GÁS
PROGRAMA DE PESQUISA EM PROPULSÃO
(Em construção)
Introdução
O estudo da propulsão e dos fenômenos a ela
ligados torna-se cada dia mais importante devido às exigências de conservação
de energia (redução e otimização do consumo de energia), atendimento de
desempenho pré-estabelecido, controle de poluição (ambiental, sonora, visual,
etc.), citando apenas algumas das mais importantes.
As turbinas a gás usualmente não operam nas
condições para as quais foram projetadas, sofrendo redução de desempenho, que
pode não ser aceitável (consumo mais elevado, menor potência ou tração, etc.).
Para evitar problemas como estes, é preciso estimar o desempenho da turbina em
todos os pontos de sua operação e serem tomadas ações para corrigi-los, antes
de a turbina ser fabricada.
O desempenho da turbina a gás e de seus
componentes principais (compressor, câmara de combustão, turbina, bocal de
admissão e bocal propulsor) pode ser simulado numericamente. A simulação
numérica é uma ferramenta muito importante, que é usada em todas as fases do
projeto, desde a hora da concepção do motor, até a fase de acompanhamento de
sua operação. Através da simulação numérica muitos problemas indesejáveis de
operação podem ser antecipados, tomando-se medidas adequadas para que a máquina
possa funcionar a contento.
Como as temperaturas de operação da turbina a
gás são muito elevadas, seus materiais operam em ambiente muito inóspito,
podendo sofrer corrosão. A corrosão em peças de turbinas também é analizada,
visando a preparar o caminho para o desenvolvimento de ligas refratárias para
altíssimas temperaturas. Além de resolver o problema da corrosão,
permitirá o aumento significativo do
desempenho.
O programa de pesquisa compreende as máquinas
de fluxo (compressores e turbinas), o motor completo para propulsão aeronáutica
e aplicações industriais (sistemas propulsores em geral - aeronaves,
automóveis, navios, grupos geradores, etc.
A pesquisa é direcionada a:
a)
Concepção: estudo de sistemas propulsores adequados a
aplicações específicas. São típicos desta área: estabelecimento de novos ciclos
termodinâmicos que embasam sistemas propulsores para atender novas demandas;
estudo de novos sistemas; otimização e adequação de layout dos componentes.
b) Projeto e Análise de Desempenho de
Subsistemas: definição de métodos de projeto, de simulação numérica e de otimização
de subsistemas (compressores axiais, compressores centrífugos, turbinas axiais,
turbinas centrípetas, bocais de admissão, bocais propulsores simples e com
reversores de empuxo, câmaras de combustão, dutos em geral, junções e misturadores,
etc.).
c)
Projeto
e Análise de Desempenho de Sistemas: definição de métodos de projeto, de
simulação numérica e de otimização de motores completos (turbinas a gás para
aplicação aeronáutica, para aplicação industrial e para aplicação marítima;
motores alternativos convencionais (pistão), etc.).
d) Integração de Sistemas Propulsores: de motor em
aeronaves, de motor em grupos geradores em geral (usinas termelétricas, grupos
de emergência, etc.), problemas relacionados ao desempenho dos sistemas
propulsores instalados (tração líquida, determinação de tração em vôo,
incerteza no cálculo da tração instalada, potência elétrica gerada, etc.).
e)
Diagnóstico
e prognóstico: a deterioração de desempenho de componentes principais da turbina
causam o aparecimento de problemas operacionais, que são analisados através da
simulação numérica utilizando diversas técnicas como GPA, NLGPA, redes neurais
e lógica nebulosa (difusa), permitindo o diagnóstico de desempenho do motor e
previsão de aparecimento de possíveis problemas operacionais. Tais informações
podem ser utilizadas para a programação de manutenção, com grande reflexo nos
gastos.
f)
Estudos
de corrosão em turbinas a gás: as peças de turbinas trabalham em ambientes
hostis, em que a corrosão pode manifestar-se intensamente. Estudos teóricos são
apoiados por resultados práticos obtidos em um laboratório moderno. O estudo de
ligas refratárias para altíssimas temperaturas, como as ligas de nióbio,
permitirá um grande avanço na área de materiais com o conseqüente aumento de
desempenho das turbinas a gás e outros equipamentos em que forem utilizados.
A finalidade da pesquisa é a formação de
recursos humanos capazes de obter e deter a tecnologia de projeto de turbinas a
gás. Essa formação é adquirida através de cursos e de projetos de pesquisa em
diversos níveis (iniciação científica, trabalho de graduação, mestrado,
doutorado e pós-doutorado). Os projetos de pesquisa estão sempre relacionados a
concepção e projeto de uma turbina a gás.
O aluno, ao ingressar no Grupo de Turbinas ficará sediado no Centro de Referência em Turbinas a Gás, terá um plano de pesquisa
com todas as informações para orientá-lo (iniciação científica, trabalho de
graduação, mestrado, doutorado e pós-doutorado) e levá-lo a uma especialização.
Os planos de trabalho são sempre ligados à tecnologia de projeto e, sempre que
possível, ligados a Projetos em curso no Centro.
Exemplos de especializações possíveis são:
1.
Máquinas de
Fluxo (Compressores Axiais ou Compressores Centrífugos, Turbinas Axiais)
2.
Turbinas a
gás: Turbojatos em geral (turbojatos, turbofans), Turboeixos em geral
(turboeixos, turboélices)
3.
Simulação de
Motores Completos (Desempenho de Turbinas a Gás e de Motores a Pistão)
4.
Diagnóstico
de desempenho de turbinas a gás
5.
Integração
Motor-Aeronave
6.
Turbobombas
para motor foguete a propelente líquido
7.
Geração de
energia elétrica com turbinas a gás
8.
Barreiras
térmicas e Corrosão em turbinas a gás
O aluno de mestrado ou de doutorado deve
obter créditos em cursos e/ou em publicações, conforme as regaras da Divisão de
Pós-graduação.
A tabela abaixo lista alguns cursos
relacionados à área e os semestres em que, geralmente, são oferecidos. Além das
3 horas de aulas semanais, o aluno precisará de cerca de mais 6 horas de estudo
individual, por semana, para que possa sedimentar os assuntos tratados em aula
(3-0-6). Aulas de laboratórios podem ser requeridas, dependendo da disciplina.
As disciplinas para cada semestre são listadas e divulgadas nas páginas da
Divisão de Pós-graduação do ITA http://www.posgrad.ita.br
O Centro de Referência em Turbinas a Gás
A atividade de pesquisa em turbinas a gás é
desenvolvida por um Grupo de Turbinas,
composto de professores, pesquisadores e alunos, (ITA, IAE) e de professores e
pesquisadores visitantes (de outras Universidades, do Brasil e do exterior).
Um Centro
de Referência em Turbinas a Gás foi implantado para desenvolver e divulgar
os conhecimentos sobre turbinas a gás no país.
Alunos de graduação (do ITA e de outras
Escolas): são aceitos para o desenvolvimento de trabalhos de Iniciação
Científica, de Graduação e para estágios, desde que tenham um programa de
trabalho detalhado, aprovado por um professor ou pesquisador do Centro de
Referência em Turbinas a Gás.
Alunos de mestrado e de doutorado trabalham
em regime de tempo integral para desenvolver um programa de trabalho aprovado
por um professor do ITA. O prazo para conclusão do mestrado é de 2 anos e, para
doutorado de 4 anos. Aluno com excelente currículo escolar pode se candidatar a
programa de doutorado direto.
Alunos em tempo parcial poderão ser aceitos.
Os casos são analisados individualmente.
O Centro de Referência em Turbinas a Gás tem
recebido profissionais, que já obtiveram o grau de doutor, que desejam aprofundar
seus conhecimentos em turbinas a gás. Programas de pesquisa de pós-doutoramento
são definidos para finalidades específicas.
Os custos decorrentes do desenvolvimento de
qualquer trabalho no Centro de Referência de Turbinas a Gás deverão estar
assegurados previamente, através de projetos específicos. Os candidatos devem
procurar um professor ou pesquisador do Centro
para a preparação e submissão de Projeto de Pesquisa às agências de
financiamento.
A título de informação, alguns temas estão
propostos (Temas – Mestrado; Temas –
Doutorado). O aluno interessado em trabalhar nas diversas áreas deverá
procurar-me para a organização de seu plano de pesquisa, ou para, caso deseje,
informações adicionais.
Acertado o tema, é preparado um plano de
pesquisa, contendo as tarefas a serem desenvolvidas e um cronograma de
trabalho. O aluno deve dar contribuição efetiva para o desenvolvimento do
trabalho e se comprometer a seguir o cronograma previamente estabelecido.