Grupos Geradores Diesel – Elétricos Estacionários

Grupos Geradores Diesel – Elétricos Estacionários

TIPOS PRINCIPAIS DE GRUPOS GERADORES DIESEL

a) Grupos geradores diesel de emergência
b) Grupos geradores de picos de demanda ou para utilização nos horários de ponta, estabelecidos pelas concessionárias [RFdCeS1]
c) Grupos geradores de funcionamento continuo
d) Grupos geradores short-break ou no-break
e) Outros tipos portáteis ou moveis, podem ser fabricados para utilizações diversas

 

a) GRUPOS GERADORES DE EMERGÊNCIA

Os grupos geradores diesel de emergência são utilizados para o suprimento de energia elétrica, em caso de falha no fornecimento da concessionária. Como esta falha pode persistir por algumas horas, este gerador deve estar apto a atender as necessidades da instalação, pelo tempo que for necessário.

Este tipo de gerador é normalmente utilizado em hospitais, shopping-center, teatros, refinarias, sistemas de telecomunicações, construções militares, aeroportos, centro de processamento de dados etc.

Os requisitos básicos para um grupo gerador de emergência são:

  • Partida segura
  • Transferência de carga o mais rápido possível
  • Baixo custo de manutenção

Alem da potência requerida o custo de um grupo gerador de emergência depende principalmente do intervalo de tempo que deve transcorrer entre a falta de energia elétrica e a transferencia de carga ao grupo gerador.

A instalação mais simples deste tipo de gerador é através de acionamento manual. Neste caso dependendo da distância e da presença do pessoal de operação, pode transcorrer vários minutos entre a falta de energia e a ligação do grupo gerador.

Um grupo gerador de emergência, de partida totalmente automática e com controle de parada também automática, necessitará, dependendo do seu tamanho, de 10 a 30 segundos para entrar em operação e assumir o suprimento de energia. Adotando-se condições especiais, como aquecimento do ambiente, pré aquecimento do óleo lubrificante e da água de resfriamento, este tempo poderá ser reduzido de 5 a 10 segundos.

Alguns consumidores teriam problemas sérios, mesmo com este tempo reduzido. Ex. Transmissões de televisão, sistema de radar de avião, centro de processamento de dados, etc.

Para tais casos são utilizados grupos geradores short-break, com tempo de interrupção de 0,2 a 0,5 segundos aproximadamente, e grupos geradores no-break, que operam sem quaisquer interrupções. Este tipo de instalação será vista em separado, pois vai além da concepção de um grupo gerador de emergência normal.

 

b) GRUPOS GERADORES DE PICOS DE DEMANDA OU PARA UTILIZAÇÃO NOS HORÁRIOS DE PONTA

Este tipo de gerador é utilizado onde se quer interceptar picos de carga periódicos ou sazonais e que se repetem com regularidade ou se quer evitar o consumo de energia nos horários de ponta das concessionárias (18:00 às 21:00 h) para efeito de economia no custo desta energia.

Considerando-se que as companhias de eletricidade estão freqüentemente interessadas num consumo de energia uniforme por parte dos consumidores, elas, muitas vezes, podem conceder tarifas de consumo básico mais favorável, quando são assumidos picos de demanda pelos geradores do usuário, principalmente em caso de grandes consumidores.

Por outro lado, por questões de evitar demandas altas de energia nos horários críticos , horários de ponta (18:00 às 21:00 h), as concessionárias sobretaxam o custo da energia consumida neste horário em varias vezes o seu custo normal. A instalação de grupos geradores para funcionamento diário nestes horários, diminuem de maneira significativa as contas de energia elétrica pagas a concessionária, fazendo com que a instalação deste equipamento venha a se pagar em um tempo relativamente curto (12 a 24 meses).

Para este tipo de grupo gerador pode ser fornecido um sistema inteiramente automático, o qual dá a partida e faz com que o grupo assuma a carga nas situações ideais.

Além disso, este tipo de gerador poderá também oferecer a segurança adicional de um grupo gerador de emergência nas ocasiões de falta de suprimento de energia elétrica.

Na maioria das vezes, a concessionária não permite a colocação de geradores em paralelo com a rede, podendo ser estudado apenas alguns casos especiais.

 

c) GRUPOS GERADORES DE FUNCIONAMENTO CONTÍNUO

Os itens importantes para analise da viabilidade destes grupos são a economia e a durabilidade.

São normalmente utilizados em:

  • Zonas de baixa densidade populacional, onde o custo de instalação de uma rede publica se torna muito alto
  • Locais onde não seja viável o fornecimento de energia elétrica através das grandes usinas geradores , como por exemplo: ilhas
  • Canteiros de obras
  • Fabricas que desfrutem de custos de combustíveis particularmente vantajosos, como por exemplo : campos de gás natural, campos de perfuração de petróleo, estações de tratamento de esgotos que utilizam o gás de esgoto como combustível etc.
  • Navios e outros veículos
  • Minas onde a movimentação da fonte de energia é uma necessidade constante

Este tipo de grupo gerador deve trabalhar acima da faixa de 2/3 da potência nominal, para que se possa trabalhar dentro dos valores ideais de consumo de combustível, carga térmica e rendimento do gerador. Estes grupos são fabricados para sua utilização contínua até a potência máxima permissível.

d) INSTALAÇÕES ESPECIAIS – GRUPOS GERADORES SHORT-BREAK

Consumidores que no caso de falta de energia elétrica, só permitem interrupções da ordem de frações de segundos, tais como salas de operações, controle de trafego em ruas, vias férreas e aeroportos, podem ser supridos pelo chamados grupos geradores short-break.

A rede de energia existente supre os consumidores e fornece energia a um pequeno motor elétrico que mantém o gerador e o volante de inércia do grupo a uma velocidade nominal.

No momento em que a rede falhar, abrir-se-ão automaticamente as chaves da rede e de motor elétrico e fechar-se-á a chave do gerador. Durante o período de comutação, de aproximadamente 0,2 segundos, a energia acumulada no volante assume o acionamento do gerador e a partida do motor diesel mediante embreagem elétrica simultaneamente engatada, até que o motor tenha atingido a sua velocidade operacional. Com um dimensionamento ideal, o volante é submetido a uma queda de velocidade de rotação até a velocidade nominal do grupo gerador.

Grupos geradores short-break

 

e) INSTALAÇÕES ESPECIAIS – GRUPOS GERADORES NO-BREAK

Para um suprimento de energia elétrica completamente ininterrupto das estações de radio e televisão e, especialmente dos sistemas eletrônicos de processamento de dados, são utilizados os grupos geradores no-break. Os consumidores especialmente escolhidos são supridos continuamente pelo gerador, que é acionado por um motor elétrico, ligado à rede existente.

Quando ocorre uma falha na rede de alimentação, o volante em rotação assume a tarefa de dar parida ao motor diesel, colocando-o na velocidade de serviço, através do acionamento de uma embreagem eletromagnética, assumindo o suprimento de energia elétrica durante esse período.

Grupos geradores No-Break

DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA

Após estabelecido o tipo de aplicação, a etapa seguinte é a determinação da potência necessária para o gerador.

O tamanho do grupo gerador é determinado com base nos seguintes fatores:

  • Somatória da carga instalada, levando-se em consideração, se for o caso, a divisão em cargas essenciais e não essenciais
  • Fator de simultaneidade das cargas instaladas
  • Fator de potência da carga
  • Cargas especiais, que tenham características de grande necessidade de energia por curto espaço de tempo, ou requisitos especiais quanto a necessidade de tensão e freqüência bastante estáveis
  • A tensão e a freqüência deverão ser iguais às da concessionária local
  • Características especiais quanto a altitude, temperatura e umidade do ar

QUEDA DE VELOCIDADE E TENSÃO

A aplicação da carga ativa (kW) ocasiona uma queda temporária de velocidade. Se esta carga não exceder à potência máxima pré ajustada de bloqueio do motor diesel, a velocidade subirá novamente até a velocidade nominal, dentro de um tempo de recuperação relativamente breve, com exceção da queda de velocidade remanescente.

No caso de aplicação de uma carga momentânea de potência elevada, (Ex. partida direta de um motor grande com rotor em curto circuito), onde o gerador estará sujeito a um valor alto de corrente, a tensão gerada poderá atingir a ruptura, ocasionando o desligamento da chave protetorado gerador, interrompendo o suprimento de energia.

Para se evitar este tipo de problema, devemos analisar com cuidado o dimensionamento de geradores em instalações onde temos motores como carga.

ALIMENTAÇÃO DE MOTORES COM ROTOR EM CURTO CIRCUITO

Os motores assíncronos principalmente aqueles com rotor em curto circuito, provocam no sistema altas correntes durante a partida, atingindo muitas vezes mais de seis vezes sua corrente nominal.

Partida de motores de grande potência podem levar a flutuações no sistema (perdas de velocidade e queda de tensão), podendo até provocar o desligamento dos contatores ou atuação dos relés de subtensão.

Para compensação desse efeito pode ser fornecido um gerador especial (regulação mais rápida), ou um gerador normal cujo dimensionamento leva em consideração essas sobrecargas bruscas.

De qualquer maneira é sempre recomendado a ligação escalonada dos diversos motores elétricos, bem como a utilização de sistemas de partida com corrente reduzida.

 

CORRENTES E TORQUES DE PARTIDA APROXIMADOS DE MOTORES COM ROTOR EM CURTO CIRCUITO – PARTIDA DIRETA

POTÊNCIA NOMINAL TORQUE CORRENTE PARTIDA
ATÉ 1,1 W 2,00 Mn 5,00 In
1,1 a 4 kW 1,60 Mn 5,50 In
4 a 10 kW 1,25 Mn 5,80 In
10 a 100kW 1,00 Mn 6,50 In

Mn – torque nominal            In – corrente nominal

TEMPO DE PARTIDA PARA MOTORES ELÉTRICOS COM ROTOR EM CURTO CIRCUITO – 1500 rpm

POTÊNCIA

TEMPO PARTIDA  APROXIMADO
ATÉ 2 kW 0,10  s
2 – 15 kW 0,25 – 0,40 s
15 – 40 kW 0,30 – 0,70 s
40 – 100 kW

0,50 – 1,80 s

Para maquinas com 3.000 rpm multiplicar o tempo acima por 1,5.

Os motores elétricos com rotor em curto circuito para acionamento de maquinas centrifugas (bombas e ventiladores com tempo de partida alto) deverão ser projetados de tal forma que seu torque de partida ainda permaneça acima da curva de torque da maquina a ser acionada, principalmente nos casos de ligação direta ou estrela triângulo, mesmo durante uma queda momentânea de tensão para 80% da tensão nominal.

Cuidados especiais deverão ser tomados nas maquinas que exigem um alto torque já no inicio da operação.

Na especificação normal de um grupo gerador, a sua potência ativa não deve exceder a potência máxima admissível do motor diesel, levando-se em consideração o rendimento do gerador (potência do conjunto).

No caso de termos motores como carga, recomendamos consultar o fornecedor do grupo gerador para especificação correta da potência e características da máquina.

DEFINIÇÃO DA POTÊNCIA

Ao especificar e comparar diversos tipos de geradores, deve-se especificar a potência continua e a potência máxima que o gerador deverá suportar.

Potência continua é a máxima potência útil admissível, produzida continuamente pelo motor diesel, de acordo com sua aplicação, com os limites de potência ajustados de forma que seja ainda possível uma sobrecarga.

Este é o ajuste usual de potência para acionamento de geradores. A quantidade de injeção de combustível é bloqueada na bomba injetora para que uma sobrecarga (em geral 10% da potência continua) do motor diesel esteja disponível para a aceleração, tal como é requerido em caso de aplicação súbita de plena carga elétrica.

Potência máxima é o valor de potência útil que o motor diesel pode produzir durante um determinado período de tempo, de acordo com seu tipo de aplicação. Este ë o limite de potência a ser ajustado , de forma que ela não possa ser ultrapassada.

A menos de uma indicação especifica do fabricante, entende-se como potência máxima aquela que pode ser produzida ininterruptamente por pelo menos uma hora, dentro de um período de 12 horas alternadas.

Nestes casos deve-se contar com quedas de velocidade prolongadas, em caso de partidas de motores, sendo que em casos extremos a relação nominal não é mais atingida.

CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO

A altitude do local de instalação é de particular importância . Devido à variação da pressão do ar em função da altitude, uma pressão atmosférica baixa significa um baixo peso específico do ar, que exerce influência sobre a combustão e, consequentemente, sobre a potência do motor diesel . Para cada 100 m de altitude acima do nível de referência (aproximadamente 300 m acima do nível do mar) devem ser reduzido cerca de 1,3 % da potência nominal do motor.

Se a temperatura do ar de admissão estiver acima da temperatura de referencia de 20’C, deverá ser prevista uma redução na potência do motor diesel de aproximadamente 5% para cada 10’C, devido a diminuição do peso do ar com o aumento da temperatura.

Para a potência do motor diesel toma-se por base uma umidade relativa do ar de admissão de 60%. O aumento da percentagem para 100% causará uma redução de potência de até 5%.

Para o caso dos geradores, os limites de temperatura são estabelecidos pelo aquecimento do enrolamento, a isolação utilizada e o tipo de resfriamento.

Normalmente os geradores são projetados para uma temperatura ambiente de 40 ºC. Uma elevação nessa temperatura provocará uma redução de potência.

TEMPERATURA AMBIENTE ºC 20 25 30 35 40 45 50 55
ALTERAÇÃO DE POTÊNCIA % +10 +8,5 +7 +4 0 -5 -10

-15

Para a redução da potência devido a temperatura e umidade do ar deve-se considera que ambos os valores máximos nunca coincidirão ao mesmo tempo. Por isso, deve-se somente, levar em consideração do mês mais quente do ano.

 

RENDIMENTO

O balanço energético de um gerador diesel, corresponde aproximadamente ao valores abaixo:

ENERGIA DO COMBUSTÍVEL 100%
PERDAS POR GASES DE ESCAPE 26%
PERDAS POR RESFRIAMENTO 33%
PERDAS POR ATRITO E IRRADIAÇÃO 5%
PERDAS DO GERADOR 4%
POTÊNCIA OBTIDA NOS TERMINAIS DO GERADOR

32%

A potência do motor diesel do grupo é determinada pela fórmula

P_{motor diesel}=\frac{P_{gerador}(KVA)cos\varphi }{0,736\cdot \eta gerador}

ESTIMATIVA DE CUSTO

Para grupos geradores especificados para funcionamento continuo, ou para substituição da energia da concessionária no horário de ponta, é importante termos uma estimativa do custo do kWh gerado.

a) Custo do combustível e óleo lubrificante

Para o levantamento do custo do consumo do combustível e óleo isolante, levamos em consideração a seguinte formula:

Cop=(\frac{Col\cdot Pol}{\gamma ol}+\frac{Ccb\cdot Pcb}{\gamma cb})\cdot\frac{1,36 }{10^3 \cdot \eta _{G}}

Pol – Preço do óleo lubrificante (R$/litro)

Col – Consumo do óleo lubrificante g/CVh (incluindo trocas de óleo) valor de referência aproximadamente 4g/CVh

Ccb – Consumo específico do combustível g/CVh

Pcb – Preço do combustível (R$/litro)

ηG = Rendimento do gerador

γcb = Peso específico do combustível (kg/litro) – 0,83 para o óleo diesel

γol – Peso específico do óleo lubrificante (kg/litro) – 0,95 para óleo lubrificante.

b) Custo fixo (Aquisição, juros e depreciação)

Podemos avaliar o custo fixo, incluindo custo de aquisição do equipamento, montagem, juros e depreciação, de acordo com a seguinte formula:

C_{fixo}=(\frac{1}{t}+\frac{J}{200}+0,01)\cdot 1,5\cdot \frac{P_{G}}{Pot\cdot h}

Cfixo = Custos fixo – amortização do investimento inicial, juros, manutenção, reparos em R$/kWh

t – Tempo de depreciação, em anos.

J – Juros anuais, em porcentagem

0,01 – Suplemento para manutenção e assistência técnica

PG = preço de compra do gerador, incluindo quadro de distribuição, montagem e eventuais custos construtivos.

Pot – Potência nominal do grupo gerador, em kVA

h – Horas de operação anuais

1,5 – Fator considerando a carga parcial, fator de potência e imprevistos

 

GERADORES – POTÊNCIA

Os geradores trifásicos normalmente são projetados para operação continua e uma sobrecarga de 1,5 vezes sua corrente nominal por dois minutos. De acordo com a capacidade de sobrecarga de 10% dos motores diesel a partir da sua potência continua, os geradores podem também suportar uma sobrecarga de uma hora sem sobreaquecimento prejudicial. As potências dos diferentes tipos de geradores referem-se a uma temperatura de 40ºC do ar de arrefecimento e a uma altitude do local de instalação de 1 000 m acima do nível do mar.

 

RENDIMENTO MÉDIO DOS GERADORES

POTÊNCIA NOMINAL (kVA) 25 50 100 200 500
RENDIMENTO % 84 89 91 82

93

 

FATOR DE POTÊNCIA

O fator de potência também influi na potência do gerador. Fatores de potência divergentes de 0,8 implicam nas seguintes alterações de potência:

FATOR DE POTÊNCIA

(kVA) 1,0 9,0 0,8 0,7 0,6 0,5
ALTERAÇÃO DE POTÊNCIA % 0 0 0 -5 -10

-15

 

ALTITUDE

Para uma instalação em altitude superior a 1 000 m acima do nível do mar, ocorrerá também uma redução de potência, que se deve ao baixo peso do ar de arrefecimento.

ALTITUDE DE INSTALAÇÃO

(m) ATÉ 1.000 2.000 3.000 4.000
REDUÇÃO DA POTÊNCIA % 0 5-10% 10-20%

15-30%

Os menores valores de redução do potência podem, na maioria das vezes, ser mantido pelos fabricantes dos geradores, devendo ser consultado caso a caso para o dimensionamento exato.

 

TENSÃO

Os geradores são normalmente fornecidos com ligação em estrela com neutro acessível, podendo em condições especiais serem fornecidos com possibilidade de comutação para triângulo.

As tensões normalmente utilizadas são para os geradores trifásicos: 220/127 V; 380/220 V e 440/254 V, podendo ser fornecidos com valores até 5% acima desses para compensar a queda de tensão do sistema.

REGULADOR DE TENSÃO

Nos geradores auto excitados a regulagem da tensão é feita mediante reguladores fornecidos e instalados na própria maquina, ou a pedido, separadamente. Geradores de maior porte operam freqüentemente com excitação conjugada e reguladores de tensão, de ação rápida. Os dispositivos de tensão constante, que são ao mesmo tempo reguladores e excitatriz, reagem de forma extraordinariamente rápida a flutuação de carga.

A auto excitação é iniciada pela tensão residual do gerador. Os geradores atualmente em sua grande maioria são desprovidos de escovas e consistem na maquina principal com polos no rotor e a excitatriz com polos no estator, montados no mesmo eixo, e com retificadores e dispositivos de regulagem rotativos.

Através dos retificadores, a corrente de excitação é conduzida para os enrolamentos dos polos rotativos do gerador. O dispositivo de regulagem estática com execução, normalmente em forma de regulador-tiristor opera usualmente sem contatos. A excitação da excitatriz é regulada igualmente em função da carga e da tensão.

Os geradores devem operar dentro de uma faixa de tensão de + ou – 5% da tensão nominal. A regulagem dessa tensão pode ser feita através de um regulador de tensão nominal. Caso não seja necessário que este regulador de tensão tenha que ser acionado durante a operação, pode eventualmente ser instalado um regulador de tensão incorporado ao gerador, como uma chave escalonada, um reostato deslizante ou similar, eliminando assim sua instalação no quadro de comando. Este procedimento não pode ser adotado em qualquer gerador, principalmente quando da alimentação de motores elétricos.

 

EXCITAÇÃO RÁPIDA

A excitação plena da maioria dos geradores é obtida cerca de dois segundos após o grupo ser levado à velocidade operacional. A excitação rápida por bateria pode ser prevista para grupos que requeiram uma transferência de carga em tempo menor que o normal. Nesses casos a tensão nominal é atingida juntamente com a rotação nominal.

 

CARGA DESIGUAL

Conforme o tipo de gerador, cargas desiguais (diferença entre correntes de fase máxima e mínima) de até 30% da corrente nominal podem ser consideradas como normais. Nestes casos, o desvio de tensão entre as diferentes fases seria de até 5%.

Para o caso de cargas desiguais maiores, que não possam ser evitadas, principalmente ao ligar vários consumidores monofásicos, o gerador deverá ter uma construção especial, e ser dotado de enrolamento amortecedor.

 

FREQUÊNCIA

A velocidade nominal ou velocidade síncrona corresponde a seguinte relação:

n = \frac{f\cdot 60}{p}

n (rpm) – Velocidade síncrona ou velocidade nominal

f (Hz) = Frequência

p = número de pares de polo do gerador

Grande parte das maquinas diesel são fabricadas para 1800 rpm. As sobre velocidades admissíveis para geradores são geralmente de 20 a 25% da velocidade nominal. A proteção contra sobre velocidade , a ser eventualmente prevista, é ajustada para cerca de 115% da velocidade nominal.

OPERAÇÃO EM PARALELO

Se os geradores devem operar em paralelo com a rede ou com outros geradores, estudos especiais devem ser realizados. Nestes casos as maquinas serão projetados levando-se em consideração as características dos geradores, das maquinas diesel e do sistema em que elas irão operar. Recomenda-se um contato com os fabricantes ainda na fase de projeto.

QUADROS ELÉTRICOS DE DISTRIBUIÇÃO QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO MANUAL

Para os geradores a diesel operados manualmente, utiliza-se quadros de distribuição contendo exclusivamente os instrumentos de comando e o disjuntor de proteção do gerador.

EQUIPAMENTOS NORMAIS

1 voltímetro
1 chave comutadora para voltímetro
3 amperímetros
3 transformadores de corrente
1 frequencímetro
1 disjuntor tripolar termomagnético
1 fusíveis de proteção
1 circuitos de iluminação auxiliar 

Se ainda não estiver instalado no gerador, o regulador de tensão nominal poderá ser instalado no quadro de distribuição. Em função das características da maquina diesel e do gerador, o quadro de distribuição deverá ser dimensionado para uma sobrecarga de 10% durante uma hora.

DIAGRAMA BÁSICO

Quadro de distribuição manual

QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO AUTOMÁTICO

O painel automático é indispensável nos grupos geradores de emergência. Ele controla o sistema para que em caso de falha na rede da concessionária, o grupo gerador parta inteiramente automático, desligando os consumidores da rede e ligando-os ao gerador. Após o retorno da rede, os consumidores são religados a ela, e automaticamente é desligado o gerador. Além disso é através do painel automático que é feita a proteção do gerador, tendo condição de desligá-lo automaticamente em caso de alguma anomalia.

Nesses casos a rede é vigiada permanentemente por um controlador automático trifásico que dá a partida no grupo gerador, em caso de falha de uma única fase ou no caso de uma queda de tensão da ordem de 15 a 20 % aproximadamente. Com a intenção de evitar as flutuações de tensão de curta duração normalmente é previsto um retardamento de partida pré ajustado da ordem de alguns segundos. Durante esse retardamento o grupo já estará pré aquecido, se o motor diesel estiver equipado com sistema de pré aquecimento.

O contator da rede que alimenta a carga é desconectado no instante que ocorre a falha. O contator do gerador só se fecha após o grupo ter alcançado a velocidade de operação, e a tensão ter alcançado seus valores nominais. Nesse instante o gerador assume a carga dos consumidores.

Durante a operação, o grupo gerador é normalmente controlado e protegido quanto a falhas na partida, pressão insuficiente do óleo de lubrificação, temperatura excessiva do motor, gerador sobrecarregado e curto circuito. Outros controles muitas vezes também se faz necessário, como o controle do fluxo da água de arrefecimento, temperatura de escape, nível de combustível e velocidade.

Caso ocorra uma das três primeiras falhas apontadas, a respectiva sinalização ótica será acionada, o alarme sonoro soará e o grupo gerador será automaticamente desligado para evitar danos à instalação. Ao mesmo tempo, o sistema automático será bloqueado mediante sinal luminoso. No caso de sobrecarga do gerador, indicada ótica e acusticamente, o gerador continuará a operar a fim de proporcionar o arrefecimento mais rápido possível ao gerador que é protegido por disjuntor térmico de sobrecorrente. No caso de um curto circuito, o disjuntor atua separando o gerador do setor defeituoso.

Após o retorno da rede, e após um retardamento ajustável de 30 segundos, no máximo, os consumidores serão desconectados do gerador e devolvidos à rede. Em seguida o grupo gerador continuará operando sem carga, porém pronto para se necessário assumir novamente o suprimento, por um período ajustável de no máximo 5 minutos. Com esta operação em vazio o motor diesel consegue um bom arrefecimento, reduzindo consideravelmente a quantidade de calor após a parada do motor.

Se durante este tempo a rede da concessionária voltar a falhar, os consumidores serão automaticamente conectados ao gerador sem que seja necessária uma nova partida.

Com a intenção de garantir a confiabilidade do sistema deverá ser realizado um ensaio no grupo gerador no mínimo a cada duas semanas. Para isto deve-se deixar o sistema na posição “ensaio” através de um comando de uma chave seletora existente no painel. Neste caso após a partida do grupo , os consumidores poderão ser conectados manualmente ao gerador, para que o motor diesel possa atingir sua temperatura de operação o mais rápido possível. Se ocorrer alguma falha na rede nesta posição, quando o grupo gerador já estiver em funcionamento, os consumidores serão conectados ao gerador automaticamente.

O quadro de distribuição automático possue também um sistema para comando manual do grupo gerador, com todas as suas funções, um sistema para desligamento de emergência através de botoeira própria, e um sistema de carregamento das baterias de partida do grupo, fazendo com que as mesmas fiquem sempre em flutuação com a rede, garantindo sua carga quando da necessidade de partida do gerador.

 

EQUIPAMENTO BÁSICOS DE UM PAINEL DE CONTROLE

SISTEMA DE FORÇA

1 contator tripolar da rede
1 contator tripolar do gerador
1 disjuntor termomagnético ou 3 fusíveis e relé térmico para proteção contra sobrecarga e curto circuito

MEDIÇÃO

1 voltímetro
1 comutador para voltímetro
3 amperímetros
3 transformadores de corrente
1 frequencímetro
1 fusíveis de proteção 

SINALIZAÇÃO

Indicação ótica com as seguinte funções:

rede ligada
gerador ligado
falha de partida
controle ligado
sobrecarga do gerador
temperatura elevada do motor
baixa pressão do óleo
sistema automático bloqueado
sistema de pré aquecimento 

DISPOSITIVOS DE MANOBRA

chave seletora de posição “desligado – automático – ensaio – manual ” chave de transferência dos consumidores para a rede ou para o gerador. botoeiras para as funções de “desbloquear – desligar alarme – emergência – parado – teste de sinal” chave pré aquecimento para partida manual

SISTEMA AUTOMÁTICO

Sistema de controle trifásico da rede; partida do grupo gerador com duas tentativas e pré aquecimento automático, se necessário; transferência do consumidor da rede para o gerador e vice-versa; controle das operações do grupo gerador após remoção da carga e desligamento; desligamento do grupo gerador em caso de falha.

ACESSÓRIOS

dispositivo de carregamento de baterias regulador de tensão nominal

ACESSÓRIOS INSTALADOS NO MOTOR DIESEL

Para a operação automática do grupo, além dos equipamento montados no painel de controle, deverão ser montados no motor diesel os seguintes acessórios:

  • Solenóide de bloqueio de combustível para desligar o grupo gerador
  • Pressostato do óleo
  • Termostato
  • Relé taquimétrico com fechamento dos contatos quando é alcançada a velocidade de ignição

 

DIAGRAMAS UNIFILARES BÁSICOS DE MONTAGEM

 

Diagrama unifilar 1
Diagrama unifilar 2
Diagrama unifilar 3

SALA DE MAQUINAS

Inicia-se o projeto de instalação de um grupo gerador diesel com a escolha do local apropriado. É preferível situar a instalação no centro de carga, ou próximo ao quadro geral de distribuição já alimentado pela rede da concessionária, facilitando a montagem e diminuindo as perdas no fornecimento de energia. Porém em função de problemas de ruídos e vibrações, a instalação de grupos geradores a diesel é feita em locais afastados de seus centros de carga

As salas de maquinas devem estar localizadas em locais onde as paredes tenham contato com a parte externa do prédio e possibilitem a instalação facial de entradas e saídas de ar para arrefecimento e ventilação do grupo. Estas salas devem ser o suficientemente grandes, pois salas pequenas podem trazer problemas sérios de ventilação além de dificultar os trabalhos de operação e manutenção. Deve ser deixado necessariamente, um espaço livre de um metro em torno do grupo gerador. Além disso o tamanho da sala deve ser determinada levando em conta os equipamentos que acompanham o grupo, tais como quadros de distribuição, tanque de combustível, baterias, silenciadores, etc.

Silenciadores de absorção para o ar de admissão e escape também requerem espaço considerável. Além disso é absolutamente necessário incluir no projeto aberturas de dimensões adequadas para introdução do grupo gerador no recinto, bem como para alimentação de ar e ventilação do prédio.

Toda sala de máquinas deve estar equipada permanentemente com uma talha, cuja capacidade deve corresponder ao peso unitário da peça mais pesada do recinto. Em caso de dúvidas, esta peça será o próprio motor diesel. Desta forma, a montagem e as operações de recondicionamento e reparos posteriores poderão ser executadas mais rápida e convenientemente.

Deve-se, ainda , incluir no projeto da sala das máquinas o tipo de montagem (elástica ou rígida), a execução dos blocos de fundação e a disposição de canaletas e eletrodutos, bem como adotar medidas especiais destinadas a supressão de ruídos e isolação de choques e vibrações.

 

FUNDAÇÕES E AMORTECIMENTO DE VIBRAÇÕES

Os grupos geradores diesel pertencem ao tipo de máquinas, nas quais certas vibrações – para motores com um numero reduzido de cilindros, forças de inércias livres e momentos de inércia – não podem ser eliminadas completamente.

Para a instalação de grupos geradores em áreas residenciais e sobre pisos deverá ser previsto, sempre, um apoio elástico. Esta é uma medida eficiente para impedir a transmissão de ruídos através da estrutura.

Grupos geradores de menor porte até uma faixa de potência de 250 a 300 kVA aproximadamente, em que o gerador é, na maioria das vezes flangeado ao motor diesel, não se faz necessário nenhum bloco de fundação especial, quando estes são providos de apoios elásticos, entre o grupo gerador e a base comum ou entre a base comum e o piso. O apoio elástico nestes casos permitem um grau de isolamento de vibração de 80 a 90 %.

Quando os grupos geradores têm que ser instalados sobre pisos, a construtora responsável pela obra deve proceder à comprovação da resistência estática e dinâmica do piso do prédio.

Um isolamento, ainda melhor, pode ser obtido instalando-se molas de aço entre o gerador e a fundação. Todavia o menor efeito de amortecimento das molas provoca considerável movimento do grupo gerador na partida e na parada, de forma que para esta finalidade, devem ser empregadas bases pesadas ou conexões muito flexíveis para as tubulações.

Grupos geradores de maior porte, até cerca de 800 kVA, podem ser instalados da mesma forma que os de menor porte. Contudo, por questões de resistência estática do prédio, é recomendável a execução de um bloco de fundação independente da fundação do prédio.

Grupos geradores de grande porte são sempre dotados de sua própria fundação, que deve ser executada com cuidados especiais e após um exame do solo feito por um perito. As despesas resultantes dessa providência estão longe de comparar-se aos custos de um tratamento posterior, como por exemplo, a ocorrência de uma transmissão de vibrações às adjacências.

PROBLEMAS DE RUÍDO

Como as determinações legais sobre exigências acústicas, para a instalação de motores diesel e grupos geradores, estão se tornando cada vez mais severas, é importante termos sempre em mente os problemas de ruído causados por estes equipamentos, quando do seu projeto e instalação. A transmissão de ruídos, tanto através do ar como da estrutura, do grupo gerador ao prédio e ao ambiente, pode ser de tal forma incomoda que tornam-se necessárias amplas medidas para a sua absorção.

As fontes de ruídos são principalmente, o ventilador de arrefecimento, a combustão, as peças móveis e o escapamento de gases do motor. A alteração destas fontes não pode ser feita de maneira econômica, e portanto a melhor maneira de atenuação dos ruídos é procurando eliminar sua transmissão para fora da sala de maquinas.

Uma redução das dimensões do recinto para, aproximadamente um décimo, provocaria um aumento do nível de ruído da ordem de 6 dB. Um tamanho de sala de 500 m3 ou de 50 m3 resultaria em 12 dB ou 18dB a mais , no ruído, do que em um campo de ruído livre.

A diferença de ruídos entre plena carga e marcha lenta dos motores diesel é de mais ou menos 2 dB. Porém, o ruído do escapamento, a plena carga, é consideravelmente mais alto.

 

POSSIBILIDADES DE ATENUAÇÃO DE RUÍDOS

As paredes com espessuras normais de 24 ou de 36 cm podem atenuar os ruídos oriundos do interior em até 40 – 50 dB.

Para os dutos de admissão e escape de ar, devem ser previstas áreas de atenuação de ruídos com dois ou três metros de comprimento, produzindo um efeito de atenuação de 40 dB.

Se forem usados materiais acústicos , como placas de isolamento acústico, poderá ser obtido um nível de redução de ruído de 3dB, e de 10 dB se for usado um material de isolamento melhor.

Deve ser dada especial atenção à atenuação do ruído de escapamento , que pode ser reduzido a 60 dB, ou menos, mediante a instalação de silenciosos e poços para gases de exaustão.

Outra opção para a atenuação de ruídos seria a instalação de grupos já fornecidos com capotas metálicas que chegam a reduzir o nível de ruídos em cerca de 50 dB.

Mesmo obedecendo estas recomendações os problemas de acústica devem ser estudados cuidadosamente caso a caso.

ARREFECIMENTO DO MOTOR E VENTILAÇÃO DA SALA DAS MÁQUINAS

O arrefecimento do grupo gerador e a ventilação da casa de maquinas são questões importantes a serem resolvidas, tendo em vista principalmente a quantidade de calor gerada pelas maquinas. Temos para esta questão duas alternativas, arrefeciamento a ar e arrefecimento a água, as quais deverão ser estudadas em função de suas vantagens e desvantagens.

 

ARREFECIMENTO A AR

Esta alternativa é recomendada apenas para motores de pequena potência. É um sistema de construção simples, de operação segura e isento de manutenção, mas requer quantidade de ar considerável, necessitando portanto serem estudadas as possibilidades de instalação de amplas aberturas de admissão e exaustão de ar .

Neste tipo de instalação o arrefecimento do motor é proporcionado pelo ar que passa diretamente sobre os cilindros e cabeçotes. O ar é aspirado por um ventilador axial, acoplado firmemente ao motor, e impulsionado através de aberturas de arrefecimento. Este ar pode, desde que dimensionado o ambiente corretamente ser aspirado da própria sala de maquinas.

Para se evitar um superaquecimento da sala de maquinas, e eliminar uma reciclagem de ar aquecido, deve ser prevista uma saída para o exterior do ar de arrefecimento, com auxilio de dutos.

Este sistema tem a vantagem de ser isento de manutenção, porém necessita de uma grande quantidade de ar e provoca em função disso um nível elevado de ruído.

Em locais onde a sala de maquinas é pequena ou com pouca ventilação, a admissão de ar deve ser externa e de preferência do lado oposto á saída do ar de exaustão.

 

VENTILAÇÃO DA SALA DE MAQUINAS

Sala de maquinas com motores arrefecidos a ar ou arrefecidos por radiadores instalados na própria sala, a quantidade de ar expulsa para a atmosfera, mediante exaustor ou ventilador de pressão, é suficiente para a dissipação do calor. A condição básica é uma abertura de ar suficientemente ampla. Para qualquer outro tipo de arrefecimento deve ser prevista uma ventilação forçada.

Temperaturas muito elevadas na sala de maquinas são incomodas e levam a redução de potência ou super aquecimento do motor e do gerador. Os tubos de escape e silenciadores deverão ser isolados termicamente, evitando o aumento da quantidade de calor irradiado dentro da sala.

Nos casos em que a circulação natural de ar não é suficiente para uma ventilação adequada, é necessária a instalação de uma ventilação forçada através de exaustores, que auxiliam a retirada do ar aquecido da sala para o exterior. Após o cálculo da quantidade necessária de ar, de acordo com o balanço térmico, deverá ser dispensada atenção especial também ao número de trocas de ar na sala das máquinas.

Recomenda-se que na medida do possível, não se ultrapasse 100 trocas de ar por hora, sendo a velocidade média do ar dentro da sala de cerca de 0,05 m/s . Quantidades de trocas de ar acima dessas podem provocar correntes de ar incomodas às pessoas que estão dentro do ambiente, além de que se elas permanecerem neste ambiente por longo tempo poderão ter problemas de saúde. Como a quantidade de ar é determinada pelo tamanho do grupo gerador e pelo tipo de arrefecimento utilizado, este numero de 100 trocas de ar por hora só poderá ser mantido, se a sala de maquinas tiver determinadas dimensões. Por exemplo, se um sistema necessitar de 10.000 m3/h resulta em um volume de, no mínimo, 100 m3 e uma superfície de, no mínimo, 33 m2 para uma altura de 3 m da sala de máquinas. Em função disto, as dimensões da sala de maquinas, não deve ser unicamente função dos requisitos de espaço e acessibilidade, mas deverá levar em consideração também o número de trocas de ar necessário. Todos os cálculos de volume de ar têm por base o peso específico do ar de 1.291 kg/m3 a 0°C, 760 mm de Hg e 60% de umidade relativa do ar. Qualquer condição muito diferente desta deve levar em consideração um estudo especial, caso a caso.

 

SISTEMA DE ESCAPAMENTO

O sistema de escapamento deverá ser cuidadosamente projetado, pois uma execução incorreta poderá influenciar negativamente a potência e o nível de ruído do motor. A tubulação deverá ser constituída por um tubo de aço , com espessura mínima da parede de 3 mm, considerando o desgaste acentuado que sofre esta peça, em função do calor e da umidade. Para tubulações com comprimento além de 5m, deverá ser prevista uma elevação na bitola normal, de acordo com recomendações do fabricante do motor. Tubos de maiores comprimentos e diâmetros menores que os recomendados pelo fabricante, aumentam a resistência e a temperatura do motor, diminuindo a sua vida útil. A conexão do coletor de escape do motor com a tubulação deverá ser feita com uma conexão flexível, afim de compensar as vibrações e a expansão térmica. Deve-se tomar cuidados especiais evitando a entrada de água de chuva e respingos na tubulação. Não se deve ao passar pela parede, prender a tubulação rigidamente, evitando problemas de temperatura com o material da parede e a transmissão de ruído através da estrutura do edifício.

 

SILENCIADORES

A redução dos ruídos provocados pelos gases de escapamento podem ser reduzidos através da instalação de um ou dois silenciadores ligados em série. Em caso de tubos mais longos, o silenciador é montado após o primeiro terço do comprimento total, calculado a partir do motor. Os silenciadores do tipo absorção têm um volume maior que os silenciadores normais tipo câmara, entretanto oferecem uma atenuação quase que completa com um mínimo de resistência. Atrás do silenciador deve ser instalado um pedaço de tubo de no mínimo um metro de comprimento.

ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL

Uma alimentação de combustível perfeita e de primeira qualidade é fundamental para a confiabilidade do grupo gerador. Para o atendimento normal, se prevê um tanque ligado à maquina com capacidade para, no mínimo, 8 a 10 horas de serviço, e um tanque de estocagem de dimensões mais amplas, dimensionado em função das necessidades de cada caso. Para o dimensionamento de tanques diários pode-se aplicar basicamente a seguinte regra : 2 x potência do motor (cv) = capacidade do tanque em litros para 10 horas de serviço.

Normalmente , o tanque é suspenso na parede da sala de maquinas, de maneira a permitir o fluxo de combustível para a bomba injetora. A altura mínima acima da bomba injetora deverá ser de 500 mm.

EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS DE PARTIDA

O sistema elétrico de partida é o tipo de arranque mais usual e apropriado para grupos geradores diesel. Os motores de arranque são de corrente continua em série, exclusivamente para 12 ou 24 V, apresentando uma elevada velocidade de arranque e um elevado torque de partida. A alimentação destes motores é feita através de baterias, que são carregadas por dínamos, ou mais recentemente por alternadores trifásicos com retificadores, bem mais robustos e que não necessitam de manutenção. Grupos geradores que não sejam operados a intervalos de duas a quatro semanas, por tempo suficiente para permitir o pleno carregamento da bateria, devem ser equipados com carregadores de baterias. Um carregador flutuador de bateria, confiável, instalado no quadro de comando, e de um relé taquimétrico instalado no motor que fecha o contato quando é alcançada a rotação de ignição, o dínamo ou o alternador pode ser dispensado.

 

BATERIAS DE CHUMBO

São relativamente baratas, possuindo uma vida útil de 3 a 5 anos, entretanto exigem uma manutenção adequada. Devido a uma auto descarga diária, inevitável, de cerca de 1% de sua capacidade, uma bateria de chumbo pode ficar enfraquecida em poucas semanas, de tal forma que não poderá se utilizada sem ser recarregada. As perdas de carga na bateria que ocorrem a cada partida do gerador são insignificantes.

 

BATERIAS NÍQUEL CÁDMIO (NC)

São consideravelmente mais caras que as de chumbo, porém apresentam uma durabilidade de 10 a 20 anos, sem perdas expressivas por paradas e com requisitos moderados de manutenção.

O dimensionamento das baterias deverão seguir as recomendações do fabricante do motor.

PRÉ AQUECIMENTO DO MOTOR

Para locais com temperatura ambiente abaixo de 5°C recomenda-se empregar um pré aquecimento do motor, para grupos geradores de partida automática. Os motores em que a plena carga é aplicada imediatamente após a partida, como no caso da maioria dos grupos de emergência, requerem este pré aquecimento mesmo a temperaturas abaixo de 15°C.

SISTEMA DE CONTROLE E COMANDO DO MOTOR

A pressão do óleo lubrificante e a temperatura do cabeçote nos motores arrefecidos a ar, assim como a temperatura da água nos motores arrefecidos a água, deverão ser controlados em cada grupo gerador, a fim de evitar eventuais danos totais. Para unidades de suprimento de energia operadas manualmente, e particularmente, para grupos geradores automáticos, os manômetros e termômetros do óleo, instalados no motor, não serão o suficiente, devendo o sinal ótico e acústico remoto anunciar ao pessoal de operação responsável a existência de uma falha. Além disso, recomenda-se a parada automática do motor em caso de uma falha.

REGULAGEM DOS GRUPOS GERADORES DIESEL

Uma das pré condições mais importantes para a operação de grupos geradores diesel é o regulador de rotação da máquina motriz, que manterá tanto a freqüência quanto a tensão do gerador dentro de limites adequados. As margens de tolerância para uma boa qualidade de fornecimento de energia são de até ±1% para a freqüência, correspondendo a ±1% da rotação nominal, e de até ±0,5% da tensão nominal do gerador.

Caracteriza-se por regulagem um processo em que o valor real de um parâmetro operacional é medido, comparado com o valor nominal e corrigido correspondentemente. Para os motores a diesel, esta regulagem é efetuada por um regulador de rotação, que comparará a rotação momentânea (valor real) com a velocidade de rotação nominal ajustada (valor nominal) e, em caso de valor real baixo, liberará uma maior quantidade de injeção de combustível, ou, para um valor real excessivo, reduzirá a quantidade de injeção de combustível.

Geralmente a rotação nominal corresponde à rotação síncrona do gerador e é ajustada para o funcionamento à plena carga (carga nominal). Como , em sua maioria, os motores diesel estão equipados com reguladores proporcionais, a rotação de marcha em vazio ou rotação de remoção de carga é mais alta aproximadamente 4%. Numa transição súbita da plena carga para a carga zero, o motor passa momentaneamente para uma rotação mais alta que a rotação de marcha em vazio, em conseqüência da inércia do regulador. Da mesma forma ao aplicar carga, a rotação do motor cai momentaneamente abaixo da faixa de proporcionalidade. Este é um processo dinâmico, e o grupo gerador tende a se ajustar aos seus valores nominais dentro de um período de tempo chamado de tempo de recuperação.

Denomina-se tempo de recuperação ao período compreendido entre o início da mudança de carga e o momento em que a rotação correspondente a nova situação de carga torna-se constante, dentro de determinados limites de tolerância.

Algumas vezes torna-se vantajoso ajustar o rotação nominal do motor para valores correspondente a metade da carga nominal, conseguindo com isto, diminuir a gama de variação de freqüência em relação ao valores nominais.

Quando da necessidade de operação de sistemas em paralelo, deve-se analisar com cuidado as características das maquinas, principalmente no que diz respeito a sua regulação, para que se possa atingir uma estabilidade do sistema, e uma correta distribuição das cargas. Recomenda-se que este estudo seja realizado em conjunto com o fabricante das maquinas.

 

CONSERVAÇÃO E MANUTENÇÃO

Deve ser confiada ao fornecedor do equipamento a entrada do grupo em operação, pois ele poderá também instruir o futuro pessoal encarregado de operá-lo.

Os trabalhos de verificação e manutenção de todos os componentes importantes do grupo gerador, deverão ser efetuados de acordo com o manual de instruções e manutenção fornecidos pelo fabricante com cada unidade.

Recomendações gerais:

1. O motor diesel deve ser operado, no mínimo, a cada duas semanas sob a aplicação de carga, se possível acima de 50% da carga nominal, até atingir a temperatura operacional. É de particular importância e inclusão no projeto da possibilidade de aplicação de carga no período de ensaio.

Os grupos geradores operados por longos períodos, com pouca ou nenhuma carga, ficarão contaminados e incrustados, o que poderá ocasionar sérios problemas, particularmente no caso de motores turbo carregados.

2. A bateria de partida é o elemento mais fraco em uma instalação deste tipo, e deverá portanto ser verificada a cada duas semanas, quanto a sua condição de carga e ao nível de acido.

3. A sala de maquinas, incluindo a área destinada ao quadro de distribuição deve ser mantida livre de poeira. Poeira e areia reduzirão a durabilidade do motor, das escovas e dos anéis coletores dos geradores e afetarão o funcionamento dos relés , chaves e interruptores.

4. Água condensada e salas de maquinas úmidas provocarão a corrosão do motor diesel e do equipamento de distribuição.

5. A manutenção incluindo trocas de óleo, filtros e testes realizados a cada três ou seis meses deve ser realizada por pessoal especializado, de preferência treinados em fabrica.

Para mais informações clique aqui

2 Comentários
  • Guilherme José Binelli
    Postado em 08:28h, 25 abril Responder

    Excelente. Aborda todas as questões essenciais relacionadas a instalação e características de grupos motores geradores diesel

  • Francisco Sousa
    Postado em 09:38h, 03 dezembro Responder

    Boa tarde

    gostaria de saber qual é a endereça entre geradores com canop e sem canop e para que actividades pode operar?
    Que tipo de gerador posso c0locar em um furgao fechado para iluminacao de carruagens de 3ª classe ?

    Cumprimentos

    Sousa

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