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.