Basicamente voce poderá encontrar dois tipos de partida para motores de Grupos Geradores. Partida com Baterias ou Partida a ar. Veja abaixo detalhes de ambos.
Partida com Bateria
Os sistemas de partida com bateria de grupos geradores geralmente usam 12 ou 24 volts. Em geral, os grupos geradores menores utilizam sistemas de 12 volts e as máquinas maiores usam sistemas de 24 volts. A imagem ao lado ilustra as conexões típicas da bateria com o motor de partida. Considere o seguinte ao escolher ou dimensionar as baterias e os equipamentos relacionados:
• As baterias devem ter capacidade suficiente (APF, Ampères de Partida a Frio) para fornecer a corrente para o giro do motor, indicada nas especificações do grupo gerador recomendado. As baterias podem ser tanto de chumbo-ácido quanto de níquel-cádmio. As mesmas devem ter sido projetadas para este uso e ter sido aprovadas pelas autoridades locais.
• Um alternador acionado por motor com regulador de voltagem automático integrado é fornecido normalmente para recarregar as baterias durante o funcionamento. Para a maioria dos sistemas de energia através de grupos geradores, um carregador de bateria, tipo líquida, alimentado pela fonte normal de energia, é desejável ou exigido para manter as baterias plenamente carregadas quando o grupo gerador não estiver funcionando. Os carregadores de bateria líquida são exigidos para sistemas standby de emergência.
• As normas geralmente especificam um tempo máximo de carga da bateria. A seguinte regra prática pode ser utilizada para dimensionar os carregadores de baterias auxiliares:
• As normas locais podem exigir aquecedores para manter uma temperatura mínima da bateria de 10ºC se o grupo gerador estiver sujeito a temperaturas muito baixas.
• Os grupos geradores normalmente incluem cabos de bateria e fornecedores podem também oferecer bandejas apropriadas para instalação das baterias.
Distribuição das Baterias de Partida: Se as baterias forem montadas a uma distância do motor de partida maior que o comprimento normal dos cabos, estes deverão ser projetados de acordo com essa distância. A resistência total dos cabos mais as conexões não deverá resultar em uma queda excessiva de voltagem entre a bateria e o motor de partida. As recomendações para o motor são que a resistência total do circuito de partida mais a dos cabos e conexões não exceda 0,00075 ohms para sistemas de 12 volts e 0,002 ohms para sistemas de 24 volts. Veja o seguinte exemplo de cálculo.
Um grupo gerador possui um sistema de partida de 24 VCC, alimentado por duas baterias de 12 volts em série. O comprimento total dos cabos é de 9,52 m, incluindo o cabo entre as baterias. Existem seis conexões de cabos. Calcule a bitola dos cabos necessários como segue:
1. Assuma uma resistência de 0,0002 ohms para o contato do solenóide do motor de partida (RCONTATO).
2. Assuma uma resistência de 0,00001 ohms para cada conexão de cabo (RCONEXÃO), num total de seis.
3. Com base na fórmula que:
• Resistência Máxima Permitida do Cabo
= 0,002 - RCONEXÃO - RCONTATO
= 0,002 – 0,0002 - (6 x 0,00001)
= 0,00174 ohms
4. Confira na figura abaixo as resistências dos cabos AWG (Bitola Americana de Cabos). Neste exemplo, como mostram as linhas pontilhadas, a menor bitola de cabo que pode ser utilizada é 2 cabos No. 1/0 AWG em paralelo.
Partida com Ar Comprimido
Os sistemas de partida do motor com ar comprimido estão disponíveis para alguns grupos geradores maiores. A partida a ar pode ser indicada para algumas aplicações de energia Prime desde que o ar comprimido esteja prontamente disponível. A Figura abaixo mostra um arranjo típico de tubulação para um sistema de motor de partida a ar.
Considere os itens abaixo para determinar os equipamentos necessários para a instalação de um sistema de partida a ar:
• O fabricante do motor deverá ser consultado quanto à recomendações relativas à bitola da mangueira de ar e o volume mínimo exigido do tanque para cada segundo de partida. O tamanho do tanque dependerá do tempo mínimo de partida necessário.
• Os tanques de ar (receptores) devem ser equipados com uma válvula de dreno do tipo roscada (outros tipos não são recomendados por serem uma fonte comum de vazamentos de ar). A umidade pode danificar os componentes do motor de partida.
• Todas as válvulas e acessórios do sistema devem ser projetados para a partida a ar de motores diesel.
• As conexões de tubos devem ser do tipo de vedação seca e devem ser feitas com selador de rosca. Não é recomendado uso de fita Teflon pois ela não fixa as roscas adequadamente e é uma fonte de resíduos que podem
obstruir as válvulas.
Nota: As baterias, embora de capacidade muito menor, ainda serão necessárias para o controle do motor e para a monitoração dos sistemas quando for utilizada a partida a ar.
Os alternadores para Grupos Geradores de Energia são fornecidos em várias configurações de enrolamentos e de conexões. Entender a terminologia utilizada ajudará na escolha para uma determinada aplicação de geração de energia.
Reconectável: Muitos alternadores para Grupos Geradores são projetados com cabos individuais de saída dos enrolamentos das fases separadas e que podem ser reconectados em configurações de Estrela ou Triângulo. Estes são chamados comumente de alternadores com 6 cabos. Em geral, alternadores reconectáveis possuem seis enrolamentos separados, dois em cada fase, que podem ser reconectados em série ou em paralelo e em configurações de estrela ou triângulo. Estes são chamados de reconectáveis com 12 cabos. Estes alternadores são produzidos principalmente com fins de flexibilidade e eficiência de fabricação e são conectados e testados pela fábrica na configuração desejada.
Faixa Ampla: Alguns alternadores são projetados para produzir uma ampla faixa de voltagens nominais de saída tais como uma faixa de 208 a 240 ou de 190 a 220 volts com apenas um ajuste do nível de excitação. Quando combinados com o recurso de reconexão, estes são chamados de Reconectáveis de Faixa Ampla.
Faixa Estendida: Este termo refere-se a alternadores para Grupos Geradores projetados para produzir uma faixa de voltagens mais abrangente do que a faixa ampla. Onde uma faixa ampla pode produzir nominalmente 416-480 volts, uma faixa estendida pode produzir 380-480 volts.
Faixa Limitada: Como o próprio nome sugere, os alternadores de faixa limitada possuem um ajuste muito limitado de faixa de voltagem nominal (por exemplo 440-480 volts) ou podem ser projetados para produzir apenas uma voltagem nominal e conexão específicas, como 480 volts em Estrela.
Maior Capacidade de Partida do Motor: Este termo é usado para descrever um alternador maior ou com características de enrolamentos especiais para uma capacidade maior de corrente de partida do motor. Entretanto, como dito anteriormente, uma capacidade maior de partida do motor também pode ser obtida com um alternador de limite mais baixo de elevação de temperatura.
Para a correta instalação de um Grupo Gerador de Energia, a tubulação do combustível diesel devem ser construídas em tubo de ferro preto. Os tubos e conexões de ferro fundido ou de alumínio não devem ser utilizados por serem porosos e podem permitir o vazamento do combustível. As tubulações, conexões e tanques de combustível galvanizados não devem ser utilizados porque a camada de galvanização é atacada pelo ácido sulfúrico que se forma quando o enxofre no combustível reage com a condensação no tanque, resultando em detritos que podem obstruir bombas e filtros de combustível. As tubulações de cobre não devem ser utilizadas porque o combustível polimeriza (torna-se espesso) no tubo de cobre durante longos períodos de inatividade e pode obstruir os injetores de combustível. Além disso, as tubulações de cobre são menos resistentes que o ferro preto e, portanto, mais propensas a danos.
Nota: Nunca use tubulações, conexões ou tanques de combustível galvanizados ou de cobre. A condensação no tanque e nas tubulações reage com o enxofre no combustível diesel e produz ácido sulfúrico. A estrutura molecular das tubulações ou tanques de cobre ou galvanizados reage com o ácido e contamina o combustível.
Para as conexões do motor devem ser utilizadas mangueiras flexíveis certificadas para absorver o movimento e a vibração do grupo gerador. A tubulação do tanque diário para o motor deve estar sempre inclinada para baixo desde o tanque até o motor, sem voltas para cima que possam permitir a entrada de ar no sistema.
A tubulação do sistema de combustível deve ser apoiada corretamente para evitar quebras por vibração. Ela não deve ficar próxima a tubos de aquecimento, fiação elétrica ou componentes do sistema de escape do motor. O projeto do sistema da tubulação deve incluir válvulas em locais apropriados para permitir o isolamento dos componentes do sistema para reparos sem a necessidade de se drenar todo o sistema.
Os sistemas de tubulações devem ser inspecionados regularmente quanto a vazamentos e condições gerais. O sistema da tubulação deve ser escorvado antes do funcionamento do motor para remover a sujeira e outras impurezas que possam danificá-lo. O uso de conexões em “T” em vez de cotovelos permite uma limpeza mais fácil do sistema da tubulação.
Os dados do fabricante do motor indicam as restrições máximas de entrada e de retorno do combustível, o fluxo máximo, a alimentação e o retorno, e o consumo de combustível. A figura acima mostra os tamanhos mínimos de mangueiras e tubos para as conexões com o tanque de suprimento ou com o tanque diário quando se encontram a uma distância de 15 metros do grupo e aproximadamente na mesma altura.
O tamanho das mangueiras e tubos deve basear-se no fluxo máximo de combustível e não no consumo. É altamente recomendado que as restrições à entrada e ao retorno sejam verificadas antes que o grupo gerador seja colocado em serviço.
Governadores Mecânicos: Os governadores mecânicos, como o nome sugere, controlam o fornecimento de combustível ao motor com base na detecção mecânica da rotação do motor através de contrapesos ou mecanismos similares. Estes sistemas apresentam aproximadamente 3 a 5% de corte de rotação entre uma condição sem carga e com carga plena inerente no projeto. Este tipo de sistema geralmente é o mais barato e adequado para aplicações onde o corte de freqüência não é um problema para as cargas sendo alimentadas. Alguns grupos geradores são fornecidos com o governador mecânico opcional.
Governadores Eletrônicos: Os governadores eletrônicos são usados em aplicações onde é exigido o governo isócrono (queda zero) ou onde são especificados equipamentos de sincronização ativa e paralelismo. A RPM do motor normalmente é detectada por um sensor eletromagnético e o fornecimento de combustível para o motor é controlado por solenóides acionados por circuitos eletrônicos. Estes circuitos, sejam controladores auto-contidos ou parte domicroprocessador controlador do grupo gerador, utilizam algoritmos sofisticados para manter o controle preciso da rotação (e conseqüentemente da freqüência). Com os governadores eletrônicos, a retomada de passos de carga transiente dos grupos geradores é mais rápida do que com os governadores mecânicos. Os governadores eletrônicos devem sempre ser utilizados quando as cargas incluírem equipamento UPS.
Motores modernos, especialmente motores diesel com sistemas eletrônicos de injeção de combustível, são os únicos disponíveis com sistemas eletrônicos de governo. Os requisitos de demanda ou regulagem para atingir o aumento da eficiência do combustível, baixas emissões de escape e outras vantagens requerem o controle preciso oferecido por estes sistemas.
Cogeração, também conhecido por "Combinação entre calor e energia" (Combined Heat and Power - CHP), é a produção local de vários tipos de energia - normalmente eletricidade, calor e/ou frio - a partir de uma fonte de combustível. Cogeração normalmente substitui os métodos tradicionais aquisição de energia, tais como compra direto da concessionária ou a queima de gás natural ou óleo em fornos para produzir calor ou vapor. Enquanto o método tradicional de compra de energia elétrica de uma concessionária é muito conveniente e rápido, é muito ineficiente e desperdiça algo em torno de 75% da energia originalmente produzida devido a perdas na transmissão e produção.
Sistemas locais de Cogeração convertem de 70% a 90% da energia queimada pelo combustível em eletricidade ou calor. Dependendo da aplicação, a integração entre energia e produção de calor/frio em sistemas de Cogeração frequentemente oferecem uma economia de até 35% nos gastos em energia. Se sua fábrica é uma grande consumidora de energia, esta economia pode tranquilamente pagar o investimento de volta em cerca de 2 a 3 anos.
Os princípios da Cogeração já é conhecida de longa data e já foi usada de diversas maneiras - do primeiro gerador elétrico inventado por Thomas Edison em 1882 até modernas instalações de processamento químico. No passado, economia de escala favorecia grandes e complexos projetos ou situações especiais. Hoje, no entanto, as avançadas tecnologias de sistemas de Lean-Burn Gas, trocadores de calor e sistemas de controles digitais fazem com que os sistemas de cogeração sejam práticos e economicos para aplicações a partir de 300kW de potencia.
Claro, isto está originando muito mais interesse de pequenas ou grandes empresas, de pelo menos estudar se a Cogeração pode ser uma opção de melhoria, tanto com relação a eficiencia energética, quanto o de reduzir emissões e cortar custos.
O sistema de cogeração normalmente consiste em um motor primário que gira um alternador para produzir energia e um sistema de recuperação de calor do sistema de exaustão e do sistema de refrigeração do motor. O motor primário pode ser um motor a gás por queima Lean-Burn, um motor a diesel, uma turbina a gás, uma microturbina ou uma fonte de célula combustível. Enquanto a relação entre o calor e a eletricidade produzida pode variar entre todas estas opções, até 90% da energia originada pela queima do combustível pode ser convertida em energia em um sistema de Cogeração.
Menos de 10% da eletricidade usada nos Estados Unidos é produzida através de Cogeração, mas o departamento de energia (DOE) estabeleceu uma meta de dobrar a capacidade instalada de geração de energia por Cogeração até 2010. A União Européia já estabeleceu meta similar. A Suécia, onde a Cogeração é responsável pela geração de 77% da eletricidade do país e a Dinamarca (40%) já se encontram muito a frente dos outros países com relação a meta estabelecida.
No Brasil já existem diversas plantas de Cogeração em operção (normalmente entre 1MW a 10MW). Entre os principais candidatos a Cogeração estão Hospitais, Hotéis, Shopping Centers, Instalações do Governo, Faculdades e Universidades, Piscinas, Grandes Fábricas, Plantas de Produtos Químicos, etc.
A tecnologia avançada que possuímos hoje permite que sistamas de Cogeração de Energia sejam possíveis para uma gama muito maior de clientes e aplicações se comparadas com o passado.
Para informações mais detalhadas em ingles, visite www.cogeneration.org
A escolha do combustível, seja gás natural, diesel ou GLP, afetará a disponibilidade e o dimensionamento do grupo gerador. Considere o seguinte:
Combustível Diesel
• O combustível diesel é recomendado para aplicações de emergência e standby. Para um bom desempenho de partida e máxima vida útil do motor, recomenda-se o combustível diesel ASTM D975 Grau No. 2. Consulte o distribuidor do fabricante do motor sobre o uso de outros graus de combustível diesel para diversos motores.
• Deve-se projetar o armazenamento do combustível no local, mas o tanque não deve ser muito grande. O combustível diesel pode ser armazenado por um período de até dois anos, assim o tanque de suprimento deve ser dimensionado para permitir o reabastecimento de combustível com base na programação de exercícios e testes nesse período.
Pode ser necessário aplicar um micro-bioinseticidase a freqüência de reabastecimento for baixa, ou se condições de umidade elevada favorecerem o crescimento de micróbios no combustível. Os micróbios podem obstruir os filtros de combustível e afetar o funcionamento do motor ou até mesmo danificá-lo.
• Climas frios – Deve ser usado o combustível Premium de Grau 1-D quando a temperatura ambiente estiver abaixo do ponto de congelamento. Pode ser necessário o aquecimento do combustível para evitar a obstrução dos filtros de combustível quando a temperatura cair abaixo do ponto de névoa do combustível – cerca de –6ºC para combustível de Grau 2-D e –26ºC para Grau 1-D.
Combustível Biodiesel
Combustíveis biodiesel derivam de uma ampla variedade de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais e óleos de cozinha. Genericamente, estes combustíveis são chamados Ésteres Metil-Ácido-Graxos (FAME).
Quando usados em motores diesel, normalmente a emissão de fumaça, a potência e a economia de combustível são reduzidas. Embora a fumaça seja reduzida, o efeito em outras emissões varia, com redução de alguns poluentes e aumento de outros. O biodiesel é um combustível alternativo e o desempenho e as emissões do motor não podem ser garantidos se o mesmo utilizar este combustível.
Uma mistura de combustíveis biodiesel e diesel de qualidade na razão de até 20% de concentração de volume não deverá causar problemas graves. Concentrações acima de 20% podem causar vários problemas operacionais.
Gás Natural
• Para a maioria das instalações, o armazenamento deve ser feito fora do local.
• O gás natural pode ser uma opção econômica de combustível quando disponível nas taxas de fluxo e pressão exigidos.
• Um suprimento de reserva de GLP combustível pode ser necessário para sistemas de fornecimento de energia elétrica de emergência. O gás natural pode ser utilizado em campo com certos grupos geradores. Entretanto, devem ser feitas análises do combustível e consultas com o fabricante do motor para se determinar o despotenciamento e também se a composição do combustível acarretará danos ao motor devido à fraca combustão, detonação ou corrosão.
• Poderão ocorrer danos e detonação do motor quando algumas empresas ocasionalmente adicionam butano para manter a pressão da linha. Os motores a gás natural requerem tubulações limpas e secas, gás de qualidade para gerar a potência nominal e assegurar uma vida útil ideal ao motor.
• A estabilidade de freqüência de grupos geradores com motores de ignição por vela pode não ser tão boa quanto a dos grupos geradores com motores diesel. Uma boa estabilidade de freqüência é importante na alimentação de cargas UPS.
• Climas frios – Em temperaturas ambientes abaixo de –7ºC, os motores com ignição por vela geralmente são mais fáceis de partir e aceitam carga mais rapidamente do que os motores diesel.
GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)
• A disponibilidade local de GLP deverá ser investigada e confirmada antes de se optar por um grupo gerador com motor a GLP.
• Devem ser providenciados recursos para o armazenamento local de combustível. O GLP pode ser armazenado indefinidamente.
• A estabilidade de freqüência de grupos geradores acionados por motores com ignição por vela pode não ser tão boa quanto a dos grupos geradores com motores a diesel. Esta é uma consideração importante para a alimentação de cargas UPS.
• Climas frios – O tanque de armazenamento de GLP deve ser dimensionado para fornecer a taxa necessária de vaporização na temperatura ambiente mais baixa esperada, ou ser providenciada a retirada de líquido com um aquecedor.
Gasolina
A gasolina não é um combustível adequado para grupos geradores standby estacionários devido à sua volatilidade e prazo de validade.
Combustíveis Alternativos
Em geral, os motores a diesel podem funcionar com combustíveis alternativos com lubricidade aceitável durante os períodos em que o fornecimento do combustível diesel Nº 2-D esteja temporariamente limitado. O uso de combustíveis alternativos pode afetar a cobertura de garantia, o desempenho e as emissões do motor. Os combustíveis alternativos abaixo geralmente estão dentro dos limites prescritos:
• Combustível diesel 1-D e 3-D
• Óleo combustível de Grau 2 (combustível de aquecimento)
• Combustível para turbinas de aviões, Grau Jato A e Jato A-1 (combustível para jatos comerciais)
• Combustível para turbinas a gás para aplicações não aeronáuticas, Grau 1 GT e 2 GT
• Querosene Grau 1-K e 2-K
