Manual de Aplicação - Cummins Power Generation

Manual de Aplicação - Cummins Power Generation
Engenharia de Aplicações
Manual de aplicações para Grupos Geradores
arrefecidos a água
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ÍNDICE GERAL
GARANTIA ............................................................................................................vi
1 – INTRODUÇÃO................................................................................................. 1
Descritivo ..................................................................................................................................
Sobre este manual....................................................................................................................
Manuais de aplicação relacionados..........................................................................................
Segurança ................................................................................................................................
1
1
2
2
2 – PROJETO PRELIMINAR................................................................................. 9
Descritivo .................................................................................................................................. 9
Requisitos de energia ............................................................................................................... 9
Requisitos gerais............................................................................................................... 9
5HTXLVLWRVHVSHFt¿FRV ...................................................................................................... 9
7LSRVH&ODVVL¿FDo}HVGH6LVWHPDV.................................................................................. 9
'LDJUDPDHOpWULFR³XQL¿OLDU´..................................................................................................... 11
'LUHWUL]HVSDUDFODVVL¿FDomRGHJUXSRVJHUDGRUHVSRWrQFLD................................................ 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD6WDQGE\´ ..................................................................................... 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD3ULPH´......................................................................................... 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLDGH&DUJD%iVLFD´&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD&RQWtQXD´................ 13
Dimensionamento................................................................................................................... 15
&RQVLGHUDo}HV/RFDOGDLQVWDODomR...................................................................................... 15
&RQVLGHUDo}HV,QVWDODomRHPORFDOH[WHUQR ................................................................. 15
&RQVLGHUDo}HV,QVWDODomRHPORFDOLQWHUQR ...................................................................16
&RQVLGHUDo}HVVREUHDHVFROKDGRFRPEXVWtYHO .................................................................... 18
Combustível Diesel ......................................................................................................... 18
%LRGLHVHO.......................................................................................................................... 18
*iVQDWXUDO...................................................................................................................... 19
*/3*iV/LTXHIHLWRGH3HWUyOHR ................................................................................... 19
Gasolina .......................................................................................................................... 19
Alternativas de combustível em substituição ao diesel 2-D ............................................ 19
&RQVLGHUDo}HV$PELHQWDLV ..................................................................................................... 20
Ruídos e Controle de Ruídos.......................................................................................... 20
Legislação e normas técnicas sobre ruídos.................................................................... 20
1RUPDVVREUHHPLVV}HVGHHVFDSHGHPRWRUHV............................................................. 20
Normas técnicas para o armazenamento de combustíveis ............................................ 21
3URWHomRFRQWUDLQFrQGLRV............................................................................................... 21
/LVWDGH9HUL¿FDomRGR3URMHWR3UHOLPLQDU....................................................... 21
3 – A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO
GERADOR .................................................................................................... 23
ÍNDICE GERAL
Descritivo ....... .........................................................................................................................23
7LSRVGHDSOLFDomRH³FODVVL¿FDomRGHWUDEDOKR´GHXPJUXSRJHUDGRU.................................. 23
&ODVVL¿FDomRGHWUDEDOKRGHXPJUXSRJHUDGRU ............................................................. 23
$SOLFDo}HVREULJDWyULDVHRSFLRQDLV................................................................................ 23
&RQKHFHQGRDVFDUDFWHUtWLFDVGDVFDUJDV............................................................................. 24
Requisitos para alimentação de uma carga durante a partida e durante a operação ....... 24
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
i
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Seqüenciamento das cargas em etapas......................................................................... 25
Tipos de carga ........................................................................................................................ 25
Características da Carga ................................................................................................ 34
4 – SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO .................................................................... 37
Descritivo ................................................................................................................................
Alternadores CA .....................................................................................................................
Tensão.............................................................................................................................
,VRODPHQWRH&ODVVL¿FDo}HV...........................................................................................
(QURODPHQWRVH&RQH[}HV.............................................................................................
)XQGDPHQWRVH([FLWDomR..............................................................................................
Motores ..................................................................................................................................
Governadores .................................................................................................................
6LVWHPDVGH3DUWLGDGH0RWRUHV ....................................................................................
Controles ................................................................................................................................
Sistemas de controle baseados em relés ......................................................................
6LVWHPDVGHFRQWUROHEDVHDGRVHPFLUFXLWRVHOHWU{QLFRV0LFURSURFHVVDGRUHV...........
&LUFXLWRVHOHWU{QLFRVFRP³$XWRQRPLD3OHQD´ .................................................................
Opcionais para o sistema de controle ............................................................................
$FHVVyULRVHRSFLRQDLV ..........................................................................................................
Recursos de Segurança e Alertas de Controle ..............................................................
Disjuntores ......................................................................................................................
%DWHULDVHFDUUHJDGRUHVGHEDWHULDV ..............................................................................
Sistemas de escape e de silencioso ...............................................................................
Carenagens.....................................................................................................................
&RQ¿JXUDo}HVDOWHUQDWLYDVGHDUUHIHFLPHQWRHYHQWLODomR .............................................
6LVWHPDVGHFRQWUROHGRQtYHOGRyOHROXEUL¿FDQWH.........................................................
'LVSRVLWLYRVGHDTXHFLPHQWR³6WDQGE\´SDUDJUXSRVJHUDGRUHV ....................................
7DQTXHVGH&RPEXVWtYHO'LHVHO ...................................................................................
Montagem dos Isoladores de Vibração ..........................................................................
3DLQpLVGH7UDQVIHUrQFLD................................................................................................
Necessidade de equipamentos adicionais .....................................................................
37
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5 – PROJETO ELÉTRICO................................................................................... 63
Descritivo ....... ........................................................................................................................
3URMHWRVWtSLFRVSDUDXPVLVWHPDHOpWULFR ..............................................................................
&RQVLGHUDo}HVVREUHRSURMHWR .......................................................................................
Requisitos .......................................................................................................................
5HFRPHQGDo}HV .............................................................................................................
6LVWHPDVWtSLFRVSDUDEDL[DWHQVmR ...............................................................................
6LVWHPDVWtSLFRVSDUDPpGLDVRXDOWDVWHQV}HV ..............................................................
(VFROKHQGRRWUDQVIRUPDGRUSDUDXPJUXSRJHUDGRU .....................................................
*HUDGRUHVVLJHORVXQLWiULRVYHUVXVJHUDGRUHVFRQHFWDGRVHPSDUDOHOR ......................
Geradores conectados em paralelo com a rede pública de energia...............................
Distribuição de energia ...................................................................................................
&RQH[}HV(OpWULFDV................................................................................................................
Descritivo ........................................................................................................................
&RQH[}HVGH&$QRJHUDGRU..........................................................................................
&RQGXWRUHVGHFRUUHQWHDOWHUQDGD&$ ..........................................................................
5HGXomRGR)DWRUGH3RWrQFLDSHOD&DUJD.....................................................................
Aterramento do sistema e dos equipamentos ................................................................
ÍNDICE GERAL
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
63
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ii
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Coordenação seletiva ..................................................................................................... 93
3URWHomRGRVJUXSRVJHUDGRUHVFRQWUDIDOKDVHVREUHFRUUHQWHV........................................... 97
Dimensionamento de um disjuntor para o barramento principal do gerador ................. 97
Fontes dos grupos geradores ........................................................................................ 97
3URWHomRGRVJHUDGRUHVFRQWUDVREUHFDUJDV ............................................................... 101
0pGLDWHQVmRWRGDVDVDSOLFDo}HV ............................................................................... 103
6 – PROJETO MECÂNICO............................................................................... 107
ÍNDICE GERAL
Fundação e Montagem......................................................................................................... 107
0RQWDJHPGRJUXSRJHUDGRUHLVRODPHQWRFRQWUDYLEUDo}HV........................................ 107
5HFXUVRVSDUDDVIXQGDo}HV ........................................................................................ 108
)XQGDo}HVSDUDRLVRODPHQWRGHYLEUDo}HV ................................................................. 109
,VRODGRUHVGHYLEUDo}HV ................................................................................................ 111
5HVLVWrQFLDD7HUUHPRWRV.............................................................................................. 113
$OtYLRGHWHQV}HVQD¿DomRGHHQHUJLDHQD¿DomRGRVLVWHPDGHFRQWUROH ................. 113
Sistema de escape ............................................................................................................... 114
Diretrizes gerais do sistema de escape ........................................................................ 114
&iOFXORVGRVLVWHPDGHHVFDSH .................................................................................... 119
Arrefecimento do motor ........................................................................................................ 124
Requisitos ..................................................................................................................... 124
5HFRPHQGDo}HV ........................................................................................................... 127
Descritivo ...................................................................................................................... 128
Tipos de Sistemas de Arrefecimento............................................................................. 128
6LVWHPDVGHDUUHIHFLPHQWRIRUQHFLGRVSHORIDEULFDQWHGRJUXSRJHUDGRU³RULJLQDLVGH
IiEULFD´ ........................................................................................................ 131
Sistemas de arrefecimento não-fornecidos pelo fabricante do grupo gerador ............. 134
Líquido de arrefecimento .............................................................................................. 147
Altitude e temperatura ambiente ................................................................................... 149
Arrefecimento do alternador.......................................................................................... 150
2EVWUXo}HVQRVLVWHPDGHDUUHIHFLPHQWR ..................................................................... 151
Manutenção do sistema de arrefecimento .................................................................... 151
$SOLFDo}HVHP³VHUYLoRVH[WHUQRV´ ............................................................................... 151
Arrefecimento do motor ........................................................................................................ 151
5DGLDGRUPRQWDGRQRFKDVVLV....................................................................................... 152
Radiador remoto ........................................................................................................... 153
5DGLDGRUUHPRWRHTXLSDGRFRPVLVWHPDGH³GHVDHUDomR´ ........................................... 157
5DGLDGRUUHPRWRHTXLSDGRFRPERPEDDX[LOLDUSDUDROtTXLGRGHDUUHIHFLPHQWR......... 157
5DGLDGRUUHPRWRHTXLSDGRFRPXPUHVHUYDWyULRGRWLSR³+RW:HOO´ ............................. 160
Arrefecimento do motor por meio de radiadores remotos com circuitos múltiplos ....... 162
5DGLDGRUHVLQGLFDGRVSDUDDSOLFDo}HVGRWLSR³UDGLDGRUUHPRWR´................................. 163
Arrefecimento do combustível utilizando-se radiadores remotos ................................. 167
&iOFXORVSDUDRGLPHQVLRQDPHQWRGDWXEXODomRGHDUUHIHFLPHQWR .............................. 168
Ventilação ...... ...................................................................................................................... 172
Diretrizes Gerais ........................................................................................................... 172
Requisitos para o sistema de ventilação....................................................................... 172
5HFRPHQGDo}HVSDUDRVLVWHPDGHYHQWLODomR ............................................................ 173
'HWHUPLQDomRGRVUHTXLVLWRVSDUDRÀX[RGHDUQRVLVWHPDGHYHQWLODomR ................... 174
Requisitos para entrada e saída de ar no projeto de ventilação do recinto do grupo
gerador .................................................................................................................. 180
&iOFXORGDiUHDHIHWLYDSDUDDHQWUDGDHVDtGDGRÀX[RGHDUQRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU..... 181
Diretrizes para a entrada e saída de ar no projeto de ventilação do recinto do grupo
gerador .................................................................................................................. 181
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
iii
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3UHVVmRQHJDWLYDQRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU .............................................................
9HQWLODomRGRFiUWHUGRPRWRU .......................................................................................
5HVWULomRDRÀX[RGHDUQRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU...................................................
9HQWLODomRHPLQVWDODo}HVTXHFRQWHQKDPP~OWLSORVJUXSRVJHUDGRUHV ......................
Operação das venezianas no recinto do grupo gerador ...............................................
3DUHGHVGHFRQWHQomR ..................................................................................................
Filtragem do ar utilizado para ventilação ......................................................................
Efeito da altitude e da temperatura ambiente no sistema de ventilação.......................
9HUL¿FDomRGRVLVWHPDGHYHQWLODomR ............................................................................
Diretrizes gerais para o sistema de ventilação do recinto do grupo gerador ................
&iOFXORGRÀX[RGHDUDWUDYpVGRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU .........................................
Teste de campo dos sistemas de ventilação.................................................................
9HQWLODomRGRUDGLDGRUPRQWDGRGLUHWDPHQWHQRFKDVVLGRJUXSRJHUDGRU...................
Ventilação em sistemas equipados com trocador de calor ou radiador remoto............
([HPSORGHFiOFXORSDUDRÀX[RGHDUSDUDYHQWLODomRGHQWURGRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU ....
Suprimento de combustível ..................................................................................................
Suprimento de diesel combustível ................................................................................
Tubulação para o diesel combustível............................................................................
7DQTXHVGHFRPEXVWtYHO³VREDEDVH´ ..........................................................................
7DQTXHVGLiULRV .............................................................................................................
Utilização de combustível gasoso.................................................................................
Qualidade do combustível gasoso ................................................................................
3URMHWRGRVLVWHPDGHFRPEXVWtYHOSDUDRJUXSRJHUDGRU ............................................
3URMHWRGRVLVWHPDGHFRPEXVWtYHOGR/RFDO.................................................................
&iOFXORGDSUHVVmRGRFRPEXVWtYHOHPXPVLVWHPDDFLRQDGRSRUFRPEXVWtYHOJDVRVR....
5HGXomRGHUXtGRVHPDSOLFDo}HVGHJUXSRVJHUDGRUHV .....................................................
$FLrQFLDGRVUXtGRV ......................................................................................................
Ruídos produzidos por um grupo gerador ....................................................................
Redução de ruídos transmitidos por estruturas prediais ..............................................
5HGXomRGHUXtGRVTXHVHSURSDJDPSHORDUVRP....................................................
&DUHQDJHQVJDELQHWHVHTXLSDGDVFRPDWHQXDomRRXLVRODPHQWRGHVRP ................
'HVHPSHQKRGRVLOHQFLRVRGRHVFDSDPHQWR ...............................................................
3URWHomRFRQWUDLQFrQGLRV ....................................................................................................
3URMHWRGRUHFLQWRGRHTXLSDPHQWR......................................................................................
&RQVLGHUDo}HVJHUDLV ...................................................................................................
,QVWDODo}HVVREUHRWHWR ................................................................................................
183
183
184
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189
189
189
191
193
194
194
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199
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205
206
206
210
210
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219
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222
223
223
224
225
226
226
226
APÊNDICE A...................................................................................................... 227
Dimensionamento de grupos geradores com o software GenSize ...................................... 227
Descritivo ...................................................................................................................... 227
3DUkPHWURVGH3URMHWR .................................................................................................. 228
(VSHFL¿FDomRGRVYDORUHVGDVFDUJDVQRVRIWZDUH*HQ6L]H........................................ 231
'H¿QLomRGHWHUPRV ...................................................................................................... 233
&iOFXORVGHWDOKDGRVSDUDDVFDUJDV ............................................................................. 234
&iOFXORVSDUDFDUJDVGLYHUVDV ...................................................................................... 239
(QWUDGDGRVGDGRVUHIHUHQWHVjVFDUJDVQDSDVWD³6WHS´GRVRIWZDUH ......................... 240
&RQVLGHUDo}HVVREUHDVHWDSDVGHDWLYDomRGDVFDUJDV..............................................241
'LUHWUL]HVSDUDDGH¿QLomRGHXPDVHTrQFLDGHHWDSDVSDUDDWLYDomRGHFDUJDV..... 241
5HFRPHQGDo}HVHUHODWyULRV ........................................................................................ 242
5HODWyULRV ...................................................................................................................... 246
ÍNDICE GERAL
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
iv
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE B ..................................................................................................... 249
3DUWLGDGHPRWRUHOpWULFRXWLOL]DQGRWHQVmRUHGX]LGD............................................... 249
Uma comparação entre os métodos de partida de um motor elétrico.............. 249
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPWHQVmRSOHQD ............................................... 250
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPDXWRWUDQVIRUPDGRU³7UDQVLomRDEHUWD´...... 250
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPDXWRWUDQVIRUPDGRU³7UDQVLomRIHFKDGD´ ... 251
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRXWLOL]DQGRXPUHDWRU³7UDQVLomRIHFKDGD´......... 251
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRXWLOL]DQGRXPUHVLVWRU³7UDQVLomRIHFKDGD´ ...... 252
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFR³(VWUHOD7ULkQJXOR´³7UDQVLomRIHFKDGD´........... 252
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRXWLOL]DQGRHQURODPHQWRSDUFLDO³3DUWZLQGLQJ´
³7UDQVLomRIHFKDGD´.................................................................................... 253
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRHTXLSDGRFRP³URWRUFRPHQURODPHQWR´RX
³URWRUERELQDGR´³ZRXQGURWRU´................................................................... 253
3DUWLGDGHXPPRWRUVtQFURQR .......................................................................... 254
1RWDVJHUDLVVREUHDSOLFDo}HV ......................................................................... 254
APÊNDICE C...................................................................................................... 255
3DGU}HVGDVIRQWHVGHHQHUJLDHYDORUHVGDVWHQV}HVXWLOL]DGDVQR0XQGR........................ 255
APÊNDICE D ..................................................................................................... 259
)yUPXODV~WHLVSDUDFiOFXORVHPHOHWULFLGDGH....................................................................... 259
APÊNDICE E...................................................................................................... 261
Serviços de manutenção e reparos ......................................................................................
0DQXWHQomRGLiULD.........................................................................................................
Manutenção semanal....................................................................................................
Manutenção mensal......................................................................................................
Manutenção semestral..................................................................................................
Manutenção anual.........................................................................................................
261
261
261
261
262
262
APÊNDICE F...................................................................................................... 263
1RUPDVH3DGU}HV................................................................................................................ 263
Normas de produtos relacionados ................................................................................ 263
0RGL¿FDomRGHSURGXWRV ............................................................................................... 263
APÊNDICE G ..................................................................................................... 265
*ORVViULR............................................................................................................................... 265
APÊNDICE H ..................................................................................................... 277
Lista de Figuras .....................................................................................................................277
APÊNDICE I ....................................................................................................... 281
Lista de Tabelas .....................................................................................................................281
ÍNDICE GERAL
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
v
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Página deixada intencionalmente em branco
ÍNDICE GERAL
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 1
1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................. 7
Descritivo ..................................................................................................................................
Sobre este manual....................................................................................................................
Manuais de aplicação relacionados..........................................................................................
Segurança ................................................................................................................................
CAPÍTULO 1
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
7
7
8
8
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Página deixada intencionalmente em branco
CAPÍTULO 1
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
1 INTRODUÇÃO
Descritivo
Sobre este manual
O mundo vem se tornando progressivamente dependente
da eletricidade. O fornecimento de energia elétrica é crítico
para, praticamente, todos os setores de atividade e um fornecimento confiável de energia elétrica é vital para um número
crescente de aplicações. Instalações tais como grandes
edifícios de escritórios, indústrias, assim como, instalações
de serviços de telecomunicações, centros de informação e
provedores de serviços de internet dependem da disponibilidade da energia elétrica 24 horas por dia, sete dias por
semana, sem interrupções. Esta necessidade também é
conseqüência do número crescente de computadores utilizados no processamento de dados, controle de processos,
sistemas de suporte à vida e comunicações globais - que
dependem de um fluxo contínuo e ininterrupto de energia
elétrica. Além das questões relativas à confiabilidade, existem
os incentivos ao crescimento econômico que favorecem a
instalação local de grupos motor-gerador. Como resultado,
os grupos motor-gerador são, rotineiramente, incluídos nos
projetos de construção de novos edifícios, bem como, nos
projetos de reforma. Estes equipamentos fornecem energia
de emergência na eventualidade de alguma falha no fornecimento de energia pela concessionária de energia elétrica, e,
também, podem ser utilizados para reduzir o custo da eletricidade quando o valor das tarifas ou a política da concessionária local de energia elétrica fazem com que o uso de uma
fonte alternativa seja uma opção atraente. Devido à sua
importancia, os grupos geradores devem ser selecionados
e utilizados de modo a fornecer um suprimento de energia
elétrica confiável, de qualidade, e, na quantidade necessária.
Este manual descreve as especificações e a aplicação de
grupos motor-gerador estacionários a diesel, ou por ignição a
vela, e arrefecidos a água - denominados aqui “grupos geradores”.
Este manual é composto por sete seções principais: “Projeto
Preliminar”, “Impacto da Carga Elétrica no Dimensionamento
do Gerador”, “Seleção do Equipamento”, “Projeto Elétrico”,
Projeto Mecânico” e “Apêndice”.
Tanto em comunidades distantes, não servidas por uma rede
comercial de energia elétrica, quanto em locais onde, por
alguma razão, a rede comercial de energia elétrica esteja
inacessível por longos períodos, o fornecimento de energia
elétrica “Prime” torna-se uma necessidade, e não um luxo,
para muitos usuários.
Qualquer que seja o uso a que se destina o fornecimento local
de energia elétrica, a confiabilidade do serviço fornecido pelos
equipamentos locais, seu desempenho e o seu custo; são
as principais fatores a serem considerados pelos usuários.
O objetivo deste manual é proporcionar, aos projetistas de
sistemas e de instalações elétricas, um guia para a escolha
dos equipamentos mais adequados para uma determinada
instalação, bem como, diretrizes para o projeto da instalação,
de modo que sejam atendidas todas as necessidades.
A seção “Projeto Preliminar” apresenta as considerações
iniciais para o projeto de um grupo gerador. Os requisitos do
equipamento e da instalação variam dependendo dos motivos
para o uso do grupo gerador. Ao se fazer um projeto para a
instalação de um grupo gerador, a revisão e o conhecimento
destes motivos será útil como um ponto de partida para o
projeto do sistema e para a escolha dos equipamentos.
A seção “Impacto da Carga Elétrica no Dimensionamento
do Gerador” apresenta os diversos tipos de carga e sua
influência no dimensionamento do grupo gerador, em sua
operação e na escolha dos equipamentos. Também é
apresentada uma discussão sobre a seqüência de conexão
das cargas ao grupo gerador.
A seção “Seleção do Equipamento” descreve os principais
componentes de um grupo gerador e dos equipamentos
associados, suas funções e inter-relações, e, os critérios
para a sua escolha. São apresentadas as características
funcionais, os critérios para a escolha e os equipamentos
opcionais necessários.
A seção “Projeto Elétrico” descreve o projeto de instalação
do gerador e dos sistemas elétricos associados, sua interconexão com os sistemas existentes no local da instalação,
assim como, tópicos sobre a proteção da carga e do gerador.
O projeto elétrico e o planejamento do sistema local de geração
de energia elétrica, são fundamentais para o funcionamento
correto e a confiabilidade do sistema.
A seção “Projeto Mecânico” descreve o projeto de instalação
do grupo gerador, dos sistemas mecânicos associados sua
interconexão com os sistemas existentes no local da instalação.
O projeto mecânico e o planejamento do sistema local de
geração de energia elétrica, são fundamentais para o funcionamento correto e a confiabilidade do sistema. Os tópicos
incluem discusões sobre fundações e montagens, sistemas
de escape, sistemas de arrefecimento, sistemas de combustível, redução dos níveis de ruídos, proteção contra incêndios
e sobre o recinto do equipamento.
1 INTRODUÇÃO
7
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
O “Apêndice” apresenta diversos tópicos úteis como um
descritivo do software de dimensionamento GenSize™ e
sobre o conteúdo da ferramenta Power Suite. Também
apresenta uma discussão sobre o procedimento de partida
de motores utilizando uma tensão reduzida, assim como,
referências úteis para as tensões utilizadas no mundo todo,
questões sobre manutenção, fórmulas, referências sobre
Normas Técnicas e Padrões, e, um glossário.
Este manual descreve a aplicação de grupos geradores
estacionários. Este manual não inclui qualquer descritivo
sobre o uso de grupos de geradores comerciais estacionários
em aplicações “itinerantes” (ou seja, a instalação e uso de
grupos geradores sobre um chassis móvel, carroceria,trailer,
etc.) pois os equipamentos apresentados neste manual não
foram projetados para este tipo de aplicação. A Cummins
Power Generation (CPG) não aprova qualquer aplicação
“itinerante” de seus grupos geradores comerciais. As únicas
aplicações aprovadas são aquelas para as quais os grupos
geradores foram especificamente projetados e testados pela
Cummins Power Generation (CPG). Caso os distribuidores,
ou clientes, desejem utilizar grupos geradores comerciais
estacionários em aplicações “itinerantes”, deverão fazê-lo
somente após uma extensa análise, testes, e uma
notificação clara e inequívoca ao cliente final sobre possíveis
conseqüências deste tipo de aplicação para a vida útil do
grupo gerador. A Cummins Power Generation (CPG) não
garante que as características do produto são adequadas
e suficientes para as aplicações “itinerantes” e, portanto,
cada cliente deve ser avisado sobre isso. Cada cliente é
responsável pelos projetos de instalação e utilização de
seus próprios equipamentos.
Manuais de aplicação relacionados
Cada instalação de um grupo gerador requer a utilização
de um equipamento de transferência de energia, seja(m)
ele(s) chave(s) comutadora(s) ou chave(s) de paralelismo.
O equipamento correto de trabalho e sua correta aplicação
são fundamentais para sua operação confiável e segura. Os
manuais de aplicação da Cummins Power Generation (CPG)
englobam aspectos relacionados aos sistemas de energia
“standby” e “de emergência”. Como estes manuais apresentam
temas relevantes que devem ser levados em conta desde
as primeiras tomadas de decisão no início do processo do
projeto, eles deverão ser analisados em conjunto com este
documento.
Manual de Aplicação T-011 – Sistemas de Transferência Automática de Energia. Muitas aplicações práticas utilizam diversas
fontes diferentes de energia para aumentar a confiabilidade
do sistema de energia elétrica. Freqüentemente, estas fontes
incluem tanto o serviço da concessionária de energia (fonte
principal), quanto o serviço de grupo gerador para cargas
críticas. O manual T-011 apresenta vários tipos de sistemas
de transferência de energia disponíveis e considerações sobre
seus usos. A avaliaçao criteriosa do uso de um sistema de
comutação de energia já no início de um projeto permitirá
aos responsáveis pelo projeto escolher o serviço mais interessante economicamente e mais confiável para o usuário da
energia elétrica.
Manual de Aplicação T-016 – Paralelismo e Chave Seletora
de Paralelismo. O equipamento de paralelismo permite que
dois ou mais grupos geradores funcionem como um grande
grupo gerador. Isto pode ser economicamente vantajoso,
especialmente, quando a carga total for maior que 1000kW.
A decisão sobre o uso de grupos geradores em paralelo deve
ser tomada desde as etapas iniciais do projeto, principalmente
se o espaço e as necessidades de futuras expansões forem
fatores críticos.
Segurança
A segurança deve ser uma das principais preocupações do
responsável pelo projeto. A segurança envolve dois aspectos:
a operação segura do próprio grupo gerador (e seus acessórios)
e a operação confiável do sistema. A operação confiável do
sistema está frequentemente relacionada com a segurança
porque os equipamentos que afetam a vida e a saúde de
indivíduos (tais como, como sistemas de terapia intensiva
em hospitais, iluminação de saídas de emergência, ventilação de edifícios, elevadores, bombas de combate a incêndios,
segurança e comunicações) geralmente dependem de um
grupo gerador.
Consulte a seção “Referências Técnicas” para informações
mais detalhas sobre normas técnicas para instalações elétricas
e de combate à incêndios, válidas para a América do Norte,
América Central e Europa. As normas técnicas são revisadas
periodicamente, exigindo que haja uma atualização contínua.
A conformidade com todas as normas aplicáveis é responsabilidade do engenheiro encarregado do projeto de instalação.
Por exemplo, alguns locais podem ser exigidos certificados
de conformidade com as normas em vigor, alvará de zoneamento, alvará do edifício ou outro certificado local específico.
Verifique todas as licenças necessárias, junto às autoridades
governamentais locais, logo no início do processo de planejamento.
NOTA: Embora as informações contidas neste manual e nos manuais
relacionados sejam precisas e úteis, nada substitui o discernimento de
um profissional de projetos qualificado e experiente. O usuário final
deve determinar se o grupo gerador selecionado e o sistema de
emergência/standby são corretos para sua aplicação.
1 INTRODUÇÃO
8
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 2
2 – PROJETO PRELIMINAR ................................................................................. 9
Descritivo .................................................................................................................................. 9
Requisitos de energia ............................................................................................................... 9
Requisitos gerais............................................................................................................... 9
5HTXLVLWRVHVSHFt¿FRV ...................................................................................................... 9
7LSRVH&ODVVL¿FDo}HVGH6LVWHPDV.................................................................................. 9
6LVWHPDVGHHPHUJrQFLDV ....................................................................................... 10
6LVWHPDVGHHQHUJLD³VWDQGE\´H[LJLGRVSRUOHL....................................................... 10
6LVWHPDVGHHQHUJLD³VWDQGE\´RSFLRQDLV................................................................ 10
(QHUJLD³3ULPH´ ....................................................................................................... 10
2SHUDomRGXUDQWHSLFRVGHFRQVXPRGHHQHUJLD.................................................... 10
Redução de custos.................................................................................................. 10
&DUJDEiVLFDFRQWtQXD............................................................................................. 10
Co-geração de energia............................................................................................ 10
'LDJUDPDHOpWULFR³XQL¿OLDU´..................................................................................................... 11
'LUHWUL]HVSDUDFODVVL¿FDomRGHJUXSRVJHUDGRUHVSRWrQFLD................................................. 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD6WDQGE\´ ..................................................................................... 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD3ULPH´......................................................................................... 12
(QHUJLD3ULPHFRPWHPSRLOLPLWDGRGHIXQFLRQDPHQWR ........................................... 12
(QHUJLD3ULPHFRPWHPSRGHIXQFLRQDPHQWROLPLWDGR ............................................ 12
&ODVVL¿FDomR³(QHUJLDGH&DUJD%iVLFD´&ODVVL¿FDomR³(QHUJLD&RQWtQXD´................ 13
'LPHQVLRQDPHQWR................................................................................................................... 15
&RQVLGHUDo}HV/RFDOGDLQVWDODomR...................................................................................... 15
&RQVLGHUDo}HV,QVWDODomRHPORFDOH[WHUQR ................................................................. 15
&RQVLGHUDo}HV,QVWDODomRHPORFDOLQWHUQR ...................................................................16
&RQVLGHUDo}HVVREUHDHVFROKDGRFRPEXVWtYHO ..................................................................... 18
&RPEXVWtYHO'LHVHO ......................................................................................................... 18
%LRGLHVHOFRPEXVWtYHO ..................................................................................................... 18
*iVQDWXUDO...................................................................................................................... 19
*/3*iV/LTXHIHLWRGH3HWUyOHR ................................................................................... 19
Gasolina .......................................................................................................................... 19
$OWHUQDWLYDVGHFRPEXVWtYHOHPVXEVWLWXLomRDRGLHVHO' ............................................ 19
&RQVLGHUDo}HV$PELHQWDLV ..................................................................................................... 20
Ruídos e Controle de Ruídos.......................................................................................... 20
/HJLVODomRHQRUPDVWpFQLFDVVREUHUXtGRV.................................................................... 20
1RUPDVVREUHHPLVV}HVGHHVFDSHGHPRWRUHV............................................................. 20
1RUPDVWpFQLFDVSDUDRDUPD]HQDPHQWRGHFRPEXVWtYHLV ............................................. 21
3URWHomRFRQWUDLQFrQGLRV............................................................................................... 21
/LVWDGH9HUL¿FDomRGR3URMHWR3UHOLPLQDU....................................................... 22
CAPÍTULO 2
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7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Página deixada intencionalmente em branco
CAPÍTULO 2
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
2 PROJETO PRELIMINAR
Descritivo
O projeto de instalação de um grupo gerador exige uma série
de avaliações a respeito dos requisitos dos equipamentos
e sua instalação. Estes requisitos variam dependendo dos
motivos para a instalação do grupo gerador. Uma avaliação
e a clara compreensão destes motivos representam um
ponto de partida adequado para o projeto do sistema e a
escolha correta dos equipamentos.
Energia para sistemas de controle: Energia para o controle
de caldeiras, compressores de ar e outros equipamentos
utilizados um tarefas críticas.
Transporte: Elevadores para uso pelo corpo de bombeiros.
Sistemas mecânicos: Exaustão de fumaça e controle ventiladores de pressurização, tratamento de águas servidas, etc.
Aquecimento: Aquecimento em processos críticos.
Refrigeração: Bancos de sangue, armazenamento de alimentos, etc.
Requisitos de energia
Produção: Energia para processos críticos em laboratórios,
processos de produção na indústria farmacêutica, etc.
Requisitos gerais
A necessidade de geração local de eletricidade “de emergência” ou “standby”, em geral, é definida pela obrigatoriedade
de atender aos requisitos de normas técnicas para instalações prediais e/ou o risco de perdas financeiras que podem
resultar da falta de energia elétrica.
A obrigatoriedade para instalações de sistemas de energia
“de emergência” ou “standby” decorrem dos requisitos estabelecidos nas normas técnicas para instalações prediais,
definidos por autoridades federais, estaduais, municipais
ou quaisquer outras autoridades governamentais. Um dos
principais motivos destas normas para instalações prediais
é assegurar a integridade física e a vida de terceiros em
situações decorrentes de falhas no fornecimento de energia.
As instalações “voluntárias” de energia “standby” por razões
de economia, normalmente, são justificadas por uma redução
no risco da interrupção de serviços, perdas de dados ou outros
ativos valiosos. Tanto as instalações “obrigatórias” como as
“voluntárias” de sistemas para geração local de energia
podem ser justificadas pela redução nos preços em relação
à energia elétrica oferecida pela concessionária local de
energia, todavia, a observância das normas existentes para
assegurar a integridade física e a vida de terceiros devem
ter prioridade. Para tanto, deve-se dimensionar adequadamente a capacidade do gerador, e, assegurar o projeto
adequado para os sistemas de transferência de carga.
Requisitos específicos
A necessidade da instalação de um sistema de geração local
de energia elétrica resulta de uma grande variedade de requisitos
específicos. Veja abaixo alguns destes requisitos:
Iluminação: Iluminação de saídas de emergência, sinais luminosos de saída, iluminação de segurança, luzes de advertência, iluminação da sala de operação, iluminação interna
de elevadores, iluminação da sala do gerador, etc.
Refrigeração de ambientes: Refrigeração de salas com
equipamentos de computação, refrigeração e/ou aquecimento
para pessoas que requerem cuidados especiais, ventilação
de locais onde hajam produtos químicos perigosos, ventilação
de locais onde hajam poluentes ou risco de contaminação
biológica, etc.
Proteção contra incêndios: Bombas para combate à incêndios,
bombas auxiliares, sistemas de alarme e sinalização.
Processamento de dados: Sistemas UPS e refrigeração
para evitar a perda de dados, perda de sistemas de memória,
danos à programas de computador.
Suporte à vida: Hospitais, enfermarias e outras instalações
similares.
Sistemas de comunicações: Serviços telefônicos de emergência, como polícia e corpo de bombeiros, sistemas de
antenas de telecomunicações em edifícios públicos, etc.
Sistemas de sinalização: Controle de tráfego ferroviário,
marítimo e aeronáutico.
Tipos e Classificações de Sistemas
Os sistemas de geração local de energia podem ser classificados conforme o tipo e classe do equipamento de geração.
Um equipamento pode ser classificado como “Standby”,
“Prime” ou “Contínuo”, se utilizado para geração de energia
“standby”, “prime” ou “contínua”, respectivamente. É muito
importante compreender como são definições as classificações para a aplicação do equipamento. Para maiores
informações, consulte a seção “Diretrizes de Classificação
de Energia de Grupos Geradores” mais adiante. O tipo do
sistema de geração, e a escolha da classificação mais
apropriada a ser utilizada dependem do tipo de aplicação.
Consulte a Tabela 2-1 e os descritivos a seguir.
2 PROJETO PRELIMINAR
9
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas de energia “standby” exigidos por lei: Em geral, os
sistemas de energia “standby”, exigidos por lei, são instalados por imposição dos departamentos de segurança pública.
Estes sistemas normalmente destinam-se ao fornecimento
de energia e iluminação por curtos períodos de tempo, onde
necessário, para evitar acidentes ou facilitar as operações de
combate a incêndios. Em geral, as exigências normativas
especificam o equipamento e a carga mínima necessários.
Sistemas de energia “standby” opcionais: Em geral, os sistemas
“standby opcionais” são instalados onde a segurança não
é um fator fundamental, entretanto, a falta de energia pode
causar perdas de negócios, perdas de receita, interrupção de
processos críticos, causar inconveniências ou desconfortos.
Estes sistemas, normalmente, são instalados em centros de
processamento de dados, fazendas, edifícios comerciais/
industriais e residências. O proprietário do sistema pode
selecionar as cargas a serem conectadas ao sistema.
Além de proporcionar uma fonte de energia “standby” nos
casos em que ocorre a de falta no fornecimento de energia
pela rede pública de eletricidade, os sistemas de geração
local também são utilizados para os seguintes objetivos:
Energia “Prime”: Os sistemas de energia “prime” utilizam a
geração local de energia ao invés de utilizar a energia fornecida pela rede pública em áreas onde os serviços da empresa
distribuidora de energia não estejam disponíveis. Um sistema
simples de energia “prime” utiliza pelo menos dois grupos
geradores e uma chave comutadora para transferir a energia
para as cargas conectadas a eles. Um dos grupos geradores
funciona continuamente, com uma carga variável, enquanto
o outro serve como reserva para o caso de eventuais quedas
de energia, bem como, para permitir o desligamento do primeiro grupo gerador para trabalhos de manutenção. É possível utilizar um relógio (temporizador) na chave comutadora
para efetuar a alternância entre os grupos geradores em
intervalos de tempo predeterminados.
Operação durante picos de consumo de energia: Este tipo
de instalação permite que se use a geração local de energia
elétrica durante os picos de consumo, de modo a reduzir ou
nivelar o consumo da eletricidade proveniente da rede pública
durante estes períodos, com o objetivo de economizar dinheiro
durante os picos de demanda de energia. Este tipo de sistema
precisa de um controlador que dê a partida e acione o grupo
gerador local nos momentos apropriados, para nivelar os
picos de demanda do usuário. Os geradores instalados para
produzir energia “standby” também podem ser usados para
esta finalidade.
Redução de custos: As instalações para a redução de custos
no consumo de energia utilizam a geração local de energia
elétrica em conformidade com os contratos de preços de
energia mantidos com a empresa distribuidora de energia
elétrica. Geralmente, em troca de preços mais favoráveis para
a energia da rede pública, o usuário concorda em utilizar os
geradores e contrata uma quantidade específica de carga (kW)
por períodos de tempo determinados pela concessionária.
E, normalmente, não podendo exceder um determinado limite
de horas por ano. A geração instalada para fins de energia
“standby” também pode ser utilizada para redução de custos.
Carga básica contínua: As instalações para fornecimento de
uma “carga básica contínua” utilizam a geração local de energia
elétrica para um consumo constante de potência (kW). Em
geral, estas instalações são de propriedade das empresas
de distribuição energia elétrica ou estão sob seu controle.
Co-geração de energia: Freqüentemente, os equipamentos
para geração de uma “carga básica contínua” podem ter seu
uso extendido para uma modalidade denominada co-geração.
Em termos mais simples, a co-geração corresponde ao uso
simultâneo da energia elétrica produzida em um grupo gerador,
assim como, o uso do calor irradiado pelo escapamento.
O calor irradiado pelo escapamento (que é normalmente
desperdiçado) é recapturado e utilizado diretamente para
aquecimento, ou então, é convertido em eletricidade.
Classificação do Grupo Gerador
Tipo de Sistema
Sistemas de emergência: Em geral, os sistemas de emergência são instalados, por imposição legal, e em conformidade com as diretrizes estabelecidas pelos departamentos
de segurança pública. Normalmente eles se destinam ao fornecimento de energia e iluminação durante curtos períodos
de tempo, com os três seguintes propósitos: permitir a evacuação segura de edifícios, evitar que falte energia elétrica
para sistemas de suporte à vida e equipamentos para pessoas
que requerem cuidados especiais, e evitar que falte energia
elétrica para sistemas críticos de telecomunicações e em
locais usados por serviços de segurança pública. Em geral,
requisitos estabelecidos em normas técnicas especificam
o equipamento e a carga mínima necessários.
Standby
Prime
Contínua
Emergência
Energia Prime
Carga Básica
Standby
legalmente
exigidos
Corte de Pico
Co-geração
Standby
Opcional
Redução
de Custos
Tabela 2-1. Classificação e tipos de sistemas
2 PROJETO PRELIMINAR
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
TRANSFORMADOR
DA REDE ELÉTRICA
GRUPO
GERADOR DE
EMERGÊNCIA
DISJUNTOR
DE REDE
DISJUNTOR
(SE NECESSÁRIO)
DISJUNTORES
DE DISTRIBUIÇÃO
PARA CARGAS NÃO EMERGENCIAIS
PAINEL DE
DISTRIBUIÇÃO NORMAL
PAINEL DE DISTRIBUIÇÃO
DE EMERGÊNCIA
CHAVES DE
TRANSFERÊNCIA
PARA CARGAS DE EMERGÊNCIA
Figura 2-1. Típico diagrama unifilar para um sistema de distribuição de energia elétrica
Diagrama elétrico “unifilar”
Um diagrama elétrico unifilar é um recurso importante para
se entender o sistema e o arranjo das conexões elétricas.
Ele pode ser especialmente importante para transmitir
informações durante o planejamento, a instalação, a partida
inicial e/ou a manutenção do sistema. Estes diagramas
evidenciam os principais componentes tais como geradores,
equipamentos de comutação de energia, relés de proteção,
proteção contra sobrecorrentes e o esquema geral de conexões.
Um diagrama unifilar para a instalação elétrica deve ser
definido o quanto antes possível, durante o planejamento da
instalação, para auxiliar no projeto do sistema. A Figura 2-1
apresenta um típico diagrama unifilar para um sistema básico
de geração de energia.
2 PROJETO PRELIMINAR
11
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Diretrizes para classificação de
grupos geradores (potência)
A classificação de um grupo gerador (segundo sua potência
nominal) é especificada pelo fabricante1. Esta classificação
estabelece as condições de carga máxima permitida para
um grupo gerador. O grupo gerador apresentará um desempenho e uma vida vida útil (tempo entre revisões) adequados
sempre que usado de acordo com a sua classificação. Além
disso, é importante fazer com que um grupo gerador seja
utilizado para alimentar a sua carga mínima necessária, de
modo a atingir sua temperatura normal de funcionamento e
a sua taxa normal de consumo do combustível. A Cummins
Power Generation recomenda que um grupo gerador funcione
com, pelo menos, 30% da classificação indicada na sua
plaqueta de identificação.
Os tópicos a seguir descrevem as várias classificações
utilizadas pela Cummins Power Generation. As Figuras
2-2 até 2-5 apresentam os níveis de carga (P1, P2, P3, etc.)
e os intervalos de tempo permitidos (T1, T2, T3, etc.) para
cada um destes níveis conforme as várias classificações.
Classificação “Energia Standby”
A classificação “Energia Standby” é usada para definir aplicações de emergência onde a energia é fornecida durante uma
interrupção no fornecimento pela fonte de energia usual (rede
pública de energia). Para esta classificação, não se admite
qualquer valor para capacidade de sobrecarga sustentada
(Equivalente à Energia de Parada por Falta de Combustível de
acordo com as normas ISO3046, AS2789, DIN6271 e BS5514).
Esta classificação é aplicada apenas para instalações
servidas por uma fonte usual e confiável de energia e cargas
variáveis que apresentem um fator médio de consumo de
carga correspondente à 80% da classificação “standby”
durante um período de tempo máximo de 200 horas de operação por ano, ou, por um período de tempo máximo de 25 horas
por ano, com consumo de carga correspondente à 100% de
sua classificação “standby”.
Em instalações nas quais há grande probabilidade do tempo
de operação exceder 200 horas por ano com carga variável,
ou, 25 horas por ano com um consumo de carga correspondente à 100% da classificação nominal, deve-se aplicar a
classificação “Energia Prime”.
A classificação “Energia Standby” é utilizada somente para
definir aplicações “de emergência” e “standby”, nas quais o
grupo gerador serve como uma reserva (“backup”) para a fonte
usual de energia. Para esta classificação, não é permitida
qualquer operação sustentada em paralelo com a fonte usual
de energia.
Para aplicações que exigem operação sustentada em paralelo com a fonte usual de energia, devem ser utilizadas as
classificações “Energia Prime” ou “Carga Básica”.
Classificação “Energia Prime”.
A classificação “Energia Prime” é usada para definir as situações nas quais o fornecimento de energia elétrica pelo grupo
gerador substitui a energia adquirida da empresa distribuidora. O número de horas de operação permitido por ano é
“ilimitado” para aplicações com “carga variável”, porém, é
“limitado” para aplicações com “carga constante”, conforme
descrito abaixo. (Equivalente da classificação “Energia Prime”
de acordo com a norma ISO8528 e da classificação “Energia
de Sobrecarga” de acordo com as normas ISO3046, AS2789,
DIN6271 e BS5514.)
“Energia Prime” com tempo ilimitado de
funcionamento.
A classificação do tipo “Energia Prime” permite que o grupo
gerador esteja disponível por um número “ilimitado” de horas
de operação, ao ano, em aplicações com “carga variável”.
Aplicações que exijam qualquer operação em paralelo com
a fonte usual de energia, com carga constante, estão sujeitas
à limitações de tempo de funcionamento. Em aplicações
com carga variável, o fator de carga médio não deve exceder
70% da Classificação de “Energia Prime”. Uma capacidade de
sobrecarga de 10%, é admissível, por um período máximo
de 1 hora para cada de um período de 12 horas de operação,
porém, não deverá exceder 25 horas ao ano. O tempo total de
operação na classificação “Energia Prime” não deve exceder
500 horas por ano.
“Energia Prime” com tempo de funcionamento
limitado.
A classificação do tipo “Energia Prime” permite que o grupo
gerador esteja disponível por um número “limitado” de horas
de operação, ao ano, em aplicações com “carga constante”,
tais como, energia interrompível, redução de carga, corte de
pico e outras aplicações que, em geral, envolvem a operação
em paralelo com a fonte usual de energia. Os grupos geradores podem operar em paralelo com a fonte usual de energia durante até 750 horas por ano, em valores de potência que
não excedam a classificação de “Energia Prime”. Deve-se
ressaltar que a vida útil do motor será reduzida caso seja
utilizado de modo constante para alimentar altos valores de
carga. Qualquer aplicação que exija mais de 750 horas de
operação por ano conforme os parâmetros da classificação
“Energia Prime”, deverá, ao invés disso, utilizar a classificação “Energia de Carga Básica”.
1) As classificações para grupos geradores da Cummins Power
Generation são publicadas no pacote de software Power Suite.
2 PROJETO PRELIMINAR
12
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ENERGIA MÉDIA =
(P 1 x T1 ) + (P2 x T2 ) + (P3 x T3 ) + (P4 x T4 ) + (P5 xT 5 ) + (P6 x T6 ) + ... + (P n x Tn )
T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 + T 6 + ... + T n
CLASSIFICAÇÃO DE
ENERGIA STANDBY 100%
ENERGIA MÉDIA
MÁXIMA PERMITIDA 70%
P1
P2
T1
T2
P3
Ts
P4
T3
T4
P5
P6
T5
T6
Ts
Ts
TEMPO
NOTAS:
I O tempo total de funcionamento (T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6 + ... + Tn) não deve exceder 200 horas.
II Não considere os períodos de inatividade (TS).
III Não há recurso de sobrecarga.
Figura 2-2. Classificação “Energia Standby”
ENERGIA MÉDIA =
(P 1 x T1 ) + (P2 x T2 ) + (P3 x T3 ) + (P4 x T4 ) + (P5 xT 5 ) + (P6 x T6 ) + ... + (P n x Tn )
T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 + T 6 + ... + T n
CLASSIFICAÇÃO DE
SOBRECARGA MÁXIMA 110%
CLASSIFICAÇÃO DE
ENERGIA PRIME 100%
ENERGIA MÉDIA
MÁXIMA PERMITIDA 70%
ENERGIA MÍNIMA
RECOMENDADA 30%
P1
P2
T1
T2
Ts
P3
P4
P5
P6
T3
T4
T5
T6
Ts
TEMPO
NOTAS:
I Considere cargas de menos de 30% como 30% (P5).
II Não considere os períodos de inatividade (TS)
III O número total de horas por ano na ou acima da Classificação de Energia Prime (P3 e P3) não deve
exceder 500 horas.
Figura 2-3. “Energia Prime”, funcionamento por tempo ilimitado
2 PROJETO PRELIMINAR
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CLASSIFICAÇÃO DE
ENERGIA PRIME 100%
P1
T1
P2
Ts
T2
P4
P3
Ts
T3
Ts
T4
Ts
TEMPO
NOTAS:
I O tempo total de funcionamento (T1 + T2 + T3 + T4 + ... + Tn) não deve exceder 750 horas.
II Não considere os períodos de inatividade (TS).
III A capacidade de sobrecarga máxima não é permitida para a classificação de energia Prime
de tempo de funcionamento limitado.
Figura 2-4. “Energia Prime”, funcionamento por tempo limitado
CLASSIFICAÇÃO DE
ENERGIA DE CARGA
BÁSICA 100%
P
T
Ts
T
TEMPO
Ts
T
NOTAS:
I O tempo TS denota inatividade programada regularmente para manutenção.
II Nenhuma capacidade de sobrecarga permitida para a classificação de carga básica.
Figura 2-5. Classificação “Energia de Carga Básica”
Classificação “Energia de Carga Básica”
(Classificação “Energia Contínua”)
A classificação “Energia de Carga Básica” aplica-se ao fornecimento contínuo de energia para uma carga de até 100%
da classificação básica, por um número ilimitado de horas.
Não é especificada qualquer capacidade de sobrecarga sustentada disponível para esta classificação. (Equivalente à
“Energia Contínua” de acordo com as normas ISO8528,
ISO3046, AS2789, DIN6271 e BS5514). Esta classificação
aplica-se para a operação de carga básica pela fonte usual
de energia. Neste tipo de aplicação, os grupos geradores são
conectados em paralelo com a fonte usual de energia e
trabalham sob carga constante por longos períodos de tempo.
2 PROJETO PRELIMINAR
14
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Dimensionamento
Considerações - Local da instalação
Com o propósito de orçar os custos do projeto, é essencial,
fazer um levantamento razoavelmente preciso de todas as
cargas, o mais cedo possível. Caso todas as informações
sobre os equipamentos (as cargas) não estiverem disponíveis
desde o início do projeto, será preciso fazer estimativas e
suposições para os cálculos do dimensionamento inicial.
Esses cálculos deverão ser refeitos à medida que sejam
obtidas informações mais precisas. Grandes cargas, tais
como, motores, sistemas de fornecimento ininterrupto de
energia (UPS), acionadores de freqüência variável (VFD),
bombas de água para combate a incêndios e equipamentos
de diagnóstico por imagem têm uma importância considerável no dimensionamento do grupo gerador e devem ser
avaliadas com atenção.
Uma das primeiras decisões referentes ao projeto será determinar se o grupo gerador ficará localizado dentro ou fora de
uma construção (edifício), em um abrigo ou em gabinete
carenado.
Especificações técnicas “precisas” sobre o desempenho de
transiente, queda de tensão/freqüência e tempos de retomada, durante a partida de motores (carga), assim como,
sobre a aceitação de carga em blocos também têm uma
importância considerável no dimensionamento. Consulte a
seção 3, “A Influência das Cargas Elétricas no Dimensionamento do Grupo Gerador”, neste manual, para maiores
informações sobre os cálculos de dimensionamento e as
informações necessárias sobre os diferentes tipos de carga.
• Ramificações dos circuitos para aquecedores de líquido
Para permitir algumas estimativas preliminares, devem ser
utilizadas algumas regras básicas:
• Motores - 1/2 HP por kW.
∅ e 6 pulsos,
• UPS - 40% de superdimensionamento para 1∅
ou 15% de superdimensionamento para 6 pulsos com
filtros de entrada e UPS de 12 pulsos.
• VFD - 100% de superdimensionamento exceto para
modulação de largura de pulso, e então 40% de superdimensionamento.
Durante a conexão das cargas ao grupo gerador, é recomendável que elas sejam conectadas em etapas, divididas em
agrupamentos ou blocos de carga. Este procedimento poderá
exigir menos esforço do grupo gerador e não exigirá um
equipamento superdimensionado. O uso de várias chaves
comutadoras ou de algum outro dispositivo (relés de retardo
de tempo, PLC, etc.) será necessário para que a tensão e
a freqüência do grupo gerador se estabilizem entre as
etapas de conexão dos blocos de carga.
Dependendo do valor da carga total (geralmente acima de
500 kW), pode ser vantajoso o uso de grupos geradores
conectados em paralelo. Embora tecnicamente exeqüível,
o uso de grupos geradores em paralelo não é economicamente aconselhável quando a carga total for menor ou igual
a 300 kW.
O custo total e a facilidade da instalação do sistema de energia
elétrica dependem do planejamento e da localização física
de todos os elementos do sistema - grupo gerador, tanques
de combustível, dutos e venezianas de ventilação, acessórios,
etc. Considere os seguintes fatores tanto para a instalação
interna quanto externa:
• Montagem do grupo gerador.
• Localização do quadro de distribuição e das chaves
comutadoras de transferência.
de arrefecimento, carregador de bateria, etc.
• Segurança contra inundações, incêndios, formação
•
•
•
•
de gelo e vandalismo.
Contenção de derramamento acidental ou vazamento
de combustível ou de líquido de arrefecimento.
Possibilidade de danos simultâneos nos serviços da
fonte normal e de emergência.
Facilidade de acesso para manutenção e inspeções.
Facilidade de acesso e espaço de trabalho para grandes
reparos ou remoção/substituição de peças.
• Facilidade de acesso para teste de carga quando requerido
para manutenção, dimensionamento apropriado ou código.
Considerações - Instalação em local externo
• Emissão de ruídos e atenuação dos níveis de ruído.
Barreiras de som podem ser requeridas. Além disso, uma
distância grande entre o grupo gerador e a área sensível
a barulho diminuirá o barulho percebido. Carenagens
acústicas estão frequentemente disponíveis e podem
ser requeridos para satisfazer as necessidades dos
clientes ou regulamentações locais de barulho.
• Carenagem de proteção contra intempéries, como o
próprio nome sugere, oferece uma proteção contra
fatores climáticos, mas pode também fornecer um certo
grau de segurança para o grupo gerador, ou mesmo,
um acabamento estético para a instalação.
• Dar a partida num grupo gerador, fazê-lo aceitar carga,
dentro de intervalos de tempo específicos, e, em baixas
temperaturas ambientes pode representar um problema.
Sistemas de emergência definidos por normas técnicas
exigem que a temperatura ambiente ao redor do grupo
gerador seja mantida em níveis adequados. Exemplo
disso é a norma NFPA110, que requer uma temperatura
mínima de 40°F (4°C) ao redor do grupo gerador, ou a
norma CSA 282 que requer uma temperatura mínima
de 10°C (50°F).
2 PROJETO PRELIMINAR
15
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
•
•
•
•
Atender a estes requisitos de temperatura mínima em
espaço confinado (“capa justa”) ou algum outro tipo de
carenagem pode ser difícil ou mesmo impossível. Uma
carenagem com isolamento térmico ou, talvez, aquecida
pode ser necessária. Uma carenagem projetada especificamente para a redução de ruídos irá conter material
isolante, todavia, pode não fornecer o isolamento térmico
necessário. Carenagens inteiriças ou aquelas grandes
o suficiente para que se possa entrar, e trabalhar, dentro
delas; em geral, já vem equipadas com isolamento,
sistemas de venezianas motorizadas ou acionadas
pela gravidade, e mesmo aquecedores, se necessário.
Vários dispositivos auxiliares de aquecimento podem
ser necessários para dar a partida ou aceitação de carga,
mesmo que a aplicação não seja do tipo sistema de
emergência. Aquecedores para o líquido de arrefecimento, para as baterias, e mesmo para o óleo podem
ser necessários. Para maiores informações, consulte o
ítem “Dispositivos de Aquecimento Standby para Grupos
Geradores”, na seção 4, “Seleção do Equipamento”.
Condicionamento de combustível e aquecimento. Nos
locais com baixas temperaturas ambientes o óleo diesel
usado como combustível se tornará mais viscoso, tornando-se turvo, podendo entupir os filtros e bombas, ou não
fluirá adequadamente pelas tubulações. Misturas de
combustíveis são frequentemente usadas para resolver
este problema, no entanto, o aquecimento do combustível
pode ainda ser necessário para uma operação confiável.
A maresia em regiões litorâneas pode causar problemas de corrosão nos grupos geradores instalados em
carenagens de aço expostas ao ar livre, plataformas e
tanques de combustível. Considera-se uma prática apropriada de instalação o uso de uma carenagem opcional
de alumínio, quando oferecida pela CPG, devido à resistência extra contra corrosão.
Isso é considerado necessário para aplicações externas
em regiões litorâneas, ou seja, locais a menos de 60
milhas de distância do mar.
Os pontos de acesso para manutenção ou para reparos
maiores, substituição de componentes (como o radiador
ou o alternador), ou revisões, devem ser levados em
consideração durante o projeto da carenagem e na instalação do grupo gerador próximo a outros equipamentos
ou estruturas. Caso um serviço de manutenção mais
demorado seja necessário (pelos motivos de um grande
número de horas de operação ou falha/dano em algum
componente grande do grupo gerador), os pontos de
acesso serão muito importantes. Estes pontos de acesso
incluem coberturas, paredes de proteção removíveis,
distanciamento adequado das estruturas próximas, e
facilidade de acesso para os equipamentos de manutenção e reparos.
• Cercas de segurança e barreiras visuais.
• Distâncias de propriedades.
• O escapamento do motor deve ser direcionado para longe
de sistemas de ventilação ou aberturas de edifícios próximos.
• Aterramento - Podem ser necessários eletrodos e cabos
de aterramento para o equipamento (grupo gerador).
• Instalação de sistema para proteção contra raios.
Considerações - Instalação em local interno
• Recinto reservado para o gerador - Para aplicações
•
•
•
•
do tipo “Standby”, certas normas de segurança podem
exigir que a sala do gerador seja reservada exclusivamente para este propósito. Considere também o efeito
que uma grande área ventilada teria em outro equipamento instalado na mesma sala, como por exemplo um
equipamento de aquecimento do edifício.
Classificação de segurança contra incêndios para a
construção do recinto - Normalmente, as normas de
segurança especificam que o recinto do grupo gerador
tenha uma classificação de resistência ao fogo de, no
mínimo, 1 a 2 horas. Consulte as autoridades locais para
se informar sobre requisitos pertinentes.
Área de trabalho - Usualmente, o espaço livre (área de
trabalho) ao redor de equipamentos elétricos é especificada por normas técnicas. Na prática, deve haver
pelo menos 1m (3 pés) de espaço livre em torno de
cada grupo gerador. A substituição do alternador deve
ser feita sem a necessidade de remoção de todo o
conjunto ou de qualquer acessório. Além disso, o projeto
da instalação deverá prever o acesso para grandes
trabalhos (por exemplo, o recondicionamento ou substituição de componentes, como um radiador).
Tipo do sistema de arrefecimento - Recomenda-se o
uso de um radiador montado na fábrica, todavia, o ventilador
do radiador pode criar uma pressão negativa significativa dentro do recinto. As portas de acesso devem,
portanto, abrir para dentro do recinto ou possuirem
venezianas; de modo que possam ser abertas quando
o grupo gerador estiver funcionando. Consulte o ítem
“Arrefecimento do Gerador”, na seção “Projeto Mecânico”,
para as detalhes adicionais sobre o arrefecimento.
A ventilação no recinto do equipamento envolve grandes
volumes de ar. Num projeto ideal de sala, o ar é sugado
diretamente do exterior e expelido para fora, pela parede
oposta. Para configurações opcionais de arrefecimento
de grupos geradores que envolvam trocadores de calor
ou radiadores remotos, serão necessários ventiladores
para a ventilação da sala.
2 PROJETO PRELIMINAR
16
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• Escape do motor - A saída de escape do motor deverá
•
•
•
•
•
ser instalada tão alto quanto possível, e, situada num
local à favor dos ventos dominantes (ou seja, o vento deve
levar os gases de escape para longe das construções)
evitando que os gases sejam aspirados pelos sistemas
de ventilação ou entrem pelas aberturas do edifício.
Armazenamento e tubulações de combustível - As normas
de segurança locais podem especificar os métodos
de armazenamento de combustível dentro de edifícios
e restringir as quantidades armazenadas. Uma consulta
prévia ao representante local da Cummins Power Generation ou ao comando local do Corpo de Bombeiros é
recomendável. Será necessário providenciar um ponto
de acesso para o reabastecimento dos tanques de
armazenamento. Consulte o ítem “Considerações de
Escolha do Combustível”, a seguir.
Recomenda-se que o sistema de distribuição elétrica
seja provido de recursos para conectar o grupo gerador
à um banco de cargas temporário.
A instalação do grupo gerador dentro de uma construção
(edifício) deve ser feita de tal forma que permita o acesso
para a entrega e instalação do produto, assim como,
posteriormente, permita o acesso para reparos e manutenção. A localização mais lógica para um grupo gerador
dentro de um edifício, com base nestas considerações, é
no andar térreo, próximo a um estacionamento ou pista
de acesso, ou em um estacionamento aberto. Dado que
estas costumam ser áreas nobres de um edifício, caso
seja necessário outro local, lembre-se que podem ser
necessários equipamentos pesados para a descarga
e grandes trabalhos de manutenção na unidade. Além
disso, são necessárias as entregas de combustível,
de líquido de arrefecimento, de óleo, etc., em intervalos
regulares de tempo. Provavelmente, deverá ser projetado um sistema de suprimento de combustível com
tanques de abastecimento, bombas, tubulações, tanques
diários, etc., todavia, as trocas de óleo lubrificante e do
líquido de arrefecimento poderão ser dificultadas caso
tenham de ser transportados manualmente em barris
ou baldes.
As instalações sobre lajes, embora sejam comuns,
exigem um planejamento complementar e avaliações
cuidadosas sobre o projeto estrutural. As vibrações e
o armazenamento/entrega do combustível podem ser
problemáticos em instalações deste tipo.
Instalação em locais internos, em geral, requerem um
recinto exclusiva provido de estruturas à prova de fogo.
Fornecer um fluxo de ar para o interior do recinto também pode ser um problema. Em geral, não é permitido
o uso de bloqueadores de incêndio dentro dos dutos
de ventilação. O ideal é que o recinto seja construído
com duas paredes externas, opostas uma à outra, de
forma que o fluxo do ar de entrada flua sobre o grupo
gerador e seja levado para fora através da parede
oposta, no lado do radiador da unidade.
As instalações do gerador tendem a enfrentar uma
grande variedade de condições climáticas. Embora o
equipamento seja projetado para para funcionar eficazmente na maioria destas condições, existem algums
fatores a serem a serem considerados em relação às
condições climáticas adversas. Por exemplo:
Ambientes Litorâneos:
• A salinidade do ar e condensação devido à alta umidade
do ar podem exigir maior atenção.
• Aquecedores para o alternador são obrigatórios em
ambientes úmidos para manter a umidade fora. Eles
não são um acessório “exclusivo para climas frios”.
• É importante evitar o acúmulo de água (umidade condensada) ao redor do gerador. Um projeto especial de
clarabóia ou um defletor deve ser utilizado para garantir
a vida útil e o desempenho do grupo gerador.
• Consulte o ítem “Condicionamento de ambientes”,
depois da seção 4-3, neste manual.
Ambientes Áridos/Empoeirados:
• O recinto do grupo gerador deve ser mantido livre de pó
e sujeira. Partículas de areia e pó também podem
prejudicar a manutenção e o funcionamento do gerador.
Equipamentos de proteção, tais como, filtros de tela
para o sistema de ventilação do equipamento são recomendados. Isto pode prevenir os danos causados pelo
impacto de partículas de areia em alta velocidade, contra
partes do equipamentos, enquanto elas fluem sobre o
gerador e através do radiador. Note que estes filtros
aumentam a resistência ao fluxo de ar da ventilação e,
portanto, fazem com que sejam necessárias aberturas
maiores para a entrada e saída do ar no local de instalação.
O valor total da resistência ao fluxo de ar, incluindo aquela
devida aos filtros, deve permanecer abaixo da resistência
máxima permitida, listada nas informações técnicas do
grupo gerador.
• Se forem instalados filtros no sistema de ventilação,
também deve ser usado um sistema para detectar o
entupimento destes filtros. Devem ser instalados instrumentos para monitorar as condições dos filtros e detectar
eventuais entupidos. Por exemplo, podem ser instalados
indicadores de queda de pressão no sistema de ventilação
do recinto. Outras alternativas de monitoramento também
podem ser viáveis.
• Em locais empoeirados, o espaçamento entre as aletas
na colméia do radiador e o seu número de lâminas são
características importantes a serem avaliadas. Um
radiador com grande número de aletas por polegada
é inadequado para uso em locais sujos (empoeirados,
arenosos, etc). Colméias de radiador que possuam um
espaçamento muito justo entre as aletas podem acumular
resíduos e isso pode reduzir o desempenho do radiador.
2 PROJETO PRELIMINAR
17
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Um espaçamento maior permitirá que grãos de areia,
pequenas partículas de sujeira, etc. passem através
da colméia sem ficarem presos.
• O sistema de refrigeração deve ser dimensionado com
uma capacidade de refrigeração de 115% (ou seja,
superdimensionado, com 15% a mais de capacidade)
em relação ao exigido pelo grupo gerador. Isso deve
evitar a degradação do sistema. Sempre que for limpo,
conforme os métodos e com a frequência recomendados
pelo fabricante, a capacidade de 100% refrigeração
deve ser obtida facilmente. Isso é especialmente importante no caso dos grupos geradores instalados em
ambientes empoeirados/sujos.
• Todos os cuidados devem ser tomados, também, para
manter o combustível diesel livre de qualquer material
contaminante.
Altitude:
• Quanto maior a altitude, menor será a densidade do ar.
Em grandes altitudes, ou seja, locais com ar rarefeito,
a baixa densidade do ar piora o desempenho dos
motores, alternadores, sistemas de arrefecimento, etc.
Consulte os manuais técnicos do modelo específico
de grupo gerador, para obter informações mais precisas
sobre a queda no desempenho.
• Os alternadores que geram médias e altas tensões não
devem ser usados acima de determinadas altitudes para
evitar descargas elétricas do tipo “Efeito Corona”.
Entre em contato com o distribuidor local Cummins para
se informar sobre os equipamentos mais recomendadas para o seu local de trabalho.
Considerações sobre a escolha do
combustível
A escolha do tipo de combustível: gás natural, diesel ou
GLP, irá influenciar a disponibilidade e o dimensionamento
do grupo gerador. Considere os seguinte fatores:
Combustível Diesel
• O combustível diesel é recomendado para aplicações
“de emergência” e “standby”. Para obter um bom desempenho de partida e máximizar a vida útil do motor,
recomenda-se o combustível diesel ASTM D975 Grau
No. 2-D. Consulte o distribuidor do fabricante do motor
sobre o uso de outros graus de diesel combustível para
diferentes motores.
• O projeto de toda a instalação também deve incluir o
projeto de um local para o armazenamento do combustível, entretanto o tanque não deve ser grande demais.
O diesel combustível pode ser armazenado por um
período de até dois anos, por este motivo 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 adicionar um bactericida (substância para evitar
a proliferação de microorganismos no diesel) caso a
freqüência de reabastecimento seja baixa, ou, caso as
condições ambientais (como a elevada umidade do
ar) favoreçam o crescimento de microorganismos no
combustível. Os microorganismos podem obstruir os
filtros de combustível, afetar o funcionamento do motor
ou até mesmo danificá-lo.
• Climas frios - Em climas frios deve ser usado um combustível Premium de Grau 1-D quando a temperatura
ambiente estiver abaixo do ponto de congelamento.
Pode ser necessário utilizar um sistema de aquecimento
do combustível para evitar a obstrução dos filtros de
combustível quando a temperatura cair abaixo do “ponto
de névoa do combustível”: cerca de -6°C (20°F) para
combustíveis Grau 2-D, e, -26°C (-15°F) para Grau 1-D.
• As normas ambientais para controle de emissões podem
ser aplicáveis nestes casos. Consulte o ítem “Considerações Ambientais”.
Biodiesel
Os combustíveis denominados “biodiesel” são obtidos de
uma grande variedade de fontes renováveis, tais como, óleos
vegetais, gorduras animais e óleos de cozinha, etc. Em geral,
estes combustíveis são denominados Ésteres Metil-ÁcidoGraxos (FAME). Normalmente, quando usados em motores
diesel, a emissão de fumaça, a potência e a economia de
consumo são reduzidas. Embora a emissão de fumaça seja
reduzida, o efeito em outras emissões pode variar, ou seja,
pode haver a redução de alguns poluentes e o aumento de
outros. O biodiesel é um combustível alternativo, portanto,
ao se utilizar este combustível, o desempenho do motor e as
emissões de poluentes não podem ser os mesmos garantidos
pelo fabricante2.
Uma mistura dos combustíveis diesel e biodiesel, numa
proporção inferior a 5% do volume não deverá causar qualquer
problema grave. Concentrações acima de 5% podem causar
diversos problemas operacionais. A Cummins não aprova
nem desaprova o uso de misturas de combustíveis do tipo
diesel + biodiesel. Consulte a Cummins para obter maiores
informações.
2) A Cummins Power Generation não assume qualquer responsabilidade
de garantia sobre reparos ou aumento de custos decorrentes do uso
de biodiesel combustível.
2 PROJETO PRELIMINAR
18
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)
Gás natural
• Para a maioria das instalações, o armazenamento não
• A disponibilidade local de GLP deverá ser investigada
deve ser feito no local (deve-se usar gás encanado).
O gás natural pode ser uma opção econômica de combustível, contanto que esteja disponível nos valores
de fluxo e pressão exigidos para o grupo gerador.
Um suprimento de reserva de GLP combustível pode
ser necessário para sistemas de fornecimento de energia
elétrica de emergência.
O gás natural “bruto” (ou seja, captado diretamente de
sua fonte natural) pode ser utilizado por alguns grupos
geradores. Entretanto, é necessário que sejam feitas
análises deste combustível, assim como, o fabricante
do motor deve ser consultado para determinar se haverá
o despotenciamento ou se a composição deste combustível poderá causar danos ao motor devido à fraca
combustão, detonação ou corrosão.
Ocasionalmente, algumas empresas distribuidoras de
gás adicionam butano ao gás natural para manter a pressão da linha. Poderão ocorrer danos ou mesmo a detonação do motor caso se utilize gás natural aditivado com
butano. 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 geral, à temperaturas ambientes
abaixo de -7°C (20°F), os motores com ignição por vela,
conseguem dar a partida com mais facilidade e aceitam
carga mais rapidamente do que os motores diesel.
e confirmada antes de se optar por um grupo gerador
com motor movido a GLP.
• Devem ser tomadas providencias para o armazenamento local deste combustível. O GLP pode ser armazenado por tempo indefinido.
• A estabilidade de freqüência da tensão produzida por
grupos geradores que utilizam motores com ignição a
vela pode não ser tão boa quanto a dos grupos geradores que utilizam motores a diesel. Este é um fator
importante que deve ser levado em consideração no
caso da alimentação de cargas UPS.
• Para utilização em climas frios, o tanque de armazenamento de GLP deve ser dimensionado de modo a
fornecer a taxa necessária de evaporação mesmo na
mais baixa temperatura ambiente esperada. Caso isso
não seja possível, deverá ser providenciada a retirada
de líquido com um aquecedor de vaporização.
•
•
•
•
•
•
NOTA: A Cummins Power Generation não recomenda o uso de
gás natural em tubulação de alta pressão (34 kPa [5 psig] ou
mais) em edifícios.
NOTA: A Cummins Power Generation não recomenda o uso, em
edifícios, GLP líquido ou vapor, em tubulações de alta pressão
(138 kPa [20 psig] ou mais).
Gasolina
A gasolina não é um combustível adequado para grupos
geradores “standby” estacionários devido à sua volatilidade
e prazo de validade.
Alternativas de combustível em substituição ao
diesel 2-D
Em geral, os motores a diesel podem funcionar utilizando
outros tipos de combustível contanto que estes combustíveis apresentem a lubricidade aceitável. Isto será considerado 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
2 PROJETO PRELIMINAR
19
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Considerações Ambientais
Veja a seguir uma breve abordagem sobre a avaliação dos
problemas ambientais relacionados a ruídos, emissões de
poluentes pelo escape e armazenamento de combustível.
Consulte a seção “Projeto Mecânico” para maiores informações.
Ruídos e Controle de Ruídos
O controle de emissão de ruídos, se necessário, deve ser
considerado desde o início do projeto preliminar. Em geral,
os métodos de controle da emissão de ruídos resultam em
um aumento de custos considerável e também aumentam
a área física necessária para a instalação. Um grupo gerador
é uma fonte complexa de geração de ruídos, que inclui ruídos
do ventilador de arrefecimento, do motor e do escape.
A eficiência de um sistema de controle de ruídos deve levar
em conta todas essas fontes. Na maioria dos casos, os
métodos recomendados para o controle de ruídos alteram
ou redirecionam o caminho do ruído da fonte no grupo
gerador até as pessoas que o ouvem. Simplesmente utilizar
um silencioso crítico poderá ou não contribuir para reduzir
o nível do ruído em um determinado local. Como os ruídos
podem ser mais ou menos intensos em uma determinada
direção, deve-se considerar com cuidado os aspectos de
localização, orientação e distância do grupo gerador em
relação aos limites ou locais da propriedade onde os ruídos
possam ser um problema.
Legislação e normas técnicas sobre ruídos
Na América do Norte, existem regulamentações estaduais
e municipais que estabelecem os níveis máximos de ruído
para determinadas áreas. As normas municipais, em sua
maioria, definem as regulamentações sobre o nível máximo
de ruído permitido nos limites da propriedade. Veja na
Tabela 2-2 algumas regulamentações representativas sobre
o nível de ruído externo. A conformidade com as normas
ZONAS DE RUÍDOS
sobre controle de ruídos requer um conhecimento do nível
de ruído ambiental e o nível do ruído resultante com o grupo
gerador funcionando a plena carga naquele ambiente.
As normas sobre controle de ruídos também existem para
proteger a audição dos trabalhadores. As pessoas que
trabalham em salas de gerador devem usar sempre proteção
para os ouvidos enquanto um grupo gerador está
funcionando.
Normas sobre emissões de escape de motores
Os grupos geradores, independentemente da aplicação,
podem estar sujeitos às normas de controle de emissões
de escape do motor em nível local, nacional, ou ambos.
A conformidade com as normas de emissões geralmente
requer permissões especiais. Certas localidades podem ter
normas específicas exigindo o uso de motores alimentados
a gás ou estratégias de pós-tratamento dos gases de escape
para motores diesel. Ainda na fase inicial de qualquer projeto
de instalação, verifique junto ao órgão municipal de controle
da qualidade do ar as normas existentes de controle de
emissões de poluentes.
A Tabela 2-3 apresenta as emissões típicas de escape para
aplicações “fora da estrada”. Note que esses números de
emissão correspondem aos limites máximos, baseados no
teste de ciclo peso 5, e, não são representativos de emissões
para qualquer nível específico de carga. Para obter os valores
de emissões com cargas de 100%, 75%, 50% e 25%, favor
consultar o seu distribuidor. Note também que os valores
de emissão variam muito dependendo das condições do
local, tais como, temperatura, umidade relativa do ar, qualidade do combustível, etc. Pode ser necessário o uso de
fatores de correção adequados para se prever teóricamente
os valores de emissões de uma instalação a partir de dados
coletados em células de testes.
PICO
DIURNO dB(A)
PICO
NOTURNO dB(A)
CONTÍNUO
DIURNO dB(A)
CONTÍNUO
NOTURNO dB(A)
Residencial – Urbana
62
52
57
47
Residencial – Suburbana
57
47
52
42
Suburbana Muito Calma
ou Residencial Rural
52
42
47
37
Urbana – Próxima a Indústrias
67
57
62
52
Altamente Industrializada
72
62
67
57
Tabela 2-2. Níveis representativos de ruídos externos (na América do Norte).
2 PROJETO PRELIMINAR
20
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Normas técnicas para o armazenamento de combustíveis
Em muitos locais, o projeto e a instalação de tanques de armazenamento de combustíveis são controlados por normas técnicas
criadas, em geral, com dois objetivos: a proteção do meio ambiente e a proteção contra incêndios. Devido às regulamentações,
cujas obrigações e isenções variam de acordo com o local, é necessário avaliar e compreender os requisitos específicos do
local onde será feita a instalação.
Na América do Norte, as normas de proteção ambiental, em geral, são criadas pelos governos federal e estadual. Diferentes
conjuntos de normas aplicam-se a tanques de armazenamento de combustível subterrâneos e superficiais. Essas normas
técnicas aplicam-se aos procedimentos de projeto e construção, registro, testes dos tanques e detecção de vazamentos.
Elas também especificam as características de projetos das carenagens, a preparação de planos de prevenção de vazamentos
de combustíveis, provisões de fundos para cobertura securitária. Como regra geral, sujeita à verificação pelas autoridades
locais, as excessões às normas são concedidas para tanques de armazenamento de diesel, subterrâneos ou superficiais,
destinados à alimentação de grupos geradores de emergência nos seguintes casos: 1) Quando a capacidade dos tanques de
armazenamento for igual ou inferior à 500 litros (1.320 galões), 2) Quando nenhum tanque isolado tiver capacidade superior
a 250 litros (660 galões), e 3) Quando o combustível for consumido no próprio local da instalação (não distribuído).
Tabela 2-3. Normas técnicas para motores estáticos, EPA CI NSPS (60.4201, 60.4202, 60.4202. 60.4202).
Mesmo quando uma instalação estiver isenta de atender a algumas normas técnicas, deve-se considerar que os custos para
a limpeza de eventuais vazamentos de combustível podem ser muito altos. Isto é fato, mesmo no caso de pequenos vazamentos,
derramamentos resultantes do preenchimento dos tanques além de seus limites de capacidade, etc. Um procedimento que
tem se tornado padrão para o armazenamento locais de diesel combustível usado em grupos geradores, sejam eles (os grupos
geradores) internos ou externos, é o uso de tanques fabricados por empresas especializadas, certificados, construídos com
paredes duplas, instalados sob a base, providos de sistemas de detecção de vazamentos e com sistemas para evitar que
sejam preenchidos além do seu limite de volume. Consulte a seção 6, “Projeto Mecânico”, para mais informações sobre o
projeto do sistema de armazenamento de combustível.
Proteção contra incêndios
Na América do Norte, em geral, as normas técnicas de proteção contra incêndios adotam ou fazem referência a uma ou
mais das normas da Associação Nacional de Proteção Contra Incêndios (NFPA). Essas normas estabelecem requisitos relativos
ao combustível, tais como: capacidade de armazenamento interno, sistemas de tubulação, projeto e construção de tanques,
localização, contenção e/ou recursos para drenagem de segurança. Consulte a Norma Nº 37 da NFPA, Instalação de Motores
Estacionários. As autoridades locais (corpo de bombeiros) podem estabelecer regras mais rigorosas ou interpretar de modo
mais rigoroso as normas ou padrões do governo federal.
2 PROJETO PRELIMINAR
21
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Lista de Verificação do Projeto Preliminar
Combustível
Tipo do Sistema
!
!
!
!
!
!
!
! Diesel
! Gás Natural
! GLP
Emergência
“Standby” Legalmente Exigido
“Standby” Opcional
Energia Prime
Peak Shaving
Load Curtailment
Base de Carga (Base Load)
Fornecimento de Combustível - Diesel
Classificação do Grupo Gerador
! Tanque Diário
! Tanque Sob a Base
! Tanque Externo
Fornecimento de Combustível - LP
! Standby
! Prime
! Contínua
! Remoção de Vapor
! Remoção de Líquido
Tamanho do Grupo Gerador
Carenagem
! Gerador único ___ kW ___ kVA ___ FP
! Geradores em paralelo ___# ___ kW ___kVA ___FP
Tensão e Freqüência do Grupo Gerador
___ Tensão ___ HZ
! Monofásico
! Trifásico
!
!
!
!
Proteção contra Intempéries
Acústico
Com Passarelas
Coberto
Acessórios
Localização
! Interna
! Nível do Solo
! Acima do Nível do Solo
! Abaixo do Nível do Solo
! Externa
! Nível do Solo
! Sobre Laje
Acesso Direto para Instalação/Manutenção
Sim ___ Não ___
!
!
!
!
!
!
!
!
!
Chave Seletora de Paralelismo
Chave de Transferência Automática
Carregadores de Bateria
Interface de Rede
Alarmes/Monitoração Remota
Disjuntor(es)
Módulos de Controle de Paralelismo
Silencioso
Isoladores de Vibração
Requisitos Especiais do Alternador
! Classificação de Temperatura Reduzida,
105°C 80°C
! RTDs ou Termistores
Sistema de Arrefecimento
! Radiador Acoplado ao Eixo da Unidade
! Radiador Remoto
2 PROJETO PRELIMINAR
22
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 3
3 – A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO
GERADOR .................................................................................................... 23
CAPÍTULO 3
Descritivo ....... .........................................................................................................................23
7LSRVGHDSOLFDomRH³FODVVL¿FDomRGHWUDEDOKR´GHXPJUXSRJHUDGRU.................................. 23
&ODVVL¿FDomRGHWUDEDOKRGHXPJUXSRJHUDGRU ............................................................. 23
$SOLFDo}HVREULJDWyULDVHRSFLRQDLV................................................................................ 23
$SOLFDo}HVREULJDWyULDVSRUOHL................................................................................ 23
$SOLFDo}HVRSFLRQDLV³6WDQGE\´ .............................................................................. 24
$SOLFDo}HVGRWLSR³(QHUJLD3ULPH´H³&RQWtQXD´ .................................................... 24
&RQKHFHQGRDVFDUDFWHUtWLFDVGDVFDUJDV............................................................................. 24
5HTXLVLWRVSDUDDOLPHQWDomRGHXPDFDUJDGXUDQWHDSDUWLGDHGXUDQWHDRSHUDomR ....... 24
6HTHQFLDPHQWRGDVFDUJDVHPHWDSDV......................................................................... 25
Tipos de carga................................................................................................................. 25
&DUJDVGHLOXPLQDomR.............................................................................................. 25
&DUJDVSDUDVLVWHPDVGHDUFRQGLFLRQDGR .............................................................. 25
&DUJDVGHPRWRUHV .................................................................................................. 26
&DUJDVGHEDL[DHDOWDLQpUFLDGHURWDomR ....................................................... 26
&DUJDVDFLPDGH+3................................................................................... 26
0pWRGRVGHSDUWLGDGHPRWRUHVWULIiVLFRV ........................................................ 27
$FLRQDPHQWRVFRP)UHTrQFLD9DULiYHO9)'V ............................................. 27
&yGLJRGHOHWUDVSDUDFODVVL¿FDomRGHPRWRUHVFRQIRUPHDQRUPD1(0$....... 28
3URMHWRGHPRWRUHVWULIiVLFRV ........................................................................... 29
3URMHWRGHPRWRUHVPRQRIiVLFRV ..................................................................... 29
&DUJDVFRPDOLPHQWDomRLQLQWHUUXSWDGHHQHUJLD.................................................... 29
&DUJDVGRVFDUUHJDGRUHVGHEDWHULDV ..................................................................... 31
(TXLSDPHQWRVGHGLDJQyVWLFRSRULPDJHP5DLRV;7RPRJUD¿D&RPSXWDGRUL]DGDH
5HVVRQkQFLD0DJQpWLFD ................................................................................. 32
$SOLFDo}HVHPERPEDVGHFRPEDWHDLQFrQGLRV4 ................................................... 33
&DUDFWHUtVWLFDVGD&DUJD ................................................................................................ 34
7ROHUkQFLDVGDVFDUJDVSDUDYDULDo}HVGHWHQVmRHIUHTrQFLD.............................. 34
3RWrQFLDUHJHQHUDWLYD............................................................................................. 35
)DWRUGH3RWrQFLDGDV&DUJDV)3 ................................................................. 35
&DUJDVPRQRIiVLFDVHEDODQFHDPHQWRGDVFDUJDV................................................ 35
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7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
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CAPÍTULO 3
0DQXDO1ž7*B375HY'H]
7UDGX]LGRGRPDQXDO1ž7*5HY-DQ
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO
DO GRUPO GERADOR
Descritivo
Nesta seção é discutida a influência das cargas (equipamentos elétricos) no dimensionamento de um grupo gerador.
É importante que o “layout” de distribuição das cargas seja
formulado de maneira razoavelmente precisa já na fase inicial
do projeto do sistema de geração de energia pois a carga é
o fator mais importante no dimensionamento de um gerador.
Caso todas as informações sobre as cargas (equipamentos),
necessárias para efetuar este dimensionamento, não estejam
disponíveis desde o início do projeto, os cálculos preliminares
deverão ser efetuados com base em estimativas e projeções.
Novos cálculos deverão ser feitos tão logo hajam informações atualizadas e mais precisas. Diferentes tipos de carga
(motores, sistemas de fornecimento ininterrupto de energia
- UPS, equipamentos de freqüência variável (VFD), equipamentos de diagnóstico por imagem e bombas de combate
a incêndios) influenciam significativamente, e de maneiras
diversas, o dimensionamento de um grupo gerador.
Tipos de aplicação e “regimes de
operação” de um grupo gerador
Classificação de trabalho de um grupo gerador
As caracteríticas e a especificação de um conjunto de cargas
alimentadas por um grupo gerador varia conforme o seu tipo
de aplicação e o seu “regime de operação”. Em geral, os tipos
de aplicação nas quais os grupos geradores são utilizados
podem ser sub-divididos em três “classificações de trabalho”
principais: “Standby”, “Prime” e “Contínua”. Estas “classificações de trabalho” são apresentadas no capítulo 2, Projeto
Preliminar.
O tipo de grupo gerador disponível para uma determinada
aplicação varia de acordo com esta “classificação de trabalho”.
Um grupo gerador utilizado numa aplicação do tipo “Standby”
funciona como “uma reserva” para a fonte principal de energia
(na maioria dos casos a rede pública de energia) e espera-se
que este equipamento não seja utilizado com freqüência, de
modo que a classificação “Standby” corresponde à classificação mais alta disponível para um grupo gerador. Por sua vez,
os grupos geradores classificados como “Prime” funcionam
durante um número ilimitado de horas e são a principal fonte
de energia para diversos tipos de carga, de modo que as
características dos equipamentos que recebem a classificação
“Prime” correspondem, em geral, à 90% das características
dos equipamentos que recebem a classificação “Standby”.
Em aplicações do tipo “Contínuo”, o grupo gerador deve produzir seu valores nominais de tensão e potência durante
um número ilimitado de horas, sob carga constante. Nestas
aplicações onde o grupo gerador pode trabalhar conectado
em paralelo com a fonte principal de energia.
Assim, as características dos equipamentos que recebem a
classificação “Contínua” correspondem, em geral, à 70% das
características dos equipamentos que recebem a classificação “Standby”.
A capacidade de geração de carga de um grupo gerador é
determinada pela estimativa para sua vida útil ou pelos
intervalos de tempo entre as revisões gerais.
Aplicações obrigatórias e opcionais
Em geral, as aplicações de grupos geradores podem ser
divididas em duas categorias básicas: aquelas que são
obrigatórias (exigidas por lei ou por força de normas técnicas)
e aquelas que são opcionais (utilizadas por razões econômicas, em geral, associadas à disponibilidade ou confiabilidade do sistema de geração de energia). Estas duas categorias possuem características completamente diferentes,
definidas, e, sua escolha é definida de maneiras totalmente
distintas ao se definir quais os tipos de cargas que serão
alimentadas pelo grupo gerador.
Aplicações obrigatórias por lei
Em geral, estas aplicações são aquelas classificadas pelas
autoridades como aplicações de “emergência” ou “standby”,
e exigidas por lei nos locais onde a segurança, a integridade
física, e a proteção à vida, são essenciais. Estas aplicações
podem ser definidas por normas técnicas para segurança
em edificações ou por normas técnicas específicas para
instalações das quais dependam a saúde ou a vida de terceiros,
e, normalmente, envolvem instalações como centros de saúde
(hospitais, clinicas, enfermarias), grandes edificações e locais
onde há grande tráfego de pessoas (teatros, centros de convenções, praças esportivas, hotéis). Normalmente, o grupo
gerador deverá fornecer energia de reserva para cargas como
iluminação das saídas, ventilação, sistemas de detecção de
incêndios, sistemas de alarme, sistemas de comunicações
para os serviços de segurança pública e até para instalações
industriais onde a falta de energia possa oferecer riscos de
acidentes, à integridade física ou à vida de terceiros. Demais
sistemas exigidos por lei deverão ser instalados nos locais
em que seja constatado que a falta de energia da rede pública
represente um risco ou um obstáculo para as operações
de resgate ou de combate a incêndios. Para determinar as
cargas mínimas que devem ser alimentadas pelo gerador,
deve-se consultar as autoridades locais para obter normas
técnicas e a legislação correspondentes. Como opção, o
gerador pode ainda alimentar cargas adicionais, contanto
que aprovadas pelas autoridades locais.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
23
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Aplicações opcionais “Standby”
Este tipo de sistema de geração tem sido usado cada vez
com mais freqüência dado que a disponibilidade de energia
(pela rede pública) tem se tornado progressivamente mais
escassa. Estes sistemas de geração de energia são utilizados em instalações como edificações industriais e comerciais, e, alimentam cargas como sistemas de aquecimento,
refrigeração, telecomunicações, centros de processamento
de dados, e processos industriais críticos. O uso de geradores
se justifica nos locais onde a queda no fornecimento de
energia proveniente da rede pública possa causar desconforto ou onde a interrupção de processos críticos seja uma
ameaça aos processos de fabricação ou aos equipamentos.
Aplicações do tipo “Energia Prime” e “Contínua”
O uso de grupos geradores em aplicações do tipo “energia
prime” ou “contínua” tem se tornado predominante em muitos
dos países em desenvolvimento, assim como, em muitas
aplicações do tipo geração distribuída de energia. Muitas
oportunidades estão sendo criadas para as empresas distribuidoras de energia assim como para os consumidores de
energia pela rede pública. Mudanças na regulamentação (ou
mesmo a desregulamentação) do setor de geração e distribuição de energia, assim como, maior rigidez nas normas
de proteção ambiental forçam as empresas distribuidoras
energia a procurar formas alternativas de produção e distribuição ao invés da construção de novas usinas de geração.
Estas alternativas para atender ao aumento da demanda
incluem o corte nos picos de consumo (“peak shaving”) e
contratos com tarifas reduzidas (“interruptible rate”) para o
incentivo na redução de consumo em períodos de alta
demanda1. Os clientes das empresas distribuidoras de energia
são incentivados a utilizar a geração local para reduzir o
consumo de pico de energia da rede pública, bem como, a
explorar oportunidades de co-geração nos locais onde haja
demanda para energia elétrica e energia térmica.
De qualquer forma, deve-se ter em mente que os grupos
geradores são fontes de energia de pequeno porte quando
comparados com capacidade de fornecimento de energia pela
rede pública, e, as características operacionais das cargas
podem ter um efeito significativo na qualidade da energia
caso o gerador não seja dimensionado de forma correta.
Considerando que um gerador é uma fonte de energia de
capacidade limitada, sempre que forem conectadas ou desconectadas cargas a um gerador, deve-se esperar que hajam
alterações na tensão e na freqüência. Essas alterações devem
ser mantidas dentro de limites aceitáveis para todas as cargas
conectadas. Além disso, haverá o surgimento de distorções
na tensão de saída do gerador quando forem conectadas
cargas não lineares que produzam correntes harmônicas.
1) O termo original em inglês, “interruptible rate”, faz referência à um
procedimento comum nos Estados Unidos da América, no qual, por meio
de um acordo entre o consumidor e a concessionária dos serviços públicos
de energia elétrica, o cliente se compromete a reduzir o consumo em épocas
de alta demanda, desligando equipamentos ou mesmo instalando grupos
geradores, em troca de tarifas reduzidas.
A magnitude destas distorções pode ser significativamente
maior quando as cargas são alimentadas por um gerador
em comparação a quando são alimentadas pela rede pública.
Estas distorções podem provocar um aquecimento adicional
tanto no gerador quanto no equipamento de carga caso não
sejam mantidas sob controle. Em conseqüencia disso,
quando forem alimentadas cargas não lineares tais como
computadores, UPSs e VFDs, pode ser necessário o uso
de geradores de maior porte para limitar as alterações de
tensão e freqüência resultantes de cargas transientes e
distorções harmônicas.
Atualmente os programas de computador disponíveis para
o dimensionamento de geradores permitem uma escolha
mais precisa do grupo gerador assim como também permitem um grau mais elevado de confiança para a aquisição
de um sistema de grande porte adequado e suficiente para
as necessidades do cliente. Nem maior nem menor.
Embora a maioria das simulações para o dimensionamento
de geradores ofereça melhores resultados quando se utiliza
programas como o GenSize da Cummins Power Generation
(veja o Apêndice A), ou mesmo com a consultoria de um representante técnico do fabricante, ainda assim é importante
conhecer os detalhes técnicos e econômicos que envolvem
a escolha correta do grupo gerador para cada aplicação.
Além da cargas que deverão ser conectadas, vários outros
fatores também influenciam o dimensionamento de um grupo
gerador: as características de partida de algumas cargas
como motores, as características de suas cargas mecânicas,
o desbalanceamento de cargas monofásicas, cargas nãolineares como equipamentos UPS, restrições à quedas de
tensão, o uso de cargas cíclicas, etc.
Conhecendo as caracteríticas das cargas
Requisitos para alimentação de uma carga
durante a sua partida e durante a sua operação
A energia exigida por muitos tipos de carga pode ser consideravelmente maior durante o seu procedimento de partida
do que a energia exigida para o seu funcionamento estável
e contínuo (a maioria das cargas acionadas por motores
não utiliza qualquer tipo de equipamento de partida suave “soft start”). Algumas cargas também apresentam picos de
de consumo de energia durante os períodos em que estão
sendo utilizadas para realizar uma tarefa, diferente do seu
consumo de energia quando estão simplesmente ligadas
à rede elétrica (por exemplo, equipamentos de solda e equipamentos de diagnóstico por imagem). E ainda, existem
outros tipos de carga (cargas não-lineares como computadores, UPS, VFDs e outras cargas eletrônicas) que podem
provocar distorções excessivas na saída do gerador, a menos
que este gerador seja dimensionado além da capacidade
exigida para alimentá-las. A fonte de energia deve ser capaz
de atender a todos os requisitos técnicos e funcionais para
suprir o conjunto de cargas.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
24
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Durante a partida de uma carga ou em condições de funcionamento onde hajam picos de consumo de energia, cargas
transientes súbitas podem provocar alterações na tensão
e na freqüência produzida pelo gerador. Estas alterações
podem ser prejudiciais à carga conectada, podem ser grandes
o suficiente para impedir uma partida bem-sucedida da carga,
ou ainda, prejudicar o funcionamento apropriado da carga caso
o gerador tenha sido subdimensionado. Embora algumas
cargas sejam bastante tolerantes a oscilações transientes
de tensão e de freqüência durante curtos períodos de tempo,
outras cargas podem ser muito sensíveis. Em alguns casos,
este equipamento (carga) deve ter controles de proteção que
provoquem o seu desligamento sob tais condições. Embora
não sejam tão críticos, outros efeitos tais como a redução
da intensidade da iluminação ou a aceleração brusca de
elevadores podem ser, no mínimo, incômodos.
Um grupo gerador é uma fonte de energia com capacidade
limitada, tanto em relação à potência do seu motor (kW)
quanto em relação à potência do seu gerador (kVA), e, isso
independe do tipo do seu sistema de excitação. Como resultado, as mudanças nas cargas podem causar o surgimento
de transientes de tensão e de freqüência.
A magnitude e a duração desses transientes são afetadas
pelas características da carga e pela capacidade do gerador
com relação à carga. Um grupo gerador é uma fonte de
impedância relativamente alta quando comparada com um
transformador típico da rede pública de energia. Para mais
detalhes, consulte a Seção 4, “Seleção do Equipamento”.
Seqüenciamento das cargas em etapas
Em muitas aplicações, pode ser aconselhável limitar a quantidade simultânea de cargas que são conectadas ou às quais
é dada partida por meio do grupo gerador. Normalmente,
as cargas devem ser conectadas ao grupo gerador de maneira
seqüencial de modo a reduzir o esforço exigido durante as
partidas e, conseqüentemente, fazer com que seja necessário o uso de um gerador de menor capacidade. Isto exige um
sistema para controle (e monitoramento) das cargas, assim
como, equipamentos para comutar as cargas ao gerador2.
Para esta finalidade é normal que sejam utilizadas diversas
chaves de transferência. As chaves de transferência individuais podem ser ajustados para conectar cargas em diferentes momentos, utilizando sistemas de comutadores padrão
equipados com dispositivos de retardo de tempo, fazendo
com que as cargas sejam conectadas de maneira escalonada.
O tempo de retardo recomendado é de alguns poucos
segundos entre uma conexão e outra, pois isso permite que
o gerador estabilize a sua tensão e a sua freqüência entre
as etapas de conexão das cargas. Isto, é claro, significa que
quaisquer cargas de emergência ou cargas exigidas por lei
deverão ser conectadas em primeiro lugar para atender aos
requisitos das normas técnicas.
2) A Cummins Power Generation oferece rede baseada em sistemas
de controle da carga em cascata.
As cargas que consomem mais energia durante a sua partida,
como os grandes motores, devem ser conectadas enquanto
ainda houver uma quantidade mínima de cargas conectadas
ao gerador. As cargas do tipo UPS podem ser deixadas por
último, pois são alimentadas por bateria.
Com estas informações básicas, veja a seguir a discussão
sobre características operacionais de cargas individuais.
Tipos de carga
Cargas de iluminação
Os cálculos para a energia consumida em iluminação são
bastante objetivos, a soma da potência das lâmpadas ou
acessórios de iluminação, ou ainda, a soma da potência
exigida pelos circuitos de iluminação somada com a potência
exigida pelos reatores. Os tipos mais comuns de sistemas
de iluminação são: incandescente (sistemas formados por
lâmpadas padrão com bulbo de vidro e que, em geral, usam
filamento de tungstênio), fluorescente (sistemas formados
por lâmpadas de gás ionizado acionada por um reator,
também usados em lâmpadas de descarga), e lâmpadas
de descarga elétrica de alta potência (vapor de sódio de baixa
pressão, vapor de sódio de alta pressão, etc).
As Tabelas 3-1 e 3-2 apresentam alguns dados úteis, representativos de cada um destes sistemas.
TIPO DE ILUMINAÇÃO
Fluorescente
Incandescente
Descarga de Alta Intensidade
SPF
0.95
1.00
0.85
RPF
0.95
1.00
0.90
Tabela 3-1. Fatores de Potência para iluminação.
(Partida e funcionamento)
LÂMPADA
REATOR
48 Polegadas T-12, 40 W, Pré-aquecida
10 W
48 Polegadas T-12, 40 W, Partida Rápida 14 W
Saída Alta 40 W, Fluorescente
25 W
Mercúrio, 100 W
18-35 W
Mercúrio, 400 W
25-65 W
Tabela 3-2. Potência de reatores.
Cargas para sistemas de ar-condicionado
Na América do Norte as cargas para sistemas de ar-condicionado são especificadas em “toneladas de ar”. Para estimar
os requisitos de potência em kilowatts, é possível utilizar a
proporção de 2 HP/ton para uma estimativa muito conservadora da carga total para uma unidade de menor eficiência.
Caso seja necessária uma estimativa mais precisa e se
conheça os valores das cargas individuais do motor e dos
componentes do equipamento A/C, os valores das cargas
devem ser somados individualmente e acrescidos de um
fator de demanda para as cargas que podem ser iniciadas
simultaneamente.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
25
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Cargas de Baixa Inércia*
Ventiladores e ventoinhas centrífugas
Compressores rotativos
Bombas rotativas e centrífugas
Cargas de Alta Inércia **
Elevadores
Bombas mono e multi-cilindros
Compressores mono e multi-cilindros
Moinhos de pedra
Transportadores
* Excepcionalmente ventiladores ou bombas que
trabalhem contra grandes cabeçotes não podem
ser qualificados como cargas de baixa inércia.
No caso de dúvidas, assuma Alta Inércia.
** As cargas de alta inércia incluem as cargas
desbalanceadas mecanicamente ou pulsantes.
Tabela 3-3. Resumo das cargas que possuem inércia de rotação.
Cargas de motores
Existe uma grande variedade de tipos de motores e tipos
de cargas mecânicas que podem ser conectadas a estes
motores, cada uma das quais afeta a partida do motor e as
suas características de funcionamento. Veja a seguir, uma
discussão sobre estas diferenças e características, e seus
efeitos nas opções de dimensionamento do grupo gerador.
Cargas de baixa e alta inércia de rotação
A quantidade de inércia de uma massa em rotação, como um
conjunto formado por um motor e sua carga, corresponde
a uma medida de sua resistência à aceleração pelo torque
de partida do motor. O torque de partida de um motor elétrico
exige mais potência do grupo gerador (SkW) do que quando
o motor está em funcionamento. Entretanto, ao invés de fazer
quaisquer cálculos mais detalhados, em geral, é suficiente
determinar se as cargas são de alta inércia ou de baixa inércia,
com o objetivo de se determinar os valores de potência que
devem ser fornecidos aos motores para a sua partida, assim
como, para acelerar as cargas mecânicas conectadas à
estes motores.
As cargas de baixa inércia correspondem àquelas que podem
ser aceleradas considerando-se um “Fator de Trabalho” com
valor de 1,5 ou menos. As cargas de alta inércia são aquelas
para as quais o “Fator de Trabalho” maior que 1,5. Um valor
mais elevado para o “Fator de Trabalho” também deve ser
assumido para cargas desbalanceadas mecanicamente ou
cargas pulsantes. A Tabela 3-3 ilustra como algumas cargas
comuns podem ser classificadas conforme este critério.
Cargas acima de 50 HP
Durante uma partida direta, um motor de grande porte conectado a um grupo gerador representa uma carga de baixa
impedância enquanto está com o rotor travado ou na condição de inércia inicial (parado). O resultado disso é um pico
com alto valor de corrente que, normalmente, equivale a seis
vezes a corrente nominal do motor. Este pico de corrente
provoca uma queda na tensão do gerador, que corresponde
à soma da queda de tensão transiente instantânea mais a
queda de tensão de recuperação.
Esta queda instantânea de tensão (transiente) ocorre no
instante em que o motor é conectado à saída do gerador e
depende estritamente das impedâncias relativas do gerador
e do motor. Esta queda instantânea de tensão corresponde
à queda de tensão prevista pelas “curvas de queda de tensão”,
publicadas nas tabelas de dados técnicos do alternador3.
Estas “curvas de queda de tensão” permitem que se faça
uma estimativa antecipada do que ocorre durante uma queda
instantânea de tensão, assumindo-se que a freqüência do
gerador se mantenha constante.
Caso o motor (mecânico) do grupo gerador diminua lentamente sua rotação devido a uma grande demanda de potência para a partida do motor elétrico, a queda de tensão transiente torna-se excessiva à medida em que o regulador de
tensão do sistema de excitação do alternador reduz a tensão
de excitação para auxiliar na retomada de rotação do motor
(mecânico) do grupo gerador. Isto pode ocorrer nos casos em
que o regulador de tensão atinje um ponto de queda abrupta
da curva característica de acoplamento entre o torque o motor
(mecânico) e a tensão do regulador.
Após detectar a queda instantânea de tensão transiente, o
sistema de excitação do gerador responde aumentando a excitação para retomar a tensão nominal de operação do gerador
(ao mesmo tempo em que o motor elétrico é acelerado), aumentando assim sua rotação (supondo-se que o motor elétrico
consiga atingir um torque suficiente para entrar em rotação).
O torque de um motor de indução é diretamente proporcional
ao quadrado da tensão aplicada. A aceleração do motor é
uma função da diferença entre torque do motor e os requisitos
de torque da carga. Para evitar um tempo excessivo de aceleração, ou mesmo a parada do motor (elétrico), o gerador deve
retomar a sua tensão nominal tão rápido quanto possível.
3) As curvas de queda de tensão para os equipamentos da Cummins
Power Generation estão disponíveis no CD do Power Suite Library.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
26
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
A maneira como o gerador efetua a retomada de tensão
depende da proporção entre as capacidades de potência do
gerador e do motor elétrico, assim como do valor absoluto
da potência do motor elétrico (kW) e da capacidade do regulador
de tensão para forçar a excitação do gerador. Depois de
passados alguns milissegundos após a queda inicial de tensão
transiente, o regulador de tensão aplica uma tensão com
carga plena ao circuito excitador do gerador resultando num
aumento da corrente do campo principal do gerador, conforme
as constantes de tempo do excitador e do campo principal.
Os componentes do grupo gerador são projetados e dimensionados para fazer com que o seu intervalo de resposta seja
o menor possível e, ao mesmo tempo, mantendo a estabilidade da tensão e evitando que haja uma sobrecarga no seu
motor (mecânico). Os sistemas de excitação capazes de
responder tão rapidamente (ou que sejam tão “bruscos”)
podem, de fato, sobrecarregar o motor (mecânico) do grupo
gerador durante a partida de motores elétricos de grande
porte. Dependendo da magnitude da carga, o gerador deve
retornar ao seu valor nominal de tensão em um intervalo de
vários ciclos ou, no máximo, dentro de alguns segundos.
Para as aplicações nas quais se efetuam partidas de motores
(elétricos), deve-se levar em consideração tanto a queda inicial
transiente de tensão quanto a retomada do valor nominal
de tensão pelo grupo gerador.
Um gerador deve ser dimensionado de modo a não exceder
a queda inicial transiente de tensão especificada para o projeto,
assim como, para que a sua tensão de saída retorne a um
mínimo de 90% de seu valor nominal quando todo kVA de
rotor travado do motor é aplicado. Portanto, o motor (elétrico)
pode entregar 81% (ou, 0,9 x 0,9 = 0,81) de seu torque nominal
durante a sua aceleração. Este é um valor considerado adequado para a maioria das aplicações de partida de motores.
Como regra geral, pode-se considerar como aceitável uma
queda de tensão de até 35% (em relação à tensão nominal
do gerador), durante a partida de um motor elétrico.
Existem diversos tipos de sistemas que permitem efetuar a
partida de motores utilizando tensão reduzidas, possibilitando
reduzir o consumo de potência durante a partida de um motor
em aplicações nas quais a partida utilizando um torque reduzido
é aceitável. Com o uso de uma potência reduzida para a partida de um motor, pode-se também reduzir a queda de tensão
causada no gerador, em conseqüencia disso, é possível utilizar
um grupo gerador de menor porte assim como efetuar uma
partida mecânica mais suave. Todavia, conforme os argumentos discutidos a seguir, é necessário tomar alguns cuidados
quando se utilizar estes sistemas de partida suave em conjunto
com grupos geradores.
Métodos de partida de motores trifásicos
Existem diversos métodos disponíveis para efetuar a partida
de motores trifásicos, conforme o resumo apresentado na
Tabela 3-4 e conforme o texto apresentado no Apêndice C,
“Partida de Motores com Tensão Reduzida”.
O método mais utilizado é a partida direta. Neste caso a partida é efetuada conectando-se o motor diretamente à da linha
de alimentação de tensão e aplicando-lhe a tensão total.
É possível reduzir o consumo de potência e o esforço exigido
do grupo gerador caso se utilize algum método de partida
com tensão reduzida ou por meio de um “soft starter” eletrônico (ou seja, um sistema de partida com semicondutores
de potência). Neste caso, é possível utilizar um grupo gerador
de menor porte para efetuar a mesma tarefa. Entretanto,
recomenda-se tomar cuidado ao aplicar qualquer um destes
métodos de partida com tensão reduzida, pois o torque do
motor (elétrico) varia em função da tensão aplicada e qualquer
método que reduza a tensão durante a partida de um motor
também reduzirá o seu torque de partida. Estes métodos de
partida “suave” devem ser utilizados somente para motores
com cargas mecânicas de baixo momento de inércia, ou então,
nos casos em que se possa determinar que o motor produzirá
torque necessário para a sua aceleração durante a partida.
Estes métodos de partida podem produzir correntes de pico
muito elevadas durante a transição entre a partida do motor
e o instante em que o motor atinge sua velocidade normal de
funcionamento. Caso o sistema de partida tente efetuar a
transição antes que o motor atinja a sua rotação normal de
funcionamento, a demanda de corrente e potência sobre o
grupo gerador será quase a mesma que nos casos de uma
partida direta. Caso o motor não consiga atingir uma rotação
próxima à sua rotação normal de funcionamento antes que
o sistema de controle de partida efetue a transição, podem
ocorrer quedas excessivas de tensão e de freqüência no
grupo gerador que alimenta o sistema. Caso hajam dúvidas
sobre como o sistema de partida “suave” do motor e a carga
poderão reagir, recomenda-se considerar como se o motor
estivesse efetuando uma partida direta.
Acionamentos com Freqüência Variável
(VFDs - Variable Frequency Drivers)
Dentre todas as classes de cargas não-lineares, os acionamentos com freqüência variável, utilizados para controlar a rotação de motores de indução, produzem as maiores distorções
na tensão de saída do gerador. O uso de um alternador de maior
porte torna-se necessário para evitar o superaquecimento
do alternador devido às correntes harmônicas induzidas pelo
acionamento com freqüência variável, e para limitar a distorção
de tensão do sistema reduzindo-se a reatância do alternador.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
27
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
% DA TENSÃO
TOTAL
APLICADA (TAP)
% DE kVA
Tensão Total
100
100
100
1,0
Autotransformador com
Tensão Reduzida
80
65
50
64
42
25
64
42
25
0,64
0,42
0,25
Reator em Série
80
65
50
80
65
50
64
42
25
0,80
0,65
0,50
–
–
–
–
–
–
–
Resistência em Série
80
65
50
80
65
50
64
42
25
0,80
0,65
0,50
0,60
0,70
0,80
Estrela Triângulo
100
33
33
0.33
Parte do Enrolamento (Típico)
100
60
48
0.6
Motor com Rotor Enrolado
100
160*
100*
1.6*
MÉTODO DE PARTIDA
% DE TORQUE
FATOR DE
MULTIPLICAÇÃO
SkVA
SPF
–
–
–
* - Estas são porcentagens ou fatores da corrente de funcionamento que dependem dos valores das resistências em série adicionadas
aos enrolamentos do rotor.
Tabela 3-4. Métodos e características de partida de motores utilizando tensão reduzida.
Por exemplo, fontes de correntes inversoras convencionais,
tipo cargas VFD, conectadas a um grupo gerador devem ter
menos que 50%, aproximadamente, da capacidade do gerador
para limitar a distorção harmônica em menos de 15%. Mais
recentemente, os sistemas VFD’s do tipo Moduladores de
Largura de Pulso têm se tornado cada vez mais baratos e
populares, e, induzem substancialmente menos harmônicos
na sua tensão de alimentação. Para este tipo de acionamento,
o gerador deve ser superdimensionado em apenas 40%.
Em aplicações onde sejam utilizados sistemas de acionamento (“drivers”) de rotação variável, o grupo gerador deve
ser dimensionado segundo a classificação total indicada na
plaqueta de identificação do acionamento (“driver”) e não
para a classificação indicada na plaqueta de identificação
do motor que está sendo acionado. Os harmônicos podem
ser maiores caso o acionamento esteja funcionando com carga
parcial, e, é possível que um motor maior, com capacidade
total igual à do acionamento, seja instalado no futuro.
“Código de letras” para classificação de
motores conforme a norma NEMA
Na América do Norte, a norma NEMA(Associação Nacional
de Fabricantes de Produtos Elétricos), para motores e geradores (MG1), utiliza um “Código de Letras” de “A” até “V”,
para especificar as faixas aceitáveis de potência (kVA) para
a partida de motores. O projeto de um motor deve limitar a
sua potência de partida (kVA), com o rotor travado, a um valor
dentro da sua faixa de especificação, conforme a sua Letra
correspondente. Para calcular a potência de partida de um
motor, basta multiplicar a potência deste motor, em HP, pelo
valor da Tabela 3-5 que corresponde à sua Letra de Código.
Os valores apresentados na Tabela 3-5 correspondem aos
valores médios para cada uma das faixas específicas de
valores para o “Código de Letras” da norma NEMA.
Letra
A
B
C
D
E
F
G
Fator
2
3,3
3,8
4,2
4,7
5,3
5,9
Letra
H
J
K
L
M
N
P
Fator
6,7
7,5
8,5
9,5
10,6
11,8
13,2
Letra Fator
R
15
S
16
T
19
U
21,2
V
23
Tabela 3-5. Fatores de multiplicação correspondentes
às letras do “Código de Letras” da norma NEMA.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
28
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Projeto de motores trifásicos
Na América do Norte, os motores classificados como B, C
ou D, segundo a norma NEMA, correspondem à motores de
indução, do tipo gaiola de esquilo, e, classificados com
relação ao seu valor máximo de corrente com o rotor travado,
valor mínimo de torque com o rotor travado, valor mínimo de
elevação e valor mínimo de redução de torque.
Os motores do tipo “Alta Eficiência” são motores de indução,
trifásicos, do tipo gaiola de esquilo, e de grande eficiência.
Estes motores possuem valores mínimos de torque similares
aos motores do tipo B, porém com valores mais elevados
para a corrente máxima com o rotor travado e com maior
eficiência nominal com carga plena.
Consulte a Tabela 3-6 para obter os valores nominais padrão
para os motores classificados como B, C, D e Alta Eficiência.
Projeto de motores monofásicos
Consulte a Tabela 3-7 para obter os valores nominais padrão
para motores de indução monofásicos.
Cargas com alimentação ininterrupta de energia
Um sistema estático de alimentação ininterrupta de energia
(UPS - “Uninterruptible Power System”) utiliza retificadores
controlados de silício (SCR's), ou algum outro dispositivo estático, para converter a tensão de corrente alternada (CA) para
corrente contínua (CC). Esta conversão é feita por meio de
um circuito inversor localizado na saída do UPS. A tensão
CC também é utilizada para carregar as baterias (embutidas
no UPS), que são os componentes de armazenamento de
energia para o UPS. A comutação dos SCR's na entrada
do UPS induz correntes harmônicas no alternador do grupo
gerador. Os efeitos dessas correntes harmônicas incluem o
aquecimento adicional do enrolamento do alternador, a redução da eficiência e a distorção da forma de onda da tensão
alternada (CA). Como resultado destas características do
UPS torna-se necessária a utilização de um grupo gerador
com maior capacidade de geração de potência.
Os dispositivos UPS também podem ser sensíveis a quedas
de tensão e variações de freqüência. Quando o retificador
está na parte ascendente da curva de retificação, podem
ocorrer oscilações relativamente grandes de freqüência e
de tensão sem que haja interrupção do funcionamento.
Entretanto, se o “bypass” estiver habilitado, tanto a freqüência
quanto a tensão devem ser muito estáveis ou poderá ocorrer
uma condição de alarme.
No passado, os problemas de incompatibilidade entre grupos
geradores e dispositivos UPS estáticos levaram a muitas
concepções incorretas sobre o dimensionamento de grupos
geradores para este tipo de carga. Os fornecedores de UPS
recomendavam o superdimensionamento do grupo gerador
de duas a cinco vezes a classificação do UPS, mas mesmo
assim alguns problemas persistiam. Desde então, a maioria
dos fabricantes de UPS tem sido capazes de resolver os
problemas de incompatibilidade e atualmente é mais barato
exigir dispositivos UPS que sejam compatíveis com o grupo
gerador do que superdimensioná-lo.
Ao dimensionar um gerador, use a classificação da plaqueta
de identificação do UPS (mesmo que a capacidade do UPS
não seja utilizada até o seu limite nominal) somada com a
classificação de carga da bateria. Em geral, o UPS tem uma
capacidade de carregamento das baterias que corresponde
entre 10 e 50% da classificação de potência do UPS. Caso
as baterias estejam descarregadas quando o UPS estiver
conectado ao grupo gerador, o grupo gerador deverá ser capaz
de fornecer tanto a carga de saída do UPS quanto a carga
das baterias. A maioria dos sistemas UPS possui um limite
ajustável de corrente. Se este limite estiver configurado entre
110% e 150% da classificação do UPS. Este será o pico de
carga que o grupo gerador terá de alimentar imediatamente
após uma queda da energia da rede pública. Um segundo
motivo para a utilização da classificação plena do UPS é o
fato que no futuro podem ser incluídas cargas adicionais até
o limite de classificação do UPS (indicado na sua plaqueta
de identificação). O mesmo se aplica aos sistemas UPS redundantes. Dimensione o grupo gerador para o valor somado
das classificações das plaquetas individuais dos dispositivos
UPS em aplicações onde, por exemplo, um dos UPSs é utilizado como reserva do outro, e estão on-line o tempo todo
com carga de 50% ou menos.
Por se tratarem de cargas não-lineares, o equipamento UPS
induzem harmônicos na tensão de saída do grupo gerador.
Os dispositivos UPS cujas entradas são equipadas com
filtros de harmônicos apresentam correntes de harmônicos
menores do que os equipamentos que não equipados com
filtros. Os filtros de harmônicos devem ser desconectados
ou ter a sua capacidade reduzida quando a carga sobre o
UPS for pequena, caso contrário, estes filtros podem afetar
o fator de potência do grupo gerador. Para mais informações,
consulte o ítem “Redução do Fator de Potência pela Carga”,
no Capítulo 6, “Projeto Mecânico”.
O número de retificadores (pulsos) também define o grau
de superdimensionamento exigido pelo alternador. Um retificador de 12 pulsos com um filtro de harmônicos corresponde
ao menor grupo gerador recomendado.
A maioria dos dispositivos UPS possui um ajuste de limitação
de corrente para controlar a carga máxima que o sistema pode
exigir da sua fonte de alimentação. Este limite é expresso
como uma porcentagem da classificação de carga plena do
UPS. A carga total que o UPS pode exigir de sua fonte de
alimentação é controlada pelo valor que limita a taxa de
carregamento de sua bateria. Todavia, caso a carga máxima
seja limitada a 125% e, o UPS esteja funcionando a 75%
da sua capacidade nominal, a carga da bateria será limitada
a 50% da capacidade do UPS. Alguns dispositivos UPS
reduzem a taxa de carregamento da bateria a um valor mais
baixo durante os períodos em que um grupo gerador estiver
alimentando o UPS.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
29
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
HP
1
MOTORES
B, C & D
LETRA DO
EFICIÊNCIA
CÓDIGO NEMA*
(%)
N
73
MOTORES DE ALTA EFICIÊNCIA
LETRA DO
EFICIÊNCIA
CÓDIGO NEMA*
(%)
N
PARA TODOS OS MOTORES
FP DE
FP DE
PARTIDA (SPF) OPERAÇÃO (RPF)
86
0,76
0,70
1-1/2
L
77
L
87
0,72
0,76
2
L
79
L
88
0,70
0,79
3
K
83
L
89
0,66
0,82
5
J
84
L
90
0,61
0,85
7-1/2
H
85
L
91
0,56
0,87
10
H
86
K
92
0,53
0,87
15
G
87
K
93
0,49
0,88
20
G
87
K
93
0,46
0,89
25
G
88
K
94
0,44
0,89
30
G
88
K
94
0,42
0,89
40
G
89
K
94
0,39
0,90
50
G
90
K
95
0,36
0,90
60
G
90
K
95
0,36
0,90
75
G
90
K
95
0,34
0,90
100
G
91
J
96
0,31
0,91
125
G
91
J
96
0,29
0,91
150
G
91
J
96
0,28
0,91
200
G
92
J
96
0,25
0,91
250
G
92
J
96
0,24
0,91
300
G
92
J
96
0,22
0,92
350
G
93
J
97
0,21
0,92
400
G
93
J
97
0,21
0,92
500 &
ACIMA
G
94
J
97
0,19
0,92
Tabela 3-6. Características padrão para motores trifásicos: Norma NEMA, EFF, SPF, RPF.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
30
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
HP
LETRA DO
CÓDIGO NEMA*
EFICIÊNCIA (%)
FP DE PARTIDA (SPF)
FP DE OPERAÇÃO (RPF)
“SPLIT-PHASE”
1/6
U
70
0,8
0,66
1/4
T
70
0,8
0,69
1/3
S
70
0,8
0,70
1/2
R
70
0,8
0,70
“PERMANENT SPLIT CAPACITOR” (PSC)
1/6
G
70
0,8
0,66
1/4
G
70
0,8
0,69
1/3
G
70
0,8
0,70
1/2
G
70
0,8
0,72
“CAPACITOR START / INDUCTION RUN”
1/6
R
40
0,8
0,66
1/4
P
47
0,8
0,68
1/3
N
51
0,8
0,70
1/2
M
56
0,8
0,73
3/4
L
60
0,8
0,75
0,76
1
L
62
0,8
1-1/2
L
64
0,8
0,78
2
L
65
0,8
0,78
3 a 15
L
66
0,8
0,79
“CAPACITOR START / CAPACITOR RUN”
1/6
S
40
0,8
0,66
1/4
R
47
0,8
0,68
1/3
M
51
0,8
0,70
1/2
N
56
0,8
0,73
3/4
M
60
0,8
0,75
0,76
1
M
62
0,8
1-1/2
M
64
0,8
0,78
2
M
65
0,8
0,78
3 a 15
M
66
0,8
0,79
Tabela 3-7. Características padrão para motores monofásicos: Norma NEMA, EFF, SPF, RPF.
Carga dos Carregadores de baterias
Em geral, os carregadores de baterias utilizam retificadores
controlados de silício (SCR's). Um carregador de bateria é
uma carga não-linear, e exige um alternador superdimensionado para suportar o aquecimento adicional e minimizar as
correntes harmônicas induzidas pelo carregador de baterias.
O número de retificadores (pulsos) define o grau exigido de
superdimensionamento para o alternador. Um retificador de 12
pulsos corresponde ao menor grupo gerador recomendado.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
31
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Equipamentos de diagnóstico por imagem
(Raios-X, Tomografia Computadorizada, e
Ressonância Magnética)
no equipamento de diagnóstico por imagem até o momento
em que a imagem é produzida. Mudanças nas cargas como
as que ocorrem durante a partida de um elevador ou a
ativação/desativação de sistemas de ar-condicionado
podem afetar o funcionamento de um equipamento de
diagnóstico por imagem.
Os equipamentos de diagnóstico por imagem, como RaiosX, Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética
possuem características únicas de partida e funcionamento
que devem ser consideradas no dimensionamento de um
grupo gerador. O pico de carga, em kVA (kVA x ma), e a queda
de tensão permitida são fatores essenciais para o dimensionamento de um grupo gerador para aplicações onde
sejam utilizados equipamentos de diagnóstico por imagem.
Em geral, os equipamento de diagnóstico por imagem são
projetados para serem alimentados com energia da rede
elétrica. Contudo, a maioria destes equipamentos possui um
compensador para a tensão de alimentação, que pode ser
ajustado pelo instalador ou pelo operador do equipamento.
Nas aplicações em que o grupo gerador é a única fonte de
energia disponível, o compensador para a tensão de alimentação pode ser ajustado para compensar a queda de tensão
esperada com o uso do grupo gerador. Quando um equipamento de diagnóstico por imagem estiver ajustado para funcionar utilizando a energia da rede pública, o grupo gerador
deverá reproduzir, tanto quanto seja possível, as mesmas
características de queda de tensão da rede pública de energia.
A partir da experiência acumulada no passado com este tipo
de equipamento, pode-se esperar que sejam produzidas imagens de qualidade satisfatória quando a classificação de
potência (em kVA) do gerador (alternador) corresponder à, pelo
menos, 2,5 vezes o pico de consumo de potência (em kVA)
do equipamento de diagnóstico por imagem. Pode-se esperar
uma queda de tensão entre 5 e 10% quando o dimensionamento do grupo gerador é feito utilizando este critério.
A Tabela 3-8 apresenta os valores para o pico de consumo
de potência (kVA) e a potência (kVA) exigida do grupo gerador
por equipamentos de diagnóstico por imagem com diversas
capacidades nominais.
Dois fatores adicionais devem ser entendidos para todos
esses tipos de aplicações:
Em primeiro lugar, quando um equipamento de diagnóstico
por imagem é alimentado por um grupo gerador, as imagens
produzidas podem ser diferente das imagens produzidas
quando o mesmo equipamento é alimentado pela rede
elétrica de energia. A razão para isso se deve à diferença
nas características de queda de tensão quando o equipamento está em funcionamento. Conforme o ilustrado na
Figura 3-1, a queda de tensão tenderá a ser constante
quando a fonte de alimentação for a rede pública de energia
elétrica, e, será maior e com maiores variações quando a
fonte de alimentação for um grupo gerador. O modo com
que o regulador de tensão do grupo gerador tenta regular a
tensão durante uma queda também afeta as características
da queda de tensão.
% DE TENSÃO SEM CARGA
Em segundo lugar, não devem ocorrer grandes mudanças
nas cargas conectadas ao grupo gerador no intervalo de
tempo entre o momento em que o operador faz os ajustes
100
80
QUEDA DE TENSÃO À MEDIDA QUE
O EQUIPAMENTO ESTÁ INICIANDO QUANDO
ALIMENTADO PELA REDE ELÉTRICA
60
40
QUEDA DE TENSÃO À MEDIDA QUE O EQUIPAMENTO ESTÁ
INICIANDO QUANDO ALIMENTADO POR UM GRUPO GERADOR
20
0
0.5
1.0
1.5
TEMPO EM SEGUNDOS
Figura 3-1. Queda de tensão em aplicações médicas de diagnóstico por imagem.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
32
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CLASSIFICAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE IMAGEM
Ma
kVP
15
100
20
85
40
125
50
125
100
125
200
125
300
125
300
150
500
125
500
150
700
110
1200
90
PICO EM kVA*
kVA MÍNIMO DO GERADOR
1,5
1,7
5,0
6,3
12,5
25,0
37,5
45,0
62,5
75,0
77,0
108,0
3,8
4,3
12,5
15,8
31,3
62,5
93,8
112,0
156,0
187,0
192,0
270,0
* - Multiplique o pico em kVA pelo fator de potência (FP) para obter o pico em kW. Se o FP for desconhecido,
assuma 1,0.
Tabela 3-8. Requisitos do grupo gerador para aplicações com equipamentos de diagnóstico por imagem.
Aplicações em bombas de combate a
incêndios4
As bombas de combate a incêndios exigem algumas considerações especiais devido a seu “status crítico” e exigências
estabelecidas em normas técnicas especiais. Na América
do Norte, o Código Elétrico Nacional (NEC - “National Electrical
Code”) exige que o limite para a queda de tensão seja de
15% durante a partida de bombas de combate a incêndios.
Este limite é imposto com o objetivo de fazer com que os
sistemas de partida dos motores da bombas não desarmem
caso sejam submetidos a períodos prolongados com o rotor
travado, e, que os motores das bombas de combate a incêndios forneçam torque adequado para acelerá-las até as suas
respectivas rotações nominais e atinjam os valores nominais
de pressão e vazão. O grupo gerador não precisa ser dimensionado para fornecer por tempo indefinido a potência (kVA)
de acionamento para o motor de uma bomba de combate a
incêndios que esteja com o rotor travado. Isto resultaria em
um grupo gerador superdimensionado, o que poderia levar
a problemas de manutenção e confiabilidade em um grupo
gerador sub-utilizado.
Sempre que for utilizado um motor com partida em tensão
reduzida (“soft start”) para uma bomba de combate a incêndios,
independente do tipo da bomba e do motor, o dimensionamento deve ser feito como se fosse uma partida direta.
O sistema de controle da bomba de combate a incêndios
inclui recursos de partida direta da bomba (conexão direta
4) Este texto apresenta a interpretação da Cummins Power Generation
sobre a edição de 1996 da Norma NFPA Nº 20, sobre Bombas Centrifugas
de Combate a Incêndios.Os engenheiros responsáveis pelos projetos
também deverão consultar esta norma.
à linha de energia), para os casos de falha no funcionamento
do controlador. Estes recursos podem ser mecânicos (com
acionamento manual), elétricos (com acionamento manual)
ou automáticos.
Uma capacidade extra de geração e fornecimento de energia
pode ser acionada, caso seja técnicamente viável, por meio
da instalação de controles automáticos para a desconexão
de cargas com baixa prioridade ou então pela alimentação
destas cargas utilizando-se a capacidade ociosa do grupo
gerador. Estes controles devem ser ajustados para desconectar as cargas com baixa prioridade antes de dar a partida
na bomba de combate a incêndios.
Uma alternativa possível seria o uso de uma bomba para combate a incêndios acionada por um motor diesel ao invés de
uma bomba com motor elétrico. Embora seja mais econômico
utilizar uma bomba acionada por motor elétrico, é provável que
o engenheiro responsável pelo projeto do sistema de combate
à incêndios prefira uma bomba acionada por motor diesel.
Isto permitiria que o sistema de energia para os equipamentos de proteção contra incêndios e o sistema de energia de
emergência fossem mantidos completamente separados.
Alguns engenheiros e companhias seguradoras acreditam
que isto possa aumentar a confiabilidade de ambos os
sistemas. Além disso, o gasto com um comutador de transferência para a bomba de combate a incêndios seria evitado.
Outra vantagem a ser avaliada é o fato de que o grupo gerador
não precisaria ser dimensionado para fornecer indefinidamente a potência (kVA) para acionamento do motor da bomba
de combate a incêndios. Isto poderia resultar em um grupo
gerador superdimensionado, o qual poderia apresentar problemas de manutenção e confiabilidade por estar sendo
sub-utilizado.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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33
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Características da Carga
Tolerâncias das cargas para variações de
tensão e freqüência
A Tabela 3-9 apresenta um resumo com os valores das tolerâncias de várias cargas para oscilações de tensão e
freqüência.
EQUIPAMENTO
TENSÃO
FREQÜÊNCIA
Motores de
Indução
+/-10%
+/-5%
Contatores,
Partidas de Motores
+/-10%
N/D
Iluminação
Incandescente
+10%, -25%
N/D
Iluminação
Fluorescente
Iluminação HID
+/- 10%
N/D
+10%, -20%
N/D
UPS Estático
+10%, -15%
+/- 5%
Acionamento com
Freqüência Variável
(VFD)
+10%, -15%
+/- 5%
COMENTÁRIOS
A sub tensão resulta em torque baixo e
no aumento da temperatura. A sobre tensão
resulta no aumento do torque e da corrente
de partida.
A força de retenção de uma bobina e sua
constante de tempo de descarga são
proporcionais aos ampères-espiras da bobina.
Bobinas menores podem ficar fora destas
tolerâncias para quedas transientes. Uma
queda transiente de tensão de 30 a 40%
durante mais de 2 ciclos pode provocar a
queda da bobina.
Tensão baixa resulta em 65% de luz.
Tensão alta resulta em 50% da vida.
Freqüência baixa pode resultar em luz piscante
Tensão alta resulta em superaquecimento.
Tensão baixa resulta em extinção.
Tensão alta resulta em superaquecimento.
Nenhuma descarga da bateria abaixo de -20%
da tensão.
UPS são sensíveis a uma taxa de mudança de
freqüência maior que 0,5 Hz/seg (taxa de
risco).
O superdimensionamento do gerador poderá
ser necessário para limitar a distorção
harmônica de tensão.
VFDs são sensíveis a uma taxa de mudança
de freqüência maior que 1 Hz/seg.
O superdimensionamento do gerador poderá ser
necessário para limitar a distorção harmônica
de tensão.
Caso a tensão não consiga retornar à 90%, os dispositivos de proteção contra sub-tensão podem ser acionados,
dispositivos contra sobrecorrente podem interromper a alimentação, motores de partida com tensão reduzida
podem travar ou “dar trancos” e motores podem parar ou não ter aceleração aceitável.
Tabela 3-9. Valôres típicos das tolerâncias para tensão e freqüência.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Potência regenerativa
A utilização de grupos geradores para alimentar cargas que
utilizem acionamentos do tipo motor-gerador (MG), tais como
elevadores, guindastes e guinchos, exige que o projeto de
instalação tenha características adequadas para lidar com
este tipo de carga com “potência regenerativa”. Em aplicações como estas, a descida da cabina de um elevador ou do
guincho de um guindaste torna-se mais lenta para que o
motor-gerador “devolva” energia elétrica à fonte para que seja
reaproveitada. A rede elétrica de energia absorve facilmente
esta energia “regenerada” por ser uma fonte de energia
essencialmente ilimitada. A energia produzida e “devolvida”
pela carga simplesmente alimenta outras cargas reduzindo
a demanda sobre a rede elétrica (que é a fonte principal).
Por outro lado, um grupo gerador é uma fonte “isolada” de
energia e tem uma capacidade limitada para absorção da
“potencia regenerativa”. A absorção da “potência regenerativa” depende da potência de fricção do motor à uma rotação
controlada, da potencia de ventilação, da fricção do gerador,
das perdas por dissipação nos enrolamentos e no núcleo do
rotor (a potência necessária para manter a saída do gerador
na tensão nominal). O valor nominal para a capacidade de
“potência regenerativa” do grupo gerador selecionado aparece
na “Folha de Especificações” e, normalmente, equivale entre
10 a 20% da classificação de potência do grupo gerador.
Lembre-se que o gerador controla o motor (mecânico), que
absorve e dissipa energia através das perdas por fricção.
A escolha de uma classificação para “potência regenerativa”
insuficiente para uma determinada aplicação pode resultar
numa descida excessivamente rápida da cabina de um elevador e na rotação excessiva do grupo gerador.
NOTA: Cargas regenerativas excessivas podem causar uma rotação excessiva e o desligamento de um grupo gerador. As aplicações
mais susceptíveis a este tipo de problema são os pequenos edifícios
onde o elevador é a maior carga conectada ao grupo gerador.
Em geral, o problema da “regeneração” pode ser resolvido
fazendo-se com que hajam outras cargas conectadas ao
gerador, e, que possam absorver a “potência regenerativa”.
Por exemplo, em pequenos edifícios onde o elevador é a maior
carga, a energia do gerador ser transferida para a iluminação
antes que seja transferida para o elevador. Em alguns casos,
pode ser necessário o uso de bancos de carga auxiliares, e
controles para estes bancos de carga, para ajudar a absorver
as cargas regenerativas.
Fator de Potência das Cargas (FP)
Indutâncias e capacitâncias em circuitos de carga de corrente
alternada (CA) podem fazer com que o ponto em que a onda
senoidal de corrente passa pelo “zero” seja adiantado ou
atrasado em relação ao ponto em que a onda de tensão
passa pelo “zero”. Cargas capacitivas, motores síncronos
superexcitados, etc., causam o avanço do fator de potência,
onde a corrente fica adiantada em relação à tensão.
Um fator de potência de “atraso”, ou seja, quando a corrente
fica atrasada em relação à tensão , corresponde aos casos
mais comuns, e resultam da indutância no circuito. O fator de
potência corresponde ao co-seno do ângulo que a corrente
adianta ou atrasa em relação à tensão, e, onde um ciclo
senoidal completo corresponde à 360 graus. Em geral, o
fator de potência é expresso na forma decimal (0,8) ou como
uma porcentagem (80%). O fator de potência corresponde
ao valor da razão entre a potência em kW e a potência em
kVA. Ou seja:
kW = kVA x PF
Note que os grupos geradores trifásicos são classificados
para cargas com FP=0.8 e grupos geradores monofásicos
para cargas com FP=1.0. Cargas que causam fatores de
potência de valores mais baixos que aqueles para os quais
os geradores são classificados podem fazer com que se
recomende o uso de um alternador ou de um grupo gerador
de maior capacidade para alimentar a carga corretamente.
As cargas reativas que provoquem um fator de potência
“adiantado” (leading) podem ser problemáticas, e causar
danos aos alternadores, às cargas ou aos equipamentos de
proteção. As fontes mais comuns para o “adiantamento” do
fator de potência são sistemas UPS levemente carregados
que utilizam filtros de harmônicos na entrada da linha ou
dispositivos para correção do fator de potência (bancos de
capacitores) utilizados com os motores. Deve ser evitado o
uso de cargas que adiantam o fator de potência em sistemas
de energia com grupos geradores. A capacitância do
sistema torna-se uma fonte de excitação para o gerador e a
perda do controle de tensão pode se tornar um problema.
Recomenda-se que os sistemas para correção do fator de
potência sejam conectados e desconectados juntamente
com a carga. Consulte o ítem “Cargas que aumentam o Fator
de Potência”, na seção “Projeto Elétrico”.
Cargas monofásicas e balanceamento das cargas
As cargas monofásicas devem ser distribuídas de maneira
tão uniforme quanto possível entre cada uma das três fases
de um grupo gerador trifásico, com o propósito de utilizar
plenamente a capacidade do gerador e limitar o desbalanceamento de tensão. Por exemplo, um desbalanceamento
de carga monofásica de apenas 10% pode exigir a limitação
da carga trifásica balanceada para não mais que 75% da
capacidade nominal. Para ajudar a evitar o superaquecimento
e falhas prematuras do isolamento em motores trifásicos, o
desbalanceamento de tensão deve ser mantido abaixo do
limite de 2%, aproximadamente. Consulte o ítem “Cálculo
do desbalanceamento permitido em Cargas Monofásicas”,
na seção “Projeto Elétrico”.
3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
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3 A INFLUÊNCIA DAS CARGAS NO DIMENSIONAMENTO DO GRUPO GERADOR
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/201
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 4
4 – SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO .................................................................... 37
CAPÍTULO 4
Descritivo ................................................................................................................................
Alternadores CA .....................................................................................................................
Tensão.............................................................................................................................
Baixa tensão............................................................................................................
Média tensão ...........................................................................................................
,VRODPHQWRH&ODVVL¿FDo}HV...........................................................................................
(QURODPHQWRVH&RQH[}HV.............................................................................................
Reconectável ..........................................................................................................
Faixa ampla .............................................................................................................
Faixa estendida .......................................................................................................
Faixa limitada ..........................................................................................................
Maior capacidade de partida de motores ................................................................
Fundamentos e Excitação ..............................................................................................
Geradores auto-excitados .......................................................................................
Geradores excitados separadamente .....................................................................
Carga transiente ......................................................................................................
Curvas de saturação do gerador .............................................................................
Resposta do sistema de excitação .........................................................................
Resposta à partida de motores ...............................................................................
Potência do gerador (kVA) para alimentação de um motor com o rotor travado .......
Queda na tensão sustentada .................................................................................
Resposta à falha .....................................................................................................
Temperaturas dos enrolamentos em curto-circuito .................................................
Motores ..................................................................................................................................
Governadores .................................................................................................................
Governadores Mecânicos .......................................................................................
Governadores Eletrônicos ......................................................................................
Sistemas de Partida de Motores ....................................................................................
Partida com bateria .................................................................................................
Distribuição das baterias de partida .......................................................................
Sistema partida do grupo gerador utilizando ar comprimido ..................................
Controles ................................................................................................................................
Sistemas de controle baseados em relés ......................................................................
Sistemas de controle baseados em circuitos eletrônicos (Microprocessadores) ...........
Circuitos eletrônicos com “Autonomia Plena” .................................................................
Opcionais para o sistema de controle ............................................................................
Acessórios e opcionais ..........................................................................................................
Recursos de Segurança e Alertas de Controle ..............................................................
Disjuntores ......................................................................................................................
Interruptor em caixa moldada .................................................................................
Caixas de entrada ...................................................................................................
Disjuntores múltiplos ...............................................................................................
Baterias e carregadores de baterias ..............................................................................
Sistemas de escape e de silencioso ...............................................................................
Carenagens.....................................................................................................................
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CAPÍTULO 4
Carenagem de proteção contra intempéries ...........................................................
Carenagem de acústica ..........................................................................................
Carenagem “walk-in” ...............................................................................................
5HJL}HVOLWRUkQHDV..................................................................................................
&RQ¿JXUDo}HVDOWHUQDWLYDVGHDUUHIHFLPHQWRHYHQWLODomR ..............................................
&ODVVL¿FDo}HVGRVVLVWHPDVGHDUUHIHFLPHQWR.......................................................
Alternativas de Arrefecimento Remoto ...................................................................
Radiador Remoto ....................................................................................................
Trocador de Calor ...................................................................................................
6LVWHPDVGHFRQWUROHGRQtYHOGRyOHROXEUL¿FDQWH.........................................................
Dispositivos de aquecimento “Standby” para grupos geradores ....................................
Partida a frio e aceitação de carga .........................................................................
Aquecedores do líquido de arrefecimento ..............................................................
Aquecedores de óleo e de combustível ..................................................................
Aquecedores anti-condensação .............................................................................
Tanques de Combustível (Diesel) ...................................................................................
Tanques diários .......................................................................................................
Tanques sob a base ................................................................................................
Montagem dos Isoladores de Vibração ..........................................................................
Painéis de Transferência ................................................................................................
Dispositivos necessários para o paralelismo de gruposgeradores .........................
Necessidade de equipamentos adicionais .....................................................................
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Diretrizes Adicionais
Ajuste às condições ambientais
Em ambientes onde a atmosfera apresente alto teor de salinidade
(maresia), existe grande possibilidade de se formarem depósitos
de cloreto de sódio (sal) nos enrolamentos, sobre superfícies
de metal não tratado (não necessariamente não-ferroso), etc.,
o que levará ao surgimento de dois problemas associados: a
corrosão e a absorção higroscópica da umidade do ar, que
irá prejudicar o isolamento elétrico. É importante remover a
maior quantidade possível de umidade atmosférica de dentro
do compartimento do gerador, especialmente nos locais por
onde o ar úmido entra, assim como, no local por onde ele sai,
evitando que haja condensação.
O compartimento (carenagem) de proteção do grupo gerador
deve possuir venezianas com molas que se fechem automáticamente e o mais rápido possível sempre que o equipamento
for desligado. Todas as peças do compartimento devem ser
galvanizadas, receber pintura eletrostática à pó ou serem
pintadas com alguma tinta resistente ao sal para evitar a
corrosão. Um cuidado especial deve ser tomado naquelas
áreas onde a umidade possa se alojar.
O procedimento recomendado é fazer com que o ar passe por
venezianas bem como por um sistema de calhas que proporcionem um caminho sinuoso e reduzam o máximo possível
a velocidade de admissão. Isso fará com que as partículas de
umidade se condensem durante o processo de admissão do
ar para dentro do gabinete do motor. Evidente, isso não eliminará
toda a umidade do ar, havendo assim uma quantidade residual
de umidade. A maior parte desta umidade deverá ser impedida
de entrar em contato direto com a traseira do alternador, e, para
isso, deve ser utilizado um defletor de ar. Parte do ar que circula
deve ser dirigido para o alternador, todavia, este ar deve ser
dirigido de maneira correta de modo a evitar a sua recirculação.
Todo este arranjo de defletores de ar fará com que hajam trajetos
sinuosos adicionais, havendo assim mais condensação e
precipitação da umidade do ar antes da entrada no alternador.
A criação deste sistema sinuoso de entrada de ar pode reduzir
significativamente o fluxo, portanto, é recomendada a criação
de um modelo de fluxo de ar antes da construção do compartimento de proteção (carenagem).
É fundamental evitar que haja condensação e se forme qualquer
poça de água debaixo do alternador. Numa situação dessas,
o fluxo de ar que passa pelo grupo gerador dará origem à uma
turbulência embaixo da máquina e irá gerar gotículas de água,
possivelmente contaminadas com óleo, combustível, líquido
de arrefecimento e sal; que podem entrar na máquina. Caso
se observe a formação de pequenas poças de água debaixo
do alternador, considere a instalação de um defletor para evitar
que gotículas sejam drenadas para dentro da admissão de
ar do alternador.
O compartimento do grupo gerador deve conter aquecedores,
dimensionados para aumentar a sua temperatura interna em,
pelo menos, 5°C acima da temperatura ambiente, e, estes
aquecedores devem ser acionados por controladores de temperatura conectados à sensores de temperatura e de umidade
(ponto de orvalho). Considere o condicionamento de ar do
compartimento do motor para quando o clima estiver quente
e úmido pois isso pode reduzir efetivamente a umidade sem
aquecer indevidamente o ambiente dentro do compartimento.
É importante lembrar que controlar o condicionamento de ar
usando uma combinação de controles de temperatura e ponto
de orvalho economizará o consumo de energia. Aquecedores
anti-condensação dentro de alternadores são obrigatórios para
este tipo de aplicação. Devem ser conectados a uma fonte de
energia de capacidade adequada e, devem ser acionados
sempre que as condições atmosféricas favorecerem a ocorrência
de condensação e somente quando o gerador for estacionário.
Água dentro do compartimento
Proteção do enrolamento do alternador
Alguns modelos de alternadores da Cummins Generator Technologies podem ser fornecidos com um tratamento contra impregnações que podem ocorrer em ambientes hostis. Isso irá
porporcionar uma proteção adicional contra umidade nos enrolamentos. Este tratamento adicional é aplicado somente no estator
principal e, irá resultar em uma perda de 3 - 5% da classificação
“Prime” (150/163 classe de temperatura), embora não haja
qualquer perda intrínseca neste processo para classificação
“Continuous” (105/125 classe de temperatura). Isto não deve ser
considerado como sendo um “método substituto” para o tratamento ambiental descrito acima, é um “equivalente”. Há um custo
adicional para este tratamento, pois este aumenta o tempo de
impregnação e os materiais.
Proteção de peças internas de metal
A Cummins Generator Technologies tem condições de
providenciar um tratamento adicional para superfícies de metal
expostas (sem pintura) localizadas no interior da máquina.
Isso inclui o eixo do motor, os vários componentes montados
sobre o eixo, bem como a carcaça da máquina. Haverá um
custo adicional para este tratamento de superfície.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Operação do alternador
A máquina deve ser dimensionada e os controles de sistema
programados para que o alternador opere em carga suficiente
para assegurar que os enrolamentos atinjam e mantenham
uma temperatura de, pelo menos, 100°C. Esta temperatura
de funcionamento deve ser atingida mesmo nas condições
de mais baixa temperatura ambiente que possam ser encontradas no local onde o grupo gerador será instalado. Esta
condição para a temperatura de funcionamento do alternador
ajudará a manter os seus enrolamentos numa condição livre
de umidade.
Cargas não-lineares
Em aplicações onde há predominância de cargas não-lineares,
a Cummins Generator Technologies recomenda que, caso sejam
usadas as máquinas P7x, elas sejam especificadas como PE7
(projeto de geração incorporado da máquina). O projeto dos
alternadores PE7 lhes confere melhor adaptação em instalações
com cargas não-lineares. A máquina deve ser dimensionada
segundo a classificação classe F. Isto irá resultar em um
menor aquecimento para o rotor, além de uma uma menor
reatância eficaz da máquina. Como resultado, será produzida
uma saída de tensão com uma melhor forma de onda.
Filtros
A Cummins Generator Technologies não recomenda filtros
em aplicações onde o ingresso de água é um problema - filtros
devem ser usados para remover pó seco somente. Os filtros
ficarão encharcados rapidamente e restringirão a admissão
de ar e depois de desligado, a água contida no filtro tenderá
a fazer a atmosfera dentro do alternador muito úmida o que
pode originar o crescimento de mofo.
Regime de manutenção
Regime de manutenção corresponde ao procedimento de se
acionar o alternador até a sua temperatura normal de funcionamento (enrolamentos à, pelo menos, 100°C), uma vez ao mês,
por intervalos de 4 horas ou mais. Este procedimento fará
com que os enrolamentos de alternador sejam mantidos livres
de umidade e irá impedir o surgimento de fungos (mofo).
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Enrolamentos e Conexões
Os alternadores são fornecidos com diversas configurações
de enrolamentos e de conexões. Entender a terminologia
utilizada ajudará na escolha do melhor equipamento para
uma determinada aplicação.
Reconectável: Muitos alternadores são projetados com
cabos individuais de saída dos enrolamentos das fases
separadas e que podem ser reconectados nas configurações
de Estrela ou Triângulo. Estes são chamados comumente
de alternadores com 6 cabos. Em geral, alternadores
reconectáveis possuem seis enrolamentos separados, dois
para cada fase, que podem ser reconectados em série ou
em paralelo, e nas configurações de estrela ou triângulo.
Estes alternadores são chamados de reconectáveis com
12 cabos. Alternadores deste tipo são fabricados visando
principalmente a flexibilidade e a eficiência no processo de
fabricação, e são conectados e testados ainda na fábrica
conforme a configuração desejada.
Faixa ampla: Alguns alternadores são projetados para
produzir uma ampla faixa de tensões nominais de saída,
tais como, uma faixa de 208 a 240 volts ou de 190 a 220 volts,
necessitando apenas de 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 projetados
para produzir uma faixa de tensões maior do que aquela
oferecida pelos alternadores de faixa ampla. Onde um
alternador de faixa ampla pode produzir nominalmente 416480 volts, um de faixa estendida pode produzir 380-480 volts.
Maior capacidade de partida de motores: Este termo é usado
para descrever um alternador de maior capacidade ou com
características e enrolamentos especiais, que tenham maior
capacidade de gerar corrente e, sejam capazes de dar a
partida de motores elétricos (carga). Conforme foi mencionado anteriormente, o aumento da capacidade de partida
de motores também pode ser obtido escolhendo-se um
alternador com uma classe de temperatura menor.
Fundamentos e Excitação
É desejável algum conhecimento sobre os fundamentos de
geradores de CA e dos sistemas de excitação dos geradores
em relação à resposta a cargas transientes, interação do
regulador de tensão com a carga e a resposta do sistema
de excitação às falhas de saída do gerador.
Um gerador converte energia mecânica em energia elétrica.
O gerador consiste essencialmente de um rotor e de um
induzido, como mostrado na seção em corte da Figura 4-1.
O rotor transporta o campo magnético do gerador (mostrado
como quatro pólos), o qual é posto em rotação pelo motor
mecânico. O campo magnético é alimentado por uma fonte
de CC (corrente contínua ) chamada de excitador, a qual é
conectada aos terminais “+” e “-” dos enrolamentos do campo.
O gerador é construído de tal forma que as linhas de força
do campo magnético cortam perpendicularmente os enrolamentos do induzido quando o motor gira o rotor, induzindo
uma tensão nos elementos do enrolamento do induzido.
A tensão em quaisquer elementos do enrolamento é invertida
toda vez que a polaridade é mudada (duas vezes a cada
rotação em um gerador de quatro pólos).
Faixa limitada: Como o próprio nome sugere, os alternadores
de faixa limitada possuem um ajuste muito limitado de faixa
de tensão nominal (por exemplo 440-480 volts) ou podem
ser projetados para produzir apenas uma tensão nominal
e, com conexões específicas, tais como, 480 volts em Estrela.
induzido
enrolamentos
do induzido
N
+
–
S
S
N
rotor
linhas magnéticas
de força
Figura 4-1. Seção transversal de um gerador de 4 pólos.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Normalmente, um gerador tem quatro vezes mais “bornes
de enrolamento” do que o mostrado e é “enrolado” para obter
uma saída senoidal, alternante, monofásica ou trifásica.
A saída do gerador é diretamente proporcional à intensidade
do seu campo magnético. Veja um diagrama esquemático
na Figura 4-2.
A tensão induzida em cada elemento do enrolamento depende
da intensidade do campo (que pode ser representada por
uma densidade maior das linhas de força), da velocidade
de rotação com que as linhas de força cortam os elementos
do enrolamento, e do “comprimento do enrolamento”. Assim
sendo, para variar o valor da tensão de saída em um gerador
de um determinado tamanho e com uma determinada velocidade de rotação, é necessário variar a intensidade do campo
magnético. Isto é feito pelo regulador de tensão, que controla
a saída de corrente do excitador.
Normalmente, o sistema de excitação de um gerador autoexcitado é o sistema menos dispendioso de todo o conjunto.
O mesmo apresenta um bom funcionamento sob todas as
condições de operação, contanto que o grupo gerador tenha
sido adequadamente dimensionado para a aplicação.
A vantagem de um sistema auto-excitado sobre um sistema
excitado separadamente é que o sistema auto-excitado é
“inerentemente auto-protetor” caso ocorra um curto-circuito
simétrico porque o campo “colapsa”. Devido a isso, a instalação de um disjuntor da linha principal para a proteção do
gerador e dos condutores no primeiro nível de distribuição
pode não ser necessário, e, além disso, pode reduzir o custo
do sistema instalado.
Os geradores podem ser equipados com sistemas de excitação
auto-excitados ou excitados separadamente (PMG).
Geradores auto-excitados: O sistema de excitação de um
gerador auto-excitado é alimentado através do regulador
automático de tensão, recebendo a tensão de alimentação
(ponte) a partir da saída do próprio gerador. O regulador de
tensão analisa a tensão e a freqüência de saída do gerador,
compara as mesmas com valores de referência e então fornece
uma saída de CC (corrente contínua) regulada ao excitador
dos enrolamentos do campo. O campo magnético do excitador
induz uma saída de CA (corrente alternada) no rotor do excitador, o qual gira no eixo do gerador acionado pelo motor.
A saída do excitador é retificada pelos diodos giratórios, também no eixo do gerador, para fornecer a CC para o rotor principal
(campo do gerador). O regulador de tensão aumenta ou
diminui a corrente do excitador à medida que detecta mudanças na tensão e na freqüência de saída resultantes da
mudança de carga, aumentando ou diminuindo a intensidade
do campo do gerador.
ROTOR DO
EXCITADOR
E INDUZIDO
• Pode ser necessário selecionar um gerador de maior
porte para garantir um desempenho aceitável em operações de partida do motores.
• As alternadores auto-excitados utilizam um campo
magnético residual para entrar em funcionamento. Se
este magnetismo residual não for intenso o suficiente,
será necessário providenciar, momentâneamente, uma
fonte externa CC de energia para compensar esta baixa
intensidade do campo magnético residual.
• Este tipo de sistema pode não ser capaz de sustentar
correntes transientes por um período de tempo longo o
bastante para evitar que os disjuntores sejam desarmados.
SAÍDA DA ENERGIA ELÉTRICA
DETECÇÃO
E ALIMENTAÇÃO
INDUZIDO PRINCIPAL
RETIFICADORES
ROTATIVOS
SAÍDA
REGULADOR
AUTOMÁTICO
DE TENSÃO
As desvantagens de um sistema auto-excitado são:
ROTOR PRINCIPAL
ENTRADA
DE ENERGIA
MECÂNICA
ROTATIVA
Figura 4-2. Gerador auto-excitado.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
DETECÇÃO
SAÍDA DA ENERGIA ELÉTRICA
INDUZIDO PRINCIPAL
ROTOR DO
EXCITADOR
E INDUZIDO
RETIFICADORES
ROTATIVOS
ROTOR
DO PMG E
INDUZIDO
REGULADOR
AUTOMÁTICO
DE TENSÃO
SAÍDA
ALIMENTAÇÃO
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ROTOR PRINCIPAL
ENTRADA
DE ENERGIA
MECÂNICA
ROTATIVA
Figura 4-3. Gerador excitado separadamente (PMG).
Geradores excitados separadamente: O sistema de excitação
de um gerador excitado separadamente é similar ao de um
gerador auto-excitado com a diferença de que um gerador
com imã permanente (PMG) localizado na extremidade do
eixo do gerador principal alimenta o regulador de tensão.
Veja a Figura 4-3. Por ser uma fonte separada de energia,
o circuito de excitação não é afetado pelas cargas conectadas
ao gerador. O gerador é capaz de sustentar duas ou três vezes
a sua corrente nominal por cerca de dez segundos. Por este
motivo, recomenda-se a utilização de geradores excitados
separadamente para aplicações que requerem melhor capacidade para efetuar de partidas do motores (carga), bom
desempenho com cargas não-lineares ou bom desempenho
em instalações onde possam, eventualmente, ocorrer curtocircuitos prolongados.
Para alternadores equipados com este tipo de sistema de
excitação é necessário proteger o gerador contra eventuais
situações de falha, uma vez que eles podem operar continuamente até serem irremediavelmente danificados. O Sistema
de Controle PowerCommand com AmpSentry™ oferece esta
proteção regulando a corrente de curto-circuito sustentado
e desligando o grupo gerador caso a corrente de falha persistir
antes que o alternador seja danificado. Consulte a seção
Projeto Elétrico para mais detalhes.
Carga transiente: Independentemente do tipo de sistema de
excitação, um grupo gerador é uma fonte limitada de energia
tanto em termos de potência do motor (kW) quanto em termos
de potência do gerador (kVA). Por este motivo, mudanças
na carga poderão causar oscilações transientes de tensão
e de freqüência. A magnitude e a duração destas oscilações
são afetadas, principalmente, pelas características da carga
e pelo tamanho do alternador em relação à carga. Um grupo
gerador é uma fonte de impedância relativamente alta quando
comparado com um transformador típico de uma empresa
fornecedora de energia.
A Figura 4-4 mostra o comportamento típico da tensão durante
a conexão e desconexão de cargas ao gerador. No lado
esquerdo do gráfico, o valor da tensão estável sem carga
corresponde a 100% da tensão nominal. Quando uma carga
é conectada, ocorre imediatamente uma queda de tensão.
O regulador de tensão detecta esta queda de tensão e reage
aumentando a corrente de campo para fazer com que o gerador
retorne à sua tensão nominal. O tempo de recuperação da
tensão corresponde ao intervalo de tempo entre a aplicação
da carga e o retorno da tensão à faixa de tensão regulada
(mostrada como ±2%). Normalmente, a queda de tensão varia
entre 15 a 45% da tensão nominal quando 100% da carga
classificada do grupo gerador (com FP 0,8) é conectada de
uma única vez. O retorno ao valor de tensão nominal ocorre
entre 1 e 10 segundos, dependendo do tipo da carga e do
projeto do grupo gerador.
A diferença mais significativa entre a energia proveniente de
um grupo gerador e a energia fornecida pela concessionária
(principal) é que quando uma carga é conectada subitamente
à rede elétrica da concessionária, em geral, não há variação
de freqüência. Quando uma carga é conectada a um grupo
gerador, a velocidade de rotação do seu eixo sofre uma redução
e, consequentemente, a freqüência da máquina é reduzida.
O equipamento deve detectar esta mudança na velocidade
de rotação e reajustar sua taxa de admissão de combustível
para se ajustar ao seu novo nível de carga.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
42
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
QUEDA DE TENSÃO
TRANSIENTE
TENSÃO DE
ALIMENTAÇÃO
ESTÁVEL
SEM CARGA
ENVELOPE DE REGULAGEM
DE TENSÃO 2%
SOBRECARGA DE
TENSÃO TRANSIENTE
TEMPO DE
RECUPERAÇÃO
DA TENSÃO
(CARGA APLICADA)
TENSÃO
MÍNIMA DE
PICO A PICO
TEMPO DE
RECUPERAÇÃO
DA TENSÃO
(CARGA REMOVIDA)
TENSÃO DE
ALIMENTAÇÃO
ESTÁVEL
COM CARGA
ONDA SENOIDAL
DA TENSÃO
TEMPO
CARGA APLICADA
CARGA REMOVIDA
Figura 4-4. Perfil típico da tensão durante a conexão ou desconexão de uma carga.
Até que seja encontrado um ponto de equilíbrio entre a nova
carga e uma nova taxa de consumo de combustível, a freqüência gerada será diferente da nominal. Normalmente, a
queda no valor da freqüência varia entre 5 a 15% do valor da
freqüência nominal, quando 100% da carga nominal é
conectada em uma única etapa. O processo de recuperação
do valor da freqüência nominal pode levar vários segundos.
Nota: Nem todos os grupos geradores tem capacidade para
serem conectados ao conjunto completo de cargas em uma
única etapa.
O desempenho de grupos geradores varia em função das
diferenças nas características do regulador de tensão, do
tempo de resposta do governador, do projeto do sistema de
combustível quanto à aspiração do motor (natural ou turbocomprimido) e na forma como os motores (carga) são
combinados. Um fator importante no projeto de um grupo
gerador é a limitação das oscilações de tensão e freqüência
dentro de intervalos aceitáveis.
Curvas de saturação do gerador: As curvas de saturação
do gerador mostram a tensão de saída do gerador, para
diferentes cargas, à medida em que é modificada a corrente
no enrolamento do campo. Para um gerador típico mostrado
como exemplo, a curva de saturação A, sem carga, intersecciona a linha de tensão nominal do grupo gerador quando
a corrente do campo for de aproximadamente 18 ampères.
Ou seja, são necessários cerca de 18 ampères de corrente
de campo para manter a tensão nominal de saída do gerador
sem carga.
A curva de saturação B, com carga plena, mostra que são
necessários aproximadamente 38 ampères de corrente de
campo para manter a tensão nominal de saída do gerador
quando o fator de potência com carga plena é 0,8. Veja a
Figura 4-5.
Resposta do sistema de excitação: A corrente de campo
não pode ser modificada instantaneamente em resposta à
mudanças de carga. O regulador, a excitação do campo e
o campo principal têm, cada um deles, constantes de tempo
que se somam, e, levam à um atraso na resposta do gerador.
O regulador de tensão tem uma resposta relativamente rápida,
enquanto que o campo magnético principal tem uma resposta
significativamente mais lenta do que o campo do excitador,
pois ele é muitas vezes mais intenso. Deve-se observar que a
resposta de um sistema auto-excitado é aproximadamente
igual a de um sistema excitado separadamente, pelo motivo
de que as constantes de tempo para o campo principal e para
o campo do excitador são os fatores mais significativos,
além disso, são comuns a ambos os sistemas.
A intensidade do campo é calculada considerando-se todos
os componentes do sistema de excitação com o objetivo de
otimizar o tempo de retomada da tensão e da freqüência
nominais. A intensidade do campo deve ser suficiente para
minimizar o tempo de retomada, todavia, não tanto a ponto
de provocar uma instabilidade (ultrapassar) ou superar a
capacidade de retomada do motor do grupo gerador,o qual
é uma fonte limitada de energia. Veja a Figura 4-6.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
43
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
TENSÃO DE SAÍDA
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
A
TENSÃO
NOMINAL
10
B
20
30
40
50
CORRENTE DE CAMPO (AMPÈRES)
CORRENTE DE CAMPO
Figura 4-5. Curvas típicas de saturação do gerador.
RESPOSTA CARACTERÍSTICA
COM FORÇA AMORTECIDA DO
CAMPO (TEMPO DE RECUPERAÇÃO T1)
RESPOSTA CARACTERÍSTICA
COM FORÇA DO CAMPO
CORRENTE DE
CAMPO DE CARGA PLENA
CORRENTE DE
CAMPO
SEM CARGA
T1
T2
RESPOSTA CARACTERÍSTICA
SEM FORÇA DO CAMPO
(TEMPO DE RECUPERAÇÃO T2)
TEMPO
Figura 4-6. Características de resposta do sistema de excitação.
Resposta à partida de motores: Quando se dá partida em
motores elétricos (carga), ocorre uma queda repentina de
tensão que consiste, principalmente, de uma combinação
da queda de tensão instantânea causada pela baixa impedância de partida do motor elétrico, combinada com a queda
de tensão resultante da resposta do sistema de excitação.
A Figura 4-7 ilustra estes dois componentes que, combinados,
correspondem a queda de tensão transiente. A queda de
tensão instantânea é simplesmente o produto do valor da
corrente elétrica com o rotor do motor elétrico travado pelo
valor da reatância subtransiente do grupo gerador. Esta queda
de tensão ocorre antes que o sistema de excitação possa
responder com um aumento da corrente de campo e, conseqüentemente, esta queda de tensão não é afetada pelo tipo
de sistema de excitação. Esta queda inicial de tensão pode
ser seguida por uma queda posterior causada pela função
de “casamento de torque” do regulador de tensão que reduz
a tensão para não sobrecarregar o motor do grupo gerador
caso seja detectada uma redução significativa da velocidade
rotação. Um grupo gerador deve ser projetado de modo a
otimizar o tempo de retomada e, ao mesmo tempo, evitar
quaisquer instabilidades ou evitar que haja um esforço
excessivo do motor do grupo gerador.
Potência do gerador (kVA) para alimentação de um motor
com o rotor travado: A corrente de partida de um motor elétrico
(rotor travado) corresponde a aproximadamente seis vezes
a sua corrente nominal, e, não é reduzida significativamente
até a velocidade de rotação do motor se aproximar da sua
rotação nominal, como é mostrado na Figura 4-8. Este pico
de corrente num motor elétrico (carga) causa uma queda de
tensão no gerador. Além disso, a potência exigida por um
motor elétrico durante a sua partida atinge aproximadamente
três vezes o valor da potência nominal do motor quando este
atinge cerca de 80% da sua velocidade de rotação nominal.
Se o motor (mecânico) do grupo gerador não tiver três vezes
a potência nominal do motor elétrico que está iniciando a
partida, o regulador de tensão reduzirá a tensão do gerador
para para evitar que o motor (mecânico) do grupo gerador
seja forçado além de sua capacidade. Enquanto o torque
do motor (mecânico) for maior que o torque exigido pela carga,
durante o período de aceleração, o motor do grupo gerador
será capaz de gerar energia e acelerar a carga até a sua
velocidade de rotação máxima. Em geral, a retomada para
90% da tensão nominal (81% do torque do motor) é considerada aceitável pois resulta apenas em um leve aumento
no tempo de aceleração do motor.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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TENSÃO NOMINAL PORCENTUAL DO GRUPO GERADOR
QUEDA DE TENSÃO
DE PARTIDA
QUEDA DE TENSÃO
INSTANTÂNEA (Ims x X"d)
100
90
80
70
0
2
1
TEMPO (SEGUNDOS)
“ROLAGEM” DA TENSÃO CAUSADA
PELA FUNÇÃO DE "CASAMENTO DE
TORQUE" DO REGULADOR
TENSÃO SE OS KVA DE PARTIDA
DO MOTOR FOREM MANTIDOS E A
EXCITAÇÃO NÃO FOR ALTERADA
REATÂNCIAS DO SISTEMA NA PARTIDA DE UM MOTOR
IMS - CORRENTE INSTANTÂNEA DE PARTIDA
ECA
TENSÃO DO GERADOR
X"d REATÂNCIA SUB-TRANSIENTE
DO GRUPO GERADOR
X"ms REATÂNCIA DO MOTOR
COM ROTOR TRAVADO
Figura 4-7. Queda transiente de tensão.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
6
CORRENTE
DO MOTOR
1.0
FATOR DE
POTÊNCIA
4
0.8
O TORQUE DO MOTOR DEVE SER MAIOR DO
QUE O TORQUE DA CARGA PARA ACELERAR A
CARGA A VELOCIDADE PLENA
3
0.6
2
0.4
FATOR DE POTÊNCIA (ATRASO)
TORQUE POR UNIDADE, POTÊNCIA, CORRENTE
5
TORQUE DO MOTOR
DE TENSÃO PLENA
POTÊNCIA
1
0.2
RESERVA DE TORQUE
0.2
0.4
TORQUE
DE CARGA
0.6
0.8
1.0
VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DO MOTOR POR UNIDADE
Figura 4-8. Curvas características típicas para a partida direta de um motor elétrico.
(100% da tensão nominal do motor aplicada aos seus terminais)
Queda na tensão sustentada: Após um período de tempo
relativamente curto (normalmente menos de 10 ciclos, mas
podendo chegar até vários segundos), quando ocorre a queda
transiente abrupta de tensão, segue-se um período de recuperação da tensão, conforme o ilustrado na Figura 4-9.
O valor máximo de potência (em kVA) para a partida de um
motor elétrico (carga), apresentado na Folha de Especificações
Técnicas do grupo gerador, corresponde ao valor máximo
de potência (em kVA) que o gerador pode sustentar e, ainda,
retomar até 90% da sua tensão nominal, como mostra a
Figura 4-10.
Deve-se notar que isto corresponde somente ao desempenho
combinado do alternador, do excitador e do regulador automático de tensão. O desempenho um grupo gerador para
efetuar a partida de motor elétrico depende também do motor
(mecânico) do grupo gerador, do governador, do regulador
de tensão, e também do gerador.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
QUEDA TÍPICA DE
TENSÃO DE TRANSIENTE
QUEDA DE TENSÃO SUSTENTADA
90% DA TENSÃO RECUPERADA
TENSÃO RMS
Figura 4-9. Queda no valor da tensão sustentada.
QUEDA PERCENTUAL DE TENSÃO
40
30
KVA MÁXIMO QUE ESTE GERADOR
SUSTENTARÁ E AINDA RECUPERARÁ
90% DA TENSÃO
A QUEDA DE TENSÃO TRANSIENTE
SERÁ APROXIMADAMENTE DE 30%
20
10
POTÊNCIA DO MOTOR DE CÓDIGO F
200 250 300 350 400
450
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
SAÍDA DE KVA DO GERADOR TRIFÁSICO, 240/480 V, 60 HERTZ,
DISPONÍVEL PARA A PARTIDA DO MOTOR (ROTOR TRAVADO)
Figura 4-10. Gráfico da queda transiente de tensão em função da potência de partida do motor (kVA).
Resposta à falha: Os geradores auto-excitados e excitados
separadamente respondem de maneiras diferentes às situações de falha. Um gerador auto-excitado é chamado de gerador de “campo colapsante” porque seu campo magnético entra
em colapso quando os terminais de saída do gerador entram
em curto (todas as 3 fases em curto ou L-L em curto através
do sensoriamento de fases). Um gerador excitado separadamente pode sustentar o seu próprio campo magnético
durante um curto-circuito porque a excitação é fornecida por
um gerador de imã permanente que funciona em separado.
A Figura 4-11 ilustra a resposta típica de corrente à um curtocircuito simétrico entre as três fases, tanto para geradores
auto-excitados, como para geradores excitados separadamente.
A corrente inicial durante um curto-circuito pode atingir de 8 a
10 vezes a corrente nominal do gerador e ela é uma função
recíproca da reatância subtransiente do gerador, 1/X”d. Para
os primeiros poucos ciclos (indicado na figura como A), praticamente, não há diferença entre as respostas dos geradores
auto-excitados e dos geradores excitados separadamente pois
eles obedecem à mesma curva de redução da corrente de
curto-circuito à medida que a energia do campo é dissipada.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Após os primeiros poucos ciclos (indicado na figura como B),
um gerador auto-excitado continuará a seguir a curva de redução
de curto-circuito até a corrente tornar-se praticamente zero.
Todavia, para um gerador excitado separadamente, como
a energia do seu campo magnético é gerada externamente,
ele pode sustentar 2,5 a 3 vezes a corrente nominal, mesmo
com uma falha (curto) nas 3 fases. Esta magnitude de corrente
pode ser mantida durante aproximadamente 10 segundos
sem que hajam danos para o alternador.
A Figura 4-12 apresenta uma outra forma de visualizar a
diferença na resposta para uma falha trifásica. Se o gerador
for auto-excitado, a tensão e a corrente entrarão em colapso
(cairão à zero) quando a corrente for aumentada além do ponto
de flexão da curva (onde a curva tem a forma de um joelho).
Um gerador excitado separadamente pode sustentar um curtocircuito direto porque ele não depende da sua própria tensão
de saída para gerar sua energia de excitação.
CURTO-CIRCUITO
SIMÉTRICO INICIADO
A
A
8 A 10
VEZES A
CORRENTE
NOMINAL
B
GERADOR COM
AUTO-EXCITAÇÃO
3A4
VEZES A
CORRENTE
NOMINAL
GERADOR COM
EXCITAÇÃO SEPARADA
% DA TENSÃO NOMINAL
Figura 4-11. Resposta à um curto-circuito simétrico entre as três fases
100
GERADOR COM
AUTO-EXCITAÇÃO
75
GERADOR COM
EXCITAÇÃO SEPARADA
50
25
0
1
2
3
MÚLTIPLO DA CORRENTE NOMINAL DO GERADOR
4
Figura 4-12. Capacidade de suportar um curto-circuito
Temperaturas dos enrolamentos em curto-circuito: Um
problema que deve ser cuidadosamente considerado quando
ocorre um curto-circuito é que o gerador pode ser danificado
caso a corrente seja mantida por um tempo excessivo antes
que um disjuntor seja desarmado para suprimir o curto. As
correntes de curto-circuito podem superaquecer rapidamente
os enrolamentos do induzido do gerador. Por exemplo, um
curto-circuito L-N debalanceado em um gerador excitado
separadamente, projetado para sustentar três vezes a sua
corrente nominal, resulta em uma corrente elétrica, aproximadamente, 7,5 vezes maior que a corrente nominal do
gerador. Para uma corrente desta magnitude, presumindo-se
que a temperatura inicial do enrolamento seja de aproximada-
mente 155°C, é possível concluir que os enrolamentos
podem chegar a 300°C em menos de cinco segundos. A esta
temperatura ocorrerão danos imediatos e permanentes aos
enrolamentos. Um curto-circuito L-L desbalanceado demora
poucos segundos a mais para que a temperatura dos enrolamentos atinja um valor de 300°C, e, um curto-circuito trifásico
balanceado demora um pouco mais. A Figura 4-13 ilustra cada
uma dessas três situações.
Para informações complementares, consulte o ítem “Proteção
do Alternador”, na seção Projeto Elétrico.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
TR
O
EU
E
EN
355°C
FA
S
TEMPERATURA DO INDUZIDO
455°C
FA
S
-FA
SE
ASE
SE-F
E
-FAS
FA
300°C
225°C
155°C
5 SEG
10 SEG
15 SEG
20 SEG
TEMPO
Figura 4-13. Curvas aproximadas para as temperaturas dos enrolamentos
para diferentes tipos de curto-circuito.
Como se pode constatar por meio desta extensa subseção,
sobre os conceitos básicos e sobre os processos de excitação
de geradores, os dois processos básicos para sistemas de
excitação, aqui apresentados, proporcionam uma ampla variedade de características e desempenho. Funcionamento na
condição de estabilidade, funcionamento nas situações em
que ocorrem transientes, partida de motores (carga), resposta
à ocorrência de falhas, assim como demais características,
variam em função do tipo de sistema de excitação do gerador.
O estudo destes efeitos é importante para a análise do desempenho dos equipamentos. Veja abaixo um breve resumo das
características que diferenciam um gerador auto-excitado
de um gerador excitado separadamente.
• Auto-excitado
-
Quedas maiores de tensão
Campo “colapsante”
Detecção média monofásica
Menor tolerância a cargas não-lineares
Menor capacidade para a partida de motores (carga)
• Excitado separadamente
-
Quedas menores de tensão
Corrente sustentada durante a ocorrência de falhas
Detecção RMS trifásica
Melhor tolerância a cargas não-lineares
Melhor capacidade para a partida de motores (carga)
Motores
Governadores
Governadores Mecânicos: Os dispositivos denominados
governadores mecânicos, como o próprio nome sugere,
controlam o fornecimento de combustível ao motor do grupo
gerador usando como referência a detecção mecânica da
velocidade de rotação do motor por meio de contrapesos ou
de mecanismos similares. Estes dispositivos apresentam
aproximadamente 3 a 5% de queda de velocidade de rotação
do motor na condição de sem carga até a carga plena. Este
tipo de sistema de controle, em geral, é o mais barato e adequado para aplicações onde a queda de freqüência não é
um problema para as cargas que são alimentadas pelo grupo
gerador. Alguns grupos geradores, mas não todos, são fornecidos com um governador mecânico opcional.
Governadores Eletrônicos: Os dispositivos denominados
governadores eletrônicos são utilizados em aplicações onde
é necessário um controle isócrono (“zero droop”), ou naquelas
aplicações onde são necessários sincronismo e paralelismo.
Normalmente, a velocidade de rotação do motor do grupo
gerador (em RPM) é monitorada por um sensor eletromagnético
e o fornecimento de combustível para o motor do grupo gerador
é controlado por válvulas solenóide acionadas por circuitos
eletrônicos. Estes circuitos, independente de estarem imbutidos
nos controladores dos solenóides ou de serem parte do controlador microprocessado do grupo gerador, utilizam sofisticados algoritmos para manter o controle preciso da velocidade
de rotação do motor do grupo gerador e, conseqüentemente,
da freqüência.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Nos grupo geradores equipados com governadores eletrônicos
a recuperação após uma queda transiente de tensão de
carga é mais rápida do que nos grupo geradores equipados
com governadores mecânicos.
Os governadores eletrônicos devem sempre ser utilizados
quando as cargas incluírem equipamento UPS.
Os grupo geradores equipados com motores mais modernos,
especialmente motores diesel com sistemas eletrônicos de
injeção de combustível, estão disponíveis apenas na versão
equipada com governadores eletrônicos.
Seja por fatores de demanda ou pela legislação que exigem
um aumento na eficiência de consumo de combustível, baixas
emissões de escape, bem como algumas outras vantagens;
fazem com que estes sistemas, que oferecem um controle
mais preciso, sejam os adequados.
Sistemas de Partida de Motores
Partida com bateria: Em geral, os sistemas de partida com
bateria para grupos geradores funcionam em 12 ou 24 volts.
Usualmente, os grupos geradores menores utilizam sistemas
de partida de 12 volts e as grupos geradores maiores usam
sistemas de partida de 24 volts. A Figura 4-14 ilustra um
diagrama típico de conexões entre uma bateria e um motor
de partida usado por um grupo gerador. Ao selecionar ou
dimensionar as baterias, bem como, os equipamentos
correlatos, deve-se considerar os items a seguir:
• As baterias devem ter capacidade suficiente (Ampères
de Partida a Frio, APF) para fornecer a corrente elétrica
necessária para o giro do motor de partida, indicada
na Folha de Especificações do grupo gerador
selecionado. As baterias podem ser tanto de chumboácido quanto de níquel-cádmio. As baterias devem ter
sido projetadas para este tipo de aplicação, e, o seu
uso ter sido aprovado pelas autoridades locais.
• Um alternador, acionado pelo motor do grupo gerador
e equipado com regulador de tensão automático
integrado, é, usualmente, fornecido para recarregar as
baterias quando o sistema estiver em funcionamento.
• Para a maioria dos sistemas de energia que funcionam
por meio de grupo geradores, é desejável ou mesmo
exigido, um carregador auxiliar de baterias, portátil,
alimentado pela fonte usual de energia, que permita
manter as baterias plenamente carregadas quando o
grupo gerador não estiver funcionando. Os carregadores de bateria portáteis são exigidos para sistemas
standby de emergência.
• As normas técnicas geralmente especificam um tempo
máximo de carga para a bateria. A seguinte regra prática
pode ser utilizada para dimensionar os carregadores
de baterias auxiliares:
Corrente
1.2 x Amp-Hora da Bateria
Necessária para a =
Horas Necessárias de Carga
Carga da Bateria
• As normas técnicas locais podem exigir o uso de aquecedores para manter a bateria a uma temperatura
mínima de 10°C (50°F) caso o grupo gerador esteja
sujeito a temperaturas ambientes de congelamento.
Consulte informações complementares no ítem
“Acessórios e Opções” (nesta seção), Dispositivos
de Aquecimento Standby para grupos geradores.
• Normalmente, os grupos geradores incluem cabos de
bateria. Alojamentos (“Racks”) para baterias também
são disponíbilizados.
Distribuição das baterias de partida: Caso as baterias sejam
instaladas a uma distância do motor de partida do maior que
o comprimento normal dos cabos de conexão “standard”,
novos cabos de conexão com o comprimento adequado
deverão ser montados. A resistência elétrica total dos cabos
de conexão somada à resistêncie elétrica das conexões não
deverá causar uma queda excessiva da tensão entre a bateria
e o motor de partida. As recomendações para o motor do
grupo gerador são de que a resistência elétrica total do
circuito de partida somada à a resistência elétrica dos cabos
e conexões não ultrapasse 0,00075 ohms para sistemas
de 12 volts ou 0,002 ohms para sistemas de 24 volts. Veja
o seguinte exemplo de cálculo.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
50
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CONEXÃO DO CABO
POSITIVO (+) DA BATERIA
SOLENÓIDE
DE PARTIDA
MOTOR
DE PARTIDA
+
+
–
–
BATERIAS
DE 12 VOLTS
CONEXÃO DO CABO
NEGATIVO (–) DA BATERIA
Figura 4-14. Diagrama típico de conexões do motor de partida elétrico (24 Volts)
Exemplo de Cálculo: Um grupo gerador possui um
sistema de partida de 24 VCC, alimentado por duas baterias
de 12 volts em série (Figura 4-14). O comprimento total
dos cabos é de 375 polegadas (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. Veja a Figura 4-15 para 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.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
51
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
RESISTÊNCIA (OHMS)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
#4
.0040
.0038
.0036
.0034
.0032
.0030
.0028
.0026
.0024
.0022
.0020
.0018
.0016
.0014
.0012
.0010
.0008
.0006
.0004
.0002
#3
#2
#1
#1/0
#2/0
#3/0
2–#1/0
2–#2/0
100
(2.54)
200
(5.08)
300
(7.62)
400
(10.16)
500
(12.70)
600
(15.24)
700
(17.76)
COMPRIMENTO DO CABO EM POLEGADAS (METROS)
Figura 4-15. Resistência elétrica vs. comprimento do cabo,
para diversas bitolas de cabos conforme a classificação AWG
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
52
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
botão da válvula de partida
válvula de 24 volts
de partida a ar
indicador
de pressão
para o botão
de partida
entrada de ar
do tanque
de ar
lubrificador
(conectado à linha
de dreno do injetor)
válvula relé
silencioso
motor de partida
pneumático
Figura 4-16. Arranjo típico de uma tubulação pneumática para a partida de
um motor de grupo gerador, usando ar comprimido.
Sistema partida do grupo gerador utilizando ar comprimido:
Os sistemas de partida do motor de um grupo gerador
utilizando ar comprimido estão disponíveis para alguns dos
modelos maiores de grupos geradores. O sistema de partida
do grupo gerador utilizando ar comprimido pode ser recomendado para algumas aplicações do tipo “Energia Prime”,
contanto que o ar comprimido esteja sempre prontamente
disponível para ser utilizado. A Figura 4-16 mostra um arranjo
típico da tubulação pneumática para um sistema de partida
do grupo gerador utilizando ar comprimido. Considere os
itens abaixo para determinar quais são os equipamentos
necessários para a instalação de um sistema de partida a
ar comprimido:
• O fabricante do motor deverá ser consultado quanto
às recomendações relativas ao diâmetro das mangueiras
de ar e quanto ao volume mínimo exigido para o tanque
de ar comprimido para cada segundo de partida. O
volume do tanque dependerá do tempo mínimo necessário para dar a partida no motor. Todos os motores
pneumáticos de partida fornecidos pela Cummins
Power Generation têm uma classificação máxima de
pressão de 1035 kPa (150 psig).
• Os tanques de ar (receptores) devem ser equipados com
uma válvula de dreno do tipo roscada. Outros tipos
válvula não são recomendados por serem uma fonte
comum de vazamentos de ar. A umidade pode danificar
os componentes do sistema pneumático de partida.
• Todas as válvulas e acessórios do sistema pneumático
devem ser de uso específico para sistemas de partida
de motores diesel por meio de ar comprimido.
• As conexões dos tubos devem ser do tipo de vedação
seca e devem ser feitas com selador de rosca. Não é
recomendo uso de fita teflon pois ela não fixa as roscas
adequadamente e é uma fonte de resíduos que podem
obstruir as válvulas.
Nota: Baterias, embora de capacidade muito menor, ainda serão
necessárias para o controle do motor do grupo gerador e para
o monitoramento dos sistemas quando for utilizada a partida
por meio de ar comprimido.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
53
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Controles
Sistemas de controle baseados em relés
Até há alguns anos atrás, os sistemas de controle baseados
em relés eram bastante comuns em quase todos os grupos
geradores. Estes sistemas de controle podem ser projetados
para fornecer o recurso de partida manual ou totalmente
automática, além das funções básicas de proteção do gerador
e, além disso, incluir os equipamentos necessários para
atender às normas locais para grupos geradores.
Os sistemas de controle baseados em relés (veja a Figura
4-17) controlam a partida e as funções operacionais do motor,
as funções de monitoramento de falhas ou de desempenho
fora das especificações do motor e do alternador, e, fornecem
sinais de indicação, medição e alerta para a interface com
o usuário. Funções tais como o controle de tensão do alternador são executadas, em separado, por uma placa de circuito
chamada Regulador Automático de Tensão (AVR, em inglês).
Analogamente, também em separado, um circuito controlador
gerencia o governador eletrônico e outros equipamentos
opcionais. Existem vários recursos opcionais disponíveis
para melhorar o desempenho/controle e aumentar a funcionalidade de tarefas especiais como a interface do equipamento de paralelismo e funções adicionais de monitoramento de equipamentos, tais como tanques de combustível, líquido de arrefecimento ou baterias.
Figura 4-18. Painel de Interface do Controle Detector 12
Sistemas de controle baseados em circuitos
eletrônicos (Microprocessadores)
As demandas atuais por um alto nível de desempenho,
melhor funcionalidade, controle de sistemas sofisticados e
interfaces de rede exigem os recursos dos sistemas de
controle baseados em microprocessadores. O advento dos
microprocessadores e dos computadores tem permitido o
desenvolvimento de controles eletrônicos totalmente integrados
e baseados em microprocessadores, como a série de controles
PowerCommand™ (veja a Figura 4-19) da Cummins Power
Generation. O sistema PowerCommand integra o controle
de funcionamento do motor, o controle do alternador e as
funções de monitoramento similares às de um sistema de
controle totalmente equipado com base em relés. Além disso,
também controla o governo eletrônico, o regulador de tensão
além de muitos outros recursos e funções adicionais.
O monitoramento pleno das características elétricas na saída
do gerador, dos parâmetros de potência (kW, kVA, kVAR),
elevações ou quedas na tensão, realimentação, etc., permite
o controle completo do sistema de geração de energia.
Figura 4-17. Painel de Interface do Controle a Dois Fios
Alguns grupos geradores são equipados com sistemas
híbridos de controle (veja a Figura 4-18) que utilizam, simultâneamente, relés e circuitos integrados. Tais controles oferecem
maior funcionalidade do que os sistemas baseados exclusivamente em relés, todavia, ainda são limitados em sua capacidade de oferecer recursos mais complexos de controle ou
interfaces avançadas de operação.
Figura 4-19. Sistema PowerCommand com
Microprocessador
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Circuitos eletrônicos com “Autonomia Plena”
Os projetos de motores avançados incorporam sistemas
sofisticados de fornecimento de combustível, de ignição, de
controle do ponto de injeção, bem como, o monitoramento
ativo do desempenho e ajustes. Estes sistemas e funções
são necessários para que haja um consumo eficiente de
combustível e baixas emissões de escape. Os motores com
“autonomia plena”, como são geralmente chamados, requerem
sistemas de controle com microprocessadores igualmente
sofisticados para operar e controlar todas estas funções.
Uma versão mais avançada do Controle PowerCommand™
incorpora a capacidade dinâmica de controle do motor, com
os recursos e a funcionalidade da versão mencionada anteriormente, além de muitos outros recursos (veja a Figura 4-20).
Nos grupos geradores equipados com motores eletrônicos
com “autonomia plena”, este tipo de sistema avançado de
controle é parte integral da unidade motor-gerador e não
existe a opção para sistemas de controle baseados em relés
ou quaisquer outros sistemas de controle.
Figura 4-20. PowerCommand eletrônico
com autonomia plena
Opcionais para o sistema de controle
Os equipamentos opcionais para os sistemas eletrônicos
de controle incluem todas as funções necessárias para o
controle e monitoramento do paralelismo entre vários grupos
geradores e com a rede da concessionária de energia elétrica.
Existem também controles intermediários de paralelismo
que podem ser atualizados.
A função de interface de rede, disponível para estes controles,
pode ser um recurso importante a ser considerado como equipamento opcional. A função de interface de rede permite o
monitoramento e o controle remoto do grupo gerador, bem
como a sua integração com o edifício e com sistemas
automatizados de controle de energia.
Também estão disponíveis sistemas opcionais de controle,
por meio de relés, para efetuar o comando de equipamentos
periféricos.
Acessórios e opcionais
Recursos de Segurança e Alertas de Controle
Os sistemas de controle e monitoramento baseados em relés,
existentes em muitos grupos geradores, podem incluir diversos
tipos de avisos e alarmes de desligamento para a proteção
do motor e do gerador. Geralmente, equipamentos opcionais
são necessários para o monitoramento pleno ou alertas remotos,
bem como, para a medição da tensão de saída CA do grupo
gerador. Se a função de comunicação em rede for um requisito,
serão necessários alguns equipamentos adicionais, embora
estes tenham capacidade limitada. Devido aos requisitos por
sistemas eletrônicos de controle para o motor e para o alternador
cada vez mais sofisticados, além da grande quantidade de
dados para diagnóstico e manutenção, os sistemas podem
funcionar mesmo com as limitações de capacidade desses
tipos de sistemas de controle.
Os sistemas eletrônicos de controle e monitoramento, que
geralmente são equipamentos padrão em muitos grupos
geradores, incluem um conjunto integrado e completo de
alertas e alarmes de desligamento para proteger o motor e
o gerador. Alguns destes alarmes podem ser selecionados
ou programados pelo próprio cliente. Todos os alarmes podem
ser exibidos no painel de controle do grupo gerador ou em
algum local remoto. O envio de alertas remotos pode ser feito
de diversas maneiras:
1. Saídas de contatos de relés para alarmes comuns
ou individuais.
2. Painéis de alerta especialmente projetados para o
sistema de controle, acionados por vários tipos de
interfaces de rede.
3. Comunicação através de Redes Locais ou conexões
via modem para locais de monitoramento remoto
utilizando softwares baseados em PCs.
As normas técnicas de operação podem exigir diferentes
graduações de alarmes para diferentes tipos de aplicação.
As normas referentes à segurança e proteção à integridade
física e à vida (Nível 1 da NFPA 110 nos EUA), ou, todas as
outras normas para aplicações do tipo emergência/standby
(Nível 2 da NFPA 110 nos EUA), ou equivalentes, especificam
os recursos mínimos referentes aos sistemas de alerta e alarme
necessários para essas aplicações. Outras normas também
podem estabelecer requisitos específicos. Recomenda-se a
consulta das normas em vigor para que se tenha um conjunto
atualizado dos requisitos referentes à alertas e alarmes de
segurança.
O Controle PowerCommand™ da Cummins Power Generation
foi projetado para atender ou exceder estes de requisitos,
assim como vários outros padrões em vigor. (Consulte a
Folha de Especificações do Controle PowerCommand™
para obter maiores detalhes.)
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Disjuntores
Grupos geradores podem utilizar disjuntores do tipo de
“disjuntor em caixa moldada” ou do tipo “disjuntor aberto”.
Em geral, os disjuntores em caixa moldada são fornecidos
já montados diretamente no grupo gerador. Entretanto, estes
disjuntores também podem ser montados em um painel
separado, instalado numa parede ou sobre um pedestal.
A capacidade de um disjuntor em caixa moldada pode variar
desde 10 até 2500 ampères, e, devido às suas características,
podem ser instalados em uma caixa de saída fixada diretamente sobre o grupo gerador.
Os disjuntores abertos podem ser encontrados em capacidades que variam de 800 a 4.000 ampères, ou mais. Os disjuntores abertos também são mais velozes, todavia, consideravelmente mais caros que os disjuntores em caixa moldada.
Em geral, os disjuntores abertos devem ser montados em
um painel isolado próximo ao grupo gerador, e não sobre o
próprio grupo gerador (diferente do que pode ser feito para
os disjuntores em caixa moldada), isso se deve ao fato de
que os disjuntores abertos são maiores, e, além disso, são
susceptíveis a danos que podem ser causados pela vibração
do motor do grupo gerador.
Sempre que, num projeto, forem necessários disjuntores, as
especificações técnicas devem incluir o tipo de disjuntor, o
tipo de unidade de desarme e a sua classificação básica
(contínua ou não-contínua). Consulte a seção “Projeto
Elétrico”, para obter maiores detalhes sobre a escolha de
disjuntores.
Interruptor em caixa moldada: Em geral, nos casos em que
for desejável um dispositivo para desconexão do barramento
principal ou carga, mas a proteção do gerador ou dos condutores não seja necessária (i.é., a proteção é oferecida pelo
AmpSentry™, ou é utilizado um gerador auto-excitado), pode
ser usada um interruptor em caixa moldada ao invés de um
disjuntor. Essas chaves comutadoras possuem os mesmos
contatos e mecanismos de comutação que os disjuntores em
caixa moldada, porém não fazem a detecção da corrente
de “trip”. Um interruptor emcaixa moldada também proporciona
um local de conexão e os terminais para a conexão dos cabos
de energia que alimentam a carga.
Caixas de entrada: Uma caixa de entrada é básicamente
uma caixa para instalação do disjuntor, mas sem o disjuntor.
Se um disjuntor não for necessário, a caixa de entrada terá
espaço adicional para a entrada, roteamento e conexão dos
condutores.
Disjuntores múltiplos: Geralmente, numa instalação, são
necessários disjuntores múltiplos, e, os mesmos são fornecidos
pelo próprio fabricante para a maioria dos grupos geradores.
As opções padrão oferecidas são dois disjuntores montados
no equipamento (exceto no caso do maior alternador). Todavia,
para alguns modelos de alternadores e grupos geradores
isto simplesmente não é adequado, ou então, não existe
um local apropriado no equipamento para que as caixas de
disjuntores sejam fixadas. Consulte o representante local
do fabricante a respeito da disponibilidade de equipamentos
específicos. O fabricante pode avaliar a possibilidade de
atender à situações especiais nas quais seriam anexados três
ou mais disjuntores em alguns modelos de grupos geradores,
entretanto, o normal seria a instalação dos disjuntores em
um painel de distribuição montado em um gabinete em
separado ou fixado em uma parede.
Baterias e carregadores de baterias
Possívelmente, o sub-sistema mais crítico de um grupo gerador
seja o conjunto de baterias utilizado para dar partida no motor
e para o controle do grupo gerador. A escolha e a manutenção
correta das baterias e do carregador de baterias são essenciais
para assegurar a confiabilidade do sistema.
Este sistema é composto por baterias, gabinetes (“racks”)
para alojar as baterias, um carregador de baterias que seja
alimentado pela fonte usual de energia elétrica durante o
tempo em que o grupo gerador estiver inativo, e um alternador,
conectado ao eixo do grupo gerador, e, utilizado para carregar
as baterias e fornecer energia para o sistema de controle
quando o grupo gerador estiver em funcionamento.
Em geral, quando houverem grupos geradores coectados em
paralelo, os seus respectivos bancos de baterias de cada
grupo gerador são conectados em paralelo para fornecer a
energia de controle para o sistema de paralelismo. O fabricante
do sistema de paralelismo deve sempre ser consultado para
avaliar se o sistema de controle do motor é adequado para
essa tarefa, pelo motivo que uma queda de tensão no banco
de baterias poderia interromper alguns sistemas de controle
de paralelismo e exigir o uso das baterias em estações
separadas para alimentar o painel de paralelismo.
As baterias devem ser instaladas tão próximas quanto possível
do grupo gerador com o propósito de minimizar a resistência
elétrica no circuito de partida. A sua localização deve permitir
um fácil acesso para manutenção e minimizar a exposição
das baterias à umidade, sujeira e óleo. O gabinete das baterias
deve permitir ampla ventilação para que os gases explosivos
emanados pelas baterias sejam dissipados. As normas de
segurança para instalações em regiões sujeitas a abalos
sísmicos determinam que os gabinetes das baterias tenham
recursos especiais para evitar o derramamento do eletrólito
e quebra dos recipientes durante um terremoto.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
O projetista do sistema deve especificar o tipo das baterias
(geralmente limitado aos tipos chumbo-ácido ou níquel-cádmio,
como explicado a seguir), assim como sua capacidade.
Uma estimativa para a capacidade necessária para o sistema
da baterias depende do tamanho do motor do grupo gerador
(cilindrada), da estimativa para os valores mínimos de temperatura aos quais serão expostos o líquido de arrefecimento
do motor, o óleo lubrificante e as baterias (veja abaixo o item
“Dispositivos de Aquecimento em Standby para Grupos
Geradores”), da viscosidade do óleo lubrificante, e, do número
e da duração necessários para os ciclos de partida1.
O fornecedor do grupo gerador deve fazer as recomendações
com base nestas informações.
As baterias do tipo chumbo-ácido são as mais comumente
escolhidas para utilização em grupos geradores. Elas são
relativamente econômicas e oferecem um bom desempenho
a temperaturas ambientes entre -18°C (0°F) e 38°C (100°F).
As baterias de chumbo-ácido podem ser recarregadas por
carregadores convencionais, que podem ser fixados em paredes próximas ao grupo gerador, ou recarregadas por meio de
uma chave de transferência automática (caso o grupo gerador
NÃO faça parte de um sistema de paralelismo). O carregador
deve ser dimensionado para recarregar o banco de baterias
em aproximadamente 8 horas e, ao mesmo tempo, atender
todas às necessidades de energia de controle do sistema.
Uma bateria de chumbo-ácido pode ser do tipo selada “livre
de manutenção” ou do tipo de célula inundada. As baterias
livres manutenção suportam melhor quaisquer negligências
de manutenção, porém não podem ser inspecionadas ou
passar por reparos tão facilmente quanto as baterias de célula
inundada.
Todas as baterias de chumbo-ácido devem ser carregadas
elétricamente, em seu local de instalação, antes que sejam
utilizadas pela primeira vez. Mesmo aquelas baterias livres
de manutenção não retêm a carga elétrica indefinidamente.
As baterias de célula inundada devem ser abastecidas com
o eletrólito no seu local de instalação, e, atingem cerca de
50% da condição de carga total pouco tempo depois da
adição do eletrólito.
Em geral, os sistemas que utilizam baterias NiCad (níquelcádmio) são indicados para locais onde as temperaturas
ambientes podem ser extremamente altas ou baixas, dado
que seu desempenho é menos afetado por temperaturas
extremas do que no caso das baterias de chumbo-ácido.
Os sistemas de baterias NiCad são consideravelmente mais
caros do que os que utilizam baterias de chumbo-ácido,
todavia estes sistemas têm uma vida útil mais longa.
1) As aplicações NFPA 110 requerem dois ciclos de partida contínua de
45 segundos com um período de descanso entre eles, ou dois ciclos
de partida de 15 segundos com 15 segundos de descanso.
Uma das maiores desvantagens dos sistemas de baterias
NiCad é que seu descarte pode ser difícil e caro, uma vez
que os materiais que compõem essas baterias são tóxicos.
Além disso, as baterias NiCad exigem carregadores especiais
para que atinjam o nível de carga plena. Esses carregadores
devem ser fornecidos com filtros para reduzir o “ruído do
carregador” o qual pode interromper os sistemas de controle
do motor e do gerador.
Sistemas de escape e de silencioso
Dois fatores determinam a escolha dos sistemas de escape
e do silencioso: o nível de ruído, evidentemente, e a capacidade de acomodação ao movimento relativo entre o sistema
de escape e o grupo gerador.
As normas de regulamentação para controle de ruídos ou
as preferências pessoais determinam a escolha do tipo de
silencioso. A seleção do sistema de escape e do silencioso
dependem obviamente do local onde o grupo gerador será
instalado: interno ou externo. Em geral, uma carenagem para
proteção externa contra as intempéries, fornecida por um
fabricante de grupo gerador oferece várias opções para
silenciosos e, normalmente, sua instalação é feita no teto.
Os tipos de silenciosos são classificadas como “industrial”,
“residencial” ou “crítica”, dependendo de sua capacidade de
atenuação. As carenagens acústicas geralmente incluem
um sistema de silencioso integrado como parte do pacote
completo. Para maiores informações sobre ruídos e níveis
de ruído, consulte a seção VI - Projeto Mecânico.
Um fator essencial a ser considerado na instalação do sistema
completo de escape é o fato do grupo gerador vibrar, isto é,
movimentar-se com relação à estrutura que o contém.
Assim, é necessário utilizar uma tubulação flexível na saída
de escape do grupo gerador. É bem comum que um sistema
instalado no interior de um prédio ou de quaisquer outras
construções sejam equipado com longas de tubulações de
escape, e, portanto, estas tubulações devem ser construídas de modo a apresentar uma tolerância adequada para
evitar que a expansão ou vibrações causem danos ao sistema
de escape, aos coletores de escape ou ao turbocompressor
do motor.
Outro fator importante a ser considerado quanto ao sistema
de escape do grupo gerador, está relacionado com a medida
da temperatura dos gases de escape. O sistema de escape
do motor deve ser equipado com sensores de temperatura e
com equipamentos de monitomento, para que a temperatura
de escape do motor seja registrada com precisão. O objetivo
é disponibilizar informações mais detalhadas durante os
procedimentos de manutenção, assim como, monitorar o
motor para garantir que esteja operando em um nível de
carga adequado para evitar problemas operacionais de carga
leve. Consulte o Apêndice E - Manutenção e Serviço para
maiores informações.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Carenagens
As carenagens podem ser classificadas em três tipos genéricos:
carenagens de proteção contra intempéries, carenagens
acústicas e carenagens com passarelas. Os nomes são
auto-explicativos.
Carenagem de proteção contra intempéries: As carenagens
protegem o grupo gerador, tanto contra intempéries quanto
contra violação, pois são fornecidas com fechaduras. Venezianas ou painéis perfurados incorporados permitem a
passagem do fluxo de ar para ventilação e arrefecimento.
Pouca ou nenhuma atenuação de ruídos é obtida e algumas
vezes pode haver um aumento do nível de ruídos induzidos
pela vibração. Tais tipos de carenagem não retêm o calor
nem mantêm a temperatura interna acima da temperatura
ambiente.
Carenagem de acústica: As carenagens com atenuação
acústica são recomendadas para proporcionar uma determinada atenuação de ruídos ou atender à uma classificação
do nível externo de ruídos. Os níveis de ruído devem ser
especificados tomando como referência uma dada distância
e para se comparar os níveis de ruído todas as especificações devem ser convertidas na mesma distância básica.
A atenuação sonora requer material e espaço, portanto,
certifique-se de que as unidades indicadas nos desenhos
incluam as informações corretas da carenagem acústica.
Embora alguns destes projetos de carenagem apresentem
alguma capacidade de isolamento capaz de reter o calor, este
não é o objetivo do projeto. Caso seja necessário manter a
temperatura interna acima da temperatura ambiente, será
preciso uma carenagem com passarela.
Carenagem “walk-in”: Este termo engloba uma ampla variedade de carenagens que são fabricadas de acordo com as
especificações de cada cliente. Geralmente, essas carenagens
incluem atenuação sonora, comutação de energia e equipamento de monitoração, pára-raios, sistemas de proteção contra
incêndios, tanques de combustível e outros equipamentos.
Estes tipos de carenagem são construídas como unidades
simples, sem cobertura, ou como unidades integradas com
grandes portas ou painéis removíveis para acesso de serviços.
Estas carenagens podem ser construídas com recursos de
isolamento térmico e de aquecimento.
Regiões litorâneas
Outro fator importante a ser considerado com relação à carenagem é se a unidade será instalada em uma região litorânea.
Região litorânea é definida como um local situado a menos
de 60 milhas (aproximadamente 100 km) de distância do mar.
Nestas áreas, as carenagens de aço, mesmo quando especialmente pintadas, plataformas, tanques de combustível, etc.,
são mais suscetíveis à corrosão pelos efeitos da salinidade
no ar. O uso de compartimentos de alumínio para grupo geradores (quando oferecido) é recomendado em regiões litorâneas.
Nota: A instalação de carenagens externas (especialmente carenagens acústicas) dentro de edifícios não é uma prática recomendada, por duas razões principais. Primeira, as carenagens acústicas usam a capacidade máxima de restrição do ventilador do
radiador para reduzir ruídos através de deflexão da ventilação.
Conseqüentemente, resta uma pequena ou nenhuma capacidade
de restrição para quaisquer dutos de ar, venezianas ou outros
equipamentos que invariavelmente acrescentarão restrição.
Segunda, os escapes de carenagens externas não são necessariamente sistemas selados, ou seja, possuem abraçadeiras,
juntas de encaixe deslizante no lugar de conexões rosqueadas
ou flangeadas. Essas conexões com abraçadeiras podem
permitir que o gás de escape vaze para o recinto.
Configurações alternativas de arrefecimento e
ventilação
Os motores refrigerados a água são arrefecidos pelo bombeamento do líquido de arrefecimento (uma mistura de água
e anticongelante) através de passagens no bloco de cilindros
e cabeçotes do motor por uma bomba acionada pelo motor.
O motor, a bomba e o radiador (ou, trocador de calor líquidolíquido), formam um sistema de arrefecimento fechado e pressurizado. Recomenda-se, sempre que possível, que o grupo
gerador inclua este tipo de radiador montado na fábrica para
o arrefecimento e ventilação do motor. Esta configuração resulta
num sistema de menor custo, melhor confiabilidade e melhor
desempenho do conjunto. Além disso, os fabricantes de grupos
geradores equipados com este tipo de sistema de arrefecimento
podem testar o protótipo para verificar o desempenho do
sistema.
Classificações dos sistemas de arrefecimento: A maioria
dos grupos geradores da Cummins Power Generation possuem
classificações opcionais para o sistema de arrefecimento para
os modelos equipados com radiador. Também estão disponíveis sistemas de arrefecimento projetados para operar em
temperaturas ambientes de 40ºC e 50ºC. Verifique o desempenho ou disponibilidade de cada unidade nas Folhas de
Especificações. Estas classificações apresentam restrições
para a capacidade máxima em aplicações estáticas. Consulte
o ítem Ventilação, na seção Projeto Mecânico para maiores
detalhes.
Nota: Recomenda-se cautela ao comparar as classificações de
sistemas de arrefecimento cuja classificação seja baseada na
temperatura ambiente e não na temperatura do ar no radiador.
Uma classificação de temperatura do ar no radiador restringe
a temperatura do ar que flui para o radiador e não permite que
ela aumente devido à energia térmica irradiada do motor e do
alternador. Os sistemas classificados com base na temperatura
ambiente levam em conta este aumento de temperatura em sua
capacidade de arrefecimento.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Alternativas de Arrefecimento Remoto: Em algumas aplicações, pode ser muito grande a restrição ao fluxo do ar devido
ao longo comprimento dos dutos, por exemplo, para que o
ventilador de um radiador acionado pelo motor forneça o fluxo
de ar necessário para arrefecimento e ventilação. Em tais
aplicações, e onde os ruídos do ventilador são um problema,
deve-se considerar uma configuração envolvendo um radiador
remoto ou trocador de calor líquido-líquido. Em aplicações
como estas, uma grande parte do fluxo de ar da ventilação
é necessário para remover o calor irradiado pelo motor, pelo
gerador, pelo silencioso, pelo tubo de escape e por outros
equipamentos; com o objetivo de manter a temperatura no
recinto do gerador em níveis apropriados para garantir o
funcionamento correto do sistema.
Radiador Remoto: Uma configuração do tipo radiador remoto
exige um cuidadoso projeto do sistema de modo a proporcionar o arrefecimento adequado do motor. Deve-se prestar
atenção a detalhes, tais como, as limitações da coluna de
fricção e estática da bomba d’água do motor, a desaeração,
o abastecimento e drenagem apropriados do sistema de
arrefecimento, bem como para a contenção de quaisquer
vazamentos de fluído anticongelante.
Trocador de Calor: Um trocador de calor líquido-líquido exige
especial atenção durante o projeto do sistema para que
forneça o meio para arrefecer o trocador de calor. Deve-se
observar que as normas ambientais sobre a conservação
de água, assim como, as normas sobre conservação do meio
ambiente, no local da instalação, talvez não permitam que
a água da rede pública seja utilizada para o arrefecimento.
Também observe que, regiões onde há riscos de abalos
sísmicos, o fornecimanto de água da rede pública pode ser
interrompido na eventualidade de um terremoto.
Consulte a seção Projeto Mecânico, para informações mais
detalhadas sobre as alternativas de arrefecimento.
Dispositivos de aquecimento “Standby” para
grupos geradores
Partida a frio e aceitação de carga: Um fator crítico a ser
considerado pelo projetista do sistema é o intervalo de tempo
que um sistema de energia de “emergência” ou “standby” leva
para detectar uma falha no fornecimento de energia da rede,
efetuar a partida do grupo gerador e transferir energia para
a carga. Algumas normas técnicas e especificações para
sistemas de energia de emergência estabelecem que um
grupo gerador deva ser capaz de alimentar todas as cargas
de emergência em até 10 segundos após a falha no fornecimento de energia da rede. Alguns fabricantes de grupos
geradores limitam a classificação do desempenho de partida
a frio a uma porcentagem da classificação “standby” do grupo
gerador. Esta prática reconhece que, em muitas aplicações,
apenas uma parte da carga total conectável corresponde à carga
de emergência (ou seja, as cargas não críticas podem ser
conectadas posteriormente), e que é difícil dar a partida e atingir
a aceitação de carga total com grupos geradores a diesel.
Os critérios de projeto para partidas a frio e aceitação de carga
da Cummins Power Generation são que o grupo gerador tenha
capacidade de efetuar a partida e alimentar todas as cargas de
emergência, até a classificação de “standby”, num intervalo de
até 10 segundos após a falha no fornecimento de energia pela
rede. Para assegurar este padrão de desempenho, presumese que o grupo gerador esteja em um local com temperatura
ambiente mínima de 4°C (40°F), e, que esteja equipado com
aquecedores do líquido de arrefecimento. Isto deve ser feito
instalando-se o grupo gerador em um recinto aquecido ou ser
equipado com uma carenagem aquecida. Em geral, carenagens externas, protegidas contra as intempéries (inclusive
os chamados de “skin tight”), não são isoladas, o que dificulta
manter um grupo gerador aquecido em temperaturas ambiente
mais frias.
Sistemas de controle do nível do óleo
lubrificante
Um sistema automático para o controle do nível do óleo lubrificante pode ser bastante útil em aplicações onde o grupo
gerador funcione como fornecedor de “Energia Prime”, ou, em
aplicações do tipo “Standby” nas quais os equipamentos
não passem por procedimentos extras de checagem periódica
e funcionem por períodos de tempo maiores que o normal.
Os sistemas automáticos de controle do nível do óleo não
permitem aumentar os intervalos entre as trocas de óleo para
um grupo gerador, a menos que um sistema de filtragem
especial também seja incorporada ao equipamento.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Para a maioria dos grupos geradores da Cummins Power
Generation, em temperaturas abaixo de 4°C (40°F), e, até
-32°C (-25°F), é possível dar a partida no motor, todavia,
estes equipamentos não aceitarão carga de uma única vez
num intervalo de até dez segundos. Se for preciso instalar
um grupo gerador em um gabinete não aquecido, num local
com baixas temperaturas, o projetista deverá consultar o
fabricante. O operador do equipamento é responsável pela
monitoração do funcionamento dos aquecedores do líquido
de arrefecimento do grupo gerador (por este motivo, a norma
NFPA 110 exige a instalação de um alarme de baixa temperatura para o líquido de arrefecimento) e pelo uso de um combustível com um grau ideal para as condições ambientes.
VÁLVULA DE
ISOLAMENTO
DO AQUECEDOR
Os grupos geradores utilizados em aplicações de energia
de emergência devem efetuar a partida e alimentar todas as
cargas de emergência em até 10 segundos após uma falha
na fonte principal de energia. Em geral, para atender a estas
normas, são necessários aquecedores para o líquido de arrefecimento do motor, mesmo que o equipamento esteja instalado
em um ambiente aquecido. Isto se aplica, especialmente, para
grupos geradores a diesel. A NFPA 110 estabelece requisitos
específicos para os sistemas de Nível 1 (onde uma falha do
sistema pode resultar em acidentes, sério risco à integridade
física de terceiros ou perdas de vidas):
• Aquecedores do líquido de arrefecimento são necessários a menos que a temperatura ambiente do recinto
do gerador não seja menor que 21°C (70°F).
• Aquecedores do líquido de arrefecimento são necessários para manter a temperatura do bloco do motor
acima de 32°C (90°F) caso haja a possibilidade de que
a temperatura ambiente do recinto do gerador caia até
4°C (40°F), porém nunca abaixo deste valor. O desempenho em temperaturas mais baixas não é definido.
Em temperaturas ambientes mais baixas, o grupo gerador
pode não dar a partida, ou pode não alimentar as cargas
tão rapidamente. Além disso, os alarmes de baixa temperatura podem indicar problemas se o aquecedor do líquido
de arrefecimento não mantiver a temperatura do bloco
num nível alto o suficiente para a partida em 10 segundos.
• Aquecedores de bateria são necessários se houver a
possibilidade de que a temperatura ambiente do recinto
do gerador caia abaixo de 0°C (32°F).
• É necessário um alarme de baixa temperatura do motor.
• Os aquecedores de líquido de arrefecimento e da bateria
Figura 4-21. Instalação do pré-aquecimento do circuito de jaqueta
de água do motor. Observe a válvula de isolamento do aquecedor,
o tipo e o percurso da mangueira.
Aquecedores do líquido de arrefecimento: Aquecedores do
líquido de arrefecimento controlados termostaticamente são
necessários para partidas rápidas e boa aceitação de carga
em grupos geradores utilizados em aplicações de “emergência”
ou “standby”2. É importante ressaltar que os aquecedores de
líquido de arrefecimento, normalmente, são projetados para
manter o motor aquecido o bastante para assegurar uma partida
rápida e confiável, e, a alimentação da carga; e não para aquecer
o recinto onde se encontra o grupo gerador. Assim, além da
operação do aquecedor do líquido de arrefecimento sobre o
motor, a temperatura do ar ao redor do grupo gerador deverá
ser mantida a, no mínimo, 10°C (40°F)3. Caso a área em torno
do grupo gerador não possa ser mantida nesta temperatura,
deverão ser consideradas as seguintes alternativas: o uso de
algum tipo especial de combustível ou o aquecimento do
combustível (para grupos geradores a diesel), aquecedores
para o alternador, aquecedores para o sistema e controle e
aquecedores para e bateria.
devem ser alimentados pela fonte usual de energia.
2) Nota sobre o Código Americano: Para os sistemas de energia de
emergência Nível 1, a NFPA 110-1999 exige que o líquido de arrefecimento do motor seja mantido a uma temperatura mínima de 32°C (90°F).
A NFPA110 também exige o monitoramento de falhas do aquecedor por
meio de um alarme de baixa temperatura do motor.
3) Nota sobre o Código Canadense: A CSA282-2000 exige que os
grupos geradores utilizados em aplicações de “emergência” sejam
sempre instalados de modo que o grupo gerador seja mantido a uma
temperatura ambiente mínima de 10°C (40°F).
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
60
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Uma falha no aquecimento do circuito da jaqueta de água
ou uma redução da temperatura ambiente ao redor do motor
não impedirá necessariamente a partida do motor, todavia
afetará o tempo necessário para que o motor efetue a partida
e a rapidez com que a carga poderá ser conectada ao sistema
de geração de energia local. Em geral, sistemas de alarme
de baixa temperatura do motor são adicionadas aos grupos
geradores para alertar aos operadores sobre a possibilidade
de ocorrência deste problema nos sistemas em funcionamento.
Os aquecedores do circuito da jaqueta de água (veja a Fig.
4-21) são um item de manutenção do sistema (ou seja, funcionam contínuamente), e, portanto, é de se esperar que o
elemento aquecedor das jaquetas deva ser substituído algumas vezes durante a vida útil da instalação. Para substituir
o elemento do aquecedor sem que precise ser feita a drenagem completa do sistema de arrefecimento do motor, devem
ser utilizadas válvulas de isolamento no aquecedor, ou algum
outro dispositivo equivalente.
Os aquecedores do circuito da jaqueta de água podem funcionar a temperaturas consideravelmente mais altas do que
a temperatura usual das linhas do líquido de arrefecimento
do motor, razão pela qual devem ser utilizadas mangueiras
de silicone de alta qualidade ou mangueiras de malha trançada, para evitar alguma falha prematura nas mangueiras
do líquido de arrefecimento associadas com os aquecedores
do circuito da jaqueta de água. Deve-se tomar cuidado durante
o projeto de instalação do aquecedor do líquido de arrefecimento para evitar que as mangueiras formem curvas em
pontos elevados causando o surgimento de bolsões de ar, e,
consequentemente falhas por superaquecimento do sistema.
Normalmente, os aquecedores do líquido de arrefecimento
do motor funcionam quando o grupo gerador não está em
operação, razão pela qual os mesmos são conectados a uma
fonte convencional de energia (rede elétrica da concessionária de energia, por exemplo). O aquecedor deverá ser
desligado sempre que o grupo gerador estiver funcionando.
Isto pode ser feito de diversas formas, por exemplo: usando
um interruptor acionado pela pressão do óleo, ou, pela lógica
do sistema de controle do grupo gerador.
Aquecedores de óleo e de combustível: Em aplicações nas
quais o grupo gerador será exposto a baixas temperaturas
ambientes (abaixo de -18°C ou 0°F), também podem ser necessários aquecedores para o óleo lubrificante e para as linhas
e filtro de combustível de modo a evitar que o combustível se
torne muito viscoso (pastoso).
Aquecedores anti-condensação: Em aplicações onde o grupo
gerador será exposto a alta umidade ou temperaturas que
oscilam próximas à temperatura de ponto de orvalho, devem
ser usados aquecedores para o gerador e uma caixa de controle
para evitar a condensação da umidade. A condensação dentro
da caixa de controle, nos circuitos de controle ou no isolamento
dos enrolamentos do gerador pode causar corrosão, deterioração dos circuitos e até mesmo curtos-circuitos e falhas
prematuras de isolamento.
Tanques de Combustível (Diesel)
Tanques diários: Os tanques instalados no grupo gerador,
ou próximo deste, que fornecem o combustível para o grupo
gerador são chamados de tanques diários (embora os mesmos
não contenham necessariamente o combustível suficiente
para um dia de operação). Esses tanques são usados como
uma conveniência ou quando não é prático trazer o combustível desde o local de armazenamento principal do sistema.
A distância, a altura acima ou abaixo, ou o tamanho do
tanque principal são razões para o uso de um tanque diário.
Todos os motores diesel apresentam limitações na capacidade de elevação do combustível (ou restrição de coleta
de combustível), pressão nas linhas de combustível (tanto
de alimentação quanto de retorno) e temperatura de alimentação do combustível. O combustível é transferido do tanque
principal para o tanque diário através de uma bomba de
transferência, geralmente controlada por sistema automático
que utiliza sensores de nível instalados no tanque diário.
Se o tanque diário for pequeno, o retorno do combustível é
bombeado de volta ao tanque principal para evitar o superaquecimento do combustível. Para maiores detalhes, consulte
sistemas de combustível na seção Projeto Mecânico.
Tanques sob a base: Geralmente maiores do que os tanques
diários, os tanques sob a base são construídos na estrutura
de base do grupo gerador ou de modo que o chassis do
grupo gerador possa ser montado diretamente sobre ela.
Estes tanques armazenam uma quantidade de combustível
necessária para um certo número de horas de operação,
como 12 ou 24 horas. Freqüentemente, os tanques sob a
base são de parede dupla e incorporam um tanque secundário
ao redor do reservatório do combustível para fins de retenção
do combustível em caso de vazamento no tanque principal.
Muitas normas locais exigem um reservatório secundário
de contenção de combustível como uma estrutura de parede
dupla juntamente com monitoramento total dos tanques
principal e secundário.
Montagem dos Isoladores de Vibração
Para reduzir as vibrações transmitidas ao edifício ou à sua
estrutura de montagem, os grupos geradores são freqüentemente montados sobre isoladores de vibração. Estes isoladores podem ser de mola (mais comum) ou coxins de borracha.
Em geral, os isoladores de vibração têm um desempenho de
90% ou maior, e, é comum excederem 95%. A capacidade
de suporte de peso e o posicionamento correto dos isoladores
são críticos para seu desempenho. No caso de grupos geradores maiores com tanques sob a base, os isoladores freqüentemente são instalados entre o tanque e a estrutura
da base.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
61
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Painéis de Transferência
Os equipamentos de transferência ou comutação de energia
tais como chaves de transferência ou painéis de paralelismo,
embora não sejam o assunto deste manual, são partes essenciais de um sistema de “energia standby”. São mencionados
aqui para ressaltar a importância das considerações e decisões sobre esses equipamentos na fase inicial de um projeto.
O sistema de comutação de energia para um projeto está
diretamente relacionado à classificação do grupo gerador
(consulte a seção Projeto Preliminar), à configuração do sistema de controle, aos equipamentos acessórios que possam
ser necessários para o grupo gerador. Para maiores detalhes
sobre este tópico, consulte os outros manuais de aplicação:
T011 - Sistemas de transferência de energia e T016 - Paralelismo e chaves seletoras de paralelismo.
Dispositivos necessários para o paralelismo de grupos
geradores: Em aplicações de paralelismo, para melhorar seu
desempenho e para proteger o sistema contra as falhas que
geralmente ocorrem, os grupos geradores devem ser equipados
com:
• Supressores de paralelismo para proteger o sistema
•
•
•
•
•
de excitação do gerador dos efeitos de defasagem do
paralelismo.
Sistema de proteção contra perda do campo magnético,
que desconecta o grupo gerador do sistema para evitar
uma possível falha no sistema.
Sistema de proteção contra potência reversa, que desconecta o grupo gerador do resto do sistema para evitar
que uma falha em seu motor provoque uma condição
de alimentação reversa que possa danificar o grupo
gerador ou desabilitar o restante do sistema.
Governo eletrônico isocrônico para permitir o uso de
sincronizadores ativos e equipamento de compartilhamento de carga isócrona.
Equipamento para controlar a energia de saída reativa
do grupo gerador e compartilhar a carga corretamente
com outros grupos geradores em operação. Isto pode
incluir a compensação de corrente cruzada ou controles
contra instabilidades reativas.
Controlador Var/FP para controlar a potência de saída
reativa do grupo gerador nas aplicações de paralelismo
com a rede da fonte principal de energia.
Os sistemas de controle baseados em relés ou em relés/
circuitos integrados requerem equipamento adicional para
atender aos requisitos mencionados.
Do ponto de vista da conveniência e da confiabilidade, é
desejável um sistema de controle integrado baseado em
microprocessador e contendo as funções listadas acima
(como o sistema PowerCommand™ da Cummins Power
Generation) .
Necessidade de equipamentos adicionais
Em certas aplicações, como de as do tipo energia “Prime”
ou “Contínua”, média tensão, paralelismo com a rede da
concessionária e algumas outras; podem ser necessários
(ou desejáveis) alguns equipamentos adicionais, em geral,
disponíveis como opcionais ou obtidos mediante uma solicitação especial. A lista destes equipamentos inclui:
• RTDs, componentes eletrônicos resistivos para medida
•
•
•
de temperatura, instalados sobre os enrolamentos do
alternador para monitorar a sua temperatura.
Termistores instalados nas extremidades das espiras
do alternador, para monitorar a temperatura nos enrolamentos.
CTs diferenciais para monitorar a falha de isolamento
dos enrolamentos.
Monitoramento e proteção contra falha de aterramento
do sistema.
Pirômetros para medição da temperatura do escape.
•
• Sistemas de recirculação de vapores do respiro do cárter
do motor.
4 SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO
62
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 5
5 – PROJETO ELÉTRICO................................................................................... 63
CAPÍTULO 5
Descritivo ....... ........................................................................................................................ 63
Projetos típicos para um sistema elétrico .............................................................................. 63
Considerações sobre o projeto ....................................................................................... 64
Requisitos ....................................................................................................................... 64
Recomendações ............................................................................................................. 65
Sistemas típicos para baixa tensão ............................................................................... 66
Sistemas típicos para médias ou altas tensões .............................................................. 70
Escolhendo o transformador para um grupo gerador ..................................................... 73
Transformadores tipo Subestação .......................................................................... 73
VPI (“Vacuum Pressure Impregnation”) .......................................................... 73
Encapsulado em resina epóxi (“Cast Resin”) .................................................. 73
Tranformadores com líquido isolante ...................................................................... 73
Óleo Mineral .................................................................................................... 74
Óleo com alto ponto de ignição ....................................................................... 74
Transformadores tipo Pedestal (“Pad Mounted”) ............................................ 74
&RQ¿JXUDomRGRVHQURODPHQWRGHXPWUDQVIRUPDGRU ............................................ 74
&ODVVL¿FDomRGHWUDQIRUPDGRUHV ............................................................................ 77
Modo de arrefecimento ........................................................................................... 77
Comutadores de carga (“Tap Changers”) ............................................................... 77
Impedância do transformador ................................................................................. 77
Conexões ................................................................................................................ 77
Geradores sigelos (unitários) versus geradores conectados em paralelo ...................... 78
Riscos ..................................................................................................................... 80
Geradores conectados em paralelo com a rede pública de energia............................... 81
Sistema de proteção para a rede pública de energia conectada em paralelo com
geradores......................................................................................................... 81
Distribuição de energia ................................................................................................... 83
Selecionando um sistema de distribuição ............................................................... 83
Conexões Elétricas ................................................................................................................ 85
Descritivo ........................................................................................................................ 85
Isolamento de vibrações ......................................................................................... 85
Áreas sujeitas à abalos sísmicos ............................................................................ 85
Fiação de controle ................................................................................................... 85
&LUFXLWRVGHUDPL¿FDomRSDUDRVDFHVVyULRV ........................................................... 85
Conexões de CA no gerador .......................................................................................... 85
Disjuntores em “caixa moldada” montados no gerador (termo-magnéticos ou com
circuitos integrados)......................................................................................... 85
Comutador (em caixa moldada) para desconexão montado no gerador ................ 86
Terminais do gerador............................................................................................... 86
Condutores de corrente alternada (CA) .......................................................................... 87
Cálculos para a queda de tensão............................................................................ 88
Desbalanceamento permitido para cargas monofásicas ........................................ 88
Redução do Fator de Potência pela Carga..................................................................... 90
Aterramento do sistema e dos equipamentos ................................................................ 90
Aterramento do sistema (Ligação à terra) .............................................................. 90
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Aterramento sólido .................................................................................................. 91
Impedância (resistência) de aterramento ............................................................... 91
Não aterramento ..................................................................................................... 93
Aterramento de equipamentos (ligação ao terra) ................................................... 93
Coordenação seletiva ..................................................................................................... 93
Recomendações sobre a localização dosequipamentos ....................................... 96
Proteção dos grupos geradores contra falhas e sobrecorrentes ........................................... 97
Dimensionamento de um disjuntor para o barramento principal do gerador ................. 97
Fontes dos grupos geradores ........................................................................................ 97
Proteção dos geradores contra sobrecargas ............................................................... 101
Zona de proteção .................................................................................................. 101
Sistemas do tipo “Emergência” e “Standby” de 600 volts ou menos .................... 101
Disjuntor do grupo gerador ................................................................................... 101
Projeto inerente e falhas balanceadas ................................................................. 101
Controles PowerCommand e AmpSentry.............................................................. 102
Indicação e proteção contra falhas de terra .......................................................... 102
“Energia Prime” e “Ininterrupta” em 600 Volts ou menos ..................................... 102
Média tensão,todas as aplicações ............................................................................... 103
Proteção contra surtos de alta tensão em geradores de média tensão ................ 103
CAPÍTULO 5
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
5 PROJETO ELÉTRICO
Descritivo
O projeto elétrico e o planejamento de um sistema de geração
local de energia elétrica são críticos para a operação correta
e a confiabilidade deste sistema. Esta seção inclui o projeto
de instalação do grupo gerador e dos sistemas elétricos
relacionados, sua interligação com a rede publica de energia
elétrica e tópicos relativos à proteção da carga e do gerador.
Um recurso importante para se documentar e especificar o
projeto de um sistema elétrico são os chamados diagramas
unifilares, como o exemplo mostrado na Figura 2-1.
A instalação elétrica do grupo gerador e de seus acessórios
deve seguir as normas técnicas para instalações elétricas
estabelecidas pelas autoridades locais. A instalação elétrica
deverá ser feita por eletricistas qualificados e experientes
ou por uma empresa contratada.
Projetos típicos para um
sistema elétrico
Esta seção apresenta exemplos de projetos típicos de
sistemas elétricos usados em aplicações para geração de
energia “on-site” de baixa e média/alta tensão. Isto inclui
as descrições de diferentes métodos de geração de média
tensão tais como o uso de transformadores em conjunto com
sistemas compostos por um ou múltiplos geradores. Como
é impossível apresentar todas as combinações existentes,
os projetos apresentados nesta seção são aqueles usados
com mais frequencia.
Muitos dos projetos apresentados incluem configurações
de geradores conectados em paralelo, seja com a rede pública
de energia elétrica ou conjuntos de vários grupos geradores.
Também é apresentada uma breve discussão sobre as vantagens e riscos associados com com este tipo de configuração.
• Mais informações sobre grupos geradores conectados
em paralelo podem ser encontradas na publicação
T-016, Manual de Aplicação Cummins Power Generation.
Devido ao fato de que tornou-se generalizado o uso de transformadores para geração de energia em médias tensões,
este capítulo foi acrescido de um tópico sobre estes dispositivos e sobre os fatores envolvidos na escolha do transformador correto para esta finalidade.
Os projetos de sistemas elétricos tendem a variar consideravelmente conforme as necessidades, ou funções primárias
do equipamento de geração de energia. Em geral, o projeto
de um sistema que foi otimizado para a função de “serviço
de emergência” não será adequado (ou não apresentará o
mesmo desempenho otimizado) para “serviços intermitentes”
de geração de energia, e, da mesma forma, certamente não
será um sistema adequado para uma aplicação do tipo “energia
prime”. As diferenças entre estes vários tipos de configuração podem ser fácilmente identificadas nos diagramas unifilares para cada um destes tipos de projeto. Por exemplo,
nas aplicações do tipo “energia prime” os grupos geradores
estão no “topo” do sistema de distribuição, enquanto que nas
aplicações do tipo “standby” e, especialmente, nas aplicações de “emergência”, os grupos geradores estão conectados
mais diretamente às cargas críticas situadas na “base” do
sistema de distribuição. Os pontos de transferência de suprimento de energia em aplicações do tipo “energia prime”
tendem a ficar no topo do sistema de distribuição, chaveando
grandes conjuntos de carga, frequentemente com o uso de
pares de disjuntores. Por outro lado, nos sistemas do tipo
“emergência” e “standby” frequentemente se utilizam chaves
de transferência situadas numa “hierarquia” muito mais abaixo
nos diagramas do sistema de distribuição de energia (ou
seja, mais próximas às cargas).
Outras diferenças são mais sutis. Os recursos de proteção
em um sistema “standby” são minimizados em favor de uma
maior confiabilidade do sistema, enquanto que nas aplicações do tipo “energia prime” é dada maior ênfase à proteção
do equipamento. Com freqüência, a “coordenação” do sistema
é mais relevante em aplicações de “emergência”.
Em aplicações “standby” é comum se fazer um agrupamento
de cargas baseado na localização das cargas dentro da
instalação, por outro lado, em aplicações de “emergência”,
o agrupamento das cargas é baseado na prioridade do
fornecimento de energia.
Em qualquer projeto de sistema, as normas técnicas e
padrões locais terão um impacto significativo no projeto
elétrico como um todo, no hardware e em outros detalhes
da sistema.
• As normas técnicas e padrões locais devem sempre
ser consultados antes de qualquer trabalho de modificação no projeto.
Esta seção tem o objetivo de apresentar estes pontos mais
importantes e outros detalhes, e fornecer uma diretriz geral
sobre o projeto de um sistema de potência.
5 PROJETO ELÉTRICO
63
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Considerações sobre o projeto
Em vista das grandes diferenças entre aplicações, instalações e condições, os detalhes da fiação e dos dispositivos
de proteção contra o excesso de corrente na rede de distribuição energia para um sistema de geração local devem
ficar a cargo de um engenheiro. Entretanto, existem algumas
diretrizes gerais que devem ser consideradas em um projeto.
• O projeto da rede de distribuição elétrica para sistemas
de geração local de energia de “emergência” deve minimizar as interrupções causadas por problemas internos
tais como sobrecargas ou falhas. Isto inclui a coordenação seletiva de dispositivos de proteção contra o
excesso de corrente na rede, assim como, a decisão
sobre o número e a localização dos equipamentos de
comutação e transferência a serem usados no sistema.
Para oferecer melhor proteção contra falhas internas
de energia, os equipamentos de comutação e transferência deverão estar localizados o mais próximo
possível dos equipamentos que utilizarão a carga.
• Deve haver uma separação física entre as redes de
distribuição da tensão produzida no grupo gerador e a
tensão proveniente da fonte usual de energia de modo
a evitar a possível ocorrência de danos ou mesmo a
destruição de ambas como resultado de algum evento
catástrófico, tal como um incêndio ou uma inundação.
• Devem haver chaves de “by-pass” para as chaves de
transferência. Desse modo as chaves de transferência
podem passar por reparos ou manutenções preventivas,
sem que haja interrupção no fornecimento de energia
para cargas críticas.
• Recursos para bancos de carga permanentes ou para
facilitar a conexão com bancos de carga temporários
sem afetar a fiação permanente, como um disjuntor
da alimentação de reserva instalado convenientemente
para permitir o teste do grupo gerador sob uma carga
substancial.
NOTA: Os bancos de carga instalados em frente ao
radiador de um grupo gerador devem ser apoiados sobre
o chão ou sobre alguma outra estrutura do edifício, e
não deverm ser apoiados no radiador ou adaptador do
duto. Estes componentes do grupo gerador não são
projetados para servir de suporte para o peso ou o
balanço de um banco de carga.
• Instalação de circuitos para divisão de cargas ou sistemas
para seleção prioritária de cargas como prevenção para
os casos de redução da capacidade do gerador ou da
perda de uma unidade geradora em um sistema com
geradores em paralelo.
• Proteção contra incêndios para os condutores e para
os equipamentos que executem funções críticas, tais
como, bombas de combate a incêndios, elevadores para
uso pelo corpo de bombeiros, iluminação das saídas
de emergência para uma evacuação, equipamentos
para remoção de fumaça ou ventiladores de pressurização, sistemas de comunicação, etc.
• A segurança e a facilidade de acesso aos painéis de
comutação e aos painéis de comando onde estão os
dispositivos contra sobrecorrente e os equipamentos
de comutação de transferência para o sistema de
distribuição para a rede local de energia.
• Recursos para a conexão de geradores temporários
(locação de grupos geradores portáteis) durante os períodos em que o grupo gerador permanente encontrar-se
fora de serviço ou quando interrupções prolongadas
no fornecimento pela fonte usual de energia tornarem
necessário o fornecimento de energia para outras cargas
(ar-condicionado local, etc.).
Requisitos
• Os equipamentos que fazem parte de instalações mais
complexas, conectados à rede de distribuição de energia,
podem estar sob a responsabilidade de diversos proprietários. A propriedade e a responsabilidade pela
operação destes equipamentos devem ser claramente
definidas e seguidas. (Para maiores informações consulte o ítem “Distribuição de potência”, neste capítulo).
5 PROJETO ELÉTRICO
64
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Recomendações
• Mais informações sobre a conexão em paralelo de grupos
geradores são apresentadas na publicação T-016,
Manual de Aplicação da Cummins Power Generation.
(Para maiores informações consulte o ítem “Projetos
Típicos de Sistemas Elétricos”, neste capítulo).
• Os códigos e as normas técnicas locais devem sempre
ser consultados antes de iniciar ou modificar qualquer
projeto. (Para maiores informações consulte o ítem “Projetos Típicos de Sistemas Elétricos”, neste capítulo).
• Ao se avaliar o custo total para aquisição dos equipamentos de geração de energia, a definição do quão
crítica será a instalação irá influenciar a decisão sobre
o grau de redundância com o qual o sistema de geração
de energia será montado. Alguns códigos e normas
técnicas locais podem exigir que seja oferecido um
serviço contínuo de fornecimento de energia para
cargas críticas especificadas por lei e, a natureza
crítica de algumas instalações pode exigir recursos
similares para os serviços de manutenção.
Para um sistema composto por vários grupos geradores conectados em paralelo, o custo de manutenção
e os períodos de inatividade associados com o uso
de grupos geradores temporários podem ser evitados.
Estes fatores também podem influenciar o número de
grupos geradores necessários para a instalação. (Para
maiores informações consulte o ítem “Geradores
simples versus geradores em paralelos”, neste capítulo).
• Embora possa parecer mais econômica à primeira
vista, a instalação de um único grupo gerador é também
menos versátil, e, pode ser menos eficiente, em
especial, para cargas parciais. Em aplicações do tipo
“energia prime”, os grupos geradores diesel de alta
velocidade podem apresentar um custo menor ao
longo do seu ciclo de vida útil, devido à sua maior
eficiência e menor custo de manutenção em relação
às máquinas maiores que funcionam a menores
velocidades. (Para maiores informações consulte o
ítem “Geradores simples versus geradores em
paralelos”, neste capítulo).
• Normalmente, geradores que funcionam conectados
em paralelo com a fonte principal de energia (por
exemplo, com a rede pública de energia) por períodos
de tempo menores que 5 minutos por mês não são
requisitados para integrar o sistema de proteção contra
perda da fonte primária de energia. Todavia, o risco de
danos que podem ser causados na eventualidade de
uma falha momentânea no fornecimento pela fonte
primária de energia deve ser avaliado e a decisão
apropriada deve ser tomada. (Para maiores
informações consulte o ítem “Geradores combinados
e sistemas de utilidade”, neste capítulo).
Nota do tradutor: Em algumas partes deste capítulo poderá
ser encontrado o termo “utilidade” fazendo referência à
energia elétrica fornecida pela rede pública. Este termo foi
traduzido do termo “utility”, que aparece no manual original
em inglês. O termo “utility” corresponde à uma expressão
idiomática usada em alguns países de língua inglesa para
designar empresa ou organização responsável pela
manutenção da infraestrutura de uma rede pública e/ou pela
prestação de serviços públicos de suprimento de energia
elétrica, gás, água potável, telecomunicações, etc. O termo
“utility” pode ainda ser usado para fazer referência ao
produto ou serviço propriamente dito.
Assim sendo, o termo “utility”, ou “utilidade”, pode se referir
à concessionária de serviços públicos de energia elétrica,
à rede pública de energia elétrica, ao cabeamento interno
por onde provém a energia fornecida pela rede pública de
energia elétrica ou simplesmente à energia fornecida pela
rede pública de energia elétrica.
5 PROJETO ELÉTRICO
65
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas típicos para baixa tensão
Existem muitas configurações possíveis para os projetos de
sistemas de geração de energia, todavia com o objetivo de
assegurar maior confiabilidade, os sistemas são geralmente
configurados para que o(s) grupo(s) gerador(es) seja(m)
conectado(s) em baixa tensão, e, utilizem o menor número
possível de transformadores e disjuntores entre o grupo gerador
e as cargas que serão alimentadas. Em geral, muitas normas
técnicas regionais exigem que as cargas de emergência sejam
eletricamente separadas das cargas não-emergenciais e, que
estas cargas tenham preferência no fornecimento de energia.
Com o objetivo de assegurar maior confiabilidade no fornecimento de energia para as cargas mais críticas, deve-se fazer
com que na eventualidade de uma sobrecarga, as cargas nãoemergenciais possam ser desconectadas, todavia, mantendose a energia para as cargas de emergência. Na maioria dos
casos um condutor neutro será necessário; dado que muitas
cargas e seus controles em baixa tensão são monofásicos,
e necessitam de um condutor de retorno. Um cuidado maior
deve ser tomado quanto ao aterramento neutro do sistema e
quanto aos requisitos de chaveamento neutro.
A figura abaixo apresenta um projeto que pode ser usado para aplicações do tipo “energia prime” de menor porte.
Figura 5-1. Grupo gerador fornecendo energia para cargas comuns.
Em geral, grupos geradores são fornecidos com um disjuntor
principal que é montado no próprio grupo gerador e a energia
para cargas é fornecida através de um painel de distribuição
separado como ilustrado na Figura 5-1. Os geradores são fornecidos com um sistema de “proteção contra sobrecorrente”,
e isso pode ser feito de diversas formas, o que inclui um
disjuntor montado no painel de distribuição (Figura 5-1).
Em geral, os grupos geradores necessitam de um sistema
de proteção contra sobrecorrente, todavia, a proteção contra
curto-circuitos não é exigida. (ex. não há necessidade de uma
proteção contra curto-circuito entre o grupo gerador e o
disjuntor principal).
A importância disso é que o sistema de proteção contra curtocircuitos pode ser colocado no grupo gerador ou em um painel
remoto. Caso não haja um disjuntor instalado no grupo gerador,
as normas técnicas podem exigir que seja instalada uma
chave de desconexão para que haja um ponto de isolamento
para o grupo gerador. Consulte os códigos e normas técnicas
locais quanto aos requisitos de desconexão ou isolamento
de geradores.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 5-2. Grupos geradores múltiplos fornecendo energia para cargas comuns.
A Figura 5-2 mostra uma aplicação similar com geradores,
conectados em paralelo, substituindo um único grupo gerador.
Nesta configuração, podem ser utilizados grupos geradores
de tamanhos diferentes com o objetivo de permitir a diminuição do consumo de combustível em uma determinada
instalação. Isto pode ser feito combinando-se a capacidade
de geração de energia de cada equipamento com os valores
de consumo das cargas que compões o sistema. O uso de
grupos geradores de diferentes capacidades (tamanhos)
pode exigir arranjos especiais para o aterramento do sistema.
(Para maiores informações sobre os requisitos para o
aterramento consulte o ítem “Aterramento do sistema e dos
equipamentos”, neste capítulo).
A Figura 5-3 apresenta o diagrama elétrico típico para um
sistema de transferência (chaveamento) de distribuição de
energia que utiliza um único grupo gerador para o fornecimento de energia elétrica em baixa tensão. Este tipo de
configuração pode ser utilizado em diversas instalações
domésticas, comerciais e industriais (de pequeno porte).
Uma chave de transferência automática (CTA, ou ATS), que
pode utilizar contatores, disjuntores ou um módulo de transferência dedicado, é usada para intercambiar o fornecimento
de energia para a carga a partir da fonte usual de energia (rede
pública) ou a partir do grupo gerador. Geradores de três pólos
e disjuntores, ou chaves de fusíveis, para a da fonte usual
de energia são frequentemente usados para limitar o nível
de uma falha que possa, eventualmente, ocorrer na CTA.
A CTA pode ser um dispositivo de 3 pólos (sólida, neutro
não-chaveado) ou de 4 pólos (neutro chaveado). Normalmente,
um equipamento CTA de 4 pólos é usado em aplicações
onde há a necessidade de se isolar o neutro da rede do neutro
do gerador. A seleção de um equipamento para chavear o
neutro pode estar relacionada a critérios de segurança ou
à necessidade do sistema incorporar dispositivos para
detecção de falha no aterramento.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 5-3. Grupo gerador único em aplicações do tipo “standby”.
A empresa distribuidora de energia elétrica deve ser consultada
para confirmar qual o tipo de sistema de aterramento é usado
na rede pública de distribuição de energia que alimenta o local,
e, verificar se o projeto de aterramento proposto para as instalações do cliente é apropriado. Chaves de transferência automática (CTA) e grupos geradores não devem ser conectados à rede pública da empresa distribuidora de energia elétrica
antes que esta revisão seja feita (e o projeto seja aprovado
pela distribuidora de energia elétrica, caso esta aprovação
seja exigida pela legislação local).
Note que alguns códigos e normas técnicas locais podem
exigir o uso de chaves de transferência múltiplas devido à
necessidade de se isolar as cargas de “emergência” das
cargas “standby”. Nestes casos, as chaves de transferência
podem estar localizadas próximas das cargas nos respectivos paineis de distribuição de energia e, o grupo gerador
também pode precisar de um painel de distribuição quando
os disjuntores de alimentação para o equipamento CTA não
puderem ser montados no próprio grupo gerador.
Sistemas de maior capacidade podem utilizar múltiplas
unidades CTA (ATS) e sistemas de proteção localizados próximos às cargas. Frequentemente, sistemas múltiplos são
considerados mais confiáveis do que aqueles que usam
uma única chave CTA (ATS) de grande porte. O motivo para
isso é porque as falhas nos sistemas de distribuição de energia
ocorrem com maior probabilidade nas suas extremidades,
próximas às cargas, portanto, o uso de chaves múltiplas
resultaria em uma probabilidade menor do sistema de distribuição ser corrompido na eventualidade de ocorrer uma falha.
Para mais informações sobre os equipamentos CTA (ATS)
e suas aplicações, consulte a publicação T-011, “Manual
de Aplicação Cummins Power Generation”.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Figura 5-4. Grupos geradores múltiplos e chaves CTA (ATS) múltiplas.
A Figura 5-4 apresenta um projeto adequado para instalações de maior porte, particularmente onde muitos edifícios são
alimentados pela mesma instalação de grupos geradores.
Nesta configuração, são utilizadas três unidades CTA (ATS),
conectadas à rede pública de energia e a um sistema grupos
geradores. Esta configuração pode ainda ser adaptada para
utilizar cabeamentos separados provenientes da rede pública
de energia elétrica.
É comum que se utilizem dispositivos de chaveamento de
quatro pólos em sistemas compostos por grupos geradores
de três pólos e por disjuntores ou chaves de fusíveis de três
pólos conectados à rede pública de energia elétrica.
Cada CTA (ATS) possui um sensor automático para detectar
falhas da energia proveniente da rede pública e, além de
enviar um sinal de partida para o sistema de grupos geradores,
irá efetuar o chaveamento da alimentação para o sistema de
grupos geradores assim que o mesmo esteja funcionando
dentro de uma faixa de tolerância aceitável. Esta configuração
permite a montagem de um sistema versátil de geração de
energia e pode ser fácilmente adaptada para o uso de grupos
geradores unitários ou múltiplos.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas típicos para médias ou
altas tensões
A geração de energia em média ou alta tensão, em geral, é
utilizada nas situações onde a demanda por potência faria
com que a corrente elétrica num sistema de baixa tensão
excedesse os limites usuais para aplicações práticas. Em
aplicações práticas, isto ocorreria quando a capacidade
exigida do sistema excede 4000 ampères ou mais. Os sistemas de média ou alta tensão também podem ser mais adequados quando a energia deve ser distribuída para locais
situados a uma distância significativa do grupo gerador.
Geradores únicos classificados para operar acima de 2,5 MVA
e geradores conectados em paralelo classificados para operar
acima de 2 MVA são bons exemplos de equipamentos que,
em geral, são indicados para aplicações em média tensão.
Alternadores de média tensão não são economicamente
viáveis para aplicações em que a potência gerada seja menor
que 1000kW, aproximadamente. Nos casos nos quais o consumo de potência é inferior a 1000kW, é provavel que a solução mais adequada seja o uso de um gerador de baixa tensão
em conjunto com um transformador elevador de tensão.
Ao se projetar uma instalação para média ou alta tensão, devese dar especial atenção para a qualificação e treinamento
da equipe que irá trabalhar com os equipamentos, devido
ao alto grau das medidas de segurança exigidas por instalações deste tipo.
Figura 5-5. Grupo gerador de média/alta tensão para aplicações do tipo “Energia Prime”.
A Figura 5-5 apresenta um diagrama de conexões para um
gerador utilizado em uma instalação do tipo “Energia Prime”
e que pode utilizar geradores para média ou alta tensão,
unitários ou múltiplos. Para maior simplicidade, a configuração ilustrada apresenta um único transformador alimentando as cargas, todavia, podem ser utilizados transformadores adicionais para mais cargas. Em geral, instalações
para médias ou altas tensões são configuradas como
trifásicas (três fios), pois, para estas tensões, raramente
as cargas são monofásicas.
O neutro para média ou alta tensão não é distribuido pela
rede interna de energia e, normalmente, é obtido por meio
de um ponto de aterramento localizado o mais próximo possível da fonte de energia para a carga. Pode ser inserida
uma impedância entre o neutro e o terra para limitar a
magnitude da corrente de falha do aterramento. Isso pode
ser feito por meio de um resistor ou reator. Para maiores
informações sobre os requisitos para o aterramento consulte o ítem “Aterramento do sistema e dos equipamentos”,
neste capítulo.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 5-6. Diagrama de uma instalação para médias ou altas tensões utilizando múltiplos
grupos geradores, múltiplos cabeamentos provenientes da rede pública de energia
elétrica e múltiplas cargas.
A Figura 5-6 apresenta o diagrama elétrico para uma instalação de grande porte, de média ou alta tensão, como as
utilizadas num grande edifício ou num centro de processamento de dados. A instalação tem múltiplas entradas de
tensão, provenientes da rede pública de energia e dos grupos
geradores, e, normalmente, opera nos modos de “trabalho”
e “standby”. Existe disjuntores (do tipo “bus-tie”, ou seja, de
conexão ao barramento), que conectam os grupos geradores
e a rede pública de energia ao barramento principal da rede
interna de distribuição de energia e podem ser configurados
para permitir a conexão em paralelo da rede pública de energia
com os geradores sempre que uma das fontes estiver em
condições de fornecer energia. Especial atenção deve ser
dada ao aterramento para este tipo de instalação. Em muitos
casos será necessário conectar uma impedância ao neutro
ou instalar sistemas de controle para limitar a intensidade
do campo do alternador durante eventuais falhas monofásicas.
Esta é uma configuração muito adaptável e é extensivamente
usada em todo o mundo. A incorporação de disjuntores de
conexão ao barramento (disjuntores do tipo “bus-tie”) aos
grupos geradores permite que estes grupos geradores sejam
conectados e operados em paralelo na condição “off-line”
(ou seja, geradores conectados em paralelo, mas não conectados ao barramento principal da rede interna de distribuição
de energia). Isto resulta em uma rápida sincronização entre
os geradores e rápida aceitação de carga. Além disso, os
geradores podem ser testados “off-line” (desconectados do
barramento principal da rede interna de distribuição de energia)
auxiliando na manutenção e nos procedimentos de descoberta de falhas.
Em instalações onde houverem muitos transformadores sendo
energizados, deve-se prestar especial atenção à escolha de
um sistema apropriado de proteção contra sobrecorrentes.
Em instalações configuradas como um “ring bus” deve-se
assegurar que os geradores forneçam a corrente de necessária para energizar o sistema sem causar disparos repentinos dos dispositivos de proteção. Para maiores informações
sobre dispositivos de proteção contra sobrecorrente e outras
sistemas de proteção relacionados consulte o ítem “Proteção
dos grupos geradores contra falhas e sobrecorrente.”, neste
capítulo.
Nota: O termo “ring bus” se refere à uma configuração onde
o barramento principal da rede interna de distribuição de
energia forma um circuito fechado. Este circuito é conectado
à várias cargas e várias fontes de energia, cada qual por
meio de sua respectiva chave disjuntora.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 5-7. Gerador de baixa tensão sendo usado numa aplicação de média/alta tensão.
A Figura 5-7 mostra um gerador de baixa tensão sendo usado
em uma aplicação de média tensão. Um transformador elevador de tensão deve ser usado, permitindo que um gerador
padrão de baixa tensão seja usado no lugar de um gerador
de média tensão especialmente fabricado para esta finalidade. Neste caso, o conjunto formado pelo gerador e pelo
transformador é tratado essencialmente como um gerador
de média tensão. Os sistemas de baixa tensão e de média
tensão devem ser tratados como sistemas elétricos independentes e é muito importante observar a configuração correta
dos enrolamentos do transformador, pois esta costuma ser uma
fonte comum de erro nos projetos. Um enrolamento do tipo
triângulo (delta) deve ser usado para o circuito de baixa tensão,
pois ajuda a eliminar os terceiros harmônicos e permite que
o aterramento do neutro (ponto “wye”) do gerador seja o único
ponto de referência de tensão para o sistema de baixa tensão.
O enrolamento de média tensão deve ser configurado como
estrela (“wye point”) para permitir que o sistema de média
tensão tenha uma tensão de referência com relação ao terra,
e, isto pode ser feito conectado-se uma impedância entre o
ponto de referência (ponto “wye”) e o aterramento. Este é
um procedimento comum, todavia, alguns sistemas podem
exigir outros tipos de aterramento. Uma boa referência para
estas procedimentos é a Norma IEEE 142 - “Práticas IEEE
Recomendadas para Aterramento de Sistemas de Potência
Comercial e Industrial”.
Esta é configuração adaptável para combinações múltiplas
de gerador/transformador que podem ter diferentes capacidades. Transformadores com classificações e configurações
de enrolamento idênticas podem ser utilizados com seus pontos
“wye” conectados ao neutro. Quando transformadores com
diferentes capacidades são utilizados, os seus pontos “wye”
podem ser conectados ao neutro somente nas situações em
que os fabricantes dos transformadores permitirem isso seja
feito. Quando transformadores de diferentes capacidades
são conectados em paralelo, somente um dos transformadores deve ser conectado ao neutro.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Escolhendo o transformador para
um grupo gerador
Transformadores distribuição de energia são fabricados em
diversas configurações. Em geral, um transformador é
classificado conforme a sua aplicação e pelo seu modo de
arrefecimento. Em todos os casos o critério de projeto para
os transformadores é regulado pela norma ANSI C57.12 e
também pela norma NBR 5356.
Conforme o tipo de aplicação, os transformadores podem
ser classificados em duas grandes categorias: Subestação
e Pedestal (“Pad mounted”).
Transformadores tipo Subestação
São transformadores usados dentro de um quadro de distribuição de tensão (subestação) em conjunto com sistemas
de chaveamento ou disjuntores que conectam o transformador à rede de média tensão no lado primário, e, um conjunto
disjuntores de baixa tensão ou sistemas de chaveamento
lado secundário. Um transformador do tipo subestação deve
ser instalado em uma área confinada à qual o público não
tenha acesso. Isto se deve ao fato de que os transformadores
deste tipo não são invioláveis e, é possível ter acesso a peças
energizadas, ventiladores, etc. Transformadores do tipo subestação podem ser subdivididos de acordo com o seu modo
de arrefecimento. Existem dois tipos de transformadores
do tipo subestação:
- à seco
- à óleo (com líquido isolante - “liquid filled transformer”)
Transformadores à seco
Existem duas categorias principais para transformadores
à seco - “VPI” e Encapsulados em resina epóxi (“cast resin”).
VPI (“Vacuum Pressure Impregnation”)
Este é o transformador à seco convencional que tem sido
mais fabricado ao longo das últimas décadas. A sua classe
de isolamento térmico padrão é de 220°C, com um diferencial
de temperatura de 150°C sobre uma temperatura ambiente
de 30°C (AA). Como opcional, podem ser instalados ventiladores neste tipo de transformador, para melhorar sua refrigeração, o que permite um aumento de 33% na sua potência
nominal (Tipicamente denominado como AA/FA na classificação de potência). Esta versão corresponde ao transformador à seco mais barato do mercado.
Transformadores à seco convencionais devem ser usados
somente nas aplicações onde seu funcionamento seja
contínuo. Os seus enrolamentos, embora encapsulados com
verniz, podem se degradar devido à umidade.
Nota do tradutor: Os transformadores do tipo VPI (Vaccum Pressure
Impregnation) são assim chamados devido ao seu processo de fabricação. Numa primeira etapa, são impregnados com resina dentro de
uma câmara de vácuo e, em seguida, esta resina é “curada” sob pressão
em uma autoclave.
Encapsulado em resina epóxi (“Cast Resin”)
Outra categoria de transformador à seco são os transformadores encapsulados em resina (“cast resin”). Transformadores encapsulados em resina são divididos em duas subcategorias: “full cast” e “unicast”.
Tranformador “Full Cast”:
Em um transformador “full cast”, cada enrolamento
individual é completamente encapsulado por uma resina
epóxi. O processo de encapsulamento dos enrolamentos é feito dentro de uma câmara de vàcuo que permite
que uma resina epóxi flua através dos enrolamentos
preenchendo todos os espaços. Como resultado deste
processo a resina epóxi, depois de seca, atua simultâneamente como um isolamento dielétrico e como um
reforço para a robustez estrutural durante condições de
falha. A sua classe de isolamento térmico padrão é de
185°C, com um diferencial de temperatura de 80°C ou
115°C acima de uma temperatura ambiente de 30°C.
Como opção, ventiladores (FA) podem ser instalados,
o que permite um aumento de 50% na potência nominal
sobre a base de classificação AA.
Transformadores “full cast” são os transformadores à
seco mais caros do mercado, todavia, a umidade não
é um problema nestes transformadores, então eles são
apropriados para aplicações de energia não-contínuas.
Transformadores “Unicast”:
Este é uma variação do processo “full cast”. Ao invés de
encapsular cada enrolamento individualmente em resina
epóxi, os núcleos primários e secundários são encapsulados simultâneamente em resina epóxi formando uma
camada protetora de resina em torno do conjunto de
bobinas primárias e secundárias. Normalmente, os
enrolamentos individuais são isolados com verniz como
no transformador à seco convencional. A sua classe de
isolamento térmico padrão é de 185°C, com um diferencial de temperatura de 100°C acima de uma temperatura
ambiente de 30°C (AA). Como opcional, podem ser instalados ventiladores neste tipo de transformador, para
melhorar sua refrigeração, o que permite um aumento de
33% na sua potência nominal.
Tranformadores com líquido isolante
Os transformadores com líquido isolante usam óleo como
meio dielétrico. Diferentemente dos transformadores à seco
convencionais, eles são impermeáveis à umidade porque
os enrolamentos são completamente imersos dentro de um
óleo dielétrico. Todavia, transformadores com líquido isolante
necessitam de sistemas de proteção contra incêndios caso
sejam usados no interior de edifícios.Em geral, são usados
dois tipos de óleo para este tipo de transformador:
- Óleo mineral
- Óleo com alto ponto de ignição
5 PROJETO ELÉTRICO
73
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Óleo mineral
O óleo mineral é o menos caro. Transformadores com líquido
isolante tem uma elevação normal de temperatura de 55°C
acima de uma temperatura ambiente de 30°C. Existem opções
para (55°C/65°C) o que permite um aumento de 12% sobre
a classificação nominal de potência. Pode-se utilizar um
sistema de arrefecimento de ar forçado (ventiladores), o que
eleva de 15 a 25% a sua classificação nominal de potência.
Óleo com alto ponto de ignição
Em geral, os fabricantes de transformadores oferecem como
líquido com alto ponto de ignição o óleo R-Temp (Indústrias
Cooper) ou o óleo de silicone 561 (Dow Corning). Cada vez
com mais freqüência, a EPA (Agência de Proteção Ambiental
dos Estados Unidos) têm classificado alguns líquidos industriais
como ameaças ao meio ambiente (como aconteceu com os
PCB's) e, em consequencia, eles tendem a ser retirados do
mercado.
Transformadores tipo Pedestal (“Pad Mounted”)
Transformadores tipo pedestal são construídos dentro dos
mesmos padrões como os especificados pelas normas ANSI
para os transformadores tipo subestação. Todavia, os transformadores tipo pedestal tem características especiais de
construção. Normalmente, estes transformadores são construídos de forma compartimentalizada e inviolável.
As aplicações mais comuns para os transformadores tipo
pedestal são em áreas externas e não restritas, onde o
público pode transitar próximo ao equipamento. Transformadores tipo pedestal não possuem recursos opcionais de
arrefecimento, como o uso de ventiladores, pois isto comprometeria a sua inviolabilidade.
Os transformadores tipo pedestal mais comuns são os
preenchidos com liquido isolante. Isto permite que os
transformadores tenham uma certa capacidade de suportar
sobrecargas sem a necessidade de usar ventiladores.
Além das classificações apresentadas acima, a escolha do
transformador de potência para o grupo gerador é determinada por vários fatores:
- Configuração dos enrolamentos;
- Classificação de potência e tensão;
- Tipo do sistema de arrefecimento;
- Comutador;
- Impedância;
- Conexões.
Configuração dos enrolamento de um
transformador
Em geral, a configuração de um enrolamento é determinada
pela necessidade de uma referência de tensão do sistema
elétrico com relação ao terra. Por convenção, sistemas elétricos são aterrados junto à fonte de energia e, portanto, o
enrolamento do transformador que está suprindo energia
para um sistema elétrico pode ser provido com um ponto de
referência à terra. Assim sendo, para um transformador redutor
de tensão, ao qual as cargas estão conectadas ao enrolamento de baixa tensão, o usual é que ele seja configurado
como Estrela (WYE) e provido com uma conexão para o ponto
comum entre os três enrolamentos (o ponto estrela) que será
aterrado. Para um transformador elevador de tensão, ao qual
as cargas estão conectadas ao enrolamento de tensão mais
alta, é também pressuposto que seja configurado como
Estrela (WYE).
Em muitos locais, um grupo vetor típico para enrolamento de
transformador pode ser designado como Dyn11, indicando que
o transformador tem um enrolamento de média ou alta tensão
configurado como Triângulo (DELTA) e um enrolamento de
baixa tensão conectado como Estrela (WYE), com o ponto
estrela disponível para conexão. O número “11” denota um
deslocamento de fase de 30 graus no sentido anti-horário
como indicado pela posição 11 horas de um relógio.
Outras conexões comuns são:
YNd11 : Enrolamento de média ou alta tensão configurado
como Estrela (WYE), com o neutro disponível, enrolamento
de baixa tensão conectado como Triângulo (DELTA), com
um deslocamento de fase anti-horária.
Dyn1 e YNd1 : Como os exemplos anteriores, mas com
deslocamentos de fase no sentido horário.
YNyn0 : Enrolamento de baixa tensão e o enrolamento de
média ou alta tensão configurado como Estrela (WYE), todos
com os pontos neutros disponíveis para conexão, e deslocamento de fase zero.
Enrolamentos designados pela letra “Z” correspondem à
enrolamentos em ziguezague, enquanto que três grupos de
letras indicam que um enrolamento terciário está instalado.
Os grupos vetores mais comumente usados estão descritos
na Tabela-5-1.
O grupo vetor identifica o tipo de conexão entre os enrolamentos e as relações de fase entre os fasores de tensão
designados. Ele consiste em um código de letras que especificam a conexão dos enrolamentos e um código numérico
que define o deslocamento da fase.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Código
Grupo
vetor
0
Yy0
Configuração do circuito
C
C
B
B
A
A
0
Dz0
C
C
B
B
A
A
5
5
5
6
5 PROJETO ELÉTRICO
Dy5
C
C
B
B
A
A
C
C
B
B
A
A
C
C
B
B
A
A
C
C
B
B
A
A
Yd5
Yz5
Yy6
Tabela 5-1 Configurações de Enrolamento
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
75
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Código
Grupo
vetor
6
Dz6
Configuração do circuito
C
11
C
B
B
A
A
Dy11
C
C
B
B
A
A
11
Yd1
C
C
B
B
A
A
11
Dy1
C
C
B
B
A
A
11
C
Yd11
C
B
B
A
A
11
Yz11
C
C
B
B
A
A
5 PROJETO ELÉTRICO
76
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Classificação de tranformadores
Comutadores de carga (“Tap Changers”)
Em geral, os transformadores podem receber as seguintes
classificações: Classificação Contínua Máxima (CMR Continuous Maximum Rate) e Classificação Contínua de
Emergência (CER - Continuous Emergency Rate). A escolha
da classificação dependerá das expectativas quanto ao ciclo
de trabalho do transformador e do sistema elétrico.
É comum que transformadores de potência sejam fornecidos
com comutadores de carga (TAPs) instalados no enrolamento
de tensão mais alta, para possibilitar que a tensão de saída
seja ajustada. Normalmente este ajuste é feito com o transformador isolado. Os valores de comutação usuais são ±5%,
±2,5% e 0. Comutadores de carga podem ser úteis em um
conjunto gerador/transformador caso valor da tensão da rede
pública esteja no seu limite (inferior ou superior) permitido
de variação, e, seja necessário um gerador conectado em
paralelo com o sistema. Comutadores de carga “on-circuit”
estão disponíveis no mercado mas geralmente são caros.
Muitas vezes ocorrem situações onde a rede de alta tensão
opera numa tensão consideravelmente acima do seu valor
nominal. Numa situação como esta o uso de um comutador
de carga no transformador do gerador pode evitar que o
gerador exceda a sua classificação de nominal de tensão.
Em geral, os transformadores classificados como CMR são
mais volumosos e mais caros que transformadores classificadas como CER, entretanto, um transformador CER terá
uma vida útil reduzida caso os limites CER sejam ultrapassados, devido ao maior aumento de temperatura. Em geral,
é recomendável selecionar os transformadores classificados
como CMR para geradores que estejam atuando como fonte
de “Energia Prime”.
Transformadores classificados como CER podem ser utilizados em aplicações “standby” contanto que o ciclo de
trabalho especificado pelo fabricante do transformador não
seja ultrapassado
Transformadores são classificados conforme sua potência
(em kVA) e ganhos consideráveis na classificação podem
ser obtidos se forem utilizados em aplicações com fatores
de potência próximos à unidade (1.0).
Modo de arrefecimento
Muitos transformadores usam óleo para o seu arrefecimento
e isolamento. Em geral, os transformadores a óleo são mais
compactos, todavia, mais pesados que os seus equivalentes encapsulados em resina e isolados a ar. Além disso, os
transformadores a óleo são capazes de aguentar condições
ambientais mais severas. Frequentemente, podem ser
instalados ventiladores para ajudar na dissipação de calor.
O sistema de arrefecimento de um transformador é classificado como:
- Óleo (arref.) natural / Ar (arref.) natural (ONAN)
- Óleo (arref.) forçado / Ar (arref.) natural (OFAN)
- Óleo (arref.) forçado / Ar (arref.) forçado (OFAF)
Como o óleo é inflamável e pode causar poluição severa do
meio ambiente caso hajam vazamentos, os transformadores
a óleo devem ser montados dentro de recipientes capazes
de conter até 110% da sua capacidade de óleo.
Em geral, os transformadores a óleo são fornecidos com
alarmes para detectar o nível baixo de óleo, sistemas de
exaustão para evitar explosões, sistemas de detecção da
temperatura do enrolamento e do óleo, e sistemas para
detecção da formação do gás.
Impedância do transformador
Nos casos em que a ocorrência de falhas de grande intensidade são previsíveis, um aumento na impedância do transformador pode ser uma solução com uma boa relação custo/
benefício, especialmente naquelas aplicações que fazem uso
do equipamento por um número limitado de horas. Deve-se
tomar cuidado para assegurar que um aumento na tensão
através do transformador não force o gerador a trabalhar fora
de sua faixa de operação nominal ou, ainda, impeça a combinação e sincronização da tensão.
O fabricante do grupo gerador deve ser consultado para
informar se o projeto deste equipamento prevê a sua operação,
sob quaisquer condições, com tensões acima de 5% do
seu valor nominal de operação.
Conexões
A forma como os cabos devem ser conectados à cada um
dos enrolamentos do transformador é determinada pelos tipos
dos cabos a serem utilizados. Isto é particularmente importante para os circuitos de alta tensão, onde pode ser necessário o uso de técnicas especiais para fazer a terminação
dos cabos, bem como, para os circuitos de baixa tensão, onde
um grande número de cabos serão conectados ao transformador. As caixas de conexão para o cabeamento podem ser
escolhidas entre os modelos “isolada a ar” e “preenchida com
material isolante”. Podem ser utilizadas diversas combinações
de cabos e técnicas de terminação.
Normalmente, a entrada do cabos na caixa de conexão é
feita pelo lado de baixo. Caso a entrada seja feita pelo lado de
cima, assegure-se de que seja evitada a entrada de umidade.
Na escolha de um transformador, é importante que os itens
acima sejam levados em consideração no que se refere às
condições ambientais do local. Isso deve incluir fatores como
aquecimento pelo Sol, aquecimento do solo, bem como,
temperatura e umidade.
5 PROJETO ELÉTRICO
77
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Geradores sigelos (unitários) versus geradores conectados em paralelo
A conexão em paralelo de grupos geradores (neste manual também denominado de “paralelismo”) corresponde à conexão síncrona
de dois ou mais grupos geradores formado um conjunto. Este conjunto fornece energia para a rede interna por meio de um barramento comum ao qual as cargas estão conectadas, como ilustrado na Figura 5-8. Há diversos fatores a serem considerados ao
se optar pela instalação de um grupo gerador simples ou pela instalação de grupos geradores múltiplos, entre eles:
- Confiabilidade
- Desempenho
- Custo
- Tipos de carga
- Tamanho do gerador e da sala
- Eficiência
- Variação de carga
- Flexibilidade
Figura 5-8. Geradores conectados em paralelo.
Confiabilidade
A confiabilidade do sistema é o fator principal que pode
influenciar a decisão pelo uso de geradores conectados em
paralelo na maioria das instalações do tipo “emergência”
ou “standby”, tais como, hospitais, centros de processamento
de dados, estações de bombeamento de água, etc., onde a
confiabilidade do sistema de fornecimento de energia é fundamental, pois as cargas conectadas são críticas. Em casos
como estes, o uso de grupos geradores múltiplos e a energização priorizada do sistema permite que cargas mais críticas
sejam alimentadas em detrimento de cargas menos críticas.
Em sistemas nos quais todas as cargas são necessárias para
garantir uma operação adequada, é recomendável o uso de
grupos geradores redundantes. O objetivo é assegurar que a
falha em um dos grupos geradores não desative o todo sistema.
Normalmente, a conexão de grupos geradores em paralelo
exige que o sistema tenha a capacidade de energizar as cargas
sequencialmente, em etapas. Do mesmo modo, no caso de
falha em algum dos geradores, o sistema deve ter a capacidade
de efetuar a “limitação seletiva de cargas” (load shedding)
para permitir que os geradores operem dentro das classificações nominais.
Uma instalação múltipla deve ser dimensionada para permitir
que qualquer um dos grupos geradores possa ser removido
do sistema para manutenções de rotina ou reparos sem que
haja prejuizo no fornecimento de energia.
Desempenho
O desempenho de um sistema de potência pode se assemelhar
ao serviço da rede pública de energia quando os geradores
estão conectados em paralelo, pois a capacidade dos grupos
geradores agregados em relação às cargas individuais é
muito maior que seria no caso de grupos geradores unitários
fornecendo energia para cargas separadas. Devido à esta
maior capacidade do barramento da rede de energia, o efeito
das cargas transientes aplicadas aos grupos geradores por
cargas individuais é diminuído.
5 PROJETO ELÉTRICO
78
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Custo
Eficiência
Em geral, um conjunto de grupos geradores conectados em
paralelo custa mais caro que um grupo gerador simples com
a mesma capacidade de geração de energia, exceto nos casos
em que os requisitos de capacidade forcem as máquinas a
operar com rotação inferior a 1500 rpm. Ao se avaliar o custo
de um sistema múltiplo deve ser considerado o “custo total”
para sua aquisição, e, deve-se levar em conta fatores como
o espaço disponível dentro da edificação, maior número de
sistemas de escapamento e mais tubulações, o layout da
rede de cabos de energia, requisitos específicos para o quadro
de distribuição de energia (ou subestação) e o sistema controle
para uma instalação múltipla. A demanda por confiabilidade
e o seu consequente benefício devem ser ajustados de acordo
com o aumento do custo. O custo da manutenção é um fator
essencial para os grupos geradores em instalações do tipo
“Energia Prime” ou “co-geração”. Embora um grupo gerador
simples e de grande porte possa ter um custo igualmente
elevado, esta equivalência será reduzida ao se considerar
outros fatores associados com os custos de instalação de
um sistema com geradores múltiplos.
Eficiência é um fator fundamental caso o sistema de geração
esteja produzindo energia do tipo “Carga Básica”, esteja sendo
utilizado para redução de tarifa da energia da rede pública
ou “co-geração”. Nas aplicações do tipo “Energia Prime”, a
versatilidade de um sistema de geradores em paralelo, permitindo que os grupos geradores trabalhem com cargas otimizadas e máxima eficiência irá, com frequencia, compensar
os altos custos iniciais em um curto período de tempo.
NOTA: Ao se avaliar o custo total para aquisição de um equipamento, a importância do sistema de geração de energia
irá influenciar na decisão sobre o seu grau de redundância.
Algumas normas técnicas regionais podem exigir o fornecimento contínuo de energia para suprir cargas “exigidas por
lei”, e, algumas instalações de natureza crítica podem exigir
o mesmo. Caso se opte por utilizar um sistema com grupos
geradores conectados em paralelo, é possível evitar os custos
associados com grupos geradores temporários durante os
períodos em que um sistema (de gerador único) estaria indisponível.
Para instalações de pequeno porte, mas essenciais, onde
a proteção de dois geradores é necessária mas o custo do
equipamento de “paralelismo” é proibitivo, uma instalação
“standby” mútua pode ser uma boa alternativa. Nesta configuração um gerador atua como “standby” para o outro. Veja
a publicação T-011, “Manual de Aplicação de Chave de Transferência”, para maiores informações sobre este tipo de projeto.
Dimensionamento
O dimensionamento de um grupo gerador e de seu recinto
podem ser fatores críticos e podem influenciar na decisão
sobre a instalação de grupos geradores simples ou múltiplos.
Em geral, um grupo gerador simples é consideravelmente
mais pesado que o equipamento correspondente usado em
uma configuração paralela. Para instalações no topo de uma
edificação ou para instalações nas quais o grupo gerador deve
ser alojado no sub-solo ou algum outro espaço confinado,
isto pode representar um impedimento, levando a se optar
por geradores mais leves e menores. Todavia, o projeto de
instalação deve proporcionar um espaço livre para acesso
e manutenção das máquinas. Inevitavelmente, este tipo de
instalação requer mais espaço por kilowatt gerado.
Tipos de carga
A decisão sobre o tipo de instalação (simples ou paralelo) para
um sistema de geração de energia é muito influenciada pelo
tipo da carga que será alimentada. Em geral, um gerador
simples será a escolha mais econômica para cargas menores
que um valor aproximado de 2000 kW, pois o custo de um
sistema de controle para conexão em paralelo somado ao
custo do equipamento de chaveamento é significativo quando
comparado com o custo de um gerador.
Para cargas mais elevadas, a escolha é menos direta. Para
cargas em torno de 2 ou 3 MW, pode-se utilizar configurações com geradores simples ou múltiplos pois ambas possibilidades estão disponíveis. Para cargas acima de 3 MW,
a escolha é quase sempre por instalações de geradores
múltiplos.
NOTA: Embora possa parecer mais econômica à primeira
vista, uma configuração de gerador simples é também menos
versátil e pode ter uma relação custo-benefício menor. Isso
ocorre, principalmente, quando se fornece energia para
cargas parciais durante longos períodos.
Em aplicações do tipo “Energia Prime”, grupos geradores
à diesel, de alta velocidade, podem proporcionar um custo
total mais baixo ao longo de todo o seu ciclo de vida útil,
devido à sua maior eficiência e custo menor de manutenção
em comparação à máquinas maiores e de menor velocidade.
5 PROJETO ELÉTRICO
79
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Variação de carga
Riscos
A “variação de carga” deve ser levada em consideração em
qualquer projeto de sistema de geração de energia, pois
muitas instalações apresentam grandes diferenças entre o
consumo durante o dia e durante a noite, assim como as
características das cargas podem apresentar diferenças
durante o inverno e o verão.
Uma instalação de grande porte para geração de energia
pode ter um consumo de 2-3 MW durante o dia, entretanto,
durante a noite, a menos que seja usada para aplicações
de processo contínuo, o consumo pode cair para apenas
algumas centenas de kW, ou menos. Utilizar um gerador
simples (unitário) de grande porte para este tipo de aplicação
pode fazer com que o equipamento trabalhe com “carga leve”
por muitas horas, o que é prejudicial para o motor. Uma configuração típica para este tipo de instalação poderia utilizar
quatro geradores de 1000 kW e um gerador de 500 kW
conectados em paralelo. Durante o dia seriam utilizados três
dos quatro geradores e, à noite, apenas o gerador menor
entraria em funcionamento.
Cargas transientes também tem uma grande influência na
especificação da capacidade requerida para um grupo gerador,
e, é importante levar em conta todas as combinações de
cargas transientes e cargas de estado fixo em quaisquer
projetos para assegurar que a qualidade do fornecimento de
energia seja mantida. Note que algumas cargas apresentam
fatores de potência “dominantes” (i.e.: exigem mais do grupo
gerador), e isso deve ser levado em consideração no dimensionamento do grupo gerador e na definição sequência de
operação para o sistema (sequência de acionamento das
cargas). O software Cummins “GenSize” é uma útil ferramenta de dimensionamento para estes casos e pode ser
obtido por meio de nossos distribuidores.
Há alguns riscos envolvidos no uso de grupos geradores
conectados em paralelo, tanto nos casos em que o sistema
de energia é formado por um conjunto de grupos geradores
conectados em paralelo, quanto naqueles em que um ou
mais grupos geradores estão conectados em paralelo com
a rede pública de energia elétrica. Na elaboração de um
projeto de instalação, estes riscos devem ser avaliados em
comparação com os benefícios proporcionados. São eles:
Flexibilidade
A flexibilidade é um fator importante a ser considerado em
instalações que possam vir a ser alteradas no futuro. Em geral,
uma instalação que contém apenas um grupo gerador simples
é difícil de ser alterada, entretanto, instalações com geradores
múltiplos podem receber geradores adicionais com relativa
facilidade, caso esta possibilidade tenha sido prevista em
projeto.
- Nos casos onde não houver uma adequada “limitação
seletiva de cargas” ou “descarte de cargas” (“load shedding”), ou nos casos onde a carga é mantida em um nível
muito alto, há o risco de um dos geradores falhar e os
demais geradores no sistema podem não ser capazes
de suportar a carga total. Um sistema para “limitação
seletiva de cargas” ou “descarte de cargas” (“load shedding”) deve sempre ser incluído nos projetos de geração
de energia com equipamentos conectados em paralelo.
A capacidade de reserva do sistema, em qualquer momento durante a sua operação, deve corresponder à
quantidade de carga que pode ser aceita caso haja
uma falha em quaisquer dos geradores que estiverem
em funcionamento.
- É possível que nem todos os geradores possam ser
conectados em paralelo num mesmo sistema. Caso
se utilize um grupo gerador de um fabricante diferente,
ou, caso se utilize um grupo gerador com capacidade
significativamente diferente dos demais, deve-se consultar
o distribuidor local Cummins antes de prosseguir com
a conexão do mesmo.
- Um gerador conectado em paralelo com a rede pública
de energia torna-se, efetivamente, parte do sistema da
rede pública. Caso o projeto de instalação inclua uma
conexão em paralelo com a rede pública de energia,
deve ser providenciado um sistema de proteção adicional
para esta conexão específica. Em geral, este sistema
de proteção é especificado e aprovado pela empresa
responsável pelos serviços de distribuição da rede
pública de energia. Os códigos e normas técnicas locais
devem sempre ser consultados quando o projeto de
instalação considerar o uso de uma conexão em paralelo
com a rede pública de energia.
Nota do tradutor: O termo “limitação seletiva de cargas” foi usado
em referência ao termo “load shedding” do manual original em inglês.
Ele se refere à um sistema ou dispositivo que efetua o desligamento
seletivo das cargas, conforme o seu grau de prioridade, evitando assim
que todo o sistema de geração de energia entre em colapso no caso
de uma sobrecarga. Alguns sistemas existentes no mercado também
podem efetuar o “religamento seletivo das cargas” tão logo o sistema
entre novamente em equilíbrio.
5 PROJETO ELÉTRICO
80
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Geradores conectados em paralelo
com a rede pública de energia
Geradores podem ser conectados em paralelo com a rede
pública de energia para permitir:
- Intercâmbio entre o fornecimento de energia pela rede
pública e pelo gerador, vice-versa, para evitar a queda
na rede interna (“no-break”);
- Corte nos picos de consumo da energia proveniente
da rede pública (“Peak Shaving”);
- Geração de energia durante os horários de pico de
consumo (“Peaking Duty”);
- Co-geração de energia.
A transferência (“no-break”) entre o fornecimento de energia
pela rede pública e pelo gerador pode ser feito por meio de
uma comutação rápida efetuada por um dispositivo CTA (ATS),
ou por meio de uma transição gradual de carga (“load ramping”)
utilizando um sistema convencional de conexão em paralelo.
Numa comutação rápida efetuada por uma CTA (ATS) o grupo
gerador é mantido em operação numa frequência um pouco
diferente daquela da rede pública de energia de modo que
a relação de fase entre a tensão do gerador e a tensão da
rede pública de energia esteja constantemente mudando.
Quando as duas fontes estão sincronizadas, elas são conectadas em paralelo por um período de menos que 100 ms,
por meio de um dispositivo simples de verificação de sincronismo. Este sistema evita que haja uma interrupção total da
energia durante o processo de chaveamento entre fontes
vivas, todavia, ele não elimina as perturbações causadas
pela mudança brusca de carga nas fontes de energia quando
ocorre o intercâmbio. As perturbações podem ser minimizadas (mas não eliminadas) pelo uso de chaves múltiplas
em um sistema de transferência. Este procedimento permite
que cada chave mude apenas uma pequena porcentagem
da carga aplicada ao gerador.
Quando se utiliza uma chave seletora convencional para
para o transferência entre as fontes de energia, o gerador
deve estar ativamente sincronizado e em paralelo com a rede
pública de energia. A transferência da carga entre as duas
fontes de energia é feito de maneira gradual e relativamente
lenta, permitindo que ocorra um ajuste no consumo de combustível e no(s) sistema(s) de excitação do(s) gerador(es).
Estes sistemas de transferência podem ser usados para
transferir carga da rede pública de energia para o gerador e
vice-versa.
Geralmente, os sistemas digitais de sincronização podem
operar dentro de um grande intervalo de variação de tensão
e frequência, permitindo a conexão em paralelo com a rede
pública de energia mesmo nos casos em que estes parâmetros estejam fora dos níveis de operação aceitáveis.
Neste caso, deve-se assegurar que o equipamento de proteção não seja acionado durante o processo de sincronização.
Normalmente, os geradores utilizados para o corte dos picos
de consumo da energia, ou “peaking duty”, operam por longos
períodos de tempo conectados em paralelo com a rede
pública de energia e, portanto, devem ser cuidadosamente
selecionados conforme a correta classificação de trabalho.
Normalmente, esta classificação será “Contínua” ou “Prime
de Período Limitado” (Limited Time Prime). Esta escolha é
determinada pela quantidade de tempo que o gerador permanece em funcionamento por ano. Para mais informações
sobre a classificação de grupos geradores veja a seção 4.
Normalmente, os geradores utilizados para o corte dos picos
de consumo da energia são acionados nos períodos em que
a tarifa é mais elevada (para reduzir o consumo de pico) e
podem ser configurados para produzir um valor de carga prédeterminado, ou ainda, para permitir que a rede pública de
energia forneça uma quantidade pré-determinada (fixa) de
carga, com o gerador suprindo a diferença.
Geradores utilizados para suprir energia nos “horários de pico
de consumo” (Peaking Duty) tendem a ser utilizados produzindo a sua carga plena, quando necessário, e, o excesso
de energia elétrica pode ser vendido para a concessionária
da rede pública em períodos de grande demanda.
O corte dos picos de consumo (Peak Shaving) também pode
ser feito transferindo-se toda a carga do local para o gerador
e desconectando completamente a rede pública (como num
procedimento do tipo “no-break”). Consulte os códigos e
normas técnicas locais antes de efetuar qualquer projeto
ou qualquer mudança nas rotinas de trabalho.
Sistema de proteção para a rede pública de
energia conectada em paralelo com geradores
Quando um equipamento de geração de energia é conectado
em paralelo com a rede pública os dois sistemas tornam-se
um sistema “combinado” e, qualquer incidente que ocorra
na rede pública poderá atingir os geradores, e vice-versa.
As especificações de um equipamento de proteção para a
conexão em paralelo com a rede pública variam de acordo com
o tipo de equipamento de geração de energia, com as características do local e com as características da rede pública.
Além disso, os códigos e normas técnicas regionais podem
variar entre diferentes concessionárias responsáveis pela rede
pública de energia. Consulte as autoridades pertinentes antes
de prosseguir com o projeto de conexão ou instalar qualquer
interface de conexão em paralelo com a rede pública de
energia.
5 PROJETO ELÉTRICO
81
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Normalmente, grupos geradores conectados em paralelo
com a rede pública são equipados com um relé de checagem
de sincronismo (“sync check”) (25), sistema de proteção
contra baixa/alta tensão (59/27), sistema de proteção contra
potência reversa na rede interna (32), sistema de proteção
contra sobrecorrente (51), sistema de proteção contra perda
da rede interna e sistema de proteção contra queda/elevação da frequência (81 O/U). Um sistema de proteção contra
falha no diodo pode ser instalada mas não é exigido por norma.
Em muitos locais também podem ser exigidos equipamentos
para detectar condição de “ilhamento elétrico” e desconectar
os grupos geradores.
A norma ANSI utiliza os seguintes códigos para as funções
de proteção descritas acima:
A condição de “ilhamento elétrico” ocorre quando há uma falha
na rede pública de energia conectada em paralelo um (ou mais)
grupo(s) gerador(es) e o sistema de proteção da conexão não
detecta a falha e nem desconecta o(s) grupo(s) gerador(es).
Como resultado, o sistema de geração de energia (composto
por um ou mais grupos geradores) continua energizando as
cargas que deveria normalmente energizar, assim como,
passa a energizar a rede pública de energia e, até mesmo
as cargas de outros clientes. Além de representar um grave
risco para os trabalhadores encarregados da manutenção
da rede pública, isso também pode causar distúrbios para
os equipamentos de proteçãoe pode causar danos aos equipamentos rede pública e aos equipamentos de outros os
clientes conectados à rede pública de energia.
O sistema de proteção deve também garantir que seja mantida
a qualidade do fornecimento energia da rede pública para
os demais clientes, independente do status da rede pública.
Dispositivos de proteção para a rede pública podem exigir
funções similares, ou iguais, àquelas do sistema que protege
o gerador, todavia, na maioria dos casos terão ajustes muito
diferentes. Consulte a empresa concessionária responsável
pela rede pública de energia sobre os requisitos para o equipamento de proteção, para os ajustes e sobre os requisitos
para a conexão em paralelo de um grupo gerador com a rede
pública.
As características de um equipamento “anti-ilhamento” variam
conforme a tipo da aplicação, a região do mundo e códigos
e normas técnicas regionais. Por exemplo, na Europa os
equipamentos de proteção “anti-ilhamento” incluem um
sistema de detecção da taxa de mudança da frequência
(ROCOF) e um sistema de detecção de deslocamento do
vetor de onda. Este equipamento pode ser exigido nos casos
em que o(s) grupo(s) gerador(es) trabalha em conectado em
paralelo com a rede pública por mais de 5 minutos ao mês.
Nos EUA, as especificações variam consideravelmente de
um estado para o outro.
25 - Checagem de sincronismo (“Sync Check”)
27 - Tensão baixa (queda de tensão)
32 - Potência reversa
40 - Falha de campo (potência reversa - kVAr)
51 - Sobrecorrente (“AC Time Overcurrent”)
59 - Tensão alta (elevação de tensão)
78 - Deslocamento do vetor de onda
81O/U- Queda/elevação da frequência / ROCOF
NOTA: Em geral, não se exige que os gupos geradores
conectados em paralelo com a rede pública de energia por
curtos períodos de tempo sejam equipados com sistemas
de proteção contra a perda de energia pela rede pública.
Entretanto, o risco de danos que podem ser causados caso
ocorra uma falha temporária no fornecimento de energia pela
rede pública deve ser avaliado e uma decisão apropriada
deve ser tomada.
Equipamentos ROCOF e detectores de Deslocamento do
Vetor analisam a rotação do vetor de tensão e detectam as
variações tanto na frequência (Hz/seg) quanto no ângulo do
vetor (graus/seg). Também podem ser utilizados outros sistemas de proteção, tais como, proteção contra potência
reversa (kVAr) e detecção de corrente direcional.
Consulte o manual T-016 para mais informações sobre os
requisitos para as interconexões. Outras informações úteis
também podem ser encontradas na norma IEEE1547,
“Normas para Interconexão de Recursos Distribuídos com
Sistemas de Energia Elétrica”.
5 PROJETO ELÉTRICO
82
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Distribuição de energia
O equipamento responsável pela “Distribuição de Energia”
recebe a energia proveniente da rede pública, do sistema local
de geração de energia (grupo gerador) ou uma combinação
de ambos, e, subdivide e redistribui esta energia em quantidades menores para o consumo.
Usuários residenciais, comerciais e pequenas indústrias, em
geral, recebem a sua energia pela rede pública e o seu consumo
é controlado pela empresa concessionária. Para os grandes
consumidores a energia é mensurada e entregue em lotes (ou
em grandes quantidades), em média ou alta tensão; posteriormente esta energia passa por transformadores redutores
de tensão, dividida entre as cargas e consumida.
Normalmente, os sistemas de distribuição de energia podem
ser sub-divididos em quatro níveis ou menos:
- Fornecimento em massa da energia em alta tensão;
- Redução da tensão e distribuição em massa da energia
em média tensão;
- Redução da tensão e distribuição em massa da energia
em baixa tensão;
- Distribuição final e utilização da energia baixa tensão.
O consumidor pode conter todos os quatro níveis de distribuição ou somente um, dependendo da circunstância.
Selecionando um sistema de distribuição
O sistema de distribuição de energia é selecionado de acordo
com um conjunto de critérios que incluem:
- Especificações para disponibilidade de energia;
- Tamanho do local (área do local onde haverá a distribuição e potência total consumida);
- Layout da distribuição de cargas (equipamentos e
densidade da potência distribuida);
- Especificações para flexibilidade da instalação de
distribuição de energia.
Em diversas instalações de pequeno porte, a distribuição
e geração local de energia são feitas com o mesmo valor de
tensão que será consumida, sem a necessidade de transformadores. Para instalações de maior porte, as elevadas
densidades de potência podem exigir que a distribuição local
seja feita em média tensão, com sub-redes menores e de
baixa tensão próximas aos pontos de consumo.
Na América do Norte, em geral, se exige que as operações
de comutação entre fontes de energia sejam efetuadas por
meio de chaves de transferência especificadas por norma e
não por pares de disjuntores, como ilustrado neste desenho.
Neste exemplo, a energia que alimenta uma instalação de
grande porte é fornecida em média ou alta tensão, em geral,
entre 10 e 40 kV. Esta tensão é diminuída em uma subestação (para redução de tensão) geralmente localizada nas
proximidades da instalação consumidora, e, o consumo é
medido pela concessionária responsável pela rede pública.
Normalmente, a energia é fornecida ao cliente em média
tensão, nos valores 10-14 kV ou 20-24 kV, dependendo da
região. Esta é, portanto, a fonte primária de energia e a distribuição para os diversos locais de consumo também é feita
em média tensão para se reduzir as perdas e os diâmetros
dos cabos. Um sistema para geração local de energia em
grande quantidade pode ser instalado neste local (também
gerando energia em média tensão) para fornecer energia
“standby” para todo o local, e, ainda com a possibilidade de
“co-geração” e “reaproveitamento de calor”. Este processo
pode envolver diversos geradores de grande porte, com uma
capacidade total de 10 MW, ou mais.
Esta grande instalação consumidora pode ser sub-dividida
em áreas menores e o fornecimento de energia para estas
áreas é feito em média tensão. A tensão é reduzida, em subestações individuais, para baixa tensão para que seja utilizada
nestes locais, que podem abrigar cargas essenciais (de baixa
tensão) e/ou cargas não-essenciais (de baixa tensão) agrupadas, por conveniência, em um local comum. A geração de
energia “standby”, em baixa tensão, pode ser realizada nestas
áreas, e, na maioria das vezes, produzirá a energia necessária
apenas durante os períodos não houver fornecimento pela
rede (ou seja, pela sub-rede local que supre esta área).
A Figura 5-9 apresenta uma configuração para o suprimento
de cargas críticas utilizando um gerador de menor porte para
dar apoio ao sistema gerador principal que produz energia
em grandes quantidades.
Para mais informações sobre aterramento e conexões neutras
consulte o ítem “Aterramento do sistema e dos equipamentos”, neste capítulo.
Para mais informações sobre chaves seletoras, seus diversos
tipos e os acessórios que acompanham os disjuntores; consulte o ítem “Coordenação seletiva”, neste capítulo.
A Figura 5-9 apresenta diversas possibilidades de como incluir
um sistema de geração local de energia em uma grande
instalação de energia elétrica, tais como instalações industriais de grande porte. Para facilitar a interpretação, o diagrama elétrico foi simplificado para omitir algumas características como os circuitos principais de média tensão, que são
comuns neste tipo de instalação.
5 PROJETO ELÉTRICO
83
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 5-9. Exemplo de um sistema de distribuição de energia em alta/média/baixa tensão.
5 PROJETO ELÉTRICO
84
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Conexões Elétricas
Descritivo
Isolamento de vibrações: Todos os grupos geradores vibram
durante o seu funcionamento, este é um fato simples que
deve ser levado em consideração. Os projetados de grupos
geradores incluem isoladores de vibração integrados à sua
estrutura, ou, todo o seu chassis é montado sobre isoladores
com molas para permitir os movimentos do grupo gerador,
mas, isolando as vibrações do equipamento das edificações
ou demais estruturas. Também podem ocorrer movimentos
mais intensos durante uma mudança súbita de carga, durante
uma falha, durante a partida ou na parada do equipamento.
Assim, todas as conexões mecânicas e elétricas do grupo
gerador devem ser capazes de absorver as vibrações e os
movimentos de partida e de parada.
A saída de energia, a função de controle, os alertas e os
circuitos auxiliares exigem a instalação de cabos de malha
e conduítes flexíveis entre o grupo gerador e a edifcação,
estrutura de montagem, ou fundação.
Cabos rígidos de grande diâmetro não são flexíveis o bastante
para instalações em curvas, apesar de serem considerados
flexíveis. Isto também vale para alguns tipos de conduítes,
como os conduítes impermeáveis, que são praticamente
rígidos. Além disso, é preciso levar em consideração que os
cabos e conduítes não podem ser expandidos ou contraídos
ao longo de seu comprimento e, portanto, a flexibilidade ao
longo de seu eixo longitudinal deve ser obtida por meio de
um comprimento adequado, compensações ou curvas.
Além disso, os pontos de conexão elétrica no grupo gerador
(buchas, barramentos, blocos de terminais, etc.) não são
projetados para absorver movimentos ou as tensões causadas
por estes movimentos. Isso é fato, especialmente para os
cabos rígidos de grandes diâmetros e para os conduítes
“flexíveis”, que na prática são rígidos. A falta de uma flexibilidade adequada pode resultar em danos aos gabinetes, cabos,
isolamentos e pontos de conexão.
Nota: A simples utilização conduítes ou cabos flexíveis pode
não resultar em capacidade suficiente para absorver os
movimentos de vibração de um grupo gerador. Os cabos e
conduítes flexíveis variam quanto a flexibilidade, e, não se
expandem nem se contraem. Este problema pode ser evitado
incluindo-se “pelo menos” uma curva entre a saída do gabinete
do gerador e a estrutura (piso de cimento, corredor, parede,
etc.) para permitir movimentos tridimensionais.
Áreas sujeitas à abalos sísmicos: Em áreas de risco de abalos
sísmicos, são necessárias técnicas especiais para instalações elétricas, incluindo a montagem “sísmica” do equipamento. Os desenhos e diagramas do projeto de instalação
devem indicar a massa, o centro de gravidade e as dimensões
de montagem do equipamento.
Fiação de controle: A fiação de controle de CC e CA, para
o equipamento de comando remoto e para os alarmes remotos,
deve ser feita utilizando um conduíte separado dos cabos
de energia com o objetivo de minimizar a interferência dos
circuitos de energia sobre o circuito de controle. Devem ser
utilizados condutores de malha trançada e seções de conduítes flexíveis para as conexões com o grupo gerador.
Circuitos de ramificação para os acessórios: Todos os equipamentos acessórios necessários para a utilização do grupo
gerador devem ser alimentados por circuitos dedicados.
A energia para estes circuitos pode ser obtida pelos terminais
de energia de uma CTA (Chave de Transferência Automática)
ou pelos terminais de energia do gerador. São exemplos de
equipamentos acessórios: a bomba de transferência de
combustível, as bombas de líquido de arrefecimento para
os radiadores remotos e os defletores motorizados do sistema
de ventilação.
Os circuitos de alimentação dedicados para o carregador de
baterias e para os aquecedores do líquido de arrefecimento
(caso sejam utilizados), devem ser alimentados pelo painel de
distribuição de energia da rede pública. Veja a Figura 5-10.
Conexões de CA no gerador
O número de condutores e suas respectivas bitolas (i.e: a corrente total), para cada uma das fases, devem corresponder
às capacidades nominais dos terminais das chaves de transferência (disjuntores e chaves de transferência).
O dispositivo principal de desconexão com a rede (disjuntor/
comutador) deve ser monitorado e ajustado para ativar um
alarme sempre que estiver em “aberto”. Os equipamentos de
alguns fabricantes podem gerar sinal de alarme “fora do
automático” (not in auto) quando o disjuntor estiver “aberto”.
As opções de conexão no gerador podem incluir:
Disjuntores em “caixa moldada”, montados no gerador (termomagnéticos ou com circuitos integrados): As conexões CA
podem ser feitas no disjuntor montado no grupo gerador.
A capacidade de interrupção deste disjuntor deve estar em
conformidade com a corrente de curto-circuito especificada
para o equipamento. Para um grupo gerador “unitário”, o valor
da corrente máxima disponível de curto-circuito no primeiro
ciclo simétrico é cerca de 8 a 12 vezes o valor da corrente
nominal. Para um determinado gerador, esta corrente é igual
ao inverso da reatância subtransiente do gerador, ou 1/X”d.
Para efetuar os cálculos, use o valor da tolerância mínima da
reatância subtransiente fornecida pelo fabricante do gerador.
5 PROJETO ELÉTRICO
85
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Interruptor(em caixa moldada) para desconexão montado no
gerador: As conexões AC podem ser feitas em um interruptor
de desconexão montado no gerador. Isto é permitido nos
casos em que o gerador possui meios intrínsecos de
proteção contra sobrecorrente, como o PowerCommand™.
Não é função do interruptor interromper correntes de falha
e este equipamento possui uma capacidade de interrupção
suficiente apenas para as correntes de carga.
Terminais do gerador: As conexões podem ser feitas nos
próprios terminais do gerador nos casos em que não são
exigidos disjuntores montados no gerador, ou interruptores
de desconexão, e, quando o gerador possuir meios intrínsecos de proteção contra sobrecarga do gerador.
INTERFACE
DE REDE
SINAL DE
PARTIDA DE
CC DO ATS
SINAIS DE CC
PARA O
SINALIZADOR REMOTO
(ANNUNCIATOR)
SINAIS DE
FUNCIONAMENTO DO
GRUPO GERADOR
ENERGIA AC PARA
CARGAS DE EMERGÊNCIA
SINAIS DE CC PARA O
CONTROLE DO GERADOR
E SINALIZADOR REMOTO
(ANNUNCIATOR)
ENERGIA AC PARA
VENTILAÇÃO REMOTA
OU VENTILADOR DO RADIADOR 2
BOMBA DE COMBUSTÍVEL
DO TANQUE DIÁRIO
ENERGIA AC
PARA A BOMBA DE
COMBUSTÍVEL DO
TANQUE DIÁRIO 2
PARADA DE
EMERGÊNCIA
REMOTA
ENERGIA DE AC
DA REDE PARA O
AQUECEDOR DO
QUADRO DE
CONTROLE
ENERGIA AC
NORMAL PARA O
AQUECEDOR DA
BATERIA
ENERGIA DE AC
DA REDE PARA O
AQUECEDOR DO
GERADOR
ENERGIA DE AC
DA REDE PARA O
AQUECEDOR DO
LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO
ENERGIA DE CC
PARA A BATERIA
CARREGADOR
DA BATERIA 1
ENERGIA AC
NORMAL PARA O
CARREGADOR DA
BATERIA
SINAIS DE CC PARA
O SINALIZADOR
REMOTO
(ANNUNCIATOR)
ENERGIA DE AC
DA REDE PARA O
AQUECEDOR DE
ÓLEO LUBRIFICANTE
NOTAS:
1. QUANDO É USADO UM ATS (COMUTADOR DE TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA) CUMMINS POWER GENERATION, O
CARREGADOR DA BATERIA PODE SER FORNECIDO COM O ATS. CARREGADORES DE BATERIA MONTADOS NO ATS NÃO PODEM
SER USADOS EM APLICAÇÕES DE PARALELISMO.
2. ESTAS CARGAS PODEM SER ALIMENTADAS DIRETAMENTE DO GERADOR (COM PROTEÇÃO APROPRIADA DE SOBRECORRENTE)
OU DO LADO DA CARGA DO ATS DE MAIOR PRIORIDADE.
3. OS ITENS EM ITÁLICO NEM SEMPRE SÃO USADOS.
4. A INTERCONEXÃO DA REDE PODERÁ SUBSTITUIR OS SINAIS PARA ALGUMAS INTERCONEXÕES DE CONTROLE.
Figura 5-10. Fiação típica de controle e de acessórios de um grupo gerador.
5 PROJETO ELÉTRICO
86
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Condutores de corrente alternada (AC)
A saída AC do grupo gerador é conectada aos condutores que
distribuem energia pela instalação, dimensionados em conformidade com o consumo de corrente pelas cargas, com o tipo
de aplicação e com as normas técnicas. Os condutores instalados desde os terminais do gerador até o primeiro dispositivo
de proteção contra sobrecorrente são considerados “condutores de derivação” e podem ser utilizados em curtas distâncias dispensando a proteção contra curto-circuitos. Os disjuntores de um gerador podem ser instalados nas extremidades
dos condutores de alimentação do gerador, próximos às
cargas (por exemplo, disjuntores de “paralelismo” no quadro
de comutação de “paralelismo”, ou ainda, um disjuntor principal
instalado no painel de distribuição), e ainda proteger os condutores contra sobrecargas.
Caso o grupo gerador não venha equipado de fábrica com
um disjuntor “para a linha principal de energia”, a “capacidade
de corrente” dos condutores das fases AC instalados desde
os terminais de saída do gerador até o primeiro dispositivo
proteção contra de sobrecorrente deverá suportar uma corrente de, pelo menos, 115% da corrente nominal total da carga.
Esta capacidade não deve cair abaixo dos 115% em consequência de variações causadas pela temperatura ou altitude.
A “capacidade de corrente” dos condutores pode ser 100%
da corrente nominal total da carga caso o grupo gerador esteja
equipado com o PowerCommand™.
O fabricante do grupo gerador é o responsável pela especificação das classes de “capacidade de corrente” (ampère-linha)
para cada modelo específico de grupo gerador e para cada
tensão específica. Caso este valor seja desconhecido, o seu
cálculo pode ser feito por meio de uma das seguintes fórmulas:
ILINHA
kW 1000
ou I LINHA
VF-F 0,8 1,73
kVA 1000
VF-F 1,73
Onde:
ILINHA = Corrente da linha (ampères).
kW = Classificação em quilowats do grupo gerador.
kVA = Classificação em kVA do grupo gerador.
VL-L = Tnesão nominal fase/fase.
Consulte os diagramas (a) e (b) na Figura 5-11. O comprimento dos condutores de derivação desde o gerador até o
primeiro dispositivo de sobrecorrente deve ser mantido tão
curto quanto possível (geralmente de 25 a 50 pés - 8 a 15m).
NOTA: Se o gerador for vendido já equipado com os cabos,
a bitola destes cabos pode, eventualmente, ser menor que
a necessária para a instalação. Os geradores tem cabos do
tipo CCXL ou similares, com capacidade nominal de isolamento temperaturas elevadas (125°C ou mais).
(a) Sem Disjuntor da “Linha Principal”
GEN
115% DA CORRENTE DE CARGA
PLENA DO GERADOR PODE SER
100% DE FLA DO GERADOR COM O
POWERCOMMAND™
PARA OS COMUTADORES DE
TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA
(b) Disjuntor Remoto da “Linha Principal”
GEN
115% DA
CORRENTE DE
CARGA PLENA
DO GERADOR
GEN
*
* - DISJUNTOR
MONTADO PELA
FÁBRICA
IGUAL OU MAIOR
QUE O VALOR
NOMINAL DO
GERADOR
PARA OS COMUTADORES DE
TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA
(c) Disjuntor da “Linha Principal” Montado no Gerador
IGUAL OU MAIOR QUE O VALOR
NOMINAL DO DISJUNTOR REMOTO
PARA OS COMUTADORES DE
TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA
Figura 5-11. Capacidade de corrente do alimentador.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Caso o grupo gerador venha equipado de fábrica com um
disjuntor para a “linha principal” de energia, a “capacidade
de corrente” dos condutores das fases AC conectados aos
terminais do disjuntor deverá ser maior ou igual que a capacidade nominal do disjuntor. Veja o diagrama (c) na Figura 5-11.
Em geral, o valor mínimo para a “capacidade de corrente”
do condutor do neutro pode ser igual ou maior que o valor
máximo calculado para o desbalanceamento de carga monofásica. Em instalações nas quais uma parte significativa das
cargas são não-lineares, o neutro deve ser dimensionado de
acordo com a corrente estimada do neutro, entretanto, nunca
menos do que 100% do valor nominal. O condutor do neutro
dos geradores produzidos pela Cummins Power Generation
tem “capacidade de corrente” igual a dos condutores das fases.
Nota: Os cabos de média tensão (acima de 600 VCA) devem
ser instalados e receberem as terminações exatamente como
recomendado pelo fabricante, por pessoas capacitadas e
sob supervisão.
Cálculos para a queda de tensão: A impedância dos condutores devida à resistência e reatância causa uma queda de
tensão nos circuitos AC. Para se obter o desempenho esperado dos equipamentos (cargas), os condutores devem ser
dimensionados de modo que a tensão não caia mais que 3%
num circuito de ramificação ou de alimentação, ou mais que
5% desde os terminais de tensão até o equipamento (carga).
Embora cálculos exatos sejam complexos, pode ser obtida
uma aproximação bastante razoável por meio da seguinte
relação:
VQUEDA = ( I FASE Z CONDUTOR)
VNOMINAL
Exemplo de um cálculo: Calcule a porcentagem de queda
de tensão em um cabo de cobre de 500 pés, bitola 1/0 AWG,
em um conduíte de aço que alimenta uma carga trifásica de
100 kW, 480 volts, (fase/fase) admitindo um Fator de
Potência (fp) de 0,91.
Z(ohms) =
L
[(R pf)+X 1 – pf 2 )]
(1000 N)
Onde:
Z = Impedância do condutor
R = Resistência do condutor
X = Reatância do condutor
L = Comprimento do condutor em pés
N = Número de condutores por fase
fp = Fator de potência
R=
0,12 ohms/1000 pés (NEC Capítulo 9, Tabela 9,
Resistência para condutores de cobre 1/0 AWG em
conduíte de aço.)
X=
0,055 ohms/1000 pés (NEC Capítulo 9, Tabela 9,
Reatância para condutores de cobre 1/0 AWG em
conduíte de aço.)
Z=
500
[(0.12 0.91) + 0.055 (1 – 0.912 )]
(1000 1)
= 0.066 porcento
IFASE =
kW
100
=
kV 1,73
0,48 1,73
= 120,3 amps
VQUEDA (%) = 100
120,3 0,066
480
= 1,65 porcento
Desbalanceamento permitido para cargas monofásicas:
Em uma instalação, as cargas monofásicas devem ser distribuídas tão uniformemente quanto possível entre as três fases
de um grupo gerador trifásico permitindo utilizar plenamente
a capacidade nominal (kVA e kW) do grupo gerador e limitar
o desbalanceamento da tensão. O gráfico da Figura 5-12
pode ser utilizado para determinar a porcentagem máxima
permitida de desbalanceamento de uma carga monofásica,
como ilustra o exemplo de cálculo.
A potência monofásica pode ser tomada até 67% da classificação trifásica para os grupos geradores da Cummins
Power Generation, até 200/175 kW.
Em geral, quanto maior for o grupo gerador, menor será a
potencia monofásica que pode ser tomada. A Figura 5-12
inclui as linhas de porcentagem de potência monofásica dos
geradores de tamanhos intermediários, Chassi-4 e Chassi-5
da Cummins Power Generation.
Confirme o tamanho do chassi consultando a Tabela de Dados
Técnicos dos Alternadores (Alternator Data Sheet) indicada
na Tabela de Especificações Tecnicas (Specification Sheet)
do grupo gerador. O desbalanceamento da carga monofásica
não deverá ultrapassar 10%.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
100
Use esta linha para
alternadores frame 5
CARGA TRIFÁSICA COMO PORCENTAGEM DA CLASSIFICAÇÃO DE kVA TRIFÁSICA
90
80
Use esta linha para
alternadores frame 4
70
60
Use esta linha para
200 kW ou menos
50
40
30
20
10
0
10
0
20
30
40
50
60
70
Figura 5-12. Desbalanceamento permitido para carga monofásica.
(Gerador trifásico típico da Cummins Power Generation)
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Exemplo de cálculo: Calcule a carga monofásica máxima
que pode ser alimentada em conjunto com uma carga trifásica
total de 62 kVA por um grupo gerador de 100kW/125 kVA.
1. Calcule a carga trifásica como uma porcentagem
da classificação de kVA do gerador:
(
% de Carga = 62 kVA
125 kVA
Trifásica
(
100% = 50%
2. Calcule a porcentagem da carga monofásica permitida, como mostram as setas na Figura 5-3. Neste
caso, ela é de aproximadamente 34% da classificação trifásica.
3. Calcule a carga monofásica máxima:
Carga
Monofásica = 125 kVA 34% = 42,5 kVA
Máxima
100%
4. Note, a seguir, que a soma da cargas trifásica com
a carga monofásica máxima permitida é menor que
a classificação de kVA do grupo gerador:
62 kVA + 42,5 kVA = 104,5 kVA
e
(
104.5 kVA < 125 kVA Classificação do
Grupo Gerador
(
A Figura 5-4 apresenta uma curva típica da capacidade de
potência reativa (kVAR) para um alternador. Uma regra aceitável é adimitir que um grupo gerador possa suportar até
10% de sua capacidade nominal de potência reativa (kVAR),
com cargas que reduzam o fator de potência, sem ser danificado ou perder o controle da tensão de saída.
Os equipamentos mais comuns que reduzem o fator de potência são os sistemas UPS levemente carregados, equipados com filtros de entrada, e os dispositivos de correção
do fator de potência para motores. A estabilidade do sistema
pode ser melhorada conectando-se o grupo gerador com
cargas que “aumentem” o fator de potência antes de conectálo com cargas que reduzam o fator de potência. Também é
aconselhável conectar e desconectar os capacitores para
correção do fator de potência em conjunto com a carga.
Em geral, não é um procedimento prático superdimensionar
um grupo gerador (e, consequentemente, reduzir a porcentagem de carga não-linear) para tentar corrigir este problema.
Aterramento do sistema e
dos equipamentos
O texto a seguir apresenta uma descrição geral dos procedimentos para aterramento do sistema e dos equipamentos
utilizados por geradores AC instalados permanentemente
em um local. Estas diretrizes são apenas uma referência.
É importante que sejam atendidas as normas técnicas
locais para instalações elétricas.
Aterramento do sistema (Ligação à terra)
NOTA: O desbalanceamento da carga de um grupo gerador
causa o desbalanceamento das tensões das fases. Os níveis
de desbalanceamento de carga calculados por estas fórmulas
não deverão resultar em danos ao grupo gerador. Entretanto,
os níveis correspondentes de desbalanceamento de tensão
podem não ser aceitáveis para cargas como motores trifásicos.
Devido ao desbalanceamento entre as tensões das fases,
as cargas críticas devem ser conectadas na fase que o regulador de tensão usa como referência de tensão (F1-F2 como
definido no esquema do grupo gerador), quando apenas a
tensão de uma das fases é utilizada como referência.
Redução do Fator de Potência pela Carga
Os grupos geradores trifásicos são classificados para operação contínua com FP 0,8 (normal) e podem operar durante
curtos períodos com fatores de potência mais baixos como,
por exemplo, na partida de motores. As cargas reativas que
podem causar a redução do fator de potência podem também
fornecer energia de excitação para o alternador e, se esta
energia for grande o suficiente, pode fazer com que a tensão
do alternador aumente descontroladamente, danificando o
alternador, danificando as cargas ou desarmando o equipamento de proteção.
O aterramento de um sistema (ligação à terra) é a conexão
intencional ao “terra” do ponto neutro de um gerador configurado como estrela (WYE), do vértice de um gerador
configurado como triângulo (DELTA), ou do ponto médio do
enrolamento monofásico de um gerador conectado configurado
como triângulo. O procedimento mais comum é aterrar o ponto
neutro de um gerador conectado em estrela (WYE) e transformar o cabo do neutro (o condutor aterrado do circuito)
em um cabo adicional, num sistema trifásico de 4 fios.
Um sistema configurado como triângulo, com um dos vértices
aterrado, é um circuito que possui um condutor aterrado,
mas, este condutor não é um “neutro”. Este circuito também
pode ter um cabo conectado ao pólo intermediário do equipamento trifásico (formando um sistema trifásico de 4 fios).
Nota do tradutor: Na literatura técnica, os sistemas trifásicos, configurados como triângulo (DELTA), aterrados, e, com um cabo denominado
“wild leg” ou “high leg”, diferem do sistema descrito no texto acima.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
FP 1.0
FP 0.8 ATRASO
1.0
1.0
0.8
0.8
REG
Região de Operação
Aceitável com
Alimentação Estável
UPE
DE S
0.6
IÃO
Região de
Tensão
Instável
0.6
RAQ
R
DO
NTO
IME
UEC
kW POR UNIDADE
FP 0.99 AVANÇO
0.4
0.2
0.4
0.2
OTO
R
1.0
0.8
0.6
0.4
AVANÇO
0.2
0.0
0.2
kVAR POR UNIDADE
0.4
0.6
0.8
1.0
ATRASO
Figura 5-13. Curva típica para a capacidade de potência reativa de um alternador em equilíbrio.
Aterramento sólido
Impedância (resistência) de aterramento
Um “sistema solidamente aterrado” corresponde à um
sistema conectado diretamente, por meio de um condutor
(condutor do eletrodo de aterramento), sem o acréscimo de
uma impedância intencional, com o “terra” (ou, eletrodo de
aterramento). Este método, exigido pelas normas técnicas
para instalações elétricas, é normalmente utilizado em todos
os sistemas de baixa tensão (600 volts ou menos) cujo circuito possui um condutor aterrado (geralmente um neutro)
e alimenta as cargas F-N (fase-neutro).
A maneira correta de se fazer o aterramento de um sistema
“standby” aterrado solidamente, é por meio do equipamento
de comutação de transferência (com neutro sólido ou neutro
comutado). Veja a Figura 5-14.
Os geradores da Cummins Power Generation são entregues
sem terminal “neutro” conectado ao terra. Caso o gerador
seja utilizado como uma fonte de energia derivada em separado (por exemplo, utilizando um comutador de transferência
de 4 pólos), o neutro deverá ser conectado ao terra e a um
eletrodo de aterramento, por meio de um condutor de aterramento. Isso deve ser feito por eletricista de instalações.
Caso o neutro do gerador seja conectado ao neutro aterrado
da rede, em geral, localizado no “bloco” de neutro de um comutador de transferência de 3 pólos, o neutro do gerador não
deverá ser aterrado (por meio de eletrodo de terra junto ao
gerador). Neste caso, a norma para instalações elétricas pode
exigir que seja colocada uma indicação (i.e.: etiqueta) neste
local da rede de energia informando que o neutro do gerador
está aterrado nesse ponto.
Uma impedância de aterramento corresponde à um resistor
(resistência) instalado permanentemente no entre o neutro
do gerador e o eletrodo de aterramento. Ocasionalmente, este
método é utilizado em sistemas trifásicos de três fios (sem
um condutor aterrado no circuito), operando em 600 volts ou
menos, em locais onde se deseja manter a continuidade no
fornecimento de energia após uma primeira e única falha
acidental de terra. O sistema de distribuição de energia pode
utilizar transformadores do tipo estrela-triângulo para suprir
um neutro para os equipamentos (cargas) com alimentação
do tipo fase-neutro.
Em geral, um sistema de baixa tensão, com alta impedância
de aterramento, utiliza um resistor de aterramento dimensionado para limitar a corrente de falha de terra (nos terminais
de tensão fase-neutro) com valores nominais de 25, 10, ou
5 ampères (classificação de tempo contínuo). Em geral,
também são utilizados sistemas de detecção de falha de
terra e de alarme.
5 PROJETO ELÉTRICO
91
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ENTRADA DE SERVIÇO
GRUPO GERADOR
ATS DE 3 PÓLOS
N
N
T
T
ou
T
CARGA
TRIFÁSICO, REDE COM 3 FIOS, ATS COM 3 PÓLOS.
O Neutro do Gerador pode ser aterrado solidamente, aterrado através de
resistência ou não aterrado com um sistema a três fios.
GRUPO GERADOR
ENTRADA DE SERVIÇO
ATS DE 3 PÓLOS
N
N
N
T
T
T
CARGA
TRIFÁSICO, REDE COM QUATRO FIOS, ATS DE TRÊS PÓLOS.
O Neutro do Gerador é aterrado na entrada de serviço somente com um
ATS de três pólos.
ENTRADA DE SERVIÇO
GRUPO GERADOR
ATS DE 3 PÓLOS
N
T
N
T
T
CARGA
TRIFÁSICO, REDE COM 4 FIOS, ATS DE 4 PÓLOS.
O Neutro do Gerador deve ser aterrado solidamente quando uma fonte derivada
separadamente com um ATS de quatro pólos.
Figura 5-14. Diagramas unifiliares típicos para os métodos alternativos de aterramento de sistemas.
5 PROJETO ELÉTRICO
92
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Uma resistência de aterramento deve ser selecionada conforme os seguintes critérios:
1. Classificação de Tensão: O valor da tensão fasea-fase (tensão entre as fases do sistema) dividido
pela raiz quadrada de três (~1,73).
2. Classificação de Corrente: Baixa o suficiente para
limitar os danos, porém alta o suficiente para uma
operação confiável dos relés de proteção.
3. Classificação de Tempo: Geralmente 10 segundos
para os sistemas com relés de proteção e mais tempo
para os sistemas sem relés de proteção.
NOTA: O aterramento com baixa resistência é recomendado
para sistemas geradores operando entre 601 e 15.000 volts,
com o objetivo de limitar a magnitude da corrente de falha
de terra (em geral, entre 200 e 400 ampères), e, permitir que
haja tempo para a coordenação seletiva dos relés de proteção.
Veja a Figura 5-15 e “Aterramento de Média Tensão”.
Não aterramento
Neste caso, nenhuma conexão intencional é feita entre o equipamento do gerador de energia CA e o terra. Este método
é utilizado ocasionalmente em sistemas trifásicos de três fios
(circuito sem condutor aterrado) operando a 600 volts ou
menos, em locais onde é exigido, ou desejável, manter a continuidade do fornecimento de energia mesmo que haja uma
falha de terra, e, onde hajam eletricistas qualificados de serviço.
Um exemplo disso é o fornecimento de energia para um processo crítico. O sistema de distribuição de energia pode utilizar
transformadores estrela-triângulo para oferecer um neutro aos
equipamentos com alimentação do tipo fase-neutro.
Aterramento de equipamentos (ligação ao terra)
O aterramento de um conjunto de equipamentos (ligação ao
“terra”) corresponde à conexão com o terra de todo este conjunto de equipamentos, de seus os conduítes metálicos que
não transportam corrente (durante a operação normal), dos
gabinetes destes equipamentos, da estrutura (chassis) do
gerador, etc. O aterramento de um conjunto de equipamentos
proporciona um caminho permanente, contínuo e de baixa
impedância elétrica para o retorno da corrente elétrica até
a fonte de energia. Um aterramento correto praticamente elimina o “potencial de toque” e facilita o desarme dos dispositivos de proteção durante uma falha de terra. Um “jumper”
principal na fonte de energia permite conectar, em um único
local, o sistema de aterramento de um conjunto de equipamentos ao condutor aterrado do circuito (neutro) do sistema
de CA. Um ponto de conexão para aterramento é disponibilizado na estrutura (chassis) do alternador. Caso seja
fornecido um disjuntor montado no grupo gerador, haverá
um terminal de aterramento dentro da caixa do disjuntor.
Veja a Figura 5-16.
Coordenação seletiva
Coordenação seletiva é o processo de eliminação de uma
falha de curto-circuito, em quaisquer dos níveis de corrente
de falha, pelo dispositivo de proteção contra sobrecorrentes.
Esta eliminação é feita exclusivamente pelo dispositivo de
proteção contra sobrecorrentes, no segmento da linha onde
a falha ocorreu.
A eliminação1 de uma falha por dispositivo de proteção contra
sobrecorrentes localizado no segmento da linha de energia
imediatamente anterior à falha irá provocar a interrupção
desnecessária de ramificações sem falha no sistema de
distribuição e pode causar o disparo desnecessário do
sistema de emergência.
As falhas de energia podem ser divididas em falhas externas
(tais como, o corte total ou parcial da energia proveniente da
rede pública) e falhas internas no sistema de distribuição de
energia dentro de uma edifcação (tais como, falhas de curtocircuito ou sobrecargas que acionam um dispositivo de proteção contra sobrecorrente, e, abrem o circuito). Como os sistemas de “emergência” e “standby” têm como objetivo a manter
o fornecimento de energia para algumas “cargas críticas”, o
sistema de distribuição de energia deve ser projetado de modo
a maximizar a continuidade desta distribuição na eventualidade de uma falha no sistema. Por este motivo, o sistema de
proteção contra sobrecorrentes deve ser coordenado de forma
seletiva.
O sistema de proteção contra sobrecorrentes para os equipamentos e para os condutores que fazem parte do sistema de
energia de “emergência” ou “standby”, inclusive o gerador local,
deverão obedecer às normas técnicas para instalações elétricas aplicáveis ao projeto. Todavia, nas aplicações onde o
sistema de emergência alimenta cargas críticas necessárias para garantir a segurança, a integridade física ou a vida
dos indivíduos, tais como em hospitais ou em grandes edifícios;
a continuidade do fornecimento de energia deve ter mais
prioridade do que a proteção do sistema de emergência.
Por exemplo, seria mais apropriado que houvesse apenas uma
sinalização do alarme de sobrecarga ou do alarme de falha
de terra ao invés de abrir um disjuntor para proteção do equipamento que resultasse na perda da energia de emergência
para cargas críticas necessárias para salvaguardar vidas.
1) No texto original, em inglês, foi utilizada a expressão idiomática
“nuisance clearing”, usada principalmente em textos técnicos sobre
eletricidade e eletrotécnica. Seu significado poderia ser traduzido como:
“A eliminação de um inconveniente que, por conseqüencia, acaba
causando outro inconveniente”.
5 PROJETO ELÉTRICO
93
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
GERADOR DE TENSÃO MÉDIA
NEUTRO ISOLADO (DO TERRA)
TRANSFORMADOR DA REDE
ELÉTRICA (ATERRADO
SOLIDAMENTE)
51G
DETECÇÃO DE
CORRENTE
RESISTOR DE
ATERRAMENTO
DE NEUTRO
TERRA DO EQUIPAMENTO
CHAVE DE TRANSFERÊNCIA
DE MÉDIA TENSÃO
ELETRODO DE ATERRAMENTO
TL
PARA AS CARGAS
Figura 5-15. Sistema típico de aterramento de baixa resistência para um grupo gerador de média tensão
e chave de transferência.
5 PROJETO ELÉTRICO
94
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
TRIFÁSICO DE 4 FIOS
TRANSFORMADOR DA REDE
ELÉTRICA (SISTEMA ATERRADO
SOLIDAMENTE)
CONDUTOR DO CIRCUITO NÃO
ATERRADO (FASE)
INTERRUPTOR PARA
DESCONEXÃO
PONTE DE LIGAÇÃO
PRINCIPAL
CONDUTOR DO CIRCUITO
ATERRADO (NEUTRO)
CONDUTOR DE
ATERRAMENTO DO
EQUIPAMENTO
PAINEL DE ENTRADA
DE ENERGIA
T
L
N
T
L
N
CONDUTOR DO
ELETRODO DE
ATERRAMENTO
ELETRODO DE
ATERRAMENTO DO
SISTEMA
Figura 5-16. Sistema e conexões de aterramento “típicos” conectados à rede pública de energia elétrica.
5 PROJETO ELÉTRICO
95
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Um fator importante que influencia coordenação seletiva é
a corrente de curto-circuito durante os poucos primeiros ciclos
do curto-circuito em um grupo gerador. Esta corrente não
depende do sistema de excitação, ela depende apenas das
características magnéticas e elétricas do gerador.
A corrente máxima no primeiro ciclo trifásico de um curtocircuito simétrico (Isc) originada num gerador, ao longo de
seus terminais é de:
ISC =
E CA
(ampéres)
X”d(Gr.Ger.)
Ou, considerando-se uma unidade (o valor normalizado em
relação à ECA):
ISC pu =
1
X”d(Gr.Ger.)
onde, ECA é a tensão do circuito aberto e X”d é a reatância
subtransitória direta por unidade do eixo do gerador. O valor
de X”d para um típico grupo gerador da Cummins Power
Generation fornecerá um valor entre 8 e12 vezes da sua
corrente nominal durante uma falha trifásica, independente
do tipo de sistema de excitação. Consulte as Tabelas de Especificações Tecnicas (Specification Sheets) do grupo gerador e
as Tabelas de Dados Técnicos do Alternador (Alternator Data
Sheet) para obter os valores de X”d.
Os valores publicados para as reatâncias dos grupos geradores são “normalizadas” em relação à classificação para
um alternador de referência. Todavia, os grupos geradores
possuem diversas classificações básicas. Portanto, para
converter reatâncias em valores “normalizados” a partir de
um alternador básico para o grupo gerador básico, utilize a
seguinte fórmula:
(
P.U.Z NOVO = P.U.Z DADO
kV DADO BASE
kV NOVO BASE
2
((
kVA DADO BASE
kVA NOVO BASE
Recomendações sobre a localização dos
equipamentos
Em um sistema projetado para efetuar o procedimento de coordenação seletiva, recomenda-se que as chaves de transferência sejam instaladas no “segmento” do circuito localizado entre
a carga e o dispositivo proteção contra sobrecorrentes e,
quando for possível, em um painel de comando do circuito,
no “segmento” da rede (ou “linha”).
Caso a chave de transferência esteja localizada no “segmento”
do circuito entre a carga e o dispositivo de proteção contra
sobrecorrentes, as falhas que ocorrerem no lado da carga
da chave de transferência não conseguirão fazer com que o
dispositivo de proteção atue e desligue a alimentação vinda
do gerador.
Esta recomendação é consistente com as recomendações
gerais de confiabilidade para a instalação de comutadores
de transferência o mais próximo possível de carga, e para
dividir as cargas do sistema de emergência nos menores
circuitos possíveis utilizando-se várias chaves de transferência.
Uma segunda recomendação é utilizar um gerador com excitação PMG para permitir a sustentação da corrente de curto
circuito, permitindo a atuação do dispositivo de proteção da
carga. Um gerador com excitação PMG pode oferecer uma
vantagem na liberação dos disjuntores de caixa moldada de
mesma classificação de corrente, todavia, com características
de tempo-corrente diferentes.
(
Exemplo de Cálculo: Calcule X”d (reatância subtransitória do
alternador) para o grupo gerador a diesel da Cummins Power
Generation, Modelo 230DFAB, classificado para 230 kW/
288 kVA em 277/480 VCA. O Boletim S-1009a para este
modelo faz referência à Folha de Dados do Alternador No. 303.
A ADS No. 303 indica que X”d = 0,13 para o alternador no
ponto de classificação de plena carga de 335 kW/419 kVA
e 277/480 VCA (125°C de elevação de temperatura).
Substituindo-se estes valores na equação anterior:
X”d(Grupo Gerador) = X”d(ADS)
(
X”d(Grupo Gerador) = 0,13
2
kV ADS
kV Grupo Gerador
2
((
kVA Grupo Gerador
kVA ADS
( (( (
0,48
0,48
288
419
(
= 0,089
5 PROJETO ELÉTRICO
96
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Proteção dos grupos geradores
contra falhas e sobrecorrentes
Dimensionamento de um disjuntor para o
barramento principal do gerador
Em geral, o dimensionamento de um disjuntor para o barramento principal do gerador segue uma destas três abordagens:
a) A abordagem mais comum é dimensionar o disjuntor com
a mesma classificação ou com a classificação imediatamente superior à classificação de corrente do gerador com
carga plena. Por exemplo, deve ser selecionado um disjuntor de 800 ampères para um gerador com uma classificação de corrente com carga plena de 751 ampères.
A principal vantagem desta abordagem é o custo, pois os
cabos e o painel de distribuição ou mesmo a chave de transferência podem ser dimensionados na classificação do
disjuntor de 800 ampères. Caso o disjuntor seja classificado de forma padrão (80% operação contínua), ele poderá
“abrir” automaticamente em níveis de corrente abaixo da
classificação do gerador com carga plena. Entretanto, é
provável que o grupo gerador não irá operar próximo ou
com a potência (kW) de carga plena e nem com o fator
de potência nominal durante tempo suficiente para desarmar o disjuntor. Como alternativa, pode ser utilizado um
disjuntor de 800 ampères, classificado em 100%, que fornecerá continuamente os 800 ampères.
b) Uma segunda abordagem para o uso de disjuntores padrão
(80% operação contínua) é superdimensionar a capacidade
do disjuntor em 1,25 vezes a corrente de carga plena do
gerador. Por exemplo, para um gerador com classificação
de corrente de carga plena de 751 ampères, deveria ser
selecionado um disjuntor de 1000 ampères (751 ampères
x 1,25 = 939 ampères, cuja a classificação imediatamente
superior é igual a 1000 ampères). Um disjuntor selecionado
desta forma não deverá desarmar na potência de carga
plena (em kW) no fator de potência nominal (kVA nominal).
A desvantagem deste método é que tanto os cabos, como
o painel de distribuição, ou a chave de transferência deverão
ser dimensionados para, no mínimo, 1000 ampères.
c) Uma terceira abordagem é dimensionar o disjuntor em
função dos cálculos de dimensionamento para um alimentador (fonte) e seu dispositivo de sobrecorrente, sabendose que o principal objetivo do disjuntor é proteger os condutores de energia. A“capacidades de corrente” para o
alimentador e a classificação para o dispositivo de sobrecorrente são calculadas somando-se as correntes de
carga ao longo do circuito de ramificação multiplicadas
pelo fator de demanda (FD) permitido pelas normas técnicas pertinentes para instalações elétricas.
Sem considerar capacidades futuras, o valor mínimo para
a “capacidade de corrente” do alimentador exigido para
uma aplicação típica de grupo gerador, utilizando cargas
com características de “motores” e de “não-motores”,
deve ser igual ou exceder:
• 1,25 x corrente de “carga não-motor” contínua, ou mais;
• 1,00 x FD (fator de demanda) x corrente de “carga
não-motor” e não-contínua, ou mais;
• 1,25 x a maior corrente de motor com carga plena, ou
mais;
• 1,00 x soma das correntes com carga plena de todos
os outros motores.
Devido ao fato do grupo gerador ser dimensionado para cargas
de partida (“pico”) e cargas de regime nominal, e, além disso,
incluir uma “capacidade extra” para expansões futuras, a corrente do grupo gerador com carga plena pode ser maior do
que a “capacidade de corrente” calculada para os condutores
de alimentação do gerador e para os disjuntores. Se este for
o caso, deve-se considerar um aumento na “capacidade de
corrente” dos condutores de alimentação e na classificação
dos disjuntores, de modo que os disjuntores não desarmem
com a corrente de carga plena nominal do gerador (indicada
na plaqueta de identificação). Isto também deverá permitir
um aumento na capacidade futura para incluir mais circuitos.
NOTA: A “capacidade de corrente” do condutor de alimentação é regulada e determinada por normas técnicas, tais
como NFPA e CSA. Uma estimativa baseada na “capacidade
de corrente” do gerador e na classificação do disjuntor, pode
exigir que outros fatores críticos também sejam levados em
conta. Consulte as normas técnicas pertinentes para o dimensionamento correto do condutor de alimentação (NBR's).
NOTA: Um teste extensivo com carga plena pode desarmar
um disjuntor dimensionado conforme a classificação de
corrente com carga plena do grupo gerador, ou abaixo dela.
5 PROJETO ELÉTRICO
97
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Fontes dos grupos geradores
Quando a energia para um sistema de emergência é suprida
por um grupo gerador, é necessário incluir disjuntores (geralmente do tipo de caixa moldada) com uma “alta probabilidade de desarme”, independente do tipo de falha que possa
ocorrer em um circuito.
Quando um grupo gerador está sujeito a uma falha do tipo
fase-terra, ou a alguma falha do tipo fase-a-fase, ele fornecerá corrente várias vezes maior que a sua corrente nominal,
independente do tipo do seu sistema de excitação. Em geral,
este evento desarma o elemento magnético de um disjuntor
e elimina a falha. Para um grupo gerador com excitação permanente (PMG), há casos de falhas trifásicas e de certas
falhas do tipo fase-fase onde a corrente de saída do gerador
aumenta inicialmente até um valor cerca de 10 vezes a sua
corrente nominal e, então, cai rapidamente para um valor bem
abaixo da sua corrente nominal; tudo isso em alguns ciclos.
Para um grupo gerador sustentado (PMG), as correntes iniciais de falha são as mesmas, todavia, a corrente diminui para
um valor de corrente de curto-circuito sustentado variando
de, aproximadamente, 3 vezes a corrente nominal para uma
falha trifásica até, aproximadamente, 7,5 vezes a corrente
nominal para uma falha do tipo fase-terra.
A queda na corrente de falha de um gerador auto-excitado
exige que os disjuntores dos circuitos sejam capazes de
destravar e abrir num intervalo de 0,025 segundos, durante
o qual flui a corrente máxima. Um disjuntor do circuito que
não seja capaz de desarmar e isolar uma falha pode fazer
com que um gerador auto-excitado entre em colapso, interrompendo o fornecimento de energia para os circuitos sem
falhas do sistema de emergência. Um gerador com excitação
permanente (PMG) não entra em colapso e tem a vantagem
de fornecer, aproximadamente, três vezes o valor da corrente
nominal durante vários segundos que deverão ser o suficiente
para o rearme dos disjuntores dos circuitos das cargas.
Utilizando as classificações de corrente de carga plena do
grupo gerador e do disjuntor, o método apresentado a seguir
permite determinar se um disjuntor irá desarmar em uma
falha trifásica ou em uma falha simétrica do tipo fase-a-fase.
Este método determina apenas se o desarme é possível sob
condições de curto-circuito para o valor disponível da corrente
de falha, todavia, não garante que o desarme ocorrerá para
todos os valores de corrente de falha (falhas em arco, por
exemplo, onde a impedância da falha é alta).
Devido à maioria das tabelas de disjuntores indicar o valor
da corrente como uma porcentagem da classificação do
disjuntor, o valor disponível para a corrente de falha deve ser
convertido em uma porcentagem do valor de classificação
do disjuntor.
Use a fórmula abaixo para determinar o valor da corrente
de falha disponível como uma porcentagem da classificação
do disjuntor para um gerador AC capaz de fornecer inicialmente 10 vezes a corrente nominal (X”d = 0,10), ignorando
a impedância do circuito entre o gerador e o disjuntor:
Corrente de Falha como %
=
da Classificação do Disjuntor
Corrente Nominal
do Gerador
Corrente Nominal
do Disjuntor
10
100%
Considere o efeito de uma falha (curto-circuito) em um disjuntor de 100 ampères quando a energia é suprida por um
grupo gerador com uma corrente nominal de 347 ampères.
Neste exemplo, independentemente do sistema de excitação,
a corrente de falha disponível para os primeiros 0,025 segundos é:
Corrente de Falha como % =
da Classificação do Disjuntor
10 347
100
100% = 3470%
Caso o gerador AC consiga sustentar três vezes a sua
corrente nominal, utilize a seguinte fórmula para calcular a
corrente aproximada como porcentagem da classificação
do disjuntor:
Corrente Sustentada como % =
da Classificação do Disjuntor
3
347
100
100% = 1040%
As Figuras 5-17 e 5-18 apresentam os resultados para dois
disjuntores termomagnéticos de caixa moldada e corrente
de 100 ampères, tendo diferentes características de desarme,
“A” e “B”. Com a característica de desarme “A” (Figura 5-17),
a corrente de falha inicial de 3470% fará o disjuntor desarmar
em até 0,025 segundos. Com a característica de desarme “B”
(Figura 5-18), o disjuntor poderá não desarmar com os 3470%
da corrente inicialmente disponível, porém, desarmará em
aproximadamente 3 segundos caso a corrente de falha seja
sustentada em 1040% da classificação do disjuntor (três
vezes o valor para a classificação do gerador). A conclusão
é que um gerador com excitação permanente (PMG) oferece
a vantagem de fornecer corrente de falha suficiente para
desarmar os disjuntores dos circuitos das cargas.
O tipo de aplicação do gerador, o seu sistema de excitação
e a sua tensão de operação determinam o intervalo de tempo
para a proteção contra sobrecarga e quais devem ser os
dispositivos de proteção utilizados.
NOTA: A discussão a seguir aplica-se à instalações compostas
por de um único equipamento, com potência de 2000 kW ou
menos. Consulte a publicação T-016, “Paralelismo e Chaves
Seletoras de Paralelismo”, da Cummins Power Generation, para
mais informações sobre os requisitos para a proteção de
instalações com geradores míltiplos conectados em paralelo.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
100000
50000
10000
5000
1000
500
100
40
50
30
20
10
CORRENTE EM % DA CLASSIFICAÇÃO DE “TRIP” DO DISJUNTOR
1000
500
100
TEMPO EM SEGUNDOS
50
10
5
1
.5
.1
3470%
IRÃO DESARMAR (“TRIPAR”)
.05
.02
.01
Figura 5-17. Efeito de falha em um disjuntor de 100 Ampères com característica "A" de desarme.
5 PROJETO ELÉTRICO
99
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
100000
50000
10000
5000
1000
500
100
40
50
30
20
10
CORRENTE EM % DA CLASSIFICAÇÃO DE “TRIP” DO DISJUNTOR
1000
500
100
TEMPO EM SEGUNDOS
50
10
1040%
IRÃO DESARMAR
5
3470%
PODERÃO NÃO
DESARMAR
1
.5
.1
CORRENTE DE
SUSTENTAÇÃO
DO GERADOR
.05
.02
.01
Figura 5-18. Efeito de falha em um disjuntor de 100 ampères com característica "B" de desarme.
5 PROJETO ELÉTRICO
100
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Proteção dos geradores contra sobrecargas
Disjuntor do grupo gerador
Em aplicações do tipo “emergência” ou “standby”, em baixa
tensão (600 volts ou menos), nas quais são alimentadas
cargas críticas, e, onde o grupo gerador funciona durante um
número relativamente pequeno de horas por ano, deverão ser
satisfeitos os requisitos mínimos de proteção especificados
nas normas técnicas para instalações elétricas. Além disso,
o engenheiro responsável pelas especificações do projeto
deverá determinar a solução mais ponderada entre a necessidade de proteção do equipamento e a continuidade do
fornecimento de energia para cargas críticas e, eventualmente, poderá decidir por um grau de proteção acima do
mínimo exigido.
Um grupo gerador que não seja equipado de fábrica com
um sistema inerente de proteção contra sobrecorrentes é,
de maneira habitual, fornecido com um disjuntor em caixa
moldada. Este disjuntor pode ser termo-magnético ou digital,
e, dimensionado para proteger os condutores de alimentação
do gerador conforme os requisitos das normas técnicas para
instalações elétricas, para proteção contra sobrecargas.
Todavia, um disjuntor padrão, em caixa moldada, termomagnético, dimensionado para conduzir a corrente nominal
do gerador, não fornece uma proteção efetiva ao gerador.
Em geral, caso sejam utilizados disjuntores para a proteção
de um grupo gerador, será necessário um disjuntor digital,
com ajustes totais (padrão LSI: Long time, Short time and
Instantaneous), para coordenar a curva de proteção do disjuntor conforme a curva de capacidade térmica do gerador.
Nos casos em que o gerador é protegido por um sistema inerente, como os geradores equipados com o PowerCommand
AmpSentry™, não será necessário utilizar um disjuntor na
linha principal para proteger o gerador contra sobrecargas.
Em aplicações do tipo “energia prime” ou “ininterruptas de
baixa tensão”, a perda de energia resultante do acionamento
dos dispositivos de proteção pode ser considerada tolerável
e, portanto, seria apropriado especificar um grau mais
elevado de proteção para o equipamento.
Zona de proteção
A “zona de proteção” para geradores inclui o gerador e os
condutores conectados desde os terminais do gerador até
o primeiro dispositivo proteção contra sobrecorrentes, mais
o dispositivo de proteção contra sobrecorrentes para a linha
principal (caso seja utilizado), ou ainda, o barramento do dispositivo de sobrecorrente do sistema de geração. A proteção
contra sobrecorrentes do gerador deverá incluir proteção
contra falhas de curto-circuito em qualquer ponto desta zona.
No lado anterior do barramento do sistema de geração, deve
ser utilizado o procedimento padrão para a proteção contra
sobrecorrentes nos condutores e equipamentos. O valor
obtido pela divisão da corrente nominal do gerador pelo valor
de classificação dos dispositivos de sobrecorrente anteriores,
multiplicado pela corrente de curto-circuito especificada para
o gerador durante os primeiros ciclos, deverá ser suficiente
para desarmar estes dispositivos em um ou dois ciclos.
Sistemas do tipo “Emergência” e “Standby”,
de 600 volts ou menos
Recomenda-se o uso da proteção mínima contra sobrecargas
no gerador exigida pelas normas técnicas para instalações
elétricas para as aplicações do tipo “Emergência” e “Standby”,
de 600 volts ou menos. Em geral, isto significa que o gerador
deverá ser equipado com um dispositivo de proteção contra
sobrecorrentes de fase, tais como, fusíveis ou disjuntores,
ou ainda ser protegido por um dispositivo inerente como o
PowerCommand AmpSentry™. Em algumas aplicações, as
normas técnicas para instalações elétricas também podem
exigir um sinal de indicação de falha de terra.
Existem outros motivos que favorecem o uso de um disjuntor,
tais como, a proteção dos condutores de alimentação do
gerador e a conveniência de um dispositivo de desconexão.
Para se aumentar a confiabilidade de todo o sistema, pode
ser utilizado um dispositivo de desconexão por meio de um
comutador em caixa moldada ou por algum outro dispositivo
não automático.
Projeto inerente e falhas balanceadas
Um gerador auto-excitado (Shunt) pode ser protegido por meio
de um sistema inerente contanto que ele não seja capaz de
sustentar uma corrente de curto-circuito em falhas trifásicas
balanceadas durante um intervalo de tempo longo o suficiente
para que ocorram danos sérios ao gerador. Devido à exigência de alta confiabilidade para o fornecimento de energia para
cargas críticas, o uso do sistema de excitação (“Shunt”) é,
algumas vezes, considerado como suficiente para atender aos
requisitos mínimos para proteção do gerador por meio de um
sistema inerente, conforme o exigido pelas normas técnicas
para instalações elétricas. Nesse caso, outros os dispositivos
de proteção contra sobrecorrentes (fusíveis ou disjuntores),
tornam-se desnecessários.
Nota: Na América do Norte, as normas técnicas para instalações elétricas permitem que os condutores de alimentação
do gerador, dimensionados em 115% da corrente nominal
do gerador, possam ser instalados em trechos de curta distância sem a necessidade de um dispositivo de proteção
contra sobrecorrentes.
5 PROJETO ELÉTRICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Um gerador com excitação permanente (PMG), mas, sem o
sistema de proteção PowerCommand é capaz de sustentar
correntes de curto-circuito durante uma falha balanceada
ou desbalanceada. Caso os dispositivos de proteção contra
sobrecorrentes localizados no trecho do circuito entre a falha
e o gerador não consigam eliminar uma falha de curto-circuito
trifásica “balanceada”, o sistema de excitação PMG possui um
recurso de desligamento por superexcitação que atua como
“reserva”. Este recurso de desligamento por superexcitação
desliga o regulador de tensão em aproximadamente 8 a 10
segundos. Esta proteção de reserva é adequada apenas para
proteção contra falhas trifásicas, e, pode não proteger o
gerador contra danos causados por falhas monofásicas.
Controles PowerCommand e AmpSentry
O PowerCommand usa um microcontrolador (um circuito
integrado semelhante a um microprocessador, todavia, com
mais recursos de controle) com sensores de corrente trifásica
para monitorar continuamente a corrente em cada fase. Caso
ocorra uma falha monofásica ou trifásica, a corrente é controlada em cerca de 300% da classificação nominal do gerador.
O microcontrolador efetua o cálculo integral do valor da corrente
elétrica em função do tempo, e, compara o resultado com
uma “curva de referência para danos térmicos” ao gerador.
Antes que o sistema atinja os parâmetros previstos pela “curva
de referência para danos”, o microcontrolador desconecta
o sistema de excitação do gerador e desliga o motor, para
proteger o gerador. A Figura 5-19 apresenta a curva de
proteção do sistema AmpSentry1 para uso em estudos de
proteção e coordenação. A “curva de referência para danos
térmicos” do alternador é mostrada à direita da curva de
proteção do AmpSentry. Uma sobrecarga de corrente de
110% em relação à corrente nominal durante 60 segundos
provoca o acionamento de um alarme de sobrecarga e dos
contatos de desligamento das cargas. Uma sobrecarga acima
de 110% fará com o tempo de resposta do sistema de proteção
seja determinado pelo inverso do valor do tempo na curva
de proteção. Estes controles proporcionam uma proteção
ao gerador ao longo de toda a faixa de tempo e corrente,
desde curtos-circuitos instantâneos, sejam eles monofásicos
ou trifásicos, até sobrecargas com vários minutos de duração.
Em termos de coordenação seletiva das cargas, o sistema
AmpSentry possui uma importante vantagem em relação ao
uso de um disjuntor principal, qual seja, o sistema AmpSentry
possui um atraso inerente de aproximadamente 0,6 segundos
para todas as falhas de corrente acima de 4 por unidade.
Este atraso permite que a resposta quase instantânea dos
disjuntores de linha, localizados antes do gerador, eliminem
as falhas sem desligar o gerador, permitindo a coordenação
seletiva com o primeiro nível de disjuntores localizados antes
do gerador.
1) A curva de proteção do Power Command AmpSentry está disponível
para os representantes da Cummins Power Generation. Formulário de
pedido R-1053.
Indicação e proteção contra falhas de terra
Na América do Norte, as normas técnicas para instalações
elétricas exigem que haja uma indicação (acionamento de
um sinal de alerta) quando ocorrer uma falha de terra nos
geradores utilizados em sistemas de “emergência” ou
“standby” (sistemas de segurança ou de suporte à vida),
solidamente aterrados, operando em tensões superiores a
150 volts (tensão com relação ao terra), e cujos sistemas
principais de proteção contra sobrecorrentes tenham uma
classificação nominal de 1000 ampéres ou mais. Caso isso
seja necessário, o procedimento padrão em aplicações do
tipo “emergência” ou “standby”, é o acionamento de um sinal
de alerta para indicar que houve uma falha de terra, sem que
haja o conseqüente desarme de qualquer disjuntor. Este sinal
de alerta deve ser do tipo “latch”, ou seja, uma vez que tenha
sido acionado, ele permanece acionado para indicar que
houve uma situação de falha. Embora o gerador possa ser
equipado um sistema de proteção contra falhas de terra,
que forçe o desarme do disjuntor principal, isto não é exigido
pelas normas técnicas para instalações elétricas e nem
mesmo é recomendado para geradores utilizados em aplicações do tipo “emergência” ou “standby”.
Em geral, para garantir que os sensores de falha de terra
de um grupo gerador funcionem corretamente, exige-se que
o gerador seja “derivado separadamente” (ou seja, que o
neutro também seja comutado) e utilize um comutador de
transferência 4 pólos2.
“Energia Prime” e “Ininterrupta”,
em 600 Volts ou menos.
Na América do Norte, exige-se que os geradores utilizados
em aplicações do tipo “energia prime” ou “ininterrupta”, em tensões iguais ou inferiores a 600 volts, sejam equipados com
sistemas de proteção contra sobrecorrentes recomendados
pelas normas técnicas para instalações elétricas. Em geral,
isso significa que o gerador deverá ser equipado com dispositivos de proteção contra sobrecorrentes em cada uma das
fases, tais como como fusíveis ou disjuntores, ou então, ser
protegido por um sistema inerente ao projeto.
As unidades equipadas com o controle PowerCommand e
AmpSentry oferecem esta proteção. Caso seja necessário
um nível mais alto de proteção, o PowerCommand também
oferece as seguintes opções para proteção inerente em
todas as fases:
• Curto-circuito;
• Elevação da tensão (tensão excessiva);
• Queda na tensão (tensão reduzida);
• Perda do campo;
• Energia reversa.
Como foi mencionado antes, o controle PowerCommand
com AmpSentry oferece proteção contra sobrecorrentes e
perda de campo inerente ao seu projeto.
2) Consultar a publicação T-016 da Cummins Power Generation sobre
Paralelismo e Chave Seletora de Paralelismo.
5 PROJETO ELÉTRICO
102
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Média tensão, todas as aplicações
Em geral, nas aplicações de média tensão (entre 601 e
15.000 volts), o procedimento padrão de equipar o gerador
com um sistema de proteção não compromete a confiabilidade do fornecimento de energia, contanto que seja possível
a seleção (ativação ou desativação) destes dispositivos.
O custo do investimento em equipamentos também garante
um grau mais elevado de proteção.
O sistema básico para a proteção mínima do gerador, inclui
(veja a Figura 5-20):
• Sistema reserva para detecção de sobrecorrente trifásica
(51V);
• Um relé reserva para detecção de falha tempo-sobrecorrente de terra (51G);
• Detecção de perda do campo (40);
• Detecção de sobrecorrente trifásica instantânea para
proteção diferencial (87).
Proteção contra surtos de alta tensão em
geradores de média tensão
Deve-se considerar a proteção de geradores de média tensão
contra surtos de alta tensão provocados por quedas de raios
nas linhas de distribuição e pelas operações de comutação.
Os recursos mínimos de proteção incluem:
• Supressores contra surtos de energia (surge arresters)
nas linhas de distribuição;
• Supressores contra surtos de energia (provocados por
raios, picos ou transientes) nos terminais do gerador;
• Condensadores contra surtos de energia nos terminais
do gerador;
• Observância estrita aos procedimentos corretos para
o aterramento do sistema.
Consulte a Norma ANSI/IEEE No. 242 para obter informações adicionais sobre os sistemas de proteção para estes
geradores contra sobrecorrentes.
5 PROJETO ELÉTRICO
103
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
1000
500
100
40
50
30
20
10
4
5
3
2
LIMITE DE 110% DE SOBRECARGA (Amp Sentry
Desabilitado Abaixo de 110% da Corrente Nominal)
500
500
100
100
LIMITE DE DANOS TÉRMICOS DO ALTERNADOR
1000
.1
500
.1
100
.5
40
.5
50
1
30
1
20
5
10
5
4
10
5
10
3
50
2
50
1
TEMPO EM SEGUNDOS
1000
TEMPO EM SEGUNDOS
1000
1
CORRENTE EM MÚLTIPLOS DA CLASSIFICAÇÃO DO GRUPO GERADOR
CORRENTE EM MÚLTIPLOS DA CLASSIFICAÇÃO DO GRUPO GERADOR
Figura 5-19. Curva característica de proteção AmpSentry™ do controle PowerCommand® e Curva de
Danos do Alternador. (Nota: Esta curva aplica-se a todos os Grupos Geradores
PowerCommand da Cummins).
5 PROJETO ELÉTRICO
104
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
(3)
40
51V
(3)
(3)
51V
(3)
(3)
GER
87
(3)
51G
(3)
51G
PROTEÇÃO DE BAIXA TENSÃO,
PRIME POWER
GER
PROTEÇÃO DE MÉDIA TENSÃO,
MÍNIMA TÍPICA
Figura 5-20. Esquema de um sistema típico de proteção.
5 PROJETO ELÉTRICO
105
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
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5 PROJETO ELÉTRICO
106
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 6
6 – PROJETO MECÂNICO............................................................................... 107
CAPÍTULO 6
Fundação e Montagem......................................................................................................... 107
Montagem do grupo gerador e isolamento contra vibrações........................................ 107
Recursos para as fundações ........................................................................................ 108
Piso com laje ......................................................................................................... 108
Montagem sobre pilares ........................................................................................ 108
Fundações para o isolamento de vibrações ................................................................. 109
Isoladores de vibrações ................................................................................................ 111
Coxins isoladores .................................................................................................. 111
Molas isoladoras.................................................................................................... 111
Isoladores pneumáticos de vibração (a “ar”) ......................................................... 113
Isoladores utilizados em locais sujeitos a abalos sísmicos ................................... 113
Resistência a Terremotos.............................................................................................. 113
$OtYLRGHWHQV}HVQD¿DomRGHHQHUJLDHQD¿DomRGRVLVWHPDGHFRQWUROH ................. 113
Sistema de escape ............................................................................................................... 114
Diretrizes gerais do sistema de escape ........................................................................ 114
Cálculos do sistema de escape .................................................................................... 119
Exemplo de cálculo da contrapressão do escape ................................................. 119
Arrefecimento do motor ........................................................................................................ 124
Requisitos ..................................................................................................................... 124
Todos os sistemas ................................................................................................. 124
Todas as instalações de trocadores de calor ........................................................ 124
Todas as instalações dos sistemas de arrefecimento não-fornecidas pelo
fabricante do grupo gerador .......................................................................... 125
Recomendações ........................................................................................................... 127
Todos os tipos de instalações de “trocadores de calor” ........................................ 127
Todas os tipos de instalações para os sistemas de arrefecimento não-fornecidos
pelo fabricante do grupogerador.................................................................... 127
Descritivo ...................................................................................................................... 128
Tipos de Sistemas de Arrefecimento............................................................................. 128
Sistemas sem pós-arrefecimento .......................................................................... 129
Sistemas com pós-arrefecimento do tipo“jaqueta de água” (JWAC - “jacket
water aftercooling”)....................................................................................... 129
Sistemas com pós-arrefecimento do tipo ar-ar(ATA - “air-to-air aftercooling”) ...... 129
Sistemas de arrefecimento do tipo “uma-bomba dois-circuitos” (1P2L, “one-pump
two-loops”).................................................................................................... 129
Sistemas de arrefecimento do tipo “duas-bombas dois-circuitos” (2P2L, “two-pumps
two-loops”).................................................................................................... 130
Sistemas de arrefecimento fornecidos pelo fabricante do grupo gerador (“originais de
fábrica”) ........................................................................................................ 131
Radiador montado no próprio grupo gerador ........................................................ 131
Trocador de calor montado no próprio grupo gerador........................................... 132
Cálculos (exemplo).........................................................................................133
Sistemas de arrefecimento não-fornecidos pelo fabricante do grupo gerador ............. 134
Estabelecimento de uma metodologia para o uso de um sistema de arrefecimento
remoto .......................................................................................................... 134
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Determinação do valor máximo da pressão gerada pela bomba hidráulica do
sistema de arrefecimento do motor (“Static Head”). ............................... 136
Determinação do valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento do
motor ao longo do seu circuito hidráulico (“Friction Head”) .................... 136
Requisitos gerais para todos os sistemas de arrefecimento não fornecidos pelo
fabricante do grupo gerador (“NÃO originais de fábrica”).............................. 138
Conexões e tubulação do sistema de arrefecimento do motor ............................. 140
Radiadores remotos .............................................................................................. 140
Trocadores de calor remotos................................................................................. 142
Sistemas de trocadores de calor “duplos” (“dual heat exchangers”) ............. 142
Requisitos para o tanque de desaeração.............................................................. 143
“Volume extra” e “expansão térmica” do líquido de arrefecimento ................ 145
“Desaeração” do sistema de arrefecimento................................................... 146
Abastecimento do sistema de arrefecimento................................................. 146
Limpeza do sistema de arrefecimento................................................................... 147
Arrefecimento do combustível ............................................................................... 147
Interconexão entre sistemas de arrefecimento ..................................................... 147
Líquido de arrefecimento .............................................................................................. 147
Aquecedores para o líquido de arrefecimento....................................................... 148
Altitude e temperatura ambiente ................................................................................... 149
“Temperatura Ambiente Limite” (LAT) para o funcionamento do sistema ............. 150
Arrefecimento do alternador.......................................................................................... 150
Obstruções no sistema de arrefecimento ..................................................................... 151
Manutenção do sistema de arrefecimento .................................................................... 151
Aplicações em “serviços externos” ............................................................................... 151
Arrefecimento do motor ........................................................................................................ 151
Radiador montado no chassis....................................................................................... 152
Radiador remoto ........................................................................................................... 153
Radiador remoto equipado com sistema de “desaeração” ........................................... 157
Radiador remoto equipado com bomba auxiliar para o líquido de arrefecimento......... 157
Radiador remoto equipado com um reservatório do tipo “Hot Well” ............................. 160
Arrefecimento do motor por meio de radiadores remotos com circuitos múltiplos ....... 162
Duas bombas, dois circuitos.................................................................................. 162
Uma bomba, dois circuitos .................................................................................... 162
Sistema de pós-arrefecimento do tipo ar-ar .......................................................... 162
Radiadores indicados para aplicações do tipo “radiador remoto”................................. 163
Radiadores Remotos............................................................................................. 163
Trocador de calor montado no chassis do grupo gerador..................................... 164
Sistemas de arrefecimento equipados com dois trocadores de calor ................... 166
Aplicações com torre de arrefecimento ................................................................. 167
Arrefecimento do combustível utilizando-se radiadores remotos ................................. 167
Cálculos para o dimensionamento da tubulação de arrefecimento .............................. 168
Tratamento para o líquido de arrefecimento ......................................................... 170
Ventilação ...... ...................................................................................................................... 172
Diretrizes Gerais ........................................................................................................... 172
Requisitos para o sistema de ventilação....................................................................... 172
Recomendações para o sistema de ventilação ............................................................ 173
'HWHUPLQDomRGRVUHTXLVLWRVSDUDRÀX[RGHDUQRVLVWHPDGHYHQWLODomR ................... 174
ETAPA 1: Determine a quantidade de calor emitido pelo grupo gerador para o
interior de seu recinto .................................................................................... 174
ETAPA 2: Determine a quantidade de calor emitido pelo silencioso e pela tubulação
de escape para o recinto ............................................................................... 174
CAPÍTULO 6
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
CAPÍTULO 6
ETAPA 3: Determine a quantidade de calor emitido por outras fontes para o interior
de recinto ....................................................................................................... 176
ETAPA 4: Calcule a quantidade total de calor emitido por outras fontes para o
interior de recinto........................................................................................... 176
ETAPA 5: Determine o “Aumento Máximo Aceitável de Temperatura” no interior
do recinto (ou sala)........................................................................................ 176
ETAPA 6: Determine o Requisito de Fluxo de Ar de Combustão .......................... 177
(7$3$&DOFXOHRÀX[RWRWDOGHDUTXHGHYHSDVVDUDWUDYpVGRUHFLQWRGRJUXSR
gerador ...........................................................................................................177
(7$3$$MXVWHGRYDORUGRÀX[RGHDUHPIXQomRGDDOWLWXGH............................. 178
(7$3$'HWHUPLQHDVHVSHFL¿FDo}HVSDUDXPVLVWHPDGHYHQWLODomRDX[LOLDU..... 179
Requisitos para entrada e saída de ar no projeto de ventilação do recinto do grupo
gerador .................................................................................................................. 180
&iOFXORGDiUHDHIHWLYDSDUDDHQWUDGDHVDtGDGRÀX[RGHDUQRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU..... 181
Diretrizes para a entrada e saída de ar no projeto de ventilação do recinto do grupo
gerador .................................................................................................................. 181
Pressão negativa no recinto do grupo gerador ............................................................. 183
Ventilação do cárter do motor ....................................................................................... 183
5HVWULomRDRÀX[RGHDUQRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU................................................... 184
Ventilação em instalações que contenham múltiplos grupos geradores ...................... 186
Operação das venezianas no recinto do grupo gerador ............................................... 187
Paredes de contenção .................................................................................................. 188
Filtragem do ar utilizado para ventilação ...................................................................... 189
Efeito da altitude e da temperatura ambiente no sistema de ventilação....................... 189
9HUL¿FDomRGRVLVWHPDGHYHQWLODomR ............................................................................ 189
Aumento da temperatura dentro do recinto do grupo gerador .............................. 189
5HVWULomRDRÀX[RGHDUQRLQWHULRUGRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU .......................... 189
Diretrizes gerais para o sistema de ventilação do recinto do grupo gerador ................ 191
&iOFXORGRÀX[RGHDUDWUDYpVGRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU ......................................... 193
Teste de campo dos sistemas de ventilação................................................................. 194
Ventilação do radiador montado diretamente no chassi do grupo gerador................... 194
Ventilação em sistemas equipados com trocador de calor ou radiador remoto............ 197
([HPSORGHFiOFXORSDUDRÀX[RGHDUSDUDYHQWLODomRGHQWURGRUHFLQWRGRJUXSRJHUDGRU .... 198
Suprimento de combustível .................................................................................................. 199
Suprimento de diesel combustível ................................................................................ 199
Tubulação para o diesel combustível............................................................................ 204
Tanques de combustível “sob a base” .......................................................................... 205
Tanques diários ............................................................................................................. 205
Utilização de combustível gasoso................................................................................. 206
Qualidade do combustível gasoso ........................................................................ 206
Teor energético...................................................................................................... 206
Gás natural canalizado.......................................................................................... 207
Gás de “campo”..................................................................................................... 207
Propano (GLP) ...................................................................................................... 207
Contaminantes no combustível ............................................................................. 207
Análise química do combustível ............................................................................ 208
Projeto do sistema de combustível para ogrupo gerador ............................................. 210
Projeto do sistema de combustível do Local................................................................. 210
Cálculo da pressão do combustível em um sistema acionado por combustível gasoso.... 212
Tamanho do tanque............................................................................................... 212
Dimensionamento das tubulações para o gáscombustível ................................... 212
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Redução de ruídos em aplicações de grupos geradores .....................................................
A ciência dos ruídos ......................................................................................................
Adição das intensidades sonoras de diversas fontes............................................
Efeito da distância sobre a intensidade do som ....................................................
Ruídos produzidos por um grupo gerador ....................................................................
Redução de ruídos transmitidos por estruturas prediais ..............................................
Redução de ruídos que se propagam pelo ar (som) ....................................................
Carenagens (gabinetes) equipadas com atenuação ou isolamento de som ................
Desempenho do silencioso do escapamento ...............................................................
Proteção contra incêndios ....................................................................................................
Projeto do recinto do equipamento ......................................................................................
Considerações gerais ...........................................................................................................
Instalações sobre o teto ................................................................................................
CAPÍTULO 6
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
6 PROJETO MECÂNICO
Fundação e Montagem
Montagem do grupo gerador e isolamento
contra vibrações
O projeto de instalação de um grupo gerador deve prover uma
fundação adequada para suportar o seu peso e evitar que
níveis de energia danosos ou incômodos resultantes do
movimento de vibração do equipamento sejam transmitidos
para a estrutura da edificação. Além disso, a instalação também deve assegurar que a infra-estrutura de suporte do grupo
gerador não permita que suas vibrações sejam transmitidas
para os componentes estacionários do equipamento.
Todos os componentes que se conectam fisicamente ao grupo
gerador devem ser flexíveis para absorver os movimentos de
vibração sem sofrer danos. Os componentes que necessitam
de isolamento são o sistema de escape do motor, as linhas
de combustível, o cabeamento para alimentação de energia
em corrente alternada (CA), o cabeamento da carga, o cabeamento do sistema de controle (a qual deve ser feita utilizandose fios flexíveis ao invés de utilizar fios rígidos), o grupo gerador
(por meio de coxins na sua plataforma de montagem) e os
dutos de ar para ventilação (para os modelos de grupo geradores com radiador montado no chassis) (veja a Figura 6-1).
A falta do devido cuidado para o isolamento destes pontos
de interconexão física e elétrica pode fazer com que o movimento de vibração cause danos à edificação ou ao grupo
gerador, assim como fazer com que ocorram falhas no funcionamento do grupo gerador.
Figura 6-1. Típicos dispositivos anti-vibração para um grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
107
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Em geral, o motor, o alternador e demais equipamentos que
integram o grupo gerador são montados em conjunto sobre
uma base estrutural do tipo “trenó” (skid base assembly).
Esta base proporciona uma estrutura rígida que garante a
integridade estrutural e oferece um certo grau de isolamento
das vibrações. As fundações, o piso, ou teto devem ser capazes de suportar o peso do conjunto formado pelo grupo gerador
e seus acessórios (como, por exemplo, um tanque de combustível sob a base), bem como resistir às cargas dinâmicas
e não transmitir as vibrações e ruídos.
Nas aplicações nas quais o isolamento das vibrações é
crítico, o peso de todo o conjunto montado pode também
incluir o peso de uma fundação sólida para a montagem
(consulte o ítem “Provisões para a fundação”, nesta seção).
As dimensões, o peso e as configurações de montagem
variam muito dependendo do fabricante e do equipamento.
Consulte as instruções para a instalação fornecidas pelo
fabricante do modelo específico que será utilizado para obter
informações mais detalhadas sobre os pesos e as dimensões
de montagem1.
Recursos para as fundações
Consulte nos desenhos técnicos fornecidos pelo fabricante
do grupo gerador as localizações físicas das linhas de
combustível, as interconexões do sistema de controle e de
energia e outras conexões que devem ser embutidas no concreto. Essas conexões, e suas localizações, variam consideravelmente entre os diversos fabricantes.
Os isoladores de vibração devem ser fixados na base de
montagem do equipamento utilizando-se com parafusos do
Tipo J ou L (cavilhas ou ganchos) embutidos na base de
concreto. O posicionamento correto dos parafusos “embutidos”
pode ser problemático, dado que mesmo pequenos erros
podem causar perda de tempo para refazer a furação na
base estrutural do equipamento. Alguns projetos de grupos
geradores permitem o uso de parafusos ancorados no concreto. Estes projetos exigem que os pontos de fixação sejam
cuidadosamente posicionados em função da localização real
dos pontos de montagem no grupo gerador e nos isoladores.
A base para a montagem do grupo gerador deve ser plana
e nivelada para permitir a montagem e o ajuste corretos do
sistema de isolamento das vibrações. Certifique-se de que
a base para montagem do equipamento esteja nivelada ao
longo de seu comprimento, largura e diagonais.
Montagem sobre pilares
Piso com laje
Em muitas aplicações, não é necessário utilizar uma fundação sólida para a instalação do grupo gerador. Caso a transmissão das vibrações para a edificação não seja um problema significativo, o problema principal será a instalação do grupo
gerador de modo que seu peso seja suportado adequadamente
e que os procedimentos de manutenção e reparos da unidade
possam ser feitos com facilidade. Para facilitar os serviços
de reparos e limpeza em torno da unidade pode ser construída
uma base elevada de concreto sobre o piso de concreto
original para elevar o grupo gerador a uma altura conveniente.
Como alternativa, o grupo gerador pode ser montado sobre
pilares de concreto orientados ao longo do comprimento da
base estrutural do grupo gerador. Esta configuração permite
o fácil posicionamento de uma bandeja sob o grupo gerador
e proporciona mais espaço para serviços de reparo e manutenção no grupo gerador. Os pilares devem ser chumbados
no solo.
• Esta base deve ser construída em concreto reforçado,
com cura de 28 dias, e uma resistência à compressão
de, pelo menos, 17.200 kPa (2.500 psi).
• Esta base deve ter pelo menos 150 mm (6 polegadas)
de espessura e estender-se por, pelo menos, 150 mm
(6 polegadas), em cada um dos lados, para além da
estrutura do grupo gerador.
1) Informações detalhadas sobre os produtos da Cummins Power
Generation podem ser encontradas no Cummins Power Suite, ou serem obtidas junto a um distribuidor autorizado.
6 PROJETO MECÂNICO
108
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Fundações para o isolamento de
vibrações
Sempre que for preciso montar um grupo gerador sobre uma
fundação para reduzir a transmissão de vibrações à edificação,
é necessário levar em consideração alguns outros fatores.
A Figura 6-2 ilustra as caracteríticas típicas de uma fundação para o isolamento de vibrações.
• O peso (W) da fundação deve ser, pelo menos, 2 vezes
(e, no máximo, entre 5 a 10 vezes) o peso do grupo
gerador em si para resistir às cargas dinâmicas.
O peso do combustível, em um tanque de combustível
construído sob a base do grupo gerador, não deve ser
considerado no cáculo para isolamento de vibrações,
mesmo porque devem haver isoladores de vibrações
entre o tanque de combustível e o grupo gerador.
• A fundação deve se extender, em todas as direções,
por pelo menos 150 mm (6 polegadas), para além das
dimensões da base estrutural do grupo gerador. Este
critério determina os valores mínimos para o comprimento (l) e para a largura (w) da fundação.
• A fundação deve se elevar em, pelo menos, 150 mm
(6 polegadas) acima do solo para facilitar os serviços
de reparos e manutenção do grupo gerador.
• A fundação deve se estender para baixo até um nível
inferior à linha de penetração do gelo (ou seja, ao nível
de congelamento do solo) para evitar o acúmulo de
peso devido ao gelo (em locais onde existe a possibilidade de nevar).
• A fundação deve ser feita em concreto reforçado, com
28 dias de cura, e ser capaz de suportar uma compressão de, pelo menos, 17.236,89 kPa (2.500 psi).
• Para se calcular a altura (h) necessária para que uma
fundação tenha o peso exigido (W), deve-se utilizar a
seguinte fórmula:
h=
W
d l w
• Em geral, a soma do peso total do grupo gerador mais
o peso do líquido de arrefecimento, mais o peso do
combustível e mais o peso da fundação resulta em uma
pressão sobre o solo (SBL - “Soil Bearing Load”) inferior
à 9.800 kg/m2 (96 kPa) (ou, 2.000 lb-pé2). Embora esse
valor esteja dentro da faixa de capacidade da maioria
dos solos, o cálculo do valor permitido para a SBL deve
sempre ser feito em conformidade com as normas
técnicas locais e conforme o relatório de análise do
solo para o local da edificação. Lembre-se de incluir o
peso do líquido de arrefecimento, do lubrificante e do
combustível (se aplicável) ao fazer este cálculo. O valor
de SBL pode ser calculado utilizando-se a seguinte
fórmula:
SBL (psi) =
ou
SBL (kPa) =
W 20,88
d w
Exemplo de um cálculo (unidades americanas):
O peso úmido de um grupo gerador de 500 kW é de aproximadamente 4.540 kg (10.000 libras) (incluindo o líquido de
arrefecimento e lubrificantes). A sua base estrutural (“skid
base”) tem 3 m (10 pés) de comprimento por 1 m (3,4 pés)
de largura.
l = 10 + (2 • 0,5) = 11 pés
w = 3.4 + (2 • 0,5) = 4,4 pés
Peso da fundação = 2 • 10.000 = 20.000 lb
Peso total = grupo gerador + fundação
=10.000 + 20.000 = 30.000 lbs
SBL =
Onde:
W
d l 144
30.000
= 620 lbs/ft 2
11 4,4
h = Altura da fundação em metros (pés).
l = Comprimento da fundação em metros (pés).
w = Largura da fundação em metros (pés).
d = Densidade do concreto: 2322 kg/m3 (145 lb/pé3).
W = Peso úmido total do grupo gerador em kg (lbs).
6 PROJETO MECÂNICO
109
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ISOLADOR DE VIBRAÇÕES DO
TIPO MOLA FIXADO COM
PARAFUSOS TIPO J OU L
(VEJA O DETALHE)
FOLGA DE 1/2
POL. (13 mm)
PREENCHIDA
COM VEDADOR
BASE DE CONCRETO REFORÇADA
DE 2500 PSI
MÍNIMO DE 8 POL. (200 mm)
DE AREIA OU CASCALHO
DETALHE DA FIXAÇÃO COM
PARAFUSOS DO TIPO J OU L
Figura 6-2. Caracteríticas típicas de uma fundação para isolamento de vibrações.
6 PROJETO MECÂNICO
110
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Isoladores de vibrações
O motor e o alternador de um grupo gerador devem ser isolados da estrutura de montagem sobre a qual grupo gerador
é instalado. Alguns grupos geradores, especialmente os
modelos com menor capacidade de potência (kW), utilizam
isoladores de vibração feitos de neoprene/borracha que são
instalados na máquina entre o motor/alternador e a sua base
estrutural2 (“skid base”). Em geral, a base estrutural destes
grupos geradores pode ser fixada diretamente na fundação,
no solo ou na sub-estrutura. Outros modelos de grupos geradores não possuem esta característica de projeto e, o conjunto motor/alternador é fixado solidamente na sua base
estrutural (“skid base”). Os grupos geradores cujos projetos
não possuem dispositivos integrados para isolamento de
vibrações devem ser instalados utilizando-se equipamentos
para isolamento de vibrações tais como coxins, molas ou
isoladores pneumáticos.
NOTA: O uso de parafusos para fixar diretamente no solo
ou na fundação um grupo gerador que não tenha isoladores
integrados resultará em excesso de ruídos e vibrações, e
possíveis danos ao grupo gerador, ao piso e a outros equipamentos. As vibrações também podem ser transmitidas
através da estrutura da edificação e esta estrutura pode
ser danificada.
Coxins isoladores
Os isoladores do tipo coxim são compostos de camadas de
materiais flexíveis e projetados para amortecer as amplitudes
das vibrações em aplicações “não-críticas”, tais como aquelas
nas quais os grupos geradores são montados sobre pisos
de concreto construídos diretamente sobre o solo, ou quando
os grupos geradores são montados do lado de fora das edificações e alojados em seus próprios gabinetes, ou ainda
quando são utilizados grupos geradores com isoladores
integrados. A eficiência dos coxins isoladores é variável, mas,
em geral, o seu valor fica em torno de 75%. Dependendo da
forma como são construídos, a eficiência destes isoladores
também pode variar em função da temperatura, uma vez que
em temperaturas mais baixas a borracha de isolamento é
muito menos flexível do que em temperaturas mais elevadas.
Molas isoladoras
A Figura 6-3 mostra um isolador de vibração feito com mola
de aço, do tipo exigido para a montagem de grupos geradores
que não possuem isoladores de vibração integrados. A figura
mostra o coxim de borracha da base, o corpo do isolador,
os parafusos de fixação, o parafuso de ajuste e a porca de
travamento.
Estes isoladores com mola de aço podem amortecer até
98% da energia da vibração produzida pelo grupo gerador.
Os isoladores devem ser instalados de acordo com as especificações do fabricante do grupo gerador. Os isoladores não
devem instalados de maneira simétrica ao longo do perímetro
da base do grupo gerador, pois as normas técnicas exigem
que os mesmos sejam posicionados em função do centro de
gravidade da máquina. O número de isoladores necessários
varia conforme as suas especificações e com o peso do
grupo gerador. Veja a Figura 6-4.
Quando um grupo gerador é montado em uma estrutura acima
de um tanque de combustível (no tipo de configuração denominado “tanque de combustível montado sob a base”), o(s)
tipo(s) do(s) isolador(es) de vibração exigidos para proteger
o tanque de combustível irão depender das caracteríticas
da estrutura do tanque e da magnitude das forças de vibração
criadas pelo grupo gerador. Em geral, caso o grupo gerador
esteja equipado com isoladores de vibração feitos de borracha sintética e instalados entre o conjunto motor/alternador
e a sua base estrutural (“skid base”) não há necessidade
de que sejam instalados isoladores de vibração adicionais
entre o grupo gerador e o tanque de combustível montado
sob a base. Caso o grupo gerador esteja fixado diretamente
à sua base estrutural (“skid base”) sem o uso de isoladores
de vibração, será necessária a instalação de isoladores de
vibração entre a base estrutural e o tanque de combustível
montado sob a base, para proteger o tanque e para isolar a
edificação das vibrações produzidas pelo grupo gerador.
Qualquer que seja a combinação de grupo gerador e tanque
de combustível sob a base, as recomendações do fabricante
para a instalação dos isoladores devem ser obedecidas.
Os isoladores de vibração do tipo mola devem ser escolhidos
e instalados de maneira adequada, para proporcionar um
isolamento eficiente. O peso do grupo gerador deve comprimir os isoladores não mais que o suficiente para permitir
que tenham liberdade de movimento e sem fazer com que
os isoladores sejam comprimidos até o seu limite máximo.
Isto é feito selecionado-se os tipos de isoladores e a sua
quantidade usando como critério a classificação de peso
dos isoladores e no peso total do grupo gerador.
Os isoladores devem ser ancorados positivamente na base
para montagem do grupo gerador usando-se parafusos do
tipo gancho (L ou J) ou cavilha (ancorados no concreto).
2) Os grupos geradores (625/500 kW e menores) da Cummins Power
Generation possuem isoladores de vibrações feitos de borracha e localizados entre a base estrutural e o conjunto motor-gerador, e não exigem
o uso de isoladores de vibrações externas para a maioria das aplicações.
6 PROJETO MECÂNICO
111
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Porca de Fixação
Parafuso de Regulagem
Parafusos de Fixação
Corpo do Isolador
Coxim de Borracha
Mola de Suporte
Figura 6-3. Isolador de vibração feito com mola de aço.
Figura 6-4. Grupo gerador montado sobre isoladores de vibração feitos com molas de aço.
6 PROJETO MECÂNICO
112
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Isoladores pneumáticos de vibração (a “ar”)
Um isolador pneumático de vibração (ou “mola de ar”) é simplesmente um recipiente vedado que contém um volume
confinado de gás e projetado para utilizar a pressão deste
gás como se fosse a força de compressão de uma mola.
Os isoladores pneumáticos podem proporcionar uma freqüência normal de oscilação menor do que a obtida por um
isolador fabricado com elastômero (borracha). Além disso,
estes isoladores podem ser projetados especialmente para
ter uma altura menor do que os isoladores fabricados com
molas helicoidais de aço. Estes isoladores também permitem que se ajuste o seu nivelamento por meio do ajuste da
pressão dentro da câmara de gás.
Os isoladores pneumáticos exigem mais cuidados com a
sua manutenção e as suas limitações devidas à sua sensibilidade à temperatura são mais restritivas do que as das molas
helicoidais. A rigidez dos isoladores pneumáticos varia conforme a pressão do gás no seu interior e não é constante
como a rigidez de outros tipos de isoladores. O resultado
disso é que a sua freqüência normal de oscilação não varia
com o peso da carga da mesma forma com que ocorre para
os outros tipos de isoladores. Uma falha ou um vazamento
no sistema de pressurização do ar pode provocar uma falha
completa dos isoladores.
Em geral, a capacidade de amortecimento dos isoladores
pneumáticos é comparativamente baixa, com uma relação
crítica de amortecimento da ordem de 0,05 ou menos. Este
amortecimento é obtido pela flexão do diafragma do pistão,
pela fricção com as paredes laterais do pistão, ou pelo amortecimento devido à compressão do gás. É possível aumentar
a capacidade de amortecimento destes isoladores por meio
de uma resistência capilar ao fluxo de gás. Isso pode ser feito
por meio de um pequeno orifício que permita o fluxo de gás
entre o cilindro do isolador do ar e os tanques de compensação do sistema pneumático.
Isoladores utilizados em locais sujeitos a
abalos sísmicos
Alguns fatores adicionais devem ser levados em conta nos
casos em que um grupo gerador é instalado em uma região
sujeita à abalos sísmicos. Além de sua função principal de
proteger as edificações e outros equipamentos contra as
vibrações produzidas pelo grupo gerador, os isoladores de
vibração também devem garantir que o grupo gerador permaneça ancorado e não se desprenda de sua base de fixação
na eventualidade de ocorrer um abalo sísmico.
Em locais sujeitos à abalos sísmicos, os isoladores de vibração são frequentemente instalados entre a base estrutural
do grupo gerador (“skid base”) e a estrutura à qual o grupo
gerador é fixado.
Os isoladores utilizados em regiões sujeitas à abalos sísmicos
devem ser instalados numa configuração do tipo “de confinamento”, ou seja, eles devem restringir os movimentos do
grupo gerador de tal modo que estes movimentos não possam
se tornar excessivos, e, além disso, devem ser fortes o bastante para resistir às forças sísmicas às quais se avalia que
possam ser submetidos durante um abalo. Os isoladores
de vibração adequados para este tipo de aplicação podem
ser fabricados em borracha sintética ou com molas de aço.
Os isoladores de vibração instalados entre o conjunto motor/
alternador e a sua base estrutural (“skid base”) devem fixálos de forma adequadamente segura. Em geral, estes isoladores são fabricados com borracha sintética, e o seu “design”
deve ser do tipo “restritivo” ou “de confinamento” de modo a
proporcionar a capacidade de fixação adequada para um
equipamento instalado em área sujeita a abalos sísmicos.
Independente dos tipos (e magnitudes) dos eventos sísmicos
aos quais o equipamento possa estar sujeito, deve sempre
haver a consultoria de um engenheiro de estruturas, devidamente qualificado, sobre os procedimentos para a instalação.
Resistência a Terremotos
Os grupos geradores da Cummins Power Generation, quando
adequadamente instalados e fixados (com a devida restrição
de movimentos para este tipo de aplicação), podem ser
utilizados em regiões que, reconhecidamente, estão sujeitas
a abalos sísmicos. São necessários diversos cuidados especiais para a instalação e fixados (com a devida restrição de
movimentos para este tipo de aplicação) do equipamento com
as características de peso, densidade e dimensões de um
grupo gerador. O peso do grupo gerador, o seu centro de gravidade e a localização dos pontos de fixação mais adequados para a instalação estão descritos nos diagramas técnicos
para grupo gerador fornecidos pela Cummins Power Generation.
Componentes como as linhas de distribuição de eletricidade,
tubulações para o líquido de arrefecimento e para a o combustível devem ser projetados e instalados de modo que possam sofrer os menores danos possíveis e facilitar ao máximo
os procedimentos de reparos posteriores, na eventualidade
de ocorrer um terremoto.
As chaves de transferência, os painéis de distribuição, os
disjuntores e todos os sistemas de controle utilizados em
aplicações criticas3 devem ser capazes e executar as tarefas
para as quais foram projetados durante e após a ocorrência
do abalo sísmico (de magnitude para a qual estes sistemas
foram projetados), e, portanto, podem ser necessários
projetos e procedimentos específicos para a montagem dos
componentes mecânicos e para as instalações elétricas.
Alívio de tensões nos cabeamentos de
potência e controle
O cabeamento de potência e, principalmente, o cabeamento
do sistema de controle devem ser fixadas e sustentdas pela
estrutura do grupo gerador ou pelo painel de controle, e não
pelos terminais ou terminações das conexões físicas. Os dispositivos para o alívio das tensões mecânicas, juntamente
com o uso de um cabeamento flexível para o sistema de controle ao invés de um cabeamento rígida, ajudam a evitar falhas
no cabeamento ou nas conexões, como resultado de vibrações. Consulte o ítem “Conexões Elétricas”, no capítulo
“Projeto Elétrico”.
3) NOTA SOBRE A NORMA AMERICANA: A NFPA110 requer estas
características para os sistemas Nível 1 e Nível 2.
6 PROJETO MECÂNICO
113
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistema de escape
Diretrizes gerais do sistema de escape
A função do sistema de escape é conduzir com segurança
os gases de escape do motor para fora do edifício e dispersar
a fumaça, a fuligem e isolar o ruído do escape de pessoas
e de outros edifícios. O sistema de escape deve ser projetado
para minimizar o efeito de contrapressão no escape do motor.
Uma tubulação que restrinja de maneira excessiva o escape
do motor poderá fazer com que haja um aumento no consumo
de combustível, poderá fazer com que haja um aumento
anormal da temperatura dos gases de escape e falhas
decorrentes desta elevação anormal de temperatura, e na
produção excessiva de fuligem (fumaça preta).
Veja as Figuras 6-5 e 6-6. O projeto do sistema de escape
deverá levar em consideração os seguintes fatores:
• A tubulação de escape pode ser fabricada com tubo de
aço carbono, “Schedule 40”. Outros materiais aceitáveis incluem sistemas de escape pré-fabricados de aço
inoxidável.
Nota: No texto original, em inglês, a tubulação em ferro fundido é denominada
“black iron”. Este nome se refere ao processo de acabamento das peças de
ferro fundido, que são resfriadas em óleo após a fundição, dando-lhes uma
camada protetora de côr enegrecida.
• Deve ser conectada uma (ou mais) tubulação flexível de
escape feita em aço inoxidável, corrugada, sem costura,
com pelo menos 610 mm (24 pol.) de comprimento, deve
ser conectada na(s) saída(s) de escape do motor para
permitir a expansão térmica e o movimento e vibração
do grupo gerador sempre que este for instalado sobre
isoladores de vibração. Os grupos geradores de menor
porte, com isolamento de vibração integrado e parafusados diretamente numa base sobre o solo, devem ser
conectados por tubulações flexíveis de escape de aço
inoxidável, corrugado, sem costura, com pelo menos 457
mm (18 pol.) de comprimento. Esta tubulação flexível
de escape não deve ser usada para formar dobras ou
para compensar um eventual alinhamento incorreto da
tubulação de escape.
• Os grupos geradores podem ser fornecidos com conexões de escape dos tipos: com rosca, deslizante ou
com flange. As conexões com rosca ou com flanges
são menos sujeitas a vazamentos, entretanto, o seu
custo de instalação é maior.
O termo “Schedule 40” se refere à classificação para tubos de ferro segundo
a norma ANSI. Esta classificação define os valôres para diâmetros externos,
diâmetros internos, espessuras das paredes, número de fios por rosca
para conexões, etc.
Figura 6-5. Características típicas de um sistema de escape para um gerador instalado dentro de um edifício.
6 PROJETO MECÂNICO
114
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
VENTOS DOMINANTES
SILENCIOSO SUPORTADO
INDEPENDENTEMENTE DO
MOTOR POR CINTAS NÃO
INFLAMÁVEIS
ILHÓ APROVADO PARA
PROTEGER PAREDE
INFLAMÁVEL
DESCARGA
VERTICAL COM
PROTETOR DE
CHUVA
DRENO DE
CONDENSAÇÃO
TUBULAÇÃO FLEXÍVEL
DE ESCAPE
COTOVELO DE RAIO
LONGO DO TUBO
Figura 6-6: Típico sistema de escape.
• Os atenuadores de ruídos (silenciosos) e a tubulação
de escape devem ser suspensos utilizando-se sistemas
de ganchos ou suportes (isolados e não-inflamáveis),
e, NÃO devem se apoiar na saída de escape do motor.
A aplicação de peso na saída de escape do motor pode
causar danos ao coletor de escape do motor ou reduzir
a vida do turbocompressor (quando utilizado), e pode
fazer com que a vibração do grupo gerador seja transmitida à estrutura da edificação. O uso de estruturas
de suporte equipadas com isoladores limita ainda mais
a indução da vibrações na estrutura do edifício.
• Para reduzir a corrosão devida à condensação da umidade contida nos gases de escape, o atenuador de ruídos
(silencioso) deve ser instalado tão próximo quanto possível do motor para que o atenuador aqueça rapidamente. A localização do atenuador de ruídos (silencioso)
próximo ao motor também melhora a sua capacidade
de atenuação sonora. Os raios de curvatura das tubulações devem ser os maiores possíveis.
• O diâmetro do tubo de escape, ao longo de todo o sistema de escape, deve ter o mesmo diâmetro nominal
que a saída de escape do motor (ou mais). Deve-se
assegurar que toda a tubulação de escape tenha um
diâmetro suficiente para limitar a contrapressão de escape ao valor máximo da classificação para o motor
utilizado. (Motores de diferentes capacidades possuem
escapes de tamanhos diferentes e limitações de contrapressão diferentes4). Nunca se deve utilizar uma tubulação de diâmetro inferior ao diâmetro da saída de escape
do motor. Uma tubulação com diâmetro maior que o
necessário estará mais sujeita à corrosão devida à
condensação da umidade dos gases de escapamento
do que uma tubulação mais estreita. Tubos excessivamente largos também reduzem a velocidade de escape
dos gases e sua dispersão na atmosfera.
4) As dimensões do sistema de escape e outros dados sobre o sistema
de escapamento para grupos geradores específicos são descritos no
Cummins Power Suite ou podem ser fornecidos por um distribuidor
autorizado Cummins.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• Todos os componentes do sistema de escape do motor
devem incluir barreiras para evitar o contato acidental.
A tubulação de escape e os atenuadores de ruídos (silenciosos) devem ser isolados termicamente para evitar
queimaduras causadas por contato acidental, evitar o
acionamento de dispositivos de detecção de incêndio
e dos “sprinklers”, reduzir a corrosão devida à condensação da umidade nos gases de escapamento e reduzir
a quantidade de calor irradiado para a sala do gerador.
As juntas de expansão, os coletores de escape do motor
e as carcaças de turbocompressores nunca devem ser
isolados, a menos que tenham um sistema de arrefecimento por água. O isolamento térmico de coletores de
escape e de turbocompressores pode resultar em um
aumento excessivo das temperaturas e que pode destruir estes componentes, em especial em aplicações nas
quais o motor funcione durante um grande número de
horas. A instalação de uma tubulação de escape a, pelo
menos, 2,3 metros (8 pés) acima do solo também ajuda
a evitar o contato acidental com o sistema de escape.
Ilhó do Tubo
de Escape
• A tubulação de escape deve ser instalada a, pelo menos,
230 mm (9 pol.) de distancia de estruturas inflamáveis.
Em aplicações nas quais a tubulação de escape deve
passar através de paredes ou tetos inflamáveis, use
ilhóses aprovados para este uso (Figuras 6-7 e 6-8).
• A direção da saída do sistema de escape também deve
ser avaliada com atenção. O escape nunca deve ser
direcionado para o teto de um edifício ou superfícies
inflamáveis. Os gases de escape de um motor diesel
são quentes, e contém fuligem e outros contaminantes
que podem aderir às superfícies ao redor.
• Posicione a saída dos gases de escape e direcione-a
para longe das entradas de ar para ventilação.
• Caso o ruído causado pelo escape seja um problema,
direcione a saída dos gases de escape para longe dos
locais onde possam causar mais inconvenientes.
• O tubo para os gases de escape (caso seja feito de aço)
dilata-se cerca de 1,14 mm para cada metro de tubo e
para cada diferença de 100°C da temperatura dos gases
de escape em relação à temperatura ambiente (ou seja,
0,0076 polegadas por pé de tubo para cada aumento
de 100°F). É necessário utilizar juntas de expansão na
tubulação de escape para absorver as dilatações e
contrações ao longo dos tubos. As juntas de expansão
devem ser instaladas em cada um dos pontos nos quais
a tubulação de escape muda de direção. As tubulações
do sistema de escape devem ser fixadas de modo que
as dilatações, e as forças resultantes destas dilatações,
sejam direcionadas para longe do grupo gerador. Os
valores das temperaturas dos gases de escape são
fornecidas pelo fabricante do motor, ou pelo fabricante
do grupo gerador, conforme o motor específico utilizado5.
• As saídas horizontais da tubulação de escape devem
ser inclinadas para baixo, para longe do motor ou para
um coletor de condensação. Isso evita que a umidade
condensada retorne para o escapamento do motor.
• Um coletor de condensação e um bujão devem ser instalados nos pontos nos quais a tubulação eleva-se
verticalmente. Os coletores de condensação também
podem ser instalados em conjunto com os atenuadores
de ruídos (“silencioso”). Os procedimentos de manutenção para o grupo gerador devem incluir a drenagem
periódica da condensação retida no sistema de escape.
Figura 6-7. Características do sistema de escape de um grupo gerador.
São mostrados: O atenuador de ruídos (“silencioso”) com
dupla entrada, conectores flexíveis, ilhós da tubulação de
escape e “ganchos” de fixação.
5) Os dados e informações técnicas sobre os gases de escape para os
produtos Cummins Power Generation estão disponíveis no CD do Power
Suite ou podem ser fornecidos por um distribuidor autorizado Cummins.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
ISOLAMENTO DE ALTA
TEMPERATURA
FUROS DE VENTILAÇÃO EM DIREÇÃO
À FONTE DE CALOR
ÁREA DE DISSIPAÇÃO DE CALOR
PLACA DE MONTAGEM
Figura 6-8. Construção típica de ilhó para instalações em paredes de materiais inflamáveis.
• A tubulação do sistema de escape deve ser dotada de
recursos para evitar a entrada de água da chuva no sistema de escape de gases de um motor que não esteja
em funcionamento. Isto pode incluir o uso de tampas ou
proteções nas saídas verticais do sistema de escape
(veja as Figuras 6-9 e 6-10). Os tubos das saídas horizontais do sistema de escape devem ser cortados em
ângulo e protegidos com redes metálicas. Em ambientes
frios as tampas podem congelar e serem obstruídas,
impedindo o funcionamento do motor, portanto, outros
dispositivos de proteção podem ser melhores opções
nestas situações.
• O escape de um grupo gerador não deve ser conectado
à qualquer outro sistema de exaustão que esteja sendo
utilizado por outro equipamento, mesmo que sejam
outros grupos geradores. Fuligem, condensados corrosivos, e gases de exaustão à altas temperaturas
podem danificar equipamentos que estejam desligados
e conectados ao mesmo sistema de exaustão.
• A contrapressão através do sistema de escape não deve
exceder à contrapressão permitida e especificada pelo
fabricante do motor6. A contrapressão excessiva através
do escape reduz a potência e a vida útil do motor, e pode
resultar numa elevação excessiva das temperaturas dos
gases de escape e na produção excessiva de fumaça.
6) As informações técnicas sobre contrapressão do escape para grupos
geradores da Cummins Power Generation podem ser encontradas no
Cummins Power Suite, ou podem ser obtidas junto a um distribuidor
autorizado Cummins.
A contrapressão do escape do motor deve ser avaliada
antes que se finalize a montagem dos componentes
do sistema de escape, e, deve ser medida na saída do
escape do motor funcionando com carga plena antes
que o grupo gerador seja definitivamente colocado em
serviço.
• Consulte o ítem “Desempenho do Silencioso do Escape”,
mais adiante nesta seção, para informações sobre os
silenciosos de escape e os vários critérios de seleção
para estes dispositivos.
ADVERTÊNCIA: Os gases de escape do motor contém
fuligem e monóxido de carbono, um gás invisível, inodoro e
tóxico. O sistema de escape deve terminar na parte externa
do edifício, em um local onde os gases de escape do motor
sejam dispersados para longe de edifícios e de entradas
de ar. É altamente recomendável que o sistema de escape
seja dirigido para cima, tão alto quanto possível, em local
que esteja posicionado à favor dos ventos dominantes para
que a dispersão dos gases de escape seja maximizada.
Os gases de escape também devem ser conduzidos (por
meio de sua tubulação) para o lado da descarga de ar do
radiador para reduzir a possibilidade desses gases retornarem ao recinto do grupo gerador por meio do sistema de
ventilação do ar.
NOTA: Algumas normas técnicas especificam que a saída
dos gases de escape termine a uma distância de, pelo menos,
3 metros (10 pés) do limite da propriedade, 1 metro (3 pés)
da parede externa ou do teto, 3 metros (10 pés) de aberturas
no edifício e, pelo menos, 3 metros (10 pés) acima de terrenos inclinados contíguos.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-9. Um sistema de escape simples, equipado com proteção para impedir
que a água da chuva entre na tubulação de escape.
PROTEÇÃO DO ESCAPE
CONTRA CHUVA (16 POL)
(4 x 14)
56
14
PONTA DO ESCAPAMENTO (14 POL)
Figura 6-10. Proteção contra água da chuva para a saída vertical da tubulação de
escape de um grupo gerador. As dimensões mostradas são para uma
tubulação típica escape, com diâmetro de 14 polegadas.
6 PROJETO MECÂNICO
118
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Cálculos do sistema de escape
Exemplo de cálculo da contrapressão do escape
O projeto (layout) de um sistema comum de escape, apresentado na Figura 6-11, utiliza um tubo flexível com diâmetro
de 125mm (5 pol.) por 610 mm (24 pol.) de comprimento conectado à saída de escape do motor, um atenuador de ruídos
(silencioso) de “grau crítico” com um diâmetro de entrada de
150 mm (6 pol.), um tubo de comprimento 6,10 m (20 pés)
e diâmetro de 150 mm (6 pol.), e um cotovelo com raio longo
de 150 mm (6 pol.). A “Folha de Especificações” para o grupo
gerador informa que o fluxo do gás de escape do motor é
de 76,9 m3/min [2,715 cfm (pés3/min)], e que a contrapressão
máxima permitida para o sistema de escape do motor equivale
à 1040 mm (41 pol.) de coluna de água.
Este exemplo apresenta o cálculo do valor da contrapressão
de escape causada por cada um dos componentes (tubos
flexíveis, silenciosos, cotovelos e tubulações) e a comparação da contrapressão total com a contrapressão máxima
permitida para o grupo gerador.
1. Calculo da contrapressão de escape causada pelo
silencioso. A Figura 6-12 apresenta um gráfico típico
da contrapressão do silencioso. Para cálculos mais
precisos os dados podem ser obtidos com o fabricante
do silencioso. Caso o cáculo seja feito com base no
gráfico da Figura 6-12:
a) Calcule a área da seção transversal da entrada do
silencioso utilizando a Tabela 6-1 (0,1963 pés2,
neste exemplo).
b) Obtenha a taxa de fluxo do gás de escape com o
fabricante do motor7. Para este exemplo este valor
é de 2715 cfm.
c) Calcule a velocidade do gás de escape em pés por
minuto (fpm) dividindo o fluxo do gás de escape (cfm)
pela área da entrada do silencioso, como segue:
2715 cfm
Velocidade
=
2 = 13,831 fpm
do Gás
0.1963 pés
d) Utilizando a Figura 6-12, calcule a contrapressão
causada por este fluxo gás de escape através do
silencioso utilizado.
Neste exemplo, as linhas tracejadas no gráfico da
Figura 6-12 mostram que um silencioso do tipo “grau
crítico” causará uma contrapressão de aproximadamente 21,5 polegadas de coluna de água.
2. Calcule os comprimentos equivalentes de todas as
conexões e as seções dos tubos flexíveis utilizando a
Tabela 6-2.
a) Tubo flexível de 24 pol.
b) Cotovelo com raio de 6 pol.
c) Tubo de 6 pol.
4 pés (compr.)
11 pés (compr.)
20 pés (compr.)
3. Calcule a contrapressão do fluxo de escape por unidade
de comprimento do tubo para cada diâmetro nominal
de tubo utilizado no sistema. Neste exemplo são utilizados tubos com diâmetro nominal de 5 e 6 polegadas.
Seguindo as linhas tracejadas na Figura 6-13, o tubo
de 5 pol. causa uma contrapressão de aproximadamente 0,34 polegadas de coluna de água para cada
“pé” (12 polegadas) de comprimento do tubo. O tubo
de 6 pol. causa uma contrapressão de aproximadamentede 0,138 polegadas de coluna de água (C.A.)
para cada “pé” (12 polegadas) de comprimento do tubo.
4. Some o total dos valores das contrapressões de todos
os elementos do exemplo, como segue:
a)
b)
c)
d)
Tubo flexível de 5 pol. (4 • 0,34):
Cotovelo de raio longo (11 • 0,138):
20 pés de tubo de 6 pol. (20 • 0,138):
Silencioso:
Restrição total (polegadas de C.A.):
1,4
1,5
2,8
21,5
27,2
O cálculo indica que o projeto da tubulação é adequado em
termos de contrapressão de escape gerada, dado que a
soma dos valores das contrapressões é menor que a contrapressão máxima permitida de 41 polegadas de coluna de
água (C.A.).
NOTA: Em motores com duplo escape, o fluxo de escape
apresentado nas “Folhas de Especificação” para o grupo
gerador da Cummins Power Generation corresponde ao fluxo
total de ambas saídas de escape. O valor apresentado nas
“Folhas de Especificação” deve ser dividido por 2 para o
cálculo correto de um sistema de escape duplo.
7) Os dados técnicos sobre o gás de escape para os produtos da
Cummins Power Generation encontram-se no Cummins Power Suite.
6 PROJETO MECÂNICO
119
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
SILENCIOSO
CRÍTICO DE 6 POL.
COTOVELO DE RAIO
LONGO DE 6 POL.
16 pés
TUBULAÇÃO
FLEXÍVEL DE 5 POL.
4 pés
24”
Figura 6-11. Sistema de escape utilizado como exemplo para o cálculo.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
DIÂMETRO DA ENTRADA DO
SILENCIOSO (POL.)
ÁREA DA ENTRADA DO
SILENCIOSO (PÉS2)
DIÂMETRO DA ENTRADA DO
SILENCIOSO (POLEGADAS)
ÁREA DA ENTRADA DO
SILENCIOSO (PÉS2)
2
0,0218
8
0,3491
2,5
0,0341
10
0,5454
3
0,0491
12
0,7854
3,5
0,0668
14
1,069
4
0,0873
16
1,396
5
0,1363
18
1,767
6
0,1963
Tabela 6-1. Áreas das seções em corte transversal para aberturas de vários diâmetros.
2
(50)
2 1/2
(65)
DIÂMETRO NOMINAL DO TUBO EM POLEGADAS (MILÍMETROS)
3
3,5
4
5
6
8
10
12
14
(80)
(90)
(100) (125) (150) (200) (250) (300) (350)
16
18
(400) (450)
Cotovelo padrão de 90°
5,2
(1,6)
6,2
(1,9)
7,7
(2,3)
9,6
(2,9)
10
(3,0)
13
(4,0)
15
(4,6)
21
(6,4)
26
(7,9)
32
(9,8)
37
(11,3)
42
47
(12,8) (14,3)
Cotovelo com raio
médio de 90°
4,6
(1,4)
5,4
(1,6)
6,8
(2,1)
8
(2,4)
9
(2,7)
11
(3,4)
13
(4,0)
18
(5,5)
22
(6,7)
26
(7,9)
32
(9,8)
35
40
(10,7) (12,2)
Cotovelo com
raio longo de 90°
3,5
(1,1)
4,2
(1,3)
5,2
(1,6)
6
(1,8)
6,8
(2,1)
8,5
(2,6)
10
(3,0)
14
(4,3)
17
(5,2)
20
(6,1)
24
(7,3)
26
(7,9)
31
(9,4)
Cotovelo de 45°
2,4
(0,7)
2,9
(0,9)
3,6
(1,1)
4,2
(1,3)
4,7
(1,4)
5,9
(1,8)
7,1
(2,2)
6
(1,8)
8
(2,4)
9
(2,7)
17
(5,2)
19
(5,8)
22
(6,7)
“T”, lado da entrada
ou saída
10
(3,0)
12
(3,7)
16
(4,9)
18
(5,5)
20
(6,1)
25
(7,6)
31
(9,4)
44
(13)
56
(17)
67
(20)
78
(23,8)
Tubo flexível de 18
polegadas
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
3
(0,9)
Tubo flexível de 24
polegadas
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
4
(1,2)
TIPO DA CONEXÃO
89
110
(27,1) (33,5)
Tabela 6-2. Equivalência de comprimentos para conexões de tubos (pés/metros).
6 PROJETO MECÂNICO
121
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
26
(660)
CONTRAPRESSÃO DE ESCAPE, POLEGADAS (MILÍMETROS) DE COLUNA D'ÁGUA
24
(610)
22
(560)
20
(508)
SILENCIOSOS DE GRAU CRÍTICO
18
(451)
16
(406)
SILENCIOSOS DE GRAU RESIDENCIAL
14
(356)
SILENCIOSOS DE GRAU INDUSTRIAL
12
(305)
10
(254)
8
(203)
6
(152)
4
(102)
16,000
(4877)
14,000
(4267)
12,000
(3658)
10,000
(3048)
8,000
(2438)
6,000
(1829)
4,000
(1219)
2,000
(610)
0
2
(51)
VELOCIDADE DO GÁS DE ESCAPE, PÉS (METROS) POR MINUTO
Figura 6-12. Valores típicos para a contrapressão no silencioso em função da velocidade dos geses de escape.
6 PROJETO MECÂNICO
122
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
2.5 (65)
2 (50)
3 (80)
3.5 (90)
5 (125)
4 (100)
8 (200)
6 (150)
0.50
(12.7)
0.40
(10.1)
10 (250)
0.30
(7.6)
0.20
(5.1)
12 (300)
0.10
(2.5)
0.05
(1.3)
0.04
(1.0)
0.03
(0.76)
20,000
(566)
10,000
(283)
4,000
(113)
5,000
(142)
3,000
(85.0)
2,000
(56.6)
1,000
(28.3)
100
(2.83)
200
(5.66)
0.01
(0.25)
400
(11.33)
500
(14.16)
0.02
(0.51)
300
(8.50)
CONTRAPRESSÃO DE ESCAPE, POLEGADAS (MILÍMETROS) DE COLUNA D'ÁGUA POR PÉ DE COMPRIMENTO DO TUBO
1.00
(25.4)
FLUXO DE ESCAPE EM PÉS CÚBICOS (METROS CÚBICOS) POR MINUTO
Figura 6-13. Contrapressão em função dos diâmetros dos tubos de escape
( valores nominais em polegadas e metros )
6 PROJETO MECÂNICO
123
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Arrefecimento do motor
Os motores refrigerados a líquido são arrefecidos pelo bombeamento de uma mistura de líquido de arrefecimento através
de passagens pelo interior do bloco de cilindros e pelo(s)
cabeçote(s) do motor. O líquido de arrefecimento é bombeado
por uma bomba acionada pelo motor. A configuração mais
comum de grupo gerador é equipado com um radiador e um
ventilador acionado pelo motor para resfriar o líquido de arrefecimento e ventilar a sala do gerador. Métodos alternativos
para resfriar o líquido de arrefecimento podem incluir dispositivos como trocadores de calor líquido-líquido montados no
chassi do equipamento (“skid”), radiadores remotos, trocadores de calor remoto líquido-líquido, ou torres de arrefecimento.
Requisitos
Todos os sistemas
• Misturas de etileno ou propileno-glicol e água de “alta
qualidade” devem ser usadas para um arrefecimento
apropriado e proteção contra congelamento ou aquecimento. (Veja o ítem “Líquido de Arrefecimento”, neste
capítulo);
• Aquecedores para o líquido de arrefecimento devem
ser instalados em aplicações do tipo “emergência” ou
“standby” para assegurar uma boa partida do motor (estes
aquecedores são opcionais em locais de clima tropical,
a menos que exigido pelas normas locais). (Veja o
ítem “Aquecedores do Líquido de Arrefecimento”, neste
capítulo);
• Não devem haver curvas no trajeto da mangueira do
aquecedor do líquido de arrefecimento, e, a mangueira
deve seguir contínuamente para cima. (Veja o ítem
“Aquecedores do Líquido de Arrefecimento”, neste
capítulo);
• As conexões do aquecedor do líquido de arrefecimento
devem ser feitas usando-se mangueiras de silicone de
alta qualidade ou mangueiras com reforço de malha
trançada. (Veja o ítem “Aquecedores de Líquido de
Arrefecimento”, neste capítulo);
• O aquecedor do líquido de arrefecimento deve ser desligado durante os períodos nos quais o grupo gerador
estiver em funcionamento. (Veja o ítem “Aquecedores
de Líquido de Arrefecimento”, neste capítulo);
• O sistema de arrefecimento deve ser projetado e dimensionado para se adequar à altitude do local da instalação e à sua temperatura ambiente. (Veja o ítem “Altitude
e Temperatura Ambiente”, neste capítulo);
• O radiador e outros equipamentos “sensíveis” devem ser
protegidos da sujeira e de detritos. (Veja o ítem “Obstruções no Sistema de Arrefecimento”, neste capítulo);
• As válvulas devem receber algum tipo de “identificação
visual” para indicar de forma clara quando estão “abertas”
ou “fechadas”. (Veja o ítem “Manutenção”, neste capítulo);
• O projeto de instalação deve proporcionar àreas e locais
de acesso para limpeza e manutenção de todo o equipamento. (Veja o ítem “Manutenção”, neste capítulo);
• Para aplicações móveis em ambientes externos, devese prestar especial atenção à durabilidade e robustez
do equipamento. (Veja o ítem “Aplicações Móveis em
Ambientes Externos”, neste capítulo).
Todas as instalações de trocadores de calor
• A instalação e dimensionamento do trocador de calor
deve atender às especificações para o valor nominal
para o fluxo de água (água para aplicações industriais),
e aos limites de pressão e temperatura especificados
na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador.
• A água (água para aplicações industriais) utilizada nos
trocadores de calor deve ser protegida contra o congelamento em locais onde a temperatura ambiente possa
cair abaixo da temperatura de congelamento da água.
• As legislação e regulamentos locais sobre o uso da
água para fins industriais devem ser consultados antes
de se projetar ou instalar um sistema que utilize e/ou
descarte a água fornecida pelo serviço municipal de
fornecimento de água, por um rio, ou qualquer outra fonte
pública de água.
• A instalação dos trocadores de calor deve ter um sistema de ventilação dimensionado para os grupos geradores.
Nota: No texto original em inglês foi utilizado o termo
“raw water”, traduzido aqui por “água para aplicações
industriais”. Este termo faz referência à água com um
grau de pureza suficiente para atender às necessidades de um processo industrial, todavia, não necessariamente com um grau de pureza equivalente ao da
água potável fornecida pelos serviços municipais para
consumo humano.
8) Requisitos para a ventilação e a desaeração de motores Cummins
específicos são encontrados nos documentos Cummins AEB. Consulte
um distribuidor Cummins para maiores informações.
6 PROJETO MECÂNICO
124
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Todas as instalações dos sistemas de arrefecimento
não-fornecidas pelo fabricante do grupo gerador
• Quando o radiador da “jaqueta de água” e o radiador de
pós-arrefecimento de baixa temperatura compartilham
um único ventilador, eles são montados com suas respectivas partes traseiras voltadas uma para a outra,
e, o radiador LTA (“Low Temperature Aftercooler” ou “PósArrefecimento de Baixa Temperatura”) é posicionado
de modo que o fluxo de ar mais frio passe primeiro
nesse radiador. (Veja o ítem “Tipos de Sistemas de
Arrefecimento”, neste capítulo);
• Os sistemas do tipo 2P2L (“two-pump two-loop”, ou,
“duas bombas e dois circuitos”) devem ser equipados
com uma válvula termostática de desvio e um circuito
de desvio (“atalho”) para regular a temperatura do coletor
de admissão da tubulação. (Veja o ítem “Tipos de
Sistemas de Arrefecimento”, neste capítulo);
• Instalações refrigeradas à distância (ou seja, nas quais
o sistema de arrefecimento é instalado distante do
gerador) devem ser equipadas com um sistema de ventilação, suficientemente dimensionado, dentro do recinto
do grupo gerador. (Veja o ítem “Sistemas de Arrefecimento Não-Fornecidos pelo Fabricante”, neste capítulo);
• O sistema de arrefecimento deve ser projetado para:
• Limitar a temperatura de saída do líquido de arrefecimento do motor para o valor da “Temperatura Máxima
do Tanque Superior”. Este valor é especificado na
“Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador. (Veja
o ítem “Requisitos gerais para todos os Sistemas
de Arrefecimento não-fornecidos pelo Fabricante”,
neste capítulo);
• A bomba do líquido de arrefecimento do motor deve
sempre manter uma pressão positiva. O valor desta
pressão jamais deve ser negativo pois, neste caso,
o líquido de arrefecimento do motor retornaria para
a bomba, o que poderia levar ao efeito de cavitação
e causar danos ao sistema. (Veja o ítem “Requisitos
gerais para todos os Sistemas de Arrefecimento
não-fornecidos pelo Fabricante”, neste capítulo);
• Manter os valores de pressão (“static head” e “friction
head”) do líquido de arrefecimento do motor dentro dos
limites especificados para o equipamento. (Veja o ítem
Nota do tradutor: Os termos “static head” e “friction head”, do
texto original em inglês, são oriundos das áreas de engenharia
hidráulica e mecânica dos fluídos, e, estão relacionados ao estudo
de fluídos incompressíveis.
O termo “static head” corresponde ao valor máximo de pressão
que uma bomba hidráulica pode produzir.
“Conexões e Tubulações do Sistema”, neste capítulo).
• Os sistemas do tipo LTA (“Low Temperature Aftercooler” ou “Pós-Arrefecimento de Baixa Temperatura”)
devem satisfazer aos requisitos para os circuitos de
pós-arrefecimento especificados na “Folha de Dados
Técnicos” do grupo gerador. (Veja o ítem “Requisitos
gerais para todos os Sistemas de Arrefecimento nãofornecidos pelo Fabricante”, neste capítulo);
• A potência consumida pelos acessórios do sistema
de arrefecimento deve ser calculada somando-se o
consumo do ventilador remoto do radiador, ventiladores
de aeração, bombas de arrefecimento e demais acessórios. Este valor deve ser incluído no valor total de consumo
de carga pelo grupo gerador. (Veja o ítem “Requisitos
gerais para todos os Sistemas de Arrefecimento nãofornecidos pelo Fabricante”, neste capítulo);
• As linhas (circuitos e tubulações) de arrefecimento devem ser adequadamente projetadas utilizando-se
tubulação de aço rígido ou tubos Schedule 40 (com
exceção dos casos para os quais os requisitos para
as conexões estão descritos em detalhe nos items
abaixo). (Veja o ítem “Conexões e Tubulações do Sistema”, neste capítulo);
• A tubulação de arrefecimento localizada na parte externa do motor deve ter diâmetro igual ou maior que os
conetores de admissão e de saída do motor. (Veja o ítem
“Conexões e Tubulações do Sistema”, neste capítulo);
• As conexões e as tubulações de arrefecimento localizadas na parte externa do motor devem ser devidamente
limpas antes de serem conectadas ao grupo gerador.
(Veja o ítem “Conexões e Tubulações do Sistema”, neste
capítulo);
• O projeto do sistema de arrefecimento deve levar em
consideração os efeitos de expansão e contração
térmica das tubulações do circuito do líquido de arrefecimento do motor. (Veja o ítem “Conexões e Tubulações
do Sistema”, neste capítulo);
• As conexões do sistema de arrefecimento devem ser
projetadas segundo os seguintes critérios (Veja o ítem
“Conexões e Tubulações do Sistema”, neste capítulo):
• Devem ser adequadas para suportar as pressões e
temperaturas de líquido de arrefecimento do motor.
• Devem ser adequadas para resistir à vibração devida
ao funcionamento e movimentação do motor durante
o arranque e durante o desligamento.
O termo “friction head” corresponde ao valor da perda de pressão
provocada pela resisitência do circuito hidráulico à passagem
do fluído.
6 PROJETO MECÂNICO
125
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• Sempre que forem utilizadas, as mangueiras de conexão
devem obedecer às determinações da norma SAE J20R1,
ou equivalente, e ser possuir uma classificação para
pressão de ruptura de, pelo menos, 75 psi (518 kPa) e
suportar temperaturas desde -40°F (-40°C) até 250°F
(121°C). Uma capacidade de pressão de ruptura de
100 psi (691 kPa) é recomendada para aplicações onde
se utilizem radiadores elevados (“overhead radiators”).
(Veja o ítem “Conexões e Tubulações do Sistema”, neste
capítulo);
• A mangueira de conexão localizada no lado de sucção
da bomba do líquido de arrefecimento do motor deve
ser resistente a colapsos, ou seja, ela não deve se dobrar,
contrair ou sofrer qualquer tipo de estrangulamento.
As mangueiras SAE J20R1 atendem a essa exigência
quando utilizadas em motores diesel para o movimento
de cargas de grande magnitude. (Veja o ítem “Conexões
e Tubulações do Sistema”, neste capítulo);
• As conexões para as mangueiras para o líquido de arrefecimento devem ser fixadas com braçadeiras, e, utilizando parafusos T ou parafusos de torque constante.
As braçadeiras de “aperto”, que utilizam parafusos do
tipo “rosca-sem-fim” não são adequadas. Caso seja utilizada uma tubulação rígida de aço, esta tubulação deve
ser fixada por meio de “buchas” (seções de tubos cilindricos que envolvam os tubos e sirvam como elementos
de fixação). (Veja o ítem “Conexões e Tubulações do
Sistema”, neste capítulo);
• Após o sistema entrar em funcionamento, o circuito por
onde circula o líquido de arrefecimento deve expulsar
automáticamente todo o ar aprisionado dentro das tubulações e demais partes do circuito. Isso deve ocorrer
em, no máximo, 25 minutos após o sistema ser acionado
e o circuito preenchido pelo líquido de arrefecimento.
Este expurgo do ar aprisionado deve poder ser checado
visualmente. (Veja o ítem “Requisitos para Desaeração
do Tanque”, neste capítulo);
• O dispositivo de desaeração do tanque deve:
(Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do Tanque”, neste capítulo).
• Estar localizado no ponto mais elevado do sistema;
• Ter capacidade equivalente a, pelo menos, 17% do
volume total do líquido de arrefecimento do sistema
(11% correspondendo à queda do nível de líquido
de arrefecimento em seu reservatório, 6% correspondendo à capacidade expansão térmica do líquido).
• O dispositivo de desaeração do tanque deve ser equipado com:
• Tampa de abastecimento e alívio de pressão;
• Gargalo para abastecimento de líquido com diâmetro
mínimo de abertura de 0,125 polegadas (3 mm),
através de um dos lados do tanque. Este gargalo deve
estar localizado o mais próximo possível do topo do
tanque;
• Chave de desligamento acionada sempre que o líquido
de arrefecimento atingir o seu nível mínimo permitido
(para os motores de 9 litros e superiores);
• Linhas de ventilação conectadas ao tanque numa
altura acima do nível normal do líquido de arrefecimento;
• Um ponto de conexão dedicado para cada uma das
linhas de ventilação. As linhas de ventilação não devem
ser conectadas utilizando-se conexões T.
• A “jaqueta” de arrefecimento do motor e quaisquer pontos
elevados da tubulação do sistema de arrefecimento
devem possuir passagens de ventilação para o tanque
de desaeração. (Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do Tanque”, neste capítulo);
• Os diagramas do projeto de instalação do grupo gerador
devem ser consultados para se determinar a melhor
localização para os ventiladores da “jaqueta” de arrefecimento e dimensões das conexões. (Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do Tanque”, neste capítulo);
• Linhas de ventilação devem manter um fluxo contínuo
para o alto, em direção ao tanque de desaeração. Curvaturas e declives poderão causar o aprisionamento do
ar em bolsões e, portanto, são inaceitáveis. As linhas
de ventilação não devem ser “estranguladas” ou comprimidas em nenhum trecho ao longo do seu caminho.
(Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do Tanque”,
neste capítulo);
• Caso sejam utilizadas válvulas de ventilação que permitem a ventilação para a atmosfera, a capacidade correspondente à queda do nível do líquido de arrefecimento
deverá ser aumentada de 11% para 14% (portanto, a
capacidade total do tanque deverá aumentar de 17% para
20%). (Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do
Tanque”, neste capítulo);
• O sistema de desaeração deve ter capacidade para um
enchimento inicial de, pelo menos, 90% da capacidade
com uma taxa mínima de 5 gpm (20 litros/min), então,
posteriormente, esta capacidade deve ser elevada para
100%.(Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do
Tanque”, neste capítulo);
6 PROJETO MECÂNICO
126
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• O sistema deve ser equipado com uma linha de enchimento com as seguintes características:
(Veja o ítem “Requisitos para Desaeração do Tanque”, neste capítulo).
• A linha deve ser direcionada para a parte de baixo
do tanque de desaeração diretamente para a seção
da tubulação de admissão da bomba de arrefecimento do motor.
• A linha deve fazer um percurso contínuo, sempre
em direção ascendente, desde o tubo de admissão
do motor até o tanque de desaeração.
• Nenhuma outra linha deve ser conectada à linha de
preenchimento.
• Cada grupo gerador deve ter seu próprio sistema de
arrefecimento, completo e dedicado exclusivamente ao
equipamento. Não devem ser conectados múltiplos
grupos geradores a um único sistema de arrefecimento.
(Veja o ítem “Interconexão de Sistemas de Arrefecimento”, neste capítulo).
Recomendações
Todos os tipos de instalações de “trocadores de calor”
• Deve ser dada especial atenção para os materiais dos
quais são feitos os tubos e chapas do trocador de calor
em função da qualidade da água utilizada no sistema
de arrefecimento (água de uso industrial, não necessáriamente água potável”). (Veja o ítem “Trocador de
Calor Montado no Grupo Gerador”, neste capítulo).
Todas os tipos de instalações para os sistemas de
arrefecimento não fornecidos pelo fabricante do grupo
gerador.
• O pós-arrefecimento do tipo ar-ar (em inglês, air-to-air
aftercooling - ATA) ou os sistemas do tipo uma bomba
e dois circuitos (em inglês, 1P2L, “one-pump two-loops”)
não devem ser utilizados em aplicações de arrefecimento remotas. (Veja o ítem “Tipos de Sistemas de
Arrefecimento”, neste capítulo);
• O projeto do sistema de arrefecimento deve ter um
pequeno superdimensionamento equivalente a 115%
da sua capacidade necessária como medida preventiva contra a degradação natural (envelhecimento) do
sistema. Quando o sistema de arrefecimento for limpo
de acordo com os métodos e com a frequência recomendados pelo fabricante, ele sempre deve ser capaz
de atingir 100% da sua capacidade nominal de operação.
Isto é especialmente importante para grupos geradores
instalados em ambientes sujos e empoeirados. (Veja
o ítem “Sistemas de Arrefecimento Não-Fornecidos pelo
Fabricante”, neste capítulo);
• O tanque de desaeração deve ser equipado com um
visor de nível (uma janela de vidro transparente, podendo
ter marcas de graduação) que permita determinar o
nível do líquido de arrefecimento do sistema. (Veja o ítem
“Requisitos do Tanque de Desaeração”, neste capítulo);
• Para os casos nos quais as dimensões dos tubos das
linhas de ventilação não forem especificados no desenhos ou diagramas técnicos para a instalação do
grupo gerador, é recomendável utilizar mangueiras #4
(com diâmetro interno de 0,25" - 6,35 mm) para linhas
de ventilação de comprimentos menores que 12 pés
(3,7 m). Ou mangueiras #6 (com diâmetro interno de
0,375" - 9,5 mm) para linhas de ventilação de comprimentos maiores que 12 pés (3,7m). (Veja o ítem “Requisitos do Tanque de Desaeração”, neste capítulo);
• Devem ser instaladas válvulas de isolamento e de
drenagem para permitir a manutenção do grupo gerador
sem que haja necessidade de esvaziar o sistema de
arrefecimento por completo. (Veja o ítem “Manutenção”,
neste capítulo).
6 PROJETO MECÂNICO
127
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Descritivo
A energia térmica (calor) não aproveitada para geração de
energia e descartada através do sistema de arrefecimento
equivale a aproximadamente 25% da energia total do combustível consumido pelo motor (Veja a Figura 6-14).
O sistema de arrefecimento deve ser projetado e dimensionado para poder lidar com esta grande quantidade de calor,
caso contrátio pode ocorrer superaquecimento e falhas no
sistema.
O sistema de arrefecimento dos grupos geradores “arrefecidos com líquido” funciona por meio do bombeamento de
uma mistura líquida (líquido de arrefecimento) através de
passagens no interior dos cilindros do bloco motor e dos
cabeçotes. O fluxo do líquido de arrefecimento é feito por
meio de uma bomba hidráulica acionada pelo motor.
O sistema de arrefecimento é um sistema fechado, pressurizado e abastecido com uma mistura de água limpa, desmineralizada, e um aditivo anticongelante feito à base de
etileno glicol ou propileno glicol. (Veja o ítem “Líquido de
Arrefecimento”, neste capítulo).
Consulte as seções apropriadas deste capítulo selecionadas
conforme o tipo de sistema de arrefecimento utilizado. A
configuração mais comum de grupo gerador possui um
sistema de arrefecimento já montado no próprio grupo
gerador, original de de fábrica. Sistemas de arrefecimento
que não sejam originais de de fábrica também podem ser
utilizados.
Figura 6-14. Distribuição do calor irradiado para um grupo gerador típico.
Tipos de Sistemas de Arrefecimento
Os motores utilizados para acionar grupos geradores empregam diversos tipos de sistemas de arrefecimento. Em
todos os casos, os motores utilizam um sistema de arrefecimento do tipo “jaqueta”, com circulação de água, para
arrefecer o bloco dos cilindros e os cabeçotes. Além disso,
muitos grupos geradores utilizam sistemas de pós-arrefecimento para resfriar o “ar de combustão” que sai do turbocompressor. Isto mantém as temperaturas do coletor de
admissão dentro dos níveis exigidos para cumprir as normas
técnicas para emissões.
Os sistemas de arrefecimento de grupos geradores incluem:
• Sistemas sem pós-arrefecimento;
• Pós-arrefecimento do tipo “jaqueta água” (JWAC);
• Pós-arrefecimento ar-ar (ATA);
• Uma bomba dois circuitos (1P2L);
• Duas bombas dois circuitos (2P2L).
Para detalhes adicionais sobre o sistema, consulte um
distribuidor Cummins local para ter acesso aos “Boletins
de Aplicação de Engenharia” adequados (AEB's).
Quando um único ventilador é utilizado para refrigerar simultaneamente um radiador de água do tipo “jaqueta” e um
radiador de pós-arrefecimento de baixa temperatura (LTA),
o radiador de pós-arrefecimento deve ser instalado de modo
que possa ter acesso ao fluxo de ar mais frio.
Não se deve utilizar sistemas dos tipos ATA ou 1P2L em
aplicações de arrefecimento remotas.
6 PROJETO MECÂNICO
128
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas sem pós-arrefecimento
Estes motores não exigem pós-arrefecimento para manter
baixas as temperaturas do coletor de admissão. Um sistema
de arrefecimento do tipo “jaqueta água” é utilizado para
refrigerar o bloco de cilindros, cabeçotes e óleo lubrificante.
Sistemas com pós-arrefecimento do tipo
“jaqueta de água” (JWAC - “jacket water
aftercooling”)
Nos sistemas “JWAC”, o mesmo líquido de arrefecimento
utilizado para resfriar o bloco do motor e os cabeçotes é
também utilizado para resfriar o “ar de combustão” que entra
pela parte superior do coletor de admissão. Os fluxos do
líquido de arrefecimento que passam pela “jaqueta” do motor
e pelo pós-arrefecedor são combinados e é utilizada uma
bomba simples para o líquido de arrefecimento do motor.
Este sistema corresponde ao tipo tradicional de sistema
de arrefecimento, onde todo o calor removido do motor pelo
líquido de arrefecimento é dissipado por um radiador externo
simples ou por um trocador de calor.
Sistemas com pós-arrefecimento do tipo ar-ar
(ATA - “air-to-air aftercooling”)
Os sistemas ATA (“air-to-air aftercooling”, ou, pós-arrefecimento do tipo ar-ar) proporcionam uma forma de se atingir
uma temperatura suficientemente baixa de pós-arrefecimento (LTA - “Low Temperature Aftercooling”) necessária
para cumprir as atuais normas e legislações para emissões
de poluentes. O ar do coletor é direcionado para um ou mais
sistemas de refrigeração do tipo ar-ar montados no radiador.
Veja a Figura 6-15.
Estes sistemas não são recomendados para equipamentos
que necessitem de sistemas remotos de arrefecimentos.
Há duas razões para isso:
• Todo o sistema de tubulações e o radiador funcionam
submetidos à pressão do turbocompressor (que pode
exceder 40 psi, ou 276 kPa, dependendo do motor).
• O comprimento do tubo de ar que vai até o radiador e
e retorna pode causar um lapso de tempo que afeta o
desempenho do turbocompressor e pode resultar em
pulsos de pressão que impedem um desempenho
apropriado do motor.
Sistemas de arrefecimento do tipo “uma-bomba
dois-circuitos” (1P2L, “one-pump two-loops”)
Outra configuração utilizada para se atingir uma temperatura
suficientemente baixa de pós-arrefecimento (LTA - “Low
Temperature Aftercooling”) é denominada sistema 1P2L
(“one-pump two-loops”). Estes sistemas utilizam dois circuitos
de arrefecimento e duas colméias de radiador, entretanto,
utilizam apenas uma única bomba hidráulica para o líquido
de arrefecimento. Em geral, estes sistemas não são recomendados para aplicações de arrefecimento “remotas” devido
à dificuldade de obter fluxos de líquido de arrefecimento
equilibrados e um resfriamento apropriado de cada um dos
circuitos.
Figura 6-15. Instalação típica de um sistema de pós-arrefecimento do tipo ar-ar (ATA).
(O sistema da “jaqueta de água” foi omitido do desenho para permitir a
apresentação de maiores detalhes).
6 PROJETO MECÂNICO
129
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas de arrefecimento do tipo “duas-bombas
dois-circuitos” (2P2L, “two-pumps two-loops”)
E ainda, outra configuração utilizada para se atingir uma
temperatura suficientemente baixa de pós-arrefecimento
(LTA - “Low Temperature Aftercooling”) é denominada sistema
2P2L (“two-pumps two-loops”). Veja a Figura 6-16, onde é
apresentado o diagrama de um sistema 2P2L típico.
Estes sistemas utilizam dois circuitos de arrefecimento completamente separados, duas colméias de radiador, duas
bombas para líquido de arrefecimento e os líquidos de
arrefecimento que percorrem cada um dos circuitos estão
completamente separados um do outro. Um dos circuitos
resfria o bloco do motor e o cabeçote do cilindro. O outro
circuito resfria o ar de combustão aspirado pelo turbocompressor. Para sistemas de arrefecimento remotos, os
motores que utilizam este sistema necessitam de duas
colméias de radiador separadas ou dois trocadores de calor
separados. Cada uma terá suas próprias especificações
para temperatura de operação, restrições para os valores
de pressão em seu interior, eliminação de calor, etc.
Os sistemas 2P2L (“two-pumps two-loops”) devem possuir
uma válvula de desvio termostática e um circuito de desvio
com a finalidade de que se possa regular a temperatura no
coletor de admissão.
Existem alguns tipos de grupos geradores que são equipados com um tipo específico de sistema de arrefecimento
que é denominado como “2P2L”, todavia, estes sistemas
não possuem dois circuitos verdadeiramente separados.
Estes sistemas utilizam uma bomba hidráulica para o líquido
de arrefecimento com dois propulsores. Devido ao pequeno
fluxo de transferência de líquido de arrefecimento proporcionado por esta bomba, o sistema deve usar um tanque
de desaeração ou dois tanques conectados. Isto é
necessário para manter estáveis os níveis do líquido de
arrefecimento em cada um dos circuitos. (Veja o ítem
“Requisitos para o Tanque de Desaeração”, neste capítulo).
Figura 6-16. Fluxo do líquido de arrefecimento em um sistema do tipo 2P2L (“two-pumps
two-loops”) com a válvula termostática LTA fechada.
6 PROJETO MECÂNICO
130
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas de arrefecimento fornecidos
pelo fabricante do grupo gerador
(“originais de fábrica”)
Sistemas de arrefecimento fornecidos pelo fabricante do
grupo gerador (ou, “originais de fábrica”) podem incluir tanto
radiadores como trocadores de calor. A maior vantagem
obtida ao se instalar um grupo gerador com um sistema de
arrefecimento “original de fábrica” é o fato de que uma quantidade significativa dos trabalhos de projeto e instalação já
está pronto. Clientes que necessitam instalar um sistema
de arrefecimento remoto tem que levar em consideração
muitos detalhes e requisitos que, no caso dos sistemas
“original de fábrica”, já estão satisfeitos.
Uma segunda vantagem dos sistemas “originais de fábrica”,
é que eles são testados por, meio de protótipos, para verificação geral do seu desempenho.
Radiador montado no próprio grupo gerador
Um grupo gerador construído com um radiador próprio já é
provido com um sistema integrado de arrefecimento e ventilação. Veja a Figura 6-17. Em geral, o ventilador do radiador
é acionado mecanicamente pelo motor do grupo gerador.
Ventiladores elétricos também são utilizados em algumas
aplicações.
Um importante requisito para um radiadores montados nos
grupos geradores é de que sejam capazes mover volumes
relativamente grandes de ar ao redor da área do grupo gerador.
Deve ser deslocado um volume de ar suficientemente grande
para dissipar o calor emitido pelo equipamento e também
para prover o suprimento de ar para a queima do combustível.
Este requisito pode exigir que o sistema seja capaz de
deslocar um grande fluxo de ar, e pode levar à decisão de
se utilizar um sistema de arrefecimento remoto. No entanto,
mesmo que um sistema de arrefecimento remoto seja
utilizado, o fluxo de ar necessário para dissipar o calor e
fornecer um volume suficiente de ar para a combustão é
significativo, e, um sistema adequado de ventilação ainda
será necessário. Para detalhes adicionais consulte a seção
“Ventilação”, neste manual.
Para os sistemas nos quais o radiador esteja montado no
próprio grupo gerador, o ventilador do motor irá, frequentemente, proporcionar um volume de ventilação suficiente,
eliminando a necessidade de dispositivos adicionais e
outros sistemas de ventilação.
Figura 6-17. Radiador de arrefecimento “original de fábrica” montado diretamente sobre
o grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Trocador de calor montado no próprio grupo
gerador
Os equipamentos denominados “trocadores de calor” funcionam removendo o calor gerado no motor por meio do
líquido de arrefecimento que circula em um circuito fechado.
Em seguida, este calor é transferido para outro curcuito por
onde circula “água de uso industrial” proveniente de uma
fonte adequada. O motor, a bomba hidráulica para o líquido
de arrefecimento e o trocador de calor formam um sistema
de arrefecimento pressurizado e fechado. Para maiores
detalhes, veja a Figura 6-18. O líquido de arrefecimento do
motor e a “água de uso industrial” jamais se misturam. Cada
um dos circuitos por onde estes fluídos circula é isolado
um do outro, havendo apenas contato térmico entre eles.
Este tipo de sistema deve satisfazer às seguintes condições:
• O sistema deve proporcionar um fluxo adequado de
“água de uso industrial”, assim como, as pressões e
temperaturas no seu interior devem estar em conformidade com os valores especificados na “Folha de
Dados Técnicos” do grupo gerador.
• A “água de uso industrial” deve ser protegida contra o
congelamento.
• Normas técnicas locais devem ser consultadas antes
de projetar e/ou instalar o sistema que coleta a “água
de uso industrial” de alguma fonte pública de fornecimento de água e, posteriormente, descarta esta água
para a rede pública de esgotos, para um rio ou qualquer
outra fonte pública de coleta de água servida.
• O sistema deve ser provido de um sistema de ventilação com capacidade suficiente para atender às suas
necessidades de dissipação de calor.
• Deve ser dada especial atenção às características e
aos materiais utilizados nas tubulações e chapas do
trocador de calor, considerando-se a qualidade (pureza,
contaminantes, etc ) da “água de uso industrial” utilizada no sistema de arrefecimento.
• As possíveis fontes para captação de “água de uso
industrial” utilizada no trocador de calor incluem: fontes
públicas de fornecimento (locais, municipais), rios, lagos,
poços artesianos, torres de resfriamento, etc.
• Caso se opte pelo uso de torres de resfriamento, o
projeto e instalação do sistema exigirá um suporte
extensivo dos fornecedores dos equipamentos e de
engenheiros consultores.
O uso de um trocador de calor para o arrefecimento de um
grupo gerador elimina a necessidade do uso de um ventilador
destinado ao arrefecimento. O recinto do equipamento irá,
portanto, necessitar apenas de um sistema de ventilação
de grande capacidade para remover o calor do recinto e
fornecer ao motor o volume de ar necessário para o processo
de combustão. Para detalhes adicionais, veja a seção
“Ventilação”, neste manual .
Trocadores de calor são projetados para trabalhar utilizando
um suprimento constante de água limpa (“água de uso industrial”) à uma temperatura específica. A qualidade da “água
de uso industrial” deve ser levada em consideração quando
forem especificadas as características do trocador de calor
durante o projeto do sistema, pois a presença de impurezas
na água pode levar à degradação do material do qual é feito
o trocador de calor e conseqüente redução de sua vida útil.
Em algumas circunstâncias pode ser necessário que o trocador de calor seja fabricado com materiais do mais alto
grau de qualidade.
Considerações adicionais quanto ao circuito hidráulico por
onde circula a “água de uso industrial” no trocador de calor:
• Pode ser utilizada uma válvula termostática para controlar
o fluxo de água em função da temperatura do líquido
de arrefecimento.
• Pode ser utilizada uma válvula de desligamento, acionada por bateria, do tipo NF (normalmente fechada),
para interromper o fluxo de água sempre que o grupo
gerador não estiver em funcionamento (energia da
bateria não deve ser utilizada para manter a válvula
fechada, é por este motivo que a válvula deve ser NF).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-18. Trocador de calor montado diretamente sobre o grupo gerador.
Cálculos (exemplo)
Deve haver um fluxo suficientemente grande de “água de
uso industrial” para absorver o calor removido do motor pelo
líquido de arrefecimento, conforme o indicado na “Folha de
Dados Técnicos” do grupo gerador.
O fluxo de fornecimento de água bruta necessário é determinado pelo seguinte:
RWR =
15.340 BTU/min.
= 128 galões/min.
(15°F)(8 BTU/°F.galões)
! T).(c)
RWR = HR / (!
ou:
onde:
RWR = Fluxo de água requisitado, galões/min. (litros/min.);
HR = Calor rejeitado pelo sistema de resfriamento do
motor, BTU/min. (kJ/min.);
!T =
Aumento de temperatura da água através da
colméia do trocador de calor, °F (°C);
c=
Calor específico da água, 8 BTU/°F/galão (ou,
4kJ/°C/litro).
Por exemplo, assuma que a “Folha de Dados Técnicos” do
grupo gerador indica que o grupo rejeita 15.340 BTU/minuto
(16.185 kJ/minuto) e a temperatura de admissão da água
bruta é de 80°F (27°C). Assuma também que a água bruta
é descartada em um rio próximo e as normas locais restringem
este descarte para temperaturas até 95°F (35°C).
RWR =
16.185 kJ/min. = 506 litros/min.
(8°C)(4 kJ/°C.litro)
Lembre-se que trocadores de calor possuem requisitos
mínimos de fluxo, que devem ser atendidos (listados na
“Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador).
Estes requisitos devem ser cumpridos, mesmo que os
cálculos acima indiquem que um fluxo de menor intensidade é suficiente.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas de arrefecimento não
fornecidos pelo fabricante do
grupo gerador
Para os sistemas de arrefecimento que não são fornecidos
pelo fabricante do grupo gerador, existem muitos detalhes
do projeto que devem ser avaliados. Normalmente, isso não
seria necessário para os sistemas de arrefecimento fornecidos pelo fabricante do grupo gerador (“originais de fábrica”)
Estes detalhes incluem (mas não estão limitados aos ítems
listados abaixo):
•
•
•
•
Tipo de sistema de arrefecimento a ser usado;
Sistema de arrefecimento do combustível;
Sistemas de desaeração, ventilação, etc.;
Instalações que são arrefecidas remotamente devem
possuir um eficiente sistema de ventilação no recinto
do grupo gerador .
Sistemas de arrefecimento remotos são frequentemente
utilizados quando não é viável se obter um fluxo de ar para
ventilação suficientemente intenso para o radiador montado
diretamente no grupo gerador. Os sistemas de arrefecimento
remotos não eliminam totalmente a necessidade de um sistema de ventilação no recinto do grupo gerador, todavia
podem fazer com que seja necessário um sistema de menor
capacidade. Seja como for, o grupo gerador ainda irá emitir
calor para os arredores e este calor deve ser removido. Para
detalhes adicionais veja a seção “Ventilação”, neste manual.
As características dos sistemas de arrefecimento remotos
incluem:
• Capacidade para captar os volumes necessários de
ar, à temperatura ambiente, para refrigerar a colméia
do radiador;
• Flexibilidade no projeto do recinto para o grupo gerador;
• Projeto de instalação que permita uma capacidade otimizada para os serviços de manutenção.
Estabelecimento de uma metodologia para o
uso de um sistema de arrefecimento remoto
Os radiadores remotos (tanto aqueles utilizados em conjunto
com a bomba padrão para o líquido de arrefecimento do motor
quanto os utilizados em conjunto com uma bomba auxiliar
para o líquido de arrefecimento) e trocadores de calor podem
ser utilizados para arrefecer remotamente o grupo gerador.
Em geral, a escolha por qual tipo de equipamento será utilizado é determinada pelas limitações relacionadas à pressão
máxima que pode ser produzida pela bomba hidráulica que
impele o líquido de arrefecimento do motor (“static head”),
bem como pela perda de pressão do líquido de arrefecimento
do motor através do circuito hidráulico (“friction head”). Estas
dados estão especificados na “Folha de Dados Técnicos”
do Grupo Gerador. Como exemplos, veja os dados apresentados nas figuras: Figura 6-19 e Figura 6-20.
Os radiadores remotos são convenientes porque eles não
necessitam de um fluxo contínuo de “água de uso industrial”
que os trocadores de calor normalmente precisam. Todavia,
os radiadores remotos são, em geral, técnicamente inviáveis
pois pode haver a necessidade de que eles sejam posicionados à uma distância significativa do grupo gerador para
que possam ter acesso a um fluxo contínuo de ar fresco.
Em geral, isto pode levar a uma violação dos limites estabelecidos para o valor da pressão do líquido de arrefecimento
do motor gerada pela bomba hidráulica do sistema de
arrefecimento (“Static Head”), assim como para o valor da
perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao
longo do circuito hidráulico do sistema de arrefecimento
(“Friction Head”).
Caso a instalação de um radiador remoto viole os limites
estabelecidos para o valores da pressão do líquido de arrefecimento do motor gerada pela bomba hidráulica do
sistema de arrefecimento (“Static Head”) ou para o valor da
perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao
longo do circuito hidráulico do sistema de arrefecimento
(“Friction Head”), pode-se utilizar um trocador de calor.
É preciso levar em consideração que um trocador de calor
irá necessitar de um fornecimento contínuo de “água de uso
industrial” que obedeça aos requisitos estabelecidos para
os valores de fluxo, temperatura e pressão. O trocador de
calor deverá ser instalado em um local e de tal modo que
obedeça simultaneamente aos limites estabelecidos para
o valor da pressão do líquido de arrefecimento do motor
gerada pela bomba hidráulica do sistema de arrefecimento
(“Static Head”), assim como para o valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao longo do circuito
hidráulico do sistema de arrefecimento (“Friction Head”).
As especificações quanto às características “água de uso
industrial” utilizada pelo trocador de calor também deverão
ser obedecidas.
Veja os ítems “Trocador de calor montado no próprio grupo
gerador” e “Trocador de calor remoto”, neste capítulo.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-19. “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador DFXX apresentando o “Valor Máximo
da Pressão” do líquido de arrefecimento do motor gerada pela bomba hidráulica do
sistema de arrefecimento (“Maximum Coolant Static Head”).
Figura 6-20. “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador DFXX apresentando o “Valor Máximo da
Perda de Pressão” do líquido de arrefecimento do motor ao longo do circuito hidráulico
do sistema de arrefecimento (“Maximum Coolant Friction Head”).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Determinação do valor máximo da pressão gerada pela bomba hidráulica do sistema de arrefecimento
do motor (“Static Head”)
O termo “Static Head” refere-se à pressão hidráulica estática gerada pela bomba de líquido de arrefecimento do motor e à sua
variação devido à altura relativa do sistema de arrefecimento remoto. O valor correspondente ao “Static Head” corresponde
simplesmente a diferença, em altura, entre o ponto mais alto do sistema de arrefecimento e a linha de centro do virabrequim do
motor. Considere o exemplo mostrado na Figura 6-21. Observando-se a “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador DFXX,
mostrada na Figura 6-19, pode-se constatar que esta distância vertical deve ser menor ou igual à 60 pés (18,3 metros).
Figura 6-21. Exemplo de um sistema equipado com radiador remoto.
Determinação do valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao longo do seu circuito
hidráulico (“Friction Head”)
O valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor (“Friction Head”) corresponde às perdas que ocorrem ao longo
da tubulação do líquido de arrefecimento, válvulas, colméia do radiador, trocador de calor ou quaisquer outros dispositivos que
façam parte do sistema de arrefecimento instalado na parte externa do motor. Podem ser feitos cálculos para estimar este valor.
Este cálculo envolve a determinação das perdas de pressão causadas por cada componente individual do sistema, e então, pela
adição de todas as perdas de pressão para se obter o valor total da perda de pressão (“Friction Head”). Veja o exemplo a seguir:
1. Determine a perda de pressão no radiador ou trocador de calor consultando os dados técnicos fornecidos pelo fabricante.
Por exemplo, suponha que um radiador remoto deve ser instalado e que a queda de pressão através do radiador é de
1,5 psi (10,3 kPa) para um fluxo de 196 gpm (741,9 litros/min.).
2. Determine o comprimento total de toda a tubulação “reta” do líquido de arrefecimento no sistema. Para este exemplo,
suponha que há uma tubulação reta de 80 pés (24,4 m) com 3 pol. (80 mm) de diâmetro.
3. Determine os comprimentos equivalentes “estimados” para todos os conectores e válvulas usando a Tabela 6-3 e some
ao comprimento total da “tubulação reta”. Para este exemplo, suponha que há três conectores do tipo cotovelo longos
de 90°, duas válvulas do tipo “gaveta” usadas para isolar o radiador durante eventuais manutenções do motor e um
conector “T” para conectar a linha de preenchimento.
Componente
Comprimento Equivalente, pés (m)
3 conexão tipo cotovelo, longas, 90°
2 válvulas tipo “gaveta” (abertas)
1 conexão “T” (Passagem direta)
80 pés (24,4 m) de “Tubulação Reta”
3 x 5,2 pés = 15,6 pés (3 x 1,6 m = 4,8 m)
2 x 1,7 pés = 3,4 pés (2 x 0,5 m = 1,0 m)
5,2 pés (1,6 m)
80 pés (24,4 m)
Comprimento Equivalente - Total da Tubulação
104,2 pés (31,8 m)
6 PROJETO MECÂNICO
136
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
4. Determine o valor da perda de pressão para um fluxo
de determinada intensidade, calculado por unidade de
comprimento da tubulação, em função do diâmetro nominal da tubulação utilizada no sistema. Neste exemplo,
é utilizada uma tubulação com diâmetro nominal de 3 pol.
(80 mm). Do gráfico na Figura 6-23, pode-se determinar
que uma tubulação com diâmetro interno de 3 polegadas
(80 mm) causa uma perda de pressão de aproximadamente 4,0 psi para cada 100 pés de tubulação (ou seja,
28 kPa para 30m) para um de fluxo do líquido de arrefecimento equivalente à 196 galões/min (741,9 l/min).
O valor necessário para o fluxo do líquido de arrefecimento pode ser obtido na “Folha de Dados Técnicos”
do grupo gerador, como mostra a Figura 6-22.
5. A perda de pressão na tubulação é calculada como:
Perdas na tubulação: 104,2 pés • (4,0 psi) = 4,2 psi
100 pés
ou:
Perdas na tubulação: 31,8 m • (28kPa) = 29,7 kPa
30 m
6. A perda total de pressão (“Friction Head”) corresponde
à soma das perdas na tubulação e no radiador:
Perda total = 4,2 psi + 1,5 psi = 5,7 psi
Perda total = 29,7 kPa + 10,3 kPa = 40 kPa
1/2
(15)
3/4
(25)
Cotovelo padrão 90°
ou conexão “T” reduzida
Cotovelo longo 90°
ou conexão “T” reduzida
Cotovelo 45°
1.5
(0.5)
1.0
(0.3)
0.8
(0.2)
3.5
(1.1)
3.1
(0.9)
3.7
(1.1)
3.8
(1.2)
16
(4.9)
8.3
(2.5)
0.4
(0.1)
2.1
(0.6)
1.4
(0.4)
1.0
(0.3)
4.8
(1.5)
4.0
(1.2)
4.9
(1.5)
5.0
(1.5)
21
(6.4)
11.5
(3.5)
0.5
(0.2)
Conexão “U”
Conexão “T”,
entrada ou saída
Válvula de checagem da
bomba e filtro
Válvula “borboleta” de
checagem, tot. aberta
Válvula de esfera
totalmente aberta
Válvula tipo “diagonal”
totalmente aberta
Válvula tipo “gaveta”
totalmente aberta
Tabela 6-3.
• Reposicionar o grupo gerador e/ou radiador/trocador
de calor para reduzir a distância entre eles.
• Utilizar tubos de maior diâmetro para conduzir o líquido
de arrefecimento .
• Refazer o projeto do sistema para que haja uma menor
quantidade de dobras e curvas na tubulação.
• Instalar uma bomba auxiliar para fazer circular o líquido
de arrefecimento.
No caso do exemplo da “Folha de Dados Técnicos” do grupo
gerador DFXX, apresentada na Figura 6-20, o valor da perda
de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao longo
do seu circuito hidráulico (“Friction Head”) equivale à 10 psi
(68,9 kPa). Dado que o valor calculado é menor que o valor
máximo permitido, o projeto do sistema pode ser considerado adequado. Os parâmetros calculados para o projeto
deverão ser testados experimentalmente na instalação do
sistema.
Recomenda-se entrar em contato com um distribuidor local
da Cummins para que se tenha acesso aos procedimentos
adequados de verificação do sistema, descritos nos Boletins
de Engenharia de Aplicação (AEBs).
ou:
Tipo de conexão
Depois de calculado “o valor da perda de pressão do líquido
de arrefecimento do motor ao longo do seu circuito hidráulico”
(“Friction Head”) ele pode ser comparado com o valor listado
na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador. Caso o valor
calculado exceda o valor máximo permitido poderão ser
necessários alguns ajustes que podem incluir:
Dimensões nominais da tubulação - Polegadas (milímetros)
1
1-1/4
1-1/2
2
2-1/2
3
4
5
(25)
(35)
(45)
(50)
(45)
(80)
(100)
(125)
2.6
(0.8)
1.6
(0.5)
1.3
(0.4)
6.0
(1.8)
5.6
(1.7)
7.5
(2.3)
6.5
(2.0)
26
(7.9)
15
(4.6)
0.6
(0.2)
3.5
(1.1)
2.4
(0.7)
1.6
(0.5)
8.5
(2.6)
7.2
(2.2)
8.9
(2.7)
9.0
(2.7)
39
(11.9)
18
(5.5)
0.8
(0.2)
4.3
(1.3)
2.7
(0.8)
1.9
(0.6)
9.9
(3.0)
9.0
(2.7)
11
(3.4)
10
(3.0)
45
(13.7)
22
(6.7)
1.0
(0.3)
5.5
(1.7)
3.5
(1.1)
2.5
(0.8)
13
(4.0)
12
(3.7)
15
(4.6)
13
(4.0)
55
(16.8)
27
(8.2)
1.2
(0.4)
6.5
(2.0)
4.2
(1.3)
3.0
(0.9)
15
(4.6)
14
(4.3)
18
(5.5)
15
(4.6)
67
(20.4)
33
(10.1)
1.4
(0.4)
8.0
(2.4)
5.2
(1.6)
3.8
(1.2)
18
(5.5)
17
(5.2)
22
(6.7)
19
(5.8)
82
(25.0)
41
(12.5)
1.7
(0.5)
11
(3.4)
7.0
(2.1)
5.0
(1.5)
24
(7.3)
22
(6.7)
29
(8.8)
26
(7.9)
110
(33.5)
53
(16.2)
2.3
(0.7)
14
(4.3)
9.0
(2.7)
6.3
(1.9)
31
(9.4)
27
(8.2)
36
(11.0)
33
(10.1)
140
(42.7)
70
(21.3)
2.9
(0.9)
5
(150)
16
(4.9)
11
(3.4)
7.5
(2.3)
37
(11.3)
33
(10.1)
46
(14.0)
40
(12.2)
165
(50.3)
85
(25.9)
3.5
(1.1)
Equivalência de comprimentos para conectores de tubulações e válvulas em polegadas (metros).
Os funcionários da Cummins podem acessar o Relatório Técnico Cummins 9051-2005-005 para obter mais
informações documentadas sobre estes valores.
6 PROJETO MECÂNICO
137
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Requisitos gerais para todos os sistemas de arrefecimento não fornecidos pelo fabricante do
grupo gerador (“NÃO originais de fábrica”)
Independente do tipo de sistema do arrefecimento utilizado para arrefecer o grupo gerador, os seguintes requisitos e recomendações se aplicam. O primeiro requisito de projeto é fazer com que o valor da temperatura de saída do líquido de arrefecimento
do motor seja limitada conforme o valor da “Temperatura Máxima do Tanque Superior” especificado na “Folha de Dados
Técnicos” do grupo gerador. Os valores de “Dissipação de Calor para o Líquido de Arrefecimento” e “Fluxo de Líquido de
Arrefecimento” estão também especificados na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador, e, toda esta informação será
necessária para selecionar um radiador ou trocador de calor adequados.
• O sistema de arrefecimento deve ser projetado para limitar a temperatura de saída do líquido de arrefecimento do motor
conforme o valor da “Temperatura Máxima do Tanque Superior” especificado na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador.
• Os sistemas de “Pós-Arrefecimento de Baixa Temperatura” (LTA - “Low Temperature Aftercooling”) devem satisfazer
aos requisitos dos circuitos de pós-arrefecedor especificados na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador.
• A pressão na saída da bomba hidráulica que impele o líquido de arrefecimento do motor deve sempre ter um valor positivo
(ou seja, não deve haver refluxo). Caso a bomba hidráulica não consiga gerar uma pressão “suficientemente positiva”,
ou seja, caso o valor da pressão na saída da bomba seja negativo isto pode levar ao efeito de cavitação nas palhetas
da bomba e a uma falha do sistema.
• No projeto e dimensionamento do sistema de energia baseado no grupo gerador, deve ser levado em consideração o
consumo (as cargas) como: o ventilador para o radiador remoto, ventiladores, bombas hidráulicas para o líquido de
arrefecimento do motor e demais acessórios/equipamentos que sejam necessários para o sistema de arrefecimento.
• O sistema de arrefecimento deve ser projetado e dimensionado com uma capacidade equivalente à 115% da expectativa
de consumo energia e capacidade de refrigeração. Este requisito é uma medida preventiva contra a degradação natural
(envelhecimento) do sistema. Sempre que o sistema de arrefecimento for limpo de acordo com os procedimentos e com
a frequência recomendados pelo fabricante, a sua capacidade de 100% de refrigeração deve estar disponível. Isto é
particularmente importante nos casos em que os grupos geradores sejam instalados em ambientes sujos ou empoeirados.
Figura 6-22. “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador DFXX apresentando o “Valor do fluxo
do líquido de arrefecimento do motor”.
6 PROJETO MECÂNICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-23. Perda de pressão por “fricção hidráulica”, no interior das tubulações, em função dos
diâmetros dos tubos expressos em polegadas (milímetros).
Os funcionários da Cummins podem acessar o Relatório Técnico Cummins 9051-2005-005 para
obter mais informações documentadas sobre estes valores.
6 PROJETO MECÂNICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Conexões e tubulação do sistema de
arrefecimento do motor
É extremamente importante que seja utilizada o tipo de tubulação correta nos sistemas de arrefecimento remoto para
os motores de grupos geradores. O líquido de arrefecimento
deve ser capaz de fluir através de todos os tubos e demais
equipamentos como o radiador e/ou trocador de calor externos
à jaqueta de arrefecimento do motor. A fricção hidráulica (atrito
hidráulico) gerada por este fluxo ou à resistência ao mesmo
deve ser cuidadosamente avaliada pois prejudica o desempenho da bomba hidráulica que impele o líquido de arrefecimento do motor e o fluxo do mesmo através da “jaqueta”
de arrefecimento do motor.
A “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador apresenta
separadamente, em seus dados, as restrições referentes ao
fluxo do líquido de arrefecimento do motor em duas condições de restrição externas distintas. Isto é feito com o objetivo de exemplificar para o projetista do sistema a relação
entre o fluxo do líquido de arrefecimento e restrições externas,
e, eliminar a necessidade de que sejam feitas “estimativas”
(“quase adivinhação”) durante a realização de um projeto.
Os seguintes requisitos de aplicam às conexões e tubulação
do sistema de arrefecimento do motor:
• Valores máximos permitidos para a pressão do líquido
de arrefecimento do motor gerada pela bomba hidráulica
do sistema de arrefecimento (“Static Head”), assim como
para o valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento do motor ao longo do circuito hidráulico do sistema
de arrefecimento (“Friction Head”) para cabeçote estático e de fricção do líquido de arrefecimento não devem
ser excedidos. Veja o ítem “Estabelecimento de uma
metodologia para o uso de um sistema de arrefecimento remoto”, neste capítulo.
• A tubulação do líquido de arrefecimento localizada na
parte externa do motor deve possuir diâmetro igual ou
maior do que os diâmetros das conexões de admissão
e de saída do motor.
• A tubulação do líquido de arrefecimento localizada na
parte externa do motor e as respectivas conexões devem
ser limpas antes de serem conectadas ao grupo gerador.
• O projeto deve levar em consideração a expansão e
contração térmica das tubulações para o líquido de
arrefecimento do motor.
• As tubulações para o líquido de arrefecimento do motor
devem ser projetadas de modo apropriado, utilizandose tubos de aço rígido ou tubos que atendam à especificação ANSI Schedule 40. Devem ser consideradas
exceções à esta regra as conexão que atendam aos
requisitos especificados abaixo.
• As conexões entre um grupo gerador e um sistema
remoto de refrigeração devem ser projetadas para
suportar as pressões e temperaturas usuais do líquido
de arrefecimento.
• As conexões devem também suportar as vibrações
causadas pelo funcionamento e pelo movimento do motor
durante a sua partida e o seu desligamento. Devem ser
utilizadas conexões flexíveis de aço inoxidável ou mangueiras com braçadeiras duplas.
• Caso sejam utilizadas mangueiras de conexão elas
devem obedecer à norma técnica SAE J20R1 ou equivalente, e, estar em conformidade com a classificação
para uma pressão de ruptura de, pelo menos, 75 psi
(518 kPa) e suportar temperaturas no intervalo entre
-40°F (-40°C) até 250°F (121°C). Nas aplicações em
que for utilizado um “radiador elevado” recomenda-se
o uso de mangueiras capazes de suportar uma pressão
de ruptura de, pelo menos, 100 psi (691kPa).
• A mangueira conectada à bomba do líquido de arrefecimento do motor no lado por onde é feita a sucção deve
resistir a estrangulamentos, contrações, dobras ou colapsos. As mangueiras fabricadas conforme a norma SAE
J20R1 atendem a estas especificações para motores
diesel de carga pesada.
• As conexões da mangueira do líquido de arrefecimento
devem ser fixadas com parafusos do tipo “T” ou com
braçadeiras de torque constante. Braçaceiras com
parafusos de aperto do tipo “rosca sem fim” não são
adequados. Caso seja utilizada uma tubulação de aço
rígido, ela deve ser fixada por meio de buchas.
Radiadores remotos
A utilização de um radiador remoto para arrefecer um grupo
gerador exige um projeto cuidadoso. Veja na Figura 6-24 o
exemplo de um sistema com um radiador montado verticalmente e na Figura 6-25 um radiador montado na horizontal.
A localização de um radiador remoto tem um efeito significativo
no desempenho de um equipamento para geração de energia.
Por exemplo, as temperaturas sobre ou sob uma laje (por
exemplo, em um estacionamento) podem ser significativamente maiores do que as temperaturas mensuradas pelos
métodos meteorológicos convencionais e, este fato deve ser
levado em consideração. Em geral, a temperatura no interior
de um radiador do tipo “núcleo preenchido com ar” ou “colméias preenchidas com ar”(“air-on-core”) pode ser muito
diferente da temperatura no ambiente que circunda o radiador.
Veja o ítem “Altitude e Temperatura Ambiente”, neste capítulo.
A direção predominante dos ventos também deve ser levada
em consideração no projeto e instalação de um radiador remoto.
Pode ser necessário o uso de paredes defletoras para evitar
que os ventos no local da instalacão se oponham ao fluxo
de ar gerado pelo ventilador de arrefecimento. No caso de
radiadores remotos instalados sobre ou sob lajes, os ventos
podem ser muito intensos e a sua direção pode ser totalmente imprevisível devido à presença de estruturas vizinhas.
As condições do local da instalação de um radiador remoto
devem ser levadas em consideração sempre que um radiador
for selecionado. Radiadores cujas colméias tenham uma grande densidade de aletas (grande número de aletas por polegada
ou por metro) não são considerados aceitáveis para utilização em ambientes sujos (empoeirados, arenosos, etc).
A sujeira podem facilmente ficar presa nas colméias de um
radiador que tenha um espaçamento muito justo entre as
aletas e isso pode influenciar negativamente no desempenho
do radiador. O uso de um radiador com um espaçamento
maior entre as aletas permitirá que todo tipo de sujeira (areia,
pequenas partículas, etc.) consigam passar através da
colméia sem que fiquem presas.
6 PROJETO MECÂNICO
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Figura 6-24. Sistema típico de um radiador remoto.
Figura 6-25. Exemplo de um radiador remoto horizontal.
6 PROJETO MECÂNICO
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Trocadores de calor remotos
Um trocador de calor remoto pode ser utilizado como alternativa para a instalação de um radiador remoto. Os detalhes da
instalação e os requisitos são os mesmos que os especificados para um trocador de calor montado diretamente no grupo
gerador. Veja o ítem “Trocador de calor montado no próprio grupo gerador”, neste capítulo.
Sistemas de trocadores de calor “duplos” (“dual heat exchangers”)
O uso de sistemas equipados com trocadores de calor “duplos” (veja a Figura 6-26) é recomendado apenas nos casos em
que for absolutamente necessário isolar o motor do grupo gerador de seu respectivo sistema de arrefecimento remoto. Estas
situações ocorrem nos casos em que são ultrapassados (excedidos) os valores limite para a pressão do líquido de arrefecimento
do motor gerada pela bomba hidráulica do sistema de arrefecimento (“Static Head”). Sistemas deste tipo são difíceis de serem
projetados e de serem implementados, especialmente nos casos nos quais um radiador é utilizado para arrefecer a “água de
uso industrial” que circula pelo trocador de calor. Normalmente, em situações específicas como estas, o radiador deveria ser
consideravelmente maior do que o habitual e, provavelmente, um trocador de calor “original de fábrica” seria inadequado.
Figura 6-26. Sistema de trocador de calor “duplo” (com radiador remoto secundário).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Requisitos para o tanque de desaeração
O ar aprisionado no líquido de arrefecimento pode causar
sérios problemas ao sistema, entre eles:
• O ar aprisionado no líquido de arrefecimento acelera a
erosão das passagens de água que, em consequência,
causa problemas para a transferência de calor e para
o de fluxo interno do líquido de arrefecimento através
de seu circuito. Estes problemas aumentam a probabilidade de que ocorram falhas como: diversos tipos de
desgaste no interior das camisas dos cilindros do motor
(“liner scoring”), desgaste dos anéis de vedação dos
cilindros do motor, e rachaduras/quebras nos cabeçotes
dos cilindros.
• O ar aprisionado no líquido de arrefecimento reduz a
quantidade de calor transferida para o líquido de arrefecimento.
• Quando aquecido, o ar aprisionado no líquido de arrefecimento se expande mais do que o próprio líquido de
arrefecimento e pode causar a perda de líquido de
arrefecimento pelo sistema.
• Em casos extremos, o ar aprisionado no líquido de
arrefecimento pode fazer com que haja perda de líquido
de arrefecimento através da bomba principal, resultando
em sérios danos ao motor.
O processo normal de funcionamento do grupo gerador pode
fazer com que seja introduzida uma certa quantidade de ar
no interior do sistema de arrefecimento. Demais processos
que também podem fazer com que haja o aprisionamento
de ar no interior do sistema de arrefecimento incluem:
•
•
•
•
•
Sistema de ventilação inadequado;
Turbulência no interior do tanque de desaeração;
Defeitos nas juntas de conexão do circuito hidráulico;
Defeitos no selo da bomba de líquido de arrefecimento;
Vazamentos nos mangotes dos injetores (“injection
sleeves”);
• O sistema de arrefecimento deve expurgar, “de maneira
observável”, o ar aprisionado em seu interior num intervalo de tempo de até 25 minutos após o sistema entrar
em funcionamento e do preenchimento do sistema pelo
líquido de arrefecimento.
Os sistemas de arrefecimento com sistema de “desaeração
positiva” utilizam um tanque vedado para proporcionar um
local para a desaeração de líquido de arrefecimento. Para
maiores detalhes sobre quais grupos geradores necessitam
de um sistema de “desaeração positiva”, recomenda-se entrar
em contato um distribuidor Cummins local para se ter acesso
aos “Boletins de Engenharia de Aplicação” apropriados.
Os tanques de desaeração do sistema de arrefecimento são
utilizados para remover o ar aprisionado dentro deste sistema.
Estes tanques funcionam fazendo com que haja o desvio
de uma parte do fluxo total do líquido de arrefecimento para
um local onde haja relativamente muito pouca turbulência,
e, onde o ar se separe do líquido de arrefecimento. O líquido
de arrefecimento contido neste local retorna então ao sistema
para substituir o líquido de arrefecimento que é desviado para
desaeração. Tudo isso ocorre num processo contínuo.
Quando se utiliza um radiador convencional de fluxo descendente (a direção do fluxo do líquido é de cima para baixo),
um procedimento comum é a utilização de um tanque de
desaeração integrado, que usualmente é denominado de
tanque superior. Os exemplos apresentados nas Figuras
6-27 e 6-28 ilustram este tipo de configuração.
Algumas instalações também podem utilizar um tanque de
desaeração “não integrado”, que usualmente é denominado
de “tanque auxiliar”, para desaerar o líquido de arrefecimento.
Um exemplo de sistema de arrefecimento com tanque de
desaeração “não integrado” é apresentado na Figura 6-29.
Os tanques de desaeração devem possuir algumas das
seguintes características:
• O tanque de desaeração deve ser posicionado no local
mais elevado do sistema de arrefecimento.
• O tanque de desaeração deve ser provido com:
• Tampa para o abastecimento e para o controle/alívio
da pressão no interior do sistema (“pressure cap”);
• Uma entrada de abastecimento (líquido de arrefecimento) situada no local mais elevado do sistema de
arrefecimento;
• Chave automática para o desligamento do sistema
caso de nível do líquido de arrefecimento atinja o seu
limite mínimo (para motores de 9 litros e maiores).
O uso de uma chave automática para o desligamento
do sistema caso de nível do líquido de arrefecimento
atinja o seu limite mínimo irá minimizar os danos caso
o sistema de arrefecimento perca pressão.
• A capacidade do tanque de desaeração deve ser equivalente a, no mínimo, 17% do volume total do líquido
de arrefecimento utilizado no sistema.
• O tanque de desaeração deve ser equipado com uma
janela checagem do nível, ou seja, uma janela de vidro
transparente que permita observar o nível de líquido de
arrefecimento do sistema. (Nota: Estas janelas obedecem à normas industriais e seu uso é padrão em
sistemas industriais que contenham fluídos).
Nota do tradutor: No texto acima é feita uma referência à radiadores do tipo "fluxo descendente", no qual a direção do fluxo
de arrefecimento do líquido é de cima para baixo. De fato, é
possível encontrar sistemas de refrigeração industrial, para as
mais diversas aplicações que utilizam sistemas com “fluxo
descendente” ou “fluxo ascendente”, conforme as características e especificações de seu projeto.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-27. Configuração típica para um tanque de desaeração “integrado”.
Figura 6-28. Configuração típica para um tanque de desaeração “integrado”.
(nesta ilustração o núcleo do radiador foi omitido).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-29. Sistema com radiador remoto equipado com um tanque de desaeração “não-integrado”.
“Volume extra” (“drawdown capacity”) e “expansão térmica” do líquido de arrefecimento do motor
A capacidade do tanque de desaeração deve ser equivalente
a, no mínimo, 17% do volume total do líquido de arrefecimento
utilizado no sistema. Este valor corresponde a soma de um
volume “extra” equivalente à 11% do volume total do líquido
de arrefecimento “frio” (“drawdown capacity”) mais um volume
de 6% equivalente à expansão térmica do volume total do
líquido de arrefecimento.
A capacidade de “volume extra” (“drawdown capacity”) do
sistema de arrefecimento corresponde à quantidade de
líquido de arrefecimento que pode ser perdida caso haja
aspiração de ar para dentro do circuito por meio da bomba
do líquido de arrefecimento do motor.
O sistema de arrefecimento deve ser projetado de modo que
quando estiver completamente frio possua uma capacidade
“extra” de volume para conter o equivalente a, pelo menos,
6% do volume total do líquido de arrefecimento. Esta capacidade volumétrica adicional tem por objetivo permitir que o
sistema de arrefecimento possa comportar o aumento do
volume do líquido de arrefecimento causado pela sua expansão térmica.
Esta capacidade “extra” de volume do sistema de arrefecimento pode ser regulada pelo posicionamento adequado do
bocal de abastecimento. Veja na figura Figura 6-27 o local
denominado “Espaço de Expansão” (indicado pela letra B).
A localização da base do bocal de abastecimento estabelece onde será limite máximo do nível de líquido de arrefecimento durante o preenchimento do sistema quando ele está
frio. O volume situado entre a parte inferior do topo do tanque
e a base do bocal de abastecimento corresponde ao volume
disponível para expansão do líquido de arrefecimento. Um
furo no bocal de abastecimento permite um caminho de
escape para o vapor devido ao aumento da pressão interna
do circuito quando o líquido de arrefecimento se expande
devido ao aquecimento. Sem que houvesse este furo, o
líquido de arrefecimento se expandiria até um nível acima
do bocal de abastecimento e, consequentemente, para fora
da tampa do radiador.
• O bocal de abastecimento deve ter um diâmetro mínimo
de 0,125 polegadas (3 mm). Ele deve estar localizado
o mais próximo possível do topo do tanque.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
“Desaeração” do sistema de arrefecimento
A desaeração do sistema de arrefecimento serve a diversas
funções importantes:
• O expurgo do ar contido no circuito do sistema de arrefecimento do motor durante o seu preenchimento.
• A remoção contínua do ar que eventualmente penetre
no circuito do sistema de arrefecimento durante a
operação do grupo gerador.
• A “jaqueta” do líquido de arrefecimento que envolve o
motor e quaisquer outros pontos mais elevados da
tubulação do sistema de arrefecimento devem poder
ser ventilados (ou, desaerados) para dentro do tanque
de desaeração.
• Os desenhos e diagramas técnicos para a instalação
do grupo gerador devem ser consultados antes da instalação do sistema de arrefecimento para permitir o
posicionamento correto dos pontos de “desaeração”
da “jaqueta” do líquido de arrefecimento e para se determinar as dimensões adequadas para os conectores
utilizados para nestes locais.
• Os tubos de “desaeração” devem ser conectadas ao
tanque de desaeração em um local do tanque situado
acima do nível de líquido de arrefecimento.
• Os tubos de “desaeração” devem ser projetados de
modo a possuir uma trajetória contínua “para cima” até
chegar ao tanque de desaeração. A eventual presença
de curvas muito acentuadas (ou “loops”) nos tubos de
“desaeração”, ou, a presença de sujeira ou resíduos em
seu interior podem causar o aprisionamento do ar em
bolsões e isso é inaceitável.
• Os tubos de “desaeração” não devem ser apertados,
estrangulados ou ter qualquer tipo de consctrição em
parte alguma ao longo de sua extensão.
• Para sistemas de arrefecimento que necessitem de
tubos múltiplos de “desaeração”, estes tubos “NÃO”
podem ser interconectados por meio de juntas do tipo
“T”. Cada tubo de “desaeração” deve possuir seus próprios pontos de conexão exclusivos.
• Caso sejam utilizadas válvulas de “desaeração” para
expelir para a atmosfera o ar eventualmente aprisionado dentro do sistema de arrefecimento, a capacidade
para o “volume extra” (“drawdown capacity”) de líquido
de arrefecimento deve ser aumentada de 11% para
14% (ou seja, capacidade do tanque de “desaeração”
deve ser aumentada de 17% para 20%).
• Caso as dimensões dos tubos de “desaeração” não
especificadas nos desenhos ou diagramas técnicos
do projeto de instalação do grupo gerador, recomendase o uso de mangueiras #4 (diâmetro interno de 0,25”
ou 6,35 mm) para as linhas de “desaeração” de comprimento inferior à 12 pés (3,7 m). Para linhas de “desaeração” de comprimento superior à 12 pés (3,7 m), recomenda-se o uso de mangueiras #6 (diâmetro interno
de 0,375” ou 9,5 mm).
As válvulas de “desaeração”, utilizadas para expelir para a
atmosfera o ar eventualmente aprisionado dentro do sistema
de arrefecimento, podem, algumas vezes, ser necessárias
em aplicações onde é difícil ajustar a linha de “desaeração”
de modo que ela tenha uma trajetória contínua em direção
ascendente (para cima) ao longo de todo o comprimento do
tubo até o tanque de “desaeração”. A capacidade “volume extra”
(“drawdown capacity”) do tanque de “desaeração” deve ser
aumentada sempre que se utilizar este tipo de válvula de
“desaeração”, pois este tipo de válvula permite que haja perda
de líquido de arrefecimento durante a operação do sistema.
Abastecimento do sistema de arrefecimento
Proceder conforme a maneira correta de abastecimento do
sistema de arrefecimento é fundamental para ajudar a prevenir o aprisionamento de ar em seu interior. Recomendase a instalação de uma tubulação para o abastecimento que
permita que o sistema seja abastecido de “baixo para cima”,
e ajude na redução do risco de aprisionamento de ar durante
o abastecimento do sistema.
• O sistema de arrefecimento deve ter características
que permitam que o seu “abastecimento inicial” consiga
preencher, pelo menos, 90% de sua capacidade total,
com um fluxo mínimo de 5 gpm (20 litros/minuto). Depois
de atingidos os 90%, conforme especificado acima, o
abastecimento pode ser então completado até 100%.
• O sistema de arrefecimento deve possuir uma tubulação de abastecimento com as seguintes características:
• A tubulação de abastecimento deve ser conectada
diretamente desde a base do tanque de desaeração
até um trecho de secção reta da tubulação do líquido
de arrefecimento situado próximo à entrada de admissão da bomba do líquido de arrefecimento do motor.
• A tubulação de abastecimento deve ter uma subida
contínua desde o tubo de admissão do motor até o
tanque de desaeração.
• Nenhuma outra tubulação deve ser conectada à
tubulação de abastecimento.
Os motores que possuem um fluxo de líquido de arrefecimento “menor” que 200 galões/minuto (757 litros/minuto), em
geral, utilizam uma tubulação com diâmetro interno de 0,75 pol
(19 mm). Os motores que possuem um fluxo de líquido de
arrefecimento “maior” que 200 galões/minuto (757 litros/minuto)
utilizam uma tubulações com diâmetro interno entre 1 e 1,5 pol
(25 mm a 38 mm). Estas informações correspondem apenas
à diretrizes gerais. Deve-se verificar se a instalação do sistema de arrefecimento possui, de fato, a capacidade de suprir
o fluxo necessário para preencher o circuito no tempo especificado. Caso a tubulação esteja dimensionada ou configurada de maneira incorreta, o sistema não será abastecido
de modo apropriado. Um fluxo reverso na tubulação de abastecimento pode causar o transbordamento do tanque de
desaeração.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Limpeza do sistema de arrefecimento
Interconexão entre sistemas de arrefecimento
A presença de qualquer material estranho no sistema de
arrefecimento em seu interior irá degradar o desempenho
do sistema de arrefecimento e poderá resultar em danos
severos ao grupo gerador.
• As tubulações externas do líquido de arrefecimento e
as respectivas conexões devem ser limpas antes de
serem conectadas ao grupo gerador.
Para locais onde estão instalados diversos grupos geradores,
é inaceitável o uso de um sistema “central” de arrefecimento
para ser compartilhado entre os vários grupos geradores.
• Cada grupo gerador deve ter o seu próprio sistema de
arrefecimento completo. Jamais devem ser instalados
sistemas compostos por múltiplos grupos geradores
compartilhando um sistema de arrefecimento comum.
Arrefecimento do combustível
Líquido de arrefecimento
• Para um arrefecimento adequado e para proteção do
líquido de arrefecimento contra congelamento ou ebulição devem ser utilizadas misturas de etileno-glicol ou
propileno-glicol com água de “alta qualidade”.
Muitos grupos geradores necessitam do uso de um sistema
de arrefecimento de combustível para manter as temperaturas
de admissão do combustível em conformidade com os valores
exigidos pelo equipamento. Consulte a “Folha de Dados
Técnicos” do grupo gerador para determinar se um arrefecedor
de combustível é necessário e os requisitos do projeto que
deverão ser atendidos para a seleção correta do arrefecedor.
Caso seja necessário, o arrefecedor de combustível deverá
ser incluído no projeto do sistema de arrefecimento e, de
certo, tornará o projeto do sistema mais complexo.
• Serão necessários aditivos suplementares para o líquido
de arrefecimento (SCA's) para motores equipados com
camisas nos cilindros do motor.
Os grupos geradores não devem ser arrefecidos com água
“não tratada”, pois isso pode causar corrosão, cavitação, e
a formação de depósitos de resíduos minerais na tubulação
de arrefecimento, assim como, um arrefecimento inadequado
do motor. Devem ser utilizadas misturas de etileno-glicol ou
propileno-glicol com água de “alta qualidade”. Para maiores
detalhes sobre os requisitos específicos para a água de “alta
qualidade” e demais detalhes técnicos sobre o líquido de
arrefecimento, consulte a versão mais recente do Boletim
de Serviço #3666132, “Requisitos e Manutenção de Líquido
de Arrefecimento Cummins”.
A Tabela 6-4 apresenta uma análise comparativa entre as
temperaturas de congelamento e de ebulição para diferentes
concentrações de misturas para o líquido de arrefecimento.
Deve-se notar que as temperaturas de ebulição aumentam
com o aumento da pressão no interior do sistema de arrefecimento. A “água pura” é incluída nesta tabela para servir
de referência. O anti-congelante composto pela mistura de
propileno-glicol e água é menos tóxico do que o anti-congelante composto pela mistura de etileno-glicol e água, e,
proporciona um desempenho equivalente para o sistema de
arrefecimento. Todavia, como pode ser observado pelos dados
da Tabela 6-4, a mistura de propileno-glicol e água oferece
uma proteção ligeiramente inferior contra o congelamento
e contra a ebulição do líquido de arrefecimento.
Em geral, é inviável ou até mesmo contra as normas técnicas enviar combustível por uma tubulação até um local onde
será feito o arrefecimento remoto. Há duas maneiras possíveis para se lidar com o problema da necessidade de
arrefecimento de combustível:
• Incluir um radiador de arrefecimento de combustível e
um ventilador dentro do recinto do grupo gerador e levar
em conta o expurgo desta quantidade adicional de calor
no projeto de ventilação do recinto.
• Utilizar um trocador de calor para o arrefecimento do
combustível, equipado com um radiador remoto, ou
então, um trocador de calor com uma fonte de água
independente da utilizada para resfriar o líquido de
arrefecimento.
Propriedade
Concentração de Glicol
Temperatura de
congelamento °F (°C)
Temperatura de Ebulição
°F (°C) - Pressao Atmosférica
Temperatura de Ebulição
°F (°C) com 14 psi (96,5kPa)
Etileno Glicol
(% por volume)
40
60
50
-12
(-24)
222
(106)
259
(126)
-34
(-37)
226
(108)
263
(128)
-62
(-52)
232
(111)
268
(131)
Propileno Glicol
(% por volume)
60
40
50
-6
(-21)
219
(104)
254
(123)
-27
(-33)
222
(106)
257
(125)
-56
(-49)
225
(107)
261
(127)
Água
pura
0
32
(0)
212
(100)
248
(120)
na tampa de pressão
Tabela 6-4. Propriedades da mistura anti-congelante.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Aquecedores para o líquido de arrefecimento
Em geral, os aquecedores para o líquido de arrefecimento
do motor, controlados por meio de termostatos, são utilizados
para melhorar a partida do grupo gerador e a melhorar a sua
característica de “aceitação de carga”. Na Figura 6-30 é
apresentada uma foto ilustrativa deste tipo de equipamento.
Conforme o ilustrado na Figura 6-30, pode ser utilizada uma
válvula de isolamento no aquecedor para evitar a drenagem
de todo o líquido de arrefecimento do sistema a cada vez
que seja feita a manutenção do equipamento aquecedor.
Caso uma válvula de isolamento seja utilizada, ela deve ser
fechada somente nas ocasiões em que o aquecedor estiver
em manutenção e tiver de ser isolado. Em todos os outros
momentos esta válvula deve permanecer aberta.
As normas técnicas locais podem exigir a instalação de aquecedores para o líquido de arrefecimento utilizado por grupos
geradores utilizados em aplicações dos tipos “Emergência”
e “Standby”. Por exemplo, nos EUA, a norma NFPA 110 estabelece que o líquido de arrefecimento utilizado por sistemas
de energia de emergência classificados como “Nível 1” seja
mantido a uma temperatura mínima de 90°F (32°C).
A norma NFPA 110 também exige a instalação de um alarme
indicador para quando a temperatura do motor estiver abaixo
de um limite mínimo especificado.
• Os aquecedores do líquido de arrefecimento devem ser
instalados em aplicações dos tipos “Emergência” e/ou
“Standby” para assegurar uma boa partida do motor do
grupo gerador (este recurso é opcional em locais de
climas tropicais, ou mais quentes, a menos que isso
seja obrigatório por normas locais).
• A mangueira do aquecedor do líquido de arrefecimento
não deve ser instalada de modo que não hajam curvas
muito acentuadas (“loops”), e, o fluxo do líquido dentro
da mangueira deve seguir contínuamente “para cima”.
• As conexões para o aquecedor de líquido de arrefecimento devem ser feitas utilizando-se mangueira de
silicone de “alta qualidade” ou mangueira com reforço
de fio trançado.
• O aquecedor do líquido de arrefecimento deve ser desligado nos períodos nos quais o grupo gerador estiver
em funcionamento.
Figura 6-30. Instalação do aquecedor para o líquido de arrefecimento. (Na foto estão indicados a
válvula de isolamento, o tipo de mangueira, e o trajeto da mangueira).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Altitude e temperatura ambiente
A altitude e a temperatura no local da instalação afetam a
densidade do ar ao redor do grupo gerador, o que, em consequência, afeta o motor, o alternador e o desempenho do
sistema de arrefecimento.
• O sistema de arrefecimento do motor deve ser projetado
de modo que possa ser calibrado ou configurado para
se adaptar à altitude e à temperatura ambiente do local
da instalação.
À medida em que aumenta a altitude a densidade do ar
atmosférico diminui. Esta diminuição (“rarefação”) na densidade do ar pode causar problemas para obter o fluxo de ar
necessário para a refrigeração e pode obrigar a que o grupo
gerador seja utilizado em condições operacionais abaixo
de sua classificação nominal. Ou seja, a utilização do equipamento em atmosfera rarefeita reduz a sua capacidade
nominal (que, normalmente, é estabelecida nas condições
normais de temperatura e pressão).
Em grandes altitudes, a pressão atmosférica reduzida faz
com que haja uma diminuição a temperatura de ebulição
do líquido de arrefecimento. Pode ser necessária a utilização
de uma tampa de controle da pressão com classificação
mais elevada. Na Figura 6-31 é apresentado um gráfico que
exemplifica os efeitos da pressão atmosférica sobre a temperatura de ebulição da água. As misturas de líquido de arrefecimento estão sujeitas a efeitos similares.
O sistema de arrefecimento deve ser capaz de fornecer uma
refrigeração suficiente sempre que o equipamento estiver
funcionando com carga máxima, mesmo sob condições de
temperatura ambiente máximas. Caso o grupo gerador já
esteja equipado com um sistema de arrefecimento “original
de fábrica”, deve-se confirmar se é possível fazer a adaptação
deste sistema para a altitude e temperatura ambiente do
local da instalação.
Figura 6-31. Temperatura de ebulição da água em função da altitude e da pressão no interior do sistema.
É importante compreender a definição de “temperatura ambiente” e o que este parâmetro significa para o projeto e para
o desempenho do sistema de arrefecimento. Para uma instalação “aberta” de um grupo gerador (ou seja, um grupo gerador instalado sem a proteção de um contêiner ou de uma
carenagem) com um radiador “original de fábrica”, a “temperatura ambiente” (em torno do grupo gerador, e não a temperatura ambiente atmosférica) é definida como o valor médio
das temperaturas medidas a 3 pés de distância dos cantos
do grupo gerador (longo das direções que se projetam num
ângulo de 45° a partir de cada um dos 4 cantos do grupo
gerador, dado que o mesmo tem um formato relativamente
retangular) e a 3 pés de distância do piso. Para grupos
geradores instalados em contêineres ou carenagens, a “temperatura ambiente” é, em geral, medida na entrada de ar
destes compartimentos de proteção. É importante ressaltar
que o ar que flui através do radiador pode estar a uma
temperatura significativamente mais elevada que a “temperatura ambiente”. A temperatura do ar que flui em torno do grupo
gerador aumenta enquanto ele flui para o interior do recinto
(ou da carenagem) e ao longo do equipamento, de trás para
frente (desde o final do alternador até o final do radiador).
Por esta razão, muitos radiadores “originais de fábrica” são
projetados para funcionar com uma temperatura dentro do
núcleo (na colméia) do radiador entre 15 a 30°F (8 a 17°C)
acima da temperatura ambiente especificada para o sistema
de arrefecimento. A Figura 6-32 exibe uma representação
da diferença entre a “temperatura ambiente” e a temperatura
no interior do radiador para um sistema de arrefecimento
“original de fábrica”.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-31. “Temperatura ambiente” versus “temperatura no núcleo do radiador” (“air-on-core temperature”).
Para os radiadores que não são “originais de fábrica”, a
temperatura crítica deve ser considerada como a temperatura nominal de operação no núcleo do radiador (“air-on-core
temperature”), conforme o especificado na documentação
técnica para este radiador. O radiador deve ser selecionado
de modo a satisfazer as especificações de arrefecimento
para esta temperatura nominal de operação (“air-on-core
temperature”), que pode ser significativamente mais elevada
que a “temperatura ambiente”, determinada conforme os
critérios discutidos no início deste texto. É de responsabilidade do projetista do sistema assegurar que essas especificações sejam devidamente atendidas.
A temperatura no interior do radiador (“air-on-core temperature”)
corresponde ao valor médio das temperaturas em diversos
locais do radiador. Este critério tem por objetivo evitar que
o ponto de referência para a medida da temperatura no interior
do radiador corresponda, eventualmente, a um local onde a
temperatura esteja muito acima (“ponto quente”) ou muito
abaixo (“ponto frio”) da média. Por exemplo, a temperatura
do ar no centro da face do radiador pode estar significativamente mais elevada que a temperatura do ar próximo às
extremidades da face do radiador.
Em locais de clima frio, podem ser utilizados aquecedores
para o líquido de arrefecimento para melhorar a partida e a
aceitação de carga. Para maiores detalhes, consulte o ítem
“Aquecedores do Líquido de Arrefecimento”, neste capítulo.
Para detalhes adicionais sobre os efeitos da altitude e da
temperatura no funcionamento de um grupo gerador, consulte
a seção “Condições do Ambiente”, neste manual.
“Temperatura Ambiente Limite” (LAT) para o
funcionamento do sistema
A “Temperatura Ambiente Limite” (LAT) para o funcionamento
do sistema corresponde ao valor máximo da “temperatura
ambiente” para o qual o sistema de arrefecimento é capaz
de proporcionar ao grupo gerador um arrefecimento adequado
que permita ao grupo gerador um funcionamento contínuo
em conformidade com sua potência nominal.
Para valores de “temperatura ambiente” acima do valor definido para “Temperatura Ambiente Limite” (LAT) a temperatura máxima do tanque superior será excedida caso o grupo
gerador permaneça em funcionamento à plena carga. O valor
da temperatura máxima do tanque superior é especificado
na “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador.
Para sistemas equipados com radiador “original de fábrica”,
a “Temperatura Ambiente Limite” (LAT) está apresentada
em função da “restrição ao fluxo de ar” na “Folha de Dados
Técnicos” do grupo gerador. Para sistemas equipados com
radiador que não seja “original de fábrica”, recomenda-se
entrar em contato com o distribuidor Cummins local para ter
acesso aos BEAs (“Boletins de Engenharia de Aplicação”)
que contenham as especificações para os procedimentos de
teste necessários para se determinar determinar a “Temperatura Ambiente Limite” (LAT) do sistema.
Arrefecimento do alternador
O alternador exige um fluxo constante de ventilação, com ar
fresco, para evitar o seu superaquecimento. Para maiores
detalhes, consulte a seção “Ventilação”, neste manual.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Obstruções no sistema de arrefecimento
Arrefecimento do motor
Tanto o radiador como outros equipamentos “sensíveis”
devem ser protegidos da contaminação por sujeira e outros
detritos. Sistemas que estejam sujos poderão não funcionar
com a sua máxima eficiência, levando o grupo gerador a uma
redução em seu desempenho e prejudicando a economia de
combustível. O radiador deve ser protegido contra a contaminação por sujeira, detritos e também contra a contaminação
por vapores oriundos do “respiro” do cárter que poderiam
obstruir ou entupir a colméia do radiador. Para detalhes adicionais sobre filtragem do ar e sobre a ventilação do cárter do
motor consulte a seção “Ventilação”, neste manual.
Os sistemas de arrefecimento dos grupos geradores equipados com “motores convencionais” (do tipo composto por
pistões e virabrequim) possuem diversas características em
comum, independente do tipo de trocador de calor utilizado
para remover o calor do motor. Dentre estas características
podemos listar:
Manutenção do sistema de arrefecimento
• As válvulas do sistema de arrefecimento devem ser
marcadas (pintura, selo adesivo, alto relevo, etc.) com
indicações muito “visíveis” que permitam identificar as
posições “aberta” e “fechada”.
• O sistema de arrefecimento deve ter um fácil acesso
para limpeza e manutenção de todo equipamento.
• Devem ser instaladas válvulas de drenagem/isolamento
para permitir a manutenção do grupo gerador sem que
haja a necessidade de drenar todo líquido do sistema
de arrefecimento.
Os recursos para drenagem e isolamento do líquido contido
no sistema de arrefecimento são especialmente importantes
para os sistemas de arrefecimento remotos. Drenar todo o
líquido de arrefecimento de um sistema como este pode ter
um custo muito elevado. As diversas ilustrações apresentadas nesta seção que descreve o “Sistema de Arrefecimento
do Grupo Gerador” indicam as localizações das válvulas de
drenagem e isolamento utilizadas neste tipo de aplicação.
É importante ressaltar que todas as válvulas devem ser colocadas novamente em seu modo operacional tão logo terminem os procedimentos de manutenção.
O espaço disponível para se ter acesso ao sistema durante
os procedimentos de limpeza e manutenção deve ser suficiente para permitir a remoção da colméia do radiador. Para
alguns grupos geradores, este requisito poderá fazer com
que haja necessidade de um espaço de acesso grande o
bastante para a utilização de equipamentos e ferramentas
de grande porte para a remoção da colméia.
Aplicações em “serviços externos”
• Sempre que um grupo gerador for utilizado em um “serviço externo”, é preciso prestar especial atenção à
durabilidade e robustez do equipamento.
Nas aplicações em “serviços externos” pode ser necessário
solucionar muitos problemas que, normalmente, não são
encontrados nas instalações de grupos geradores estacionários. As vibrações características das aplicações em
“serviços externos” podem submeter o grupo gerador a forças
que podem danificar o equipamento. O radiador, a tubulação
do líquido de arrefecimento, as conexões da mangueira e
demais equipamentos devem ser projetados e especificados
especialmente para suportar estas forças. Para maiores
detalhes, consulte a seção “Aplicações Especiais - Serviço
Externo”, neste manual.
• A parte do motor que é resfriada pelo sistema de arrefecimento é composta por um circuito fechado e pressurizado (10 a 14 psi / 69,0 a 96,6 kPa), que é abastecido por uma mistura de água desmineralizada aditivada com etileno-glicol ou propileno-glicol e outros alguns
aditivos. Os motores não devem ser arrefecidos com
água “não tratada” pois isto pode provocar a corrosão
de partes do motor e proporcionar um arrefecimento
inadequado. O “lado frio” do sistema de arrefecimento
pode ser equipado simplesmente com um radiador, um
trocador de calor ou uma torre de arrefecimento.
• O sistema de arrefecimento do motor deve ser dimensionado adequadamente conforme o tipo de ambiente
onde será utilizado e componentes selecionados para
compor o equipamento gerador de energia. Em geral,
a temperatura no tanque superior do sistema (temperatura na entrada do motor) não deve exceder o valor
de 220°F (104°C) para aplicações do tipo “Standby” e
200°F (93°C) para instalações do tipo “Energia Prime”.
• O sistema de arrefecimento deve incluir recursos para
“desaeração” e “expurgo” para evitar o acúmulo de ar
aprisionado dentro do circuito hidráulico do sistema
de arrefecimento do motor. Este aprisionamento de ar
pode ocorrer devido ao fluxo turbulento do líquido de
arrefecimento.
Este sistema de “desaeração” também deve permitir o
abastecimento apropriado do sistema de arrefecimento
do motor. Isto significa que, além da tubulação primária
para a entrada de líquido de arrefecimento e das conexões de saída, existe ainda a possibilidade de haver,
pelo menos, mais um grupo de linhas de ventilação que
conduzam ao ponto mais elevado do sistema de arrefecimento. Consulte as especificações técnicas do fabricante do motor mecânico do grupo gerador quanto às
características do modelo específico de motor utilizado
para usado para obter as especificaçõa devidamente
detalhadas10. Na Figura 6-33 é apresentada uma representação esquemática das tubulações de arrefecimento e de “desaeração” para um motor “típico”.
10) As especificações técnicas para “desaeração” e “expurgo” de ar do
sistema de arrefecimento para os motores Cummins podem ser encontradas nos documentos BEA's da Cummins (Boletins de Engenharia de
Aplicação, ou AEB's que corresponde à sigla em inglês).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• Em geral, o motor do grupo gerador utiliza um termostato para o controle de sua temperatura de funcionamento.
• O projeto do sistema de arrefecimento deve levar em
conta a expansão volumétrica do líquido de arrefecimento resultante da elevação da temperatura do motor.
O projeto deve incluir o acréscimo de um “volume extra”
equivalente a 6% do volume normal e necessário para
o líquido de arrefecimento.
• O sistema de arrefecimento deve ser projetado de modo
que a pressão gerada na saída da bomba de líquido de
arrefecimento do motor seja sempre positiva. Ou seja,
a pressão jamais deve ser negativa, caso contrário, o
fluxo do líquido de arrefecimento seria revertido.
• A obtenção de valores apropriados para o fluxo do líquido
de arrefecimento do motor dependem das perdas no
valor da pressão no interior do circuito causadas devido
ao efeito da gravidade (esta queda na pressão é causada
pela elevação do líquido até a altura máxima do circuito,
e é, também, denominada de “coluna estática”) e devido
ao “atrito viscoso” líquido de arrefecimento do motor
no interior do sistema. Não será possível arrefecer adequadamente o grupo gerador caso a perda de pressão
do líquido de arrefecimento devido a estes dois efeitos
ultrapasse um determinado valor limite.
O fabricante do motor deve ser consultado para se
obter informações mais detalhadas sobre como estes
fatores influenciam na seleção de um grupo gerador
específico. Para mais informações sobre o dimensionamento da tubulação do líquido de arrefecimento e o
cálculo das perdas de pressão devidas ao efeito da
gravidade e do “atrito viscoso”, consulte o ítem “Cálculos
e Dimensionamento da Tubulação de Arrefecimento”,
neste capítulo.
• O sistema de arrefecimento do motor e os sistemas
de arrefecimento remoto devem ser fornecidos com os
recursos adequados para a drenagem e isolamento do
circuitos hidráulicos quando houver a necessidade de
reparos ou manutenção preventiva do motor. Em diversas ilustrações apresentadas neste capítulo podem ser
encontrados exemplos da localização dos drenos e das
válvulas utilizadas mais frequentemente em diversos
tipos de aplicação.
Radiador montado no chassis
Um grupo gerador com um radiador montado no seu chassis
(Figura 6-34) forma um sistema integrado contendo o sistema
de arrefecimento e o sistema de ventilação montados sobre
o chassi. Em geral, um sistema de arrefecimento equipado
com um radiador montado no próprio chassis do grupo gerador
é considerado como um sistema de arrefecimento mais
“confiável” e de menor custo para ser utilizado em grupos
geradores, pois exige menor quantidade de equipamentos
auxiliares, tubulações, fiação de controle e líquido de arrefecimento. Além disso, minimiza o trabalho de manutenção
do sistema de arrefecimento do grupo gerador. Em geral, o
ventilador do radiador é movido mecanicamente pelo próprio
motor do grupo gerador, simplificando ainda mais o projeto
de todo o equipamento. Alguns tipos de aplicação utilizam
ventiladores elétricos para permitir um controle mais flexível
e conveniente do ventilador conforme ocorram mudanças
na temperatura do líquido de arrefecimento do motor. Este
recurso é especialmente útil para equipamentos instalados
em ambientes extremamente frios.
Como, em geral, o fabricante do grupo gerador projeta o
sistema de arrefecimento montado diretamente no chassis
do grupo gerador, os protótipos podem ser testados em um
ambiente de laboratório para se verificar o desempenho geral
do sistema. Um ambiente de laboratório devidamente equipado com os instrumentos necessários e que proporcione
um ambiente devidamente controlado é bastante útil para
se verificar o desempenho de um sistema de arrefecimento.
Em geral, as limitações físicas do local da instalação podem
comprometer a precisão ou a praticidade de se realizarem
testes de desempenho de um determinado projeto no local
da instalação.
A principal desvantagem de um radiador montado diretamente no chassis de um grupo gerador é a necessidade de
movimentar volumes relativamente grandes de ar no interior
do recinto do gerador. O fluxo de ar através do recinto deve
ser suficiente para dissipar o calor irradiado pelo grupo gerador e remover o calor do líquido de arrefecimento do motor.
Para maiores detalhes sobre o projeto do sistema de ventilação e os cálculos necessários para o projeto do sistema
de ventilação consulte o ítem “Ventilação”, neste capítulo.
Normalmente, o ventilador do motor fornece a ventilação
suficiente para o recinto do equipamento, eliminando a
necessidade de outros dispositivos e sistemas de ventilação
complementares.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
DA LINHA DE VENTILAÇÃO DO
MOTOR (5% DE FLUXO DO
LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO)
TUBO DE
RESPIRO DO
RADIADOR
BOCAL DE
ENCHIMENTO/PRESSÃO
O VOLUME DO TANQUE
SUPERIOR DEVE SER IGUAL A
10% DO VOLUME TOTAL DO
SISTEMA (CAPACIDADE DE
ARRASTO PARA BAIXO) MAIS
5% PARA A EXPANSÃO TÉRMICA
PLACA DEFLETORA
VEDADA
LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO QUENTE
DO MOTOR PARA O
RADIADOR (ABAIXO DA
PLACA DEFLETORA)
LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO
DESAERADO/ENCHIMENTO/COM
PENSAÇÃO DO TANQUE
SUPERIOR (ACIMA DA PLACA
DEFLETORA) PARA O PONTO
MAIS BAIXO DO SISTEMA
BOCAL DE ABASTECIMENTO
COM RESPIRO PARA CRIAR
ESPAÇO PARA A EXPANSÃO
TÉRMICA
Figura 6-33. Tipo de “desaeração” no tanque superior do radiador.
VENTOS DOMINANTES
VENTILADOR ACIONADO PELO MOTOR
RADIADOR
ENTRADA DE AR
AR
QUENTE
AR
FRIO
BOMBA DO LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO
ACIONADA PELO MOTOR
CONECTOR DO DUTO
FLEXÍVEL
BARREIRA CONTRA
VENTO/RUÍDOS
Figura 6-34. Sistema de arrefecimento com radiador “original de fábrica”.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Radiador remoto
Em geral, sistemas equipados com radiador remoto são utilizados em aplicações (e instalações) nas quais um sistema
“convencional” equipado com radiador montado diretamente
no chassis não conseguiria obter uma ventilação suficientemente intensa para proporcionar o arrefecimento necessário.
Os radiadores remotos não eliminam a necessidade de um
sistema de ventilação para o recinto do grupo gerador, todavia podem fazer com que possa ser necessário um sistema
com menor capacidade. Caso seja necessário o uso de um
sistema de arrefecimento com radiador remoto, a primeira
providência ao se iniciar o projeto seria é determinar qual o
tipo de sistema remoto é o mais adequado. Isto pode ser
feito calculando-se os valôres da pressão gerada pela bomba
hidráulica (“static head”) e das perdas de pressão por “atrito
viscoso” (“friction head”) do líquido de arrefecimento do motor
tomando como referência as características da instalação
física do sistema.
Caso os cálculos demonstrem que o grupo gerador selecionado para a aplicação pretendida possa ser conectado a
um radiador remoto sem exceder os valores limite para a
pressão gerada pela bomba hidráulica (“static head”) e para
as perdas de pressão por “atrito viscoso” (“friction head”)
do líquido de arrefecimento do motor, poderá ser utilizado
um sistema de radiador remoto simples. Na Figura 6-35 é
apresentado um exemplo.
Caso os cálculos demonstrem que será ultrapassado o valor
limite para as perdas de pressão por “atrito viscoso” (“friction
head”) do líquido de arrefecimento do motor, todavia, não sendo
excedido o valor limite para a pressão gerada pela bomba
hidráulica devido ao efeito da gravidade (“static head”); poderá
ser utilizado um sistema composto por um radiador remoto e
uma bomba auxiliar para o líquido de arrefecimento do motor.
Um exemplo deste tipo de montagem pode ser visto na
Figura 6-33. Para maiores detalhes consulte o ítem “Radiador Remoto com Bomba Auxiliar para o Líquido de Arrefecimento”, nesta seção.
Caso os cálculos demonstrem que serão ultrapassados os
valores limite para a pressão gerada pela bomba hidráulica
(“static head”) e para as perdas de pressão por “atrito viscoso”
(“friction head”) do líquido de arrefecimento do motor; será
necessária a utilização de um sistema isolado de arrefecimento para o grupo gerador. Isto pode incluir um radiador
remoto equipado com um “hot well”, ou um sistema de arrefecimento baseado em um trocador de calor do tipo líquido-líquido.
Nota do tradutor: No texto acima, assim como nas páginas seguintes é feita
referência à um dispositivo denominado “hot well”. Este dispositivo corresponde
ao tanque de armazenamento do líquido proveniente de um condensador ou de
um radiador em um sistema composto por um circuito hidráulico fechado. O líquido
aquecido, é armazenado no interior deste tanque, para que seja submetido a um
resfriamento e, posteriormente, retorna ao circuito hidráulico.
Há diversos textos técnicos, em português, que usam uma versão traduzida deste
termo (ou seja, “poço quente”), todavia, boa parte da literatura técnica faz uso do
termo original em inglês.
Neste manual, o nome original em inglês, “hot well”, é mantido.
Qualquer que seja o sistema selecionado, a utilização de
um radiador remoto para arrefecer o motor irá exigir um projeto
cuidadoso. Em geral, todas as recomendações válidas para
radiadores montados no chassi também se aplicam aos
radiadores remotos.
Qualquer que seja o tipo de sistema equipado com radiador
remoto, deve-se considerar os seguintes fatores:
• Recomenda-se que o radiador e o ventilador sejam dimensionados utilizando-se como referência a temperatura
máxima de 200°F (93°C) no tanque superior do radiador
e que o sistema de arrefecimento deva ser superdimensionado para funcionar com 115% da sua capacidade
necessária. Este pequeno superdimensionamento é
uma medida preventiva contra a eventual formação de
incrustações ou obstruções no interior da tubulação do
líquido de arrefecimento. A temperatura mais baixa no
tanque superior (menor do que a especificada no ítem
“Arrefecimento do Motor”) serve para compensar a perda
de calor desde a saída do motor até o tanque superior
do radiador remoto. O fabricante do motor deve ser consultado para maiores informações sobre os valores de
calor (energia térmica) trocado entre o motor e o líquido
de arrefecimento, bem como sobre os valores para o
fluxo de arrefecimento11.
• O tanque superior do radiador (ou um tanque auxiliar)
deve ser instalado no local mais elevado do sistema de
arrefecimento. Ele deve ser equipado com:
• Uma tampa apropriada para abastecimento e para
o controle da pressão no interior do sistema;
• Uma tubulação de abastecimento situada no local
mais baixo do sistema de arrefecimento (para que o
sistema possa ser abastecido desde a base até o
topo);
• Uma tubulação para “desaeração” do líquido de arrefecimento saindo do motor e que não tenha quaisquer
depressões (curvaturas para baixo) ou obstruções.
Depressões e curvaturas (“loops”) na tubulação
podem aprisionar o líquido de arrefecimento e impedir
o “expurgo” do ar aprisionado no circuito quando o
sistema é abastecido.
No ponto mais elevado do sistema de arrefecimento
devem ser instalados também os dispositivos para o
abastecimento do sistema e um sistema de detecção e
alarme (equipado com interruptor) para detectar quando
o nível do líquido de arrefecimento estiver abaixo de
um determinado limite mínimo.
11) Procure um distribuidor Cummins para maiores informações.
6 PROJETO MECÂNICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• A capacidade do tanque superior do radiador (ou do
tanque auxiliar) deve ser equivalente a, pelo menos,
17% do volume total do líquido de arrefecimento do
sistema de modo a proporcionar uma “capacidade de
perda volumétrica” de 11% ao líquido de arrefecimento
e “volume extra” de 6% para a expansão térmica do
líquido de arrefecimento. Esta capacidade volumétrica
denominada “capacidade de perda” corresponde ao
volume de líquido de arrefecimento que pode ser
perdido por vazamentos não detectados e pelo alívio
normal através tampa de regulagem da pressão antes
do ar ser sugado para o interior da bomba do líquido
de arrefecimento. O “volume extra” para expansão
térmica é proporcionado pelo posicionamento adequado
do bocal de abastecimento utilizado quando um sistema é abastecido a frio. Estes ítems e volumes estão
ilustrados na Figura 6-33.
• Sempre que o sistema for utilizado em ambientes que
apresentem uma grande concentração de contaminantes (sujeira, poeira, detritos, etc), devem ser utilizados radiadores com um espaçamento maior entre
as aletas (nove aletas por polegada, ou menos) com
a finalidade de reduzir a formação de incrustações de
contaminantes nas aletas do radiador.
• O valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento
devida ao “atrito viscoso” (“friction head”) entre o líquido
de arrefecimento e a tubulação externa ao motor (o que
também inclui as conexões hidráulicas e o radiador),
assim como, o valor da pressão hidráulica no interior
do circuito (“static head”), que corresponde à medida
da “coluna líquida” tomando-se referência a altura da
linha de centro da árvore de manivelas (virabrequim),
não devem exceder os valores máximos especificados
pelo fabricante do motor12. Mais adiante, neste capítulo, é apresentado um exemplo de cálculo para determinar o valor da perda de pressão do líquido de arrefecimento devida ao “atrito viscoso” (“friction head”).
Caso não seja possível determinar uma configuração
para um sistema de arrefecimento que possa ser funcionar conforme os valores limite especificados para
“static head” e “friction head”, deverá ser utilizado algum
outro tipo de sistema de arrefecimento.
NOTA: Um sistema de arrefecimento que apresente
uma pressão hidráulica muito elevada no interior de
seu circuito (um valor muito elevado para o “static
head”) pode fazer com que hajam vazamentos no retentor
do eixo da bomba do líquido de arrefecimento. Um sistema de arrefecimento que apresente uma perda muito
elevada de pressão devida ao “atrito viscoso” (“friction
head”) poderá fazer com que o arrefecimento do motor
seja insuficiente.
12) O Cummins Power Suite fornece os dados sobre os motores.
• As mangueiras utilizadas para conectar o radiador ao
restante do circuito do sistema de arrefecimento devem
ter um comprimento entre 152 e 457 mm (6 a 18 pol.),
e, devem estar em conformidade com as especificações
da norma técnica SAE 20R1, ou equivalente. Estas
mangueiras devem ser capazes de absorver os movimentos e as vibrações causadas pelo do grupo gerador.
• É altamente recomendável que cada uma das mangueiras que se conectam ao radiador sejam fixadas
utilizando-se duas abraçadeiras (ou “grampos de fixação”) de categoria “premium” e “torque constante”, que
mantenham as mangueiras fixadas em cada uma de
suas extremidades.
Esta recomendação tem por finalidade reduzir o risco
de alguma das mangueiras, que estão submetidas a
pressão hidráulica, soltar-se de alguma de suas conexões e causar uma perda súbita do líquido de arrefecimento do motor. Podem ocorrer danos graves a um
motor caso um evento como estes ocorra e o motor
permaneça em funcionamento sem que haja circulação do líquido de arrefecimento no bloco, nem mesmo
que isso ocorra por apenas alguns segundos.
• A válvula de drenagem para o líquido de arrefecimento
do motor deve estar localizada na parte mais baixa de
todo o sistema de arrefecimento.
• Os modelos recomendados de válvula que devem ser
utilizadas para isolar o trecho do circuito do líquido de
arrefecimento que passa pelo motor durante os procedimentos de manutenção e reparos são as válvulas do
tipo esfera ou então as do tipo “gaveta” (“gate valve”).
As válvulas do tipo “globo” (ou, válvulas de obturador)
não são recomendadas devido ao fato de não serem
muito restritivas (sua capacidade de vedação é inferior).
Esta válvulas tem por objetivo evitar que todo o líquido
de arrefecimento que passa pelo motor precise ser drenado durante os procedimentos de manutenção e reparos.
• Deve-se lembrar que o grupo gerador aciona eletricamente o ventilador do radiador remoto, os ventiladores
de refrigeração, as bombas do líquido de arrefecimento
e demais acessórios necessários para o funcionamento de todo o equipamento em aplicações com arrefecimento remoto. Dessa forma, a “potência mecânica”
que é economizada ao se dispensar o uso de um ventilador acionado mecanicamente pelo eixo do motor acaba
sendo consumida devido ao uso de dispositivos elétricos utilizados pelo sistema de arrefecimento remoto.
Os valores das cargas elétricas correspondentes à
estes dispositivos deve ser acrescentada aos cálculos
de dimensionamento para carga total do grupo gerador.
• Para obter mais informações sobre a ventilação no
recinto do grupo gerador quando for utilizado um sistema de arrefecimento remoto, consulte os ítems
“Diretrizes Gerais de Ventilação” e “Aplicações com
Trocador de Calor ou com Radiador Remoto”, ambos
nesta capítulo.
6 PROJETO MECÂNICO
155
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
LINHA DE RESPIRO*
TAMPA DE PRESSÃO DE
7-12 PSI (48-83 kPa)
RADIADOR
REMOTO
VENTILADOR DE
CIRCULAÇÃO DE AR
LINHA DE LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO QUENTE
PARA O RADIADOR
VENTOS DOMINANTES
ENTRADA DE AR
DA VENTILAÇÃO
AR QUENTE
MANGUEIRA SAE 20R1 OU EQUIVALENTE
COM DUPLA FIXAÇÃO EM AMBAS AS
EXTREMIDADES COM ABRAÇADEIRAS DE
"TORQUE CONSTANTE"
VÁLVULA DE DRENO NO PONTO
MAIS BAIXO DO SISTEMA
VÁLVULAS DE PÓRTICOS OU
ESFERAS PARA ISOLAR O
MOTOR PARA FINS DE
MANUTENÇÃO
LINHA DE ENCHIMENTO
/COMPENSAÇÃO DO
SISTEMA**
RETORNO DO LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO PARA O
MOTOR
* - A LINHA DE RESPIRO NÃO DEVE TER QUALQUER DEPRESSÃO OU PONTOS QUE RETENHAM LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO E
IMPEÇAM A AERAÇÃO DO SISTEMA QUANDO ESTE É ABASTECIDO COM LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO.
** - A LINHA DE ENCHIMENTO/COMPENSAÇÃO DEVE SER DIRECIONADA DIRETAMENTE PARA O PONTO MAIS BAIXO DA
TUBULAÇÃO DE MODO QUE O SISTEMA POSSA SER ABASTECIDO DA BASE PARA CIMA E NÃO APRISIONAR AR.
Figura 6-35. Sistema de arrefecimento equipado com radiador remoto (para maiores detalhes
sobre o tipo de sistema de “desaeração”, veja a Figura 6-33).
6 PROJETO MECÂNICO
156
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Radiador remoto equipado com sistema de
“desaeração”
Radiador remoto equipado com bomba auxiliar
para o líquido de arrefecimento
O radiador remoto deve ser equipado com um tanque superior do mesmo tipo que é utilizado para “desaeração” nos radiadores convencionais (também conhecido como um tanque
superior selado), ou então, equipado com um de tanque de
“desaeração” auxiliar. Neste tipo de sistema, uma parte do
fluxo do líquido de arrefecimento (aproximadamente 5%) é
direcionada para o tanque superior do radiador, localizado
acima da placa com as aletas defletoras. Este recurso permite que o ar aprisionado no líquido de arrefecimento seja
removido antes do mesmo do líquido de arrefecimento retornar ao sistema.
Caso seja ultrapassado o valor limite para a perda de pressão por “atrito viscoso” (“friction head”) do líquido de arrefecimento do motor, todavia, não sendo excedido o valor limite
para a perda de pressão gerada pela bomba hidráulica devido
ao efeito da gravidade (“static head”); poderá ser utilizado um
sistema composto por um radiador remoto e uma bomba auxiliar para o líquido de arrefecimento do motor (Figura 6-36).
Além das recomendações apresentadas no ítem “Radiadores
Remotos”, deve-se levar em consideração os seguintes fatores:
Os seguintes fatores devem ser levados em consideração:
• As tubulações para “desaeração” do líquido de arrefecimento que saem do motor e do radiador não devem
apresentar “depressões” ou locais nos quais o líquido
de arrefecimento possa ficar retido e, assim, evitar que
o ar contido no interior do sistema de arrefecimento possa ser totalmente expulso toda vez que o sistema é
reabastecido. Recomenda-se o uso de tubos rígidos
de aço ou de poliestireno de alta densidade para os
trechos mais longos de tubulação, especialmente se
forem horizontais, para evitar o arqueamento dos tubos
nos trechos entre os suportes de fixação.
• A tubulação de abastecimento/compensação também
deve estar livre de trechos com depressões, desde o
ponto mais baixo da tubulação do sistema até a conexão com o tanque superior do radiador ou com o tanque
auxiliar. Nenhuma outra tubulação deve ser conectada
à tubulação de abastecimento. Este tipo de configuração
permite o abastecimento do sistema na direção “de
baixo para cima” sem que haja o aprisionamento de ar
em algum trecho do circuito de arrefecimento ou que haja
a falsa indicação de que o sistema está cheio. Para um
sistema construído com as conexões corretas para
as tubulações de “desaeração” e de abastecimento,
deve ser possível efetuar o abastecimento do sistema
com uma velocidade de vazão de, pelo menos, 5 gpm
(19 litros/min) (aproximadamente a mesma vazão de
uma mangueira de jardim).
• Uma bomba auxiliar e seu motor devem ser dimensionados de modo que o fluxo do líquido de arrefecimento
corresponda ao valor recomendado pelo fabricante do
motor do grupo gerador e, que, a pressão hidráulica
gerada pela bomba seja suficiente para superar o valor
excedente para a perda de pressão por “atrito viscoso”
(“friction head”) do líquido de arrefecimento do motor ,
conforme o método de cálculo apresentado no exemplo
anterior.
NOTA: Conforme os dados do fabricante da bomba, o
valor da pressão hidráulica (gerada pela bomba) correspondente a “1 pé de coluna líquida” é equivalente a
0,43 psi (lembrando que “pé de coluna líquida” é uma
unidade de medida de pressão hidráulica).
Para cada “1 pé de coluna líquida” de perda de pressão por “atrito viscoso” (“friction head”) é necessária
uma compensação equivalente a “1 pé de coluna líquida”
de pressão gerada pela bomba hidráulica.
• Deve-se instalar, em paralelo com a bomba auxiliar, uma
tubulação para o desvio do fluxo do líquido de arrefecimento. O fluxo através desta tubulação secundária deve
ser controlado por uma válvula “gaveta” (“gate valve”),e,
o uso de válvulas-globo também deve ser evitado pois
são muito pouco restritivas (sua vedação é inferior ao
das válvulas “gaveta”).
Esta tubulação secundária deve ser instalada pelos
seguintes motivos:
• Permitir o ajuste da pressão hidráulica que a bomba
auxiliar aplica ao líquido de arrefecimento, pois a válvula pode ser ajustada numa posição “parcialmente
aberta”, fazendo com que o parte do líquido de arrefecimento recircule de volta à bomba.
• Permitir a operação do grupo gerador na condição de
“carga parcial” caso haja uma falha na bomba auxiliar.
Neste caso a válvula pode ser ajustada para a posição
“totalmente aberta”, proporcionando algum arrefecimento para o motor do grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
157
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• A pressão do líquido de arrefecimento na entrada da
bomba hidráulica (que impulsiona o líquido de arrefecimento do motor), medida quando o motor estiver em
funcionamento, em sua rotação nominal, não deverá
exceder o valor para a pressão hidráulica máxima permitida. Este valor é apresentado na “Folha de Especificações Técnicas” do grupo gerador.
Para os sistemas de arrefecimento que utilizem o recurso
de “desaeração” (isso é válido para os grupos geradores
com potência de 230/200 kW, e maiores), a pressão
hidráulica da bomba auxiliar não deverá forçar o líquido
de arrefecimento através da linha de compensação para
o tanque superior do radiador ou para o tanque auxiliar.
Em quaisquer destes casos, a válvula de desvio da bomba auxiliar deve ser ajustada de modo a reduzir a pressão gerada pela bomba para um valor aceitável.
• Devido ao fato de que o motor do grupo gerador não
precisa acionar mecanicamente o ventilador de um radiador remoto, poderá haver uma capacidade de potência
excedente na saída do grupo gerador. Para se calcular
o valor da “potência líquida” que pode ser produzida
do grupo gerador, deve-se adicionar o valor da carga
consumida pelo ventilador, apresentada na “Folha de
Especificações Técnicas” do grupo gerador com a respectiva classificação de potência do grupo gerador.
Lembre-se de que o grupo gerador deve acionar eletricamente o ventilador do radiador remoto, os ventiladores
de refrigeração de seu recinto, as bombas do líquido
de arrefecimento e os demais acessórios necessários
para que o grupo funcione em aplicações que façam
uso de um radiador remoto. Assim sendo, a “potência
mecânica” economizada devido ao fato de não ser necessário acionar mecanicamente o ventilador do radiador
remoto, acaba sendo consumida pelos demais dispositivos elétricos necessários ao sistema de arrefecimento remoto.
6 PROJETO MECÂNICO
158
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
TANQUE AUXILIAR
ALTERNATIVA PARA UM RADIADOR DO TIPO
DESAERAÇÃO. A CAPACIDADE DE VOLUME
DEVE SER PELO MENOS 15% DO VOLUME DO
LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO DO SISTEMA
TAMPA DE PRESSÃO
DE 7-12 PSI
LINHA DE RESPIRO
DO RADIADOR
LINHA DE RESPIRO
DO MOTOR
CONJUNTO DO
RADIADOR REMOTO
LINHA DE ENCHIMENTO/
COMPENSAÇÃO DO SISTEMA
LINHA DE LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO QUENTE
PARA O RADIADOR
RETORNO DO LÍQUIDO
DE ARREFECIMENTO
PARA O MOTOR
VÁLVULAS DE PÓRTICOS OU
ESFERAS PARA ISOLAR O MOTOR
PARA FINS DE MANUTENÇÃO
VÁLVULA PÓRTICO
DE DESVIO
BOMBA AUXILIAR
DO LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO
Figura 6-36. Radiador remoto equipado com bomba de arrefecimento auxiliar e tanque auxiliar.
6 PROJETO MECÂNICO
159
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Radiador remoto equipado com um
reservatório do tipo “Hot Well”
Um radiador remoto equipado com um reservatório do tipo
“hot well” (Figura 6-37) pode ser utilizado caso a diferença
entre a elevação do radiador a elevação da linha de centro
da árvore de manivelas (virabrequim) exceda o valor máximo
permitido para a “coluna líquida estática”, recomendado na
“Folha de Especificações Técnicas” do grupo gerador. Ou
seja, este valor referido como “coluna líquida estática” corresponde à diferença entre os valores da pressão hidrostática medida na elevação em que se encontra o radiador e
na elevação correspondente à linha de centro da árvore de
manivelas (virabrequim).
Em um sistema equipado com um reservatório do tipo “hot
well”, a bomba do líquido de arrefecimento do motor faz com
que o líquido de arrefecimento circule entre motor e o reservatório “hot well”, enquanto uma bomba auxiliar faz com que
o líquido de arrefecimento circule entre o reservatório “hot
well” e o radiador. Um sistema de arrefecimento equipado
com um reservatório “hot well” exige um projeto cuidadoso.
Além dos fatores relevantes a serem considerados num projeto e apresentados no ítem “Radiador Remoto”, os fatores
a seguir também devem ser levados em conta:
• A base do reservatório “hot well” deverá estar situada
em uma altura acima da altura saída do líquido de arrefecimento do motor.
• O fluxo do líquido de arrefecimento através do circuito
hidráulico formado pelo reservatório “hot well” e pelo
radiador deverá ter aproximadamente o mesmo valor que
o fluxo do líquido de arrefecimento através do motor.
O radiador e a bomba auxiliar deverão ser dimensionados corretamente. A pressão hidráulica (ou “coluna
líquida”) gerada pela bomba auxiliar deverá ser suficiente
para exceder a soma dos valores correspondentes à
pressão hidrostática (ou “coluna líquida estática”) e à
perda de pressão por “atrito viscoso” no circuito interior
do circuito hidráulico formado pelo reservatório “hot well”
e pelo radiador.
NOTA: O valor da pressão hidráulica (gerada pela bomba)
correspondente a “1 pé de coluna líquida” é equivalente
a 0,43 psi (lembrando que “pé de coluna líquida” é uma
unidade de medida de pressão hidráulica), ou a “1 pé de
coluna estática” do líquido de arrefecimento (o que equivale à pressão gerada pelo peso da coluna do líquido).
• A capacidade volumétrica do reservatório “hot well” não
deve ser menor do que a soma dos seguintes volumes:
• 1/4 do volume do líquido de arrefecimento bombeado
por minuto através do “motor” (por exemplo: 25 galões
caso o fluxo seja de 100 gpm, ou,100 litros caso o
fluxo seja de 400 litros/mininuto), mais;
•
•
•
•
•
•
• 1/4 do volume do líquido de arrefecimento bombeado
por minuto através do “radiador” (por exemplo: 25 galões
caso o fluxo seja de 100 gpm, ou, 100 litros caso o fluxo
seja de 400 litros/minuto), mais;
• O volume necessário para preencher o radiador e
toda a tubulação, mais;
• 5% do volume total do sistema correspondendo à
expansão térmica do líquido de arrefecimento.
É necessário que o projeto deste tipo de sistema seja
executado prestando-se especial atenção aos detalhes
técnicos relativos às conexões de entrada e saída e
aos defletores (“baffles”), com o objetivo de minimizar
a turbulência no líquido de arrefecimento, permitir a livre
“desaeração” e maximizar a troca de calor dos fluxos
do líquido de arrefecimento do motor e do radiador.
O líquido de arrefecimento deve ser bombeado a partir
do tanque da base do radiador e retornar para o tanque
superior, caso contrário a bomba não será capaz de
preencher completamente o radiador.
A bomba auxiliar deve estar situada numa altura abaixo
do nível inferior do líquido de arrefecimento no reservatório “hot well”, de modo que o líquido no interior do
reservatório “hot well” estará sempre disponível para
ser bombeado.
O radiador deve estar equipado com uma válvula unidirecional de alívio de vácuo para permitir a drenagem do
líquido de arrefecimento para o reservatório “hot well”.
O reservatório “hot well” deve estar equipado com um
bujão de respiro de grande volume para permitir que o
nível do líquido de arrefecimento diminua à medida que
a bomba auxiliar preenche o radiador e a tubulação.
É importante lembrar que o grupo gerador deve acionar
eletricamente o ventilador do radiador remoto, os ventiladores de refrigeração, as bombas do líquido de arrefecimento e demais acessórios necessários para a sua
operação em aplicações com arrefecimento remoto.
Desta forma, a potência mecânica econimizada devido
ao não acionamento mecânico do ventilador do radiador, acaba sendo é consumida pelos dispositivos elétricos utilizados por um sistema de arrefecimento remoto.
Os valores correspondentes à estas cargas elétricas
devem ser contabilizados no cálculo da carga total do
grupo gerador.
Nota do tradutor: No texto acima, é feita referência à um dispositivo denominado
“reservatório hot well”. Este dispositivo corresponde ao tanque de armazenamento
do líquido proveniente de um condensador ou de um radiador em um sistema
composto por um circuito hidráulico fechado. O líquido aquecido, é armazenado
no interior deste tanque, para que seja submetido a um resfriamento e,
posteriormente, retorna ao circuito hidráulico. Há diversos textos técnicos, em
português, que usam uma versão traduzida deste termo (ou seja, “poço quente”),
todavia, boa parte da literatura técnica faz uso do termo original em inglês. Neste
manual, o nome original em inglês, “hot well”, é mantido.
6 PROJETO MECÂNICO
160
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
VÁLVULA DE ALÍVIO
DE PRESSÃO
CONJUNTO DO
RADIADOR REMOTO
LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO DA
BOMBA PARA O TANQUE
INFERIOR DO RADIADOR
TAMPA DE RESPIRO
HOT WELL
DEFLETORES
LINHA DE RESPIRO
DO MOTOR
LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO
QUENTE DO MOTOR
RETORNO PARA
O MOTOR
BOMBA AUXILIAR DE LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO PARA O CIRCUITO
HOT WELL/RADIADOR
Figura 6-37. Radiador remoto equipado com reservatório “hot well” e bomba auxiliar para o líquido
de arrefecimento.
6 PROJETO MECÂNICO
161
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Arrefecimento do motor por meio de radiadores
remotos com circuitos múltiplos
Alguns projetos de motor podem exigir que seja utilizado mais
do que um único circuito de arrefecimento e, portanto, necessitam que seja utilizado mais que um único radiador remoto
ou um único trocador de calor em aplicações com arrefecimento remoto. Esses motores podem utilizar diversas técnicas
para obter o “Pós-arrefecimento em Baixas Temperaturas”
(“LTA - Low Temperature Aftercooling”) a partir da entrada de
ar para a combustão. Uma dos principais motivos para a
utilização projetos deste tipo é que eles ajudam a reduzir os
níveis de emissões de poluentes dos gases de escape.
Entretanto, nem todos esses projetos de motor podem ser
facilmente adaptados para o arrefecimento remoto.
Duas bombas, dois circuitos
Uma abordagem comumente utilizada para o “Pós-arrefecimento em Baixas Temperaturas” é a utilização de dois circuitos de arrefecimento completos e independentes com dois
radiadores, duas bombas de líquido de arrefecimento e líquidos de arrefecimento separados para cada um dos circuitos.
Um circuito arrefece as “jaquetas” de água do motor e o
outro arrefece o ar da entrada para a combustão depois dele
passar pelo turbocompressor. Para efetuar o arrefecimento
remoto, este tipo de motor exige o uso de dois radiadores
remotos ou de dois trocadores de calor totalmente independentes. Cada um dos sistemas de arrefecimento utilizados
nos sistemas remotos terá suas próprias especificações
para temperatura de operação, restrições para os valores
de pressão, dissipação de calor, etc. Estes dados técnicos
podem ser obtidos com o fabricante do motor.
Em resumo, devem ser projetados dois circuitos de arrefecimento independentes e, cada um deles deve possuir todas
as características e obedecer a todas as especificações
técnicas de projeto como se cada um deles fosse um sistema de arrefecimento remoto único. Veja a Figura 6-38.
Uma bomba, dois circuitos
Ocasionalmente, alguns projetos de motores conseguem
efetuar o pós-arrefecimento em baixas temperaturas utilizando
dois circuitos para o líquido de arrefecimento no interior do
motor, dois radiadores, mas apenas uma bomba para o líquido
de arrefecimento. O uso deste tipo de sistema não é recomendado para aplicações com arrefecimento remoto devido
à dificuldade em se fazer com que haja um balanceamento
no fluxo do líquido de arrefecimento que circula em ambos
os circuitos e, conseqüentemente, torna-se difícil obter um
arrefecimento apropriado de cada um dos circuitos.
Sistema de pós-arrefecimento do tipo ar-ar
Uma outra forma para se conseguir o pós-arrefecimento em
baixas temperaturas é utilizar um circuito de arrefecimento
com radiador ar-ar ao invés de um sistema de arrefecimento
do tipo ar-líquido, como o descrito acima. Estes projetos
direcionam o ar turbocomprimido através de um radiador para
arrefecê-lo antes da entrada no(s) coletor(es) de admissão.
Em geral, estes sistemas não são recomendados para aplicações do tipo arrefecimento remoto por duas razões:
1) A tubulação de todo o sistema de arrefecimento e o
radiador funcionam sob a pressão gerada no turbocompressor. Mesmo o menor vazamento num sistema
deste tipo poderá diminuir significativamente a eficiência do turbocompressor e isto não é admissível.
2) O comprimento do percurso da tubulação de ar até o
radiador e de retorno do mesmo fará com que haja um
atraso no tempo de resposta do turbocompressor e,
potencialmente, irá resultar em pulsos de pressão que
impedirão o desempenho adequado do motor.
Nota: O projeto e instalação do radiador para o circuito de “Pósarrefecimento em Baixas Temperaturas” (LTA) pode apresentar
características críticas a serem superadas para se obter a
remoção adequada da energia térmica exigida para este circuito.
Quando os radiadores do sistema de “Pós-arrefecimento em
Baixas Temperaturas” e da “jaqueta” de água são montados
“em série” utilizando um único ventilador, o radiador do sistema
de “Pós-arrefecimento em Baixas Temperaturas” deverá ser
posicionado na frente do radiador da “jaqueta”, para que seja
o primeiro a receber o fluxo de ar mais frio.
6 PROJETO MECÂNICO
162
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Radiadores indicados para aplicações do tipo
“radiador remoto”
Radiadores Remotos
Existem diversas configurações de radiadores remotos para
aplicações em grupos geradores. Em todas estas configurações, o radiador remoto usa um ventilador acionado por um
motor elétrico que deve ser alimentado diretamente pelos
terminais de saída do grupo gerador. No ponto mais elevado
do sistema de arrefecimento, deve ser instalado um tanque
de expansão cuja capacidade de expansão deve ser de, pelo
menos, 5% da capacidade volumétrica total do sistema de
arrefecimento. A tampa de controle de pressão utilizada neste
sistema deve ser selecionada com base na capacidade do
radiador. Também pode ser necessário que sejam instaladas
tubulações para “desaeração” que conduzam até o tanque
de expansão.
A instalação de um “visor de nível” (uma janela graduada
feita de vidro) é bastante aconselhável para permitir a
visualização do nível do líquido de arrefecimento do sistema.
Este “visor de nível” deve possuir marcas de graduação que
indiquem os níveis normais para o líquido de arrefecimento
com o sistema “frio” e “quente”.
O uso de um interruptor para detecção do nível do líquido de
arrefecimento é, também, um recurso bastante útil para
prevenir uma falha potencial do sistema quando o nível do
líquido de arrefecimento estiver baixo.
Algumas instalações com radiador remoto funcionam utilizando ventiladores para o radiador controlados por termostatos. Em geral, nos sistemas deste tipo o termostato deve
ser instalado na entrada do radiador.
Os radiadores podem ser do tipo horizontal (a colméia do
radiador é paralela à superfície de montagem) ou do tipo
vertical (a colméia do radiador é perpendicular à superfície
de montagem). Na Figura 6-38 é apresentada uma foto
ilustrativa.
Em geral, os radiadores horizontais são os preferidos pois
permitem que a principal fonte de ruído do radiador (o ruído
mecânico do ventilador) seja direcionada para cima, onde,
normalmente, não há pessoas que possam ser perturbadas
pelo ruído. Contudo, os radiadores horizontais podem se tornar
inoperantes devido à cobertura de neve ou formação de gelo,
razão pela qual não são utilizados em locais de climas frios.
Os radiadores remotos exigem pouca manutenção, todavia
quando são utilizados e, se utilizarem ventiladores acionados
por correias, a manutenção anual deve incluir a inspeção e
aperto dos parafusos de fixação do ventilador. Alguns radiadores podem utilizar rolamentos reengraxáveis que exigem
manutenção periódica. É preciso garantir as aletas do radiador
estejam sempre limpas e livres de sujeira ou de quaisquer
outros contaminantes.
Figura 6-38. Exemplo de um radiador remoto horizontal e de um radiador de pós-arrefecimento.
6 PROJETO MECÂNICO
163
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Trocador de calor montado no chassis do grupo
gerador (chassis do tipo “skid”, ou “trenó”)
O motor, a bomba e o trocador de calor líquido-líquido formam
um sistema de arrefecimento fechado e pressurizado (na
Figura 6-39 é apresentada uma ilustração). O líquido de
arrefecimento do motor e a água utilizada para trocar calor
com o líquido de arrefecimento (que circula pelo “lado frio”
do sistema) não se misturam.
Este tipo de sistema apresenta as seguintes características:
• As opções de controle recomendadas incluem uma
válvula termostática de água (não elétrica) para controlar
o fluxo de água em resposta à temperatura do líquido
de arrefecimento e uma válvula de interrupção do tipo
“normalmente fechada” (NF), alimentada por bateria
para cortar o fluxo de água quando o grupo não estiver
em funcionamento.
• O recinto onde está instalado o grupo gerador necessita de um sistema elétrico de ventilação. Para maiores
informações sobre o volume de ar necessário para uma
ventilação adequada, consulte o ítem “Ventilação”,
neste capítulo.
• O fluxo de água pelo trocador de calor deve ser suficiente para remover o calor que é dissipado para o
líquido de arrefecimento, conforme o indicado na
“Folha de Especificações Técnicas” do grupo gerador.
Note que para cada elevação de 1°F na temperatura,
um galão de água absorve aproximadamente 8 BTU
(este valor corresponde ao seu calor específico). Além
disso, recomenda-se que a água que sai do trocador
de calor não ultrapasse os 60°C (140°F).
• Como o motor do grupo gerador não precisa acionar
mecanicamente o ventilador do radiador, haverá uma
capacidade de potência excedente na saída do grupo
gerador. Para calcular o valor da potência líquida na
saída do grupo gerador, deve-se somar o valor da carga
(potência) consumida pelo ventilador (indicada na “Folha
de Especificações Técnicas” do grupo gerador) ao valor
de sua potência nominal.
É importante lembrar que o grupo gerador deverá
acionar eletricamente o ventilador do radiador remoto,
os ventiladores de refrigeração, as bombas de líquido
de arrefecimento e demais acessórios necessários
para que o grupo gerador funcione em aplicações com
radiador remoto. Assim sendo, a potência (kW) economizada com a não utilização de um acionamento
mecânico do ventilador, em geral, é consumida pelos
dispositivos elétricos necessários ao sistema de
arrefecimento remoto.
• No caso a pressão da fonte de água no “lado frio” do
sistema exceder à classificação de pressão do trocador de calor, deverá ser instalada uma válvula redutora
de pressão. O fabricante do trocador de calor deve ser
consultado para se obter maiores informações sobre
o trocador de calor.
Portanto:
Água necessária (gpm) = Calor Dissipado (em Btu/min.)
!T(°F) • c • (8 BTU/°F-Galão)
onde:
!T = Elevação de temperatura da água na colméia
c = Calor específico da água
No caso um grupo dissipar 19.200 BTU por minuto e
a temperatura da água for de 80°F, considerando-se
uma elevação de temperatura da água de 60°F, temos:
Água necessária (gpm) = 19.200 = 40 gpm
60 • 8
• O trocador de calor e a tubulação de água devem ser
protegidos contra congelamento caso haja a possibilidade de que a temperatura ambiente tornar-se menor
que 0°C (32°F).
6 PROJETO MECÂNICO
164
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
VENTOS DOMINANTES
ENTRADA DO AR DE VENTILAÇÃO
VENTILADOR DE
CIRCULAÇÃO DE AR
AR QUENTE
TROCADOR DE CALOR
MONTADO NO MOTOR
CONEXÕES FLEXÍVEIS
DE ÁGUA
DESCARGA
DE ÁGUA
SUPRIMENTO
DE ÁGUA
Figura 6-39. Sistema de arrefecimento equipado com trocador de calor montado na fábrica (“original de fábrica”).
6 PROJETO MECÂNICO
165
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Sistemas de arrefecimento equipados com
dois trocadores de calor
Os sistemas de arrefecimento equipados com dois trocadores de calor (Figura 6-40) podem ser difíceis de projetar
e implementar, especialmente se for utilizado um sistema
secundário de arrefecimento, como no caso de um radiador
ser utilizado para arrefecer o trocador de calor. Em situações
como estas, o dispositivo remoto pode ser significativamente
maior do que o esperado, uma vez que a mudança de temperatura no trocador de calor é relativamente pequena.
Sistemas deste tipo devem ser projetados para aplicações
muito específicas, considerando os requisitos do motor, do
trocador de calor líquido-a-líquido e do dispositivo trocador
de calor remoto14.
14) Os trocadores de calor montados no chassis e fornecidos pela
Cummins Power Generation, em geral, não são adequados para
utilização em aplicações que utilizem dois trocadores de calor.
Os projetos com dois trocadores de calor exigem um acoplamento
cuidadoso dos componentes.
TAMPA DE PRESSÃO
TROCADOR DE CALOR
LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO QUENTE
PARA TROCADOR SECUNDÁRIO
RADIADOR REMOTO
VÁLVULA DE DRENO NO PONTO
MAIS BAIXO DO SISTEMA
RETORNO DO LÍQUIDO DE
ARREFECIMENTO PARA O
TROCADOR DE CALOR
Figura 6-40. Diagrama de um sistema de arrefecimento equipado com dois trocadores de calor.
(com arrefecedor secundário líquido-ar).
6 PROJETO MECÂNICO
166
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Aplicações com torre de arrefecimento
Os sistemas equipados com torres de arrefecimento podem
ser utilizados em aplicações onde a temperatura ambiente
não seja inferior ao ponto de congelamento da água e onde a
quantidade de umidade do ar é baixa o suficiente para permitir
a operação eficiente do sistema. Na Figura 6-41 é apresentado um diagrama para exemplificar uma configuração típica
deste tipo de equipamento. Em geral, os sistemas equipados com torre de arrefecimento utilizam um trocador de calor
montado no chassis, cujo “lado frio” deve ser conectado à
torre. O “balanceamento” do sistema é feito por uma bomba
de água “não tratada” que circula a água para a parte superior
da torre de arrefecimento. Neste local a água é arrefecida por
meio de sua evaporação parcial e então retorna ao trocador
de calor do grupo gerador. Deve-se notar que este sistema
necessita da adição contínua de água, pois a sua evaporação parcial reduz continuamente a quantidade da água de
arrefecimento no sistema. O “lado quente” do sistema do
trocador de calor é similar àquele descrito anteriormente no
ítem “Trocador de Calor Montado no Chassis (Skid)”.
a) Esta é uma bomba secundária. A bomba (principal) de arrefecimento
do motor é a que faz circular o líquido de arrefecimento através do
“lado quente” do sistema.
b) O termo água “não tratada” refere-se à água com um grau de pureza
adequado apenas para este tipo de aplicação industrial. Não é água
potável e nem, tampouco, água com excesso de contaminantes.
MOTOR
ALT
HE
NRV
NRV
Figura 6-41. Diagrama ilustrativo de um sistema de arrefecimento equipado com uma torre de arrefecimento.
Arrefecimento do combustível utilizando-se
radiadores remotos
Em algumas situações os grupos geradores podem incluir
radiadores para o arrefecimento do combustível com a finalidade de atender à requisitos de motores específicos. Caso
um motor seja equipado com um radiador separado para o
arrefecimento do combustível, estas especificações referentes
ao arrefecimento devem ser incluídas no projeto do sistema
de arrefecimento. Além deste procedimento ser incompatível
com as normas técnicas, em geral, não é possível canalizar
o combustível para um local remoto. Uma alternativa é incluir
um radiador e um ventilador para o arrefecimento do combustível no espaço próximo ao gerador e levar em conta mais
esta fonte de dissipação do calor no projeto de ventilação
do recinto (ou sala) do gerador. Outra alternativa pode ser o
uso de um sistema de arrefecimento para o combustível
equipado com um trocador de calor e utilizando um radiador
remoto ou um suprimento de água separado para o lado do
líquido de arrefecimento.
6 PROJETO MECÂNICO
167
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Cálculos para o dimensionamento da tubulação
de arrefecimento
O projeto (“layout”) preliminar da tubulação para um sistema
de arrefecimento equipado com radiador remoto, como o
apresentado na Figura 6-35, requer 60 pés de tubos com
diâmetro de 3 polegadas, três conexões grandes do tipo
“cotovelo”, duas válvulas “gaveta” (“gate valve”) para isolar o
radiador durante serviços de manutenção ou reparos no motor
e uma conexão do tipo “T” para conectar a tubulação de abastecimento. A “Folha de Especificações Técnicas” do grupo
gerador utilizado no exemplo na Figura 6-35 indica que o
fluxo do líquido de arrefecimento deve ser de 123 gpm e que
o valor máximo permitido para as perdas de pressão devidas
ao “atrito viscoso” (“friction head”) é de 5 psi.
Este procedimento envolve o cálculo da perda de pressão
devida ao “atrito viscoso” (“friction head”) causada por cada
um dos componentes utilizados e, posteriormente, a comparação da soma dos valores de todas as perdas individuais
de pressão com o valor máximo permitido para a perda total
de pressão devida ao “atrito viscoso” (“friction head”).
6. O cálculo neste exemplo indica que o “layout” do sistema de arrefecimento com radiador remoto é adequado
considerando-se as perdas “atrito viscoso” (“friction head”)
no líquido de arrefecimento, uma vez que este valor não
é maior o limite máximo permitido. Caso o cálculo resultasse num valor excessivo para perda de pressão por
“atrito viscoso” no líquido de arrefecimento, o cálculo
deveria ser repetido simulando-se a utilização do tubo
com maior diâmetro imediatamente superior na escala
de classificação para diâmetros de tubulações.
Uma vez feitos os cálculos, deve-se comparar as vantagens e desvantagens de se utilizar tubos com maior
diâmetro ao invés de se utilizar tubos com menor diâmetro e uma bomba auxiliar para o líquido de arrefecimento.
Exemplo:
1. Calculo da perda de pressão no radiador em função
dos dados do fabricante. Para este exemplo, vamos
assumir que a perda de pressão é de 1 psi para um
fluxo de 135 gpm.
2. Determinação dos “comprimentos lineares” equivalentes para todas as conexões e válvulas utilizando os
dados da Tabela 6-5 e adição dos valores obtidos para
se obter comprimento total equivalente ao de um tubo
reto:
Três Grandes Cotovelos: 3 x 5,2
Duas Válvulas com Pórticos (Abertos): 2 x 1,7
“T” (Percurso Reto)
60 Pés de Tubo Reto
Comprimento Equivalente do Tubo (pés)
15,6
3,4
5,2
60,0
84,2
3. Calculo da contrapressão ao fluxo por unidade de comprimento do tubo para o diâmetro nominal do tubo utilizado como exemplo no sistema. Neste exemplo utilizase um tubo com diâmetro nominal de 3 pol. Seguindo
as linhas tracejadas indicadas na Figura 6-42, 3 pol.
de tubo causam aproximadamente uma perda de
pressão de 1,65 psi para cada 100 pés de tubo.
4. Calculo da perda de pressão na tubulação como segue:
Perda na Tubulação = 84,2 pés x 1,65 psi/100 pés = 1,39 psi
5. A perda total do sistema corresponde à soma das perdas
parciais na tubulação e no radiador:
Perda Total de Pressão = 1,39 psi (na tubulação) + 1,00 psi (no
radiador) = 2,39 psi
6 PROJETO MECÂNICO
168
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
TAMANHO NOMINAL DOS TUBOS EM POLEGADAS (MILÍMETROS)
3/4
1
1 1/4 1 1/2
2
2 1/2
3
4
5
(20)
(25)
(32)
(40)
(50)
(65)
(80) (100) (125)
TIPO DA CONEXÃO
1/2
(15)
Cotovelo padrão de 90º
ou “T” com redução de 1/2
1,7
(0,5)
2,1
(0,6)
2,6
(0,8)
3,5
(1,1)
4,1
(1,2)
5,2
(1,6)
6,2
(1,9)
7,7
(2,3)
10
(3,0)
13
(4,0)
15
(4,6)
Cotovelo longo de 90º
ou “T” sem redução
1,1
(0,3)
1,4
(0,4)
1,8
(0,5)
2,3
(0,7)
2,7
(0,8)
3,5
(1,1)
4,2
(1,3)
5,2
(1,6)
6,8
(2,1)
8,5
(2,6)
10
(3,0)
Cotovelo de 45º
0,8
(0,2)
1,0
(0,3)
1,2
(0,4)
1,6
(0,5)
1,9
(0,6)
2,4
(0,7)
2,9
(0,9)
3,6
(1,1)
4,7
(1,4)
5,9
(1,8)
7,1
(2,2)
Curva com retorno fechado
4,1
(1,2)
5,1
(1,6)
6,5
(2,0)
8,5
(2,6)
9,9
(3,0)
13
(4,0)
15
(4,6)
19
(5,8)
25
(7,6)
31
(9,4)
37
(11,3)
“T”, lado de entrada ou de saída
3,3
(1,0)
4,2
(1,3)
5,3
(1,6)
7,0
(2,1)
8,1
(2,5)
10
(3,0)
12
(3,7)
16
(4,9)
20
(6,1)
25
(7,6)
31
(9,4)
Válvula de pé e filtro
3,7
(1,1)
4,9
(1,5)
7,5
(2,3)
8,9
(2,7)
11
(3,4)
15
(4,6)
18
(5,5)
22
(6,7)
29
(8,8)
36
46
(11,0) (14,0)
Válvula unidirecional (válvula de
retenção), totalmente aberta
4,3
(1,3)
5,3
(1,6)
6,8
(2,1)
8,9
(2,7)
10
(3,0)
13
(4,0)
16
(4,9)
20
(6,1)
26
(7,9)
33
39
(10,1) (11,9)
Válvula globo, totalmente aberta
19
(5,8)
23
(7,0)
29
(8,8)
39
45
58
(11,9) (13,7) (17,7)
69
86
113
142
170
(21,0) (26,2) (34,4) (43,3) (51,8)
Válvula em ângulo,
totalmente aberta
9,3
(2,8)
12
(3,7)
15
(4,6)
19
(5,8)
23
(7,0)
29
(8,8)
35
43
57
71
85
(10,7) (13,1) (17,4) (21,6) (25,9)
Válvula gaveta,
totalmente aberta
0,8
(0,2)
1,0
(0,3)
1,2
(0,4)
1,6
(0,5)
1,9
(0,6)
2,4
(0,7)
2,9
(0,9)
3,6
(1,1)
4,7
(1,4)
5,9
(1,8)
6
(150)
7,1
(2,2)
Tabela 6-5. Comprimentos lineares equivalentes para conexões de tubos e válvulas, em pés (metros).
6 PROJETO MECÂNICO
169
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Tratamento para o líquido de arrefecimento
O líquido anticongelante (à base de etileno-glicol ou propileno-glicol) e a água são misturados para diminuir o ponto de
congelamento do líquido de arrefecimento e para elevar o seu
ponto de ebulição. Consulte a Tabela 6-7 para determinar a
concentração adequada de etileno-glicol ou de propilenoglicol necessária para proteger o sistema de arrefecimento
contra o congelamento na temperatura ambiente mais fria
que se avalia possa ser atingida no local da instalação.
As porcentagens da mistura de anticongelante/água na faixa
entre 30/70 e 60/40 são as recomendadas para a maioria
das aplicações.
NOTA: O anticongelante à base de propileno-glicol é menos
tóxico que o anticongelante à base de etileno-glicol e oferece
maior proteção às camisas dos cilindros do motor. Além disso
não existe a necessidade que sejam tomadas providências
especiais ou que seja feito o relato às agências ambientais
no caso de ocorrer algum vazamento acidental ou quando
é feito o dercarte deste fluído. Todavia, o líquido de arrefecimento à base de propileno-glicol não é tão eficiente quanto
o feito à base de etileno-glicol e, portanto, a capacidade
do sistema de arrefecimento (a sua temperatura máxima
de operação com carga plena) será um pouco inferior para
os sistemas que utilizem propileno-glicol.
PORCENTAGENS DE MISTURA (ANTI-CONGELANTE / ÁGUA)
MISTURA BÁSICA
ETILENO GLICOL
PROPILENO GLICOL
Os grupos geradores da Cummins Power Generation com
capacidade de 125/100 kW, ou superiores (fabricados nos
EUA), são equipados com filtros (substituíveis após um determinado tempo de uso) e elementos filtrantes para o tratamento
do líquido de arrefecimento com o objetivo de minimizar a
formação de incrustrações e a corrosão no interior do sistema
de arrefecimento. Estes grupos geradores são compatíveis
com a maioria dos fluídos anticongelantes existentes. Para
grupos geradores de menor porte, o anticongelante também
deve conter um inibidor de corrosão.
Os grupos geradores cujos motores sejam equipados com
camisas “substituíveis” para os cilindros do motor exigem o
uso de aditivos suplementares para o líquido de arrefecimento
(SCA's - Suplementary Coolant Additives) para a proteção das
camisas dos cilindros contra o desgaste por atrito e a corrosão,
conforme especificado no “manual do motor” e no “manual do
operador do grupo gerador”.
0/100
30/70
40/60
50/50
60/40
95/5
PONTO DE
CONGELAMENTO
32º F
(0º C)
4º F
(−16º C)
−10º F
(−23º C)
−34º F
(−36º C)
−65º F
(−54º C)
8º F
(−13º C)
PONTO DE
EBULIÇÃO
212º F
(100º C)
220º F
(104º C)
222º F
(106º C)
226º F
(108º C)
230º F
(110º C)
345º F
(174º C)
PONTO DE
CONGELAMENTO
32º F
(0º C)
10º F
(−12º C)
−6º F
(−21º C)
−27º F
(−33º C)
−56ºF
(−49º C)
−70º F
(−57º C)
PONTO DE
EBULIÇÃO
212º F
(100º C)
216º F
(102º C)
219º F
(104º C)
222º F
(106º C)
225º F
(107º C)
320º F
(160º C)
Tabela 6-7. Pontos de Congelamento e Pontos de Ebulição vs. Concentração de Anticongelante
6 PROJETO MECÂNICO
170
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
1.5 (40)
2 (50)
2.5 (65)
3 (80)
4 (100)
5 (125)
3.0
(21)
2.0
(14)
6 (150)
1.0
(7.0)
0.5
(3.5)
0.4
(5.9)
0.3
(2.1)
1,000
(3800)
500
(1900)
400
(1500)
300
(1140)
200
(760)
100
(380)
50
(190)
40
(150)
30
(114)
0.1
(0.7)
20
(76)
0.2
(1.4)
10
(38)
PERDA DE PRESSÃO (PSI POR 100 PÉS DE COMPRIMENTO DO TUBO)
(kPa por 30 Metros de Comprimento do Tubo)
5.0
(35)
4.0
(28)
FLUXO DO LÍQUIDO DE ARREFECIMENTO - Galões por Minuto (litros/min)
Figura 6-42. Valores das perdas de pressão por “atrito viscoso” para tubos
com diâmetros nominais em polegadas (metros)
6 PROJETO MECÂNICO
171
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Ventilação
Diretrizes Gerais
A ventilação no recinto do gerador é necessária para remover
o calor emitido pelo motor, alternador e demais equipamentos
que também emitem calor e integram o grupo gerador. A ventilação no recinto também é necessária para remover gases
de escape potencialmente perigosos e fornecer ar fresco para
a combustão no motor.
NOTA: A frase “recinto do grupo gerador” (“sala do grupo gerador”) e o termo “recinto” (“sala”) são utilizados ao longo de
todo este capítulo. Entretanto, os princípios discutidos aqui
são aplicáveis para quaisquer meios de escapsulamento
do grupo gerador. Para os propósitos deste capítulo, o termo
“recinto” (“sala”) pode ser considerado como sinônimo de
“carenagem”, “compartimento”, “contêiner”, ou qualquer
outra estrutura (de alvenaria, metálica, etc.) que possa ser
utilizada para envolver e proteger o grupo gerador.
O projeto de um sistema para ventilação e/ou a sua instalação inadequada pode levar aos seguintes problemas:
• Situações de perigo ou de risco para os indivíduos da
equipe responsável pelo grupo gerador (se aplicável);
• A elevação excessiva da temperatura ao redor do grupo
gerador e, que, podem levar a um desempenho “fraco”
(ineficaz) e/ou ao superaquecimento do equipamento.
• Desempenho “fraco” (ineficaz) do equipamento em
ambientes com climas frios caso a maneira como o
equipamento foi instalado não o proteja completamente
da umidade à baixas temperaturas.
• Surgimento de problemas em outros equipamentos
instalados no mesmo “recinto” que o grupo gerador e,
que, podem ser sensíveis à temperaturas altas ou baixas.
Requisitos para o sistema de ventilação
• Os coletores de escape do motor e os turbocompressores não devem ser isolados térmicamente. (Veja o ítem
“Determinação dos Requisitos para o Fluxo de Ar”,
neste capítulo);
• Não devem ser utilizados isolamentos rígidos nas juntas
de expansão. (Veja o ítem “Determinação dos Requisitos para o Fluxo de Ar”, neste capítulo);
• O calor emitido por outras fontes além do grupo gerador
deve ser levado em consideração no projeto do sistema
de ventilação. (Veja o ítem “Determinação dos Requisitos
para o Fluxo de Ar”, neste capítulo);
• A entrada e a saída para ventilação do recinto do grupo
gerador devem:
• Permitir um fluxo de ar de magnitude suficiente para
suprir todo o volume de ar necessário para a combustão total no motor e para a suprir o fluxo de ar
necessário para a ventilação através do recinto. (Veja
o ítem “Requisitos para Entrada e Saída de Ar no
Projeto de Ventilação do Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
• Permitir o fluxo de ar para “ventilação” (arrefecimento)
flua em torno de todo o grupo gerador, desde o alternador até o radiador. (Veja o ítem “Diretrizes para a
Entrada e Saída de Ar no Projeto de Ventilação do
Recinto do Grupo Gerador”, neste capítulo);
• O ar utilizado para “ventilação” do grupo gerador
deve ser expelido diretamente para fora do recinto.
(Veja o ítem “Diretrizes para a Entrada e Saída de
Ar no Projeto de Ventilação do Recinto do Grupo
Gerador”, neste capítulo);
• Permitir que a quantidade necessária de ar fresco
possa fluir através de cada grupo gerado em uma
instalação que contenha múltiplos grupos geradores.
(Veja o ítem “Ventilação em Instalações que Contenham Múltiplos Grupos Geradores”, neste capítulo).
• O fabricante das venezianas utilizadas nas entradas e
saídas de ar do “recinto” do grupo gerador deve ser consultado sobre os valores limite para a velocidade do ar.
(Veja o ítem “Cálculo da Área Efetiva para a Entrada
e Saída do Fluxo de Ar no Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
• As tubulações utilizadas para a descarga do radiador
devem ser auto-sustentáveis. (Veja o ítem “Diretrizes
para a Entrada e Saída de Ar no Projeto de Ventilação
do Recinto do Grupo Gerador”, neste capítulo);
• O sistema de ventilação deve ser projetado para funcionar de maneira adequada sempre que todas as portas
de entrada para acesso ou serviços/manutenção ao
“recinto” do grupo gerador estejam fechadas (ou seja,
uma porta de acesso não deve ser considerada como
uma entrada de ar). Todas as portas do “recinto” do grupo
gerador devem permanecer fechadas durante o seu
funcionamento e manter o fluxo de ar para ventilação
conforme as especificações originais do projeto. (Veja
o ítem “Pressão Negativa no Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
6 PROJETO MECÂNICO
172
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
• O percurso para a tubulação de respiro do cárter deve
ser projetado de modo que os vapores emitidos não
possam causar corrosão ao equipamento. (Veja o ítem
“Ventilação do Cárter do Motor”, neste capítulo);
• Caso o respiro do cárter seja submetido a algum tipo
de modificação, a pressão do cárter deve ser medida
conforme a sua especificação nominal. A pressão deve
ser positiva mas não exceder o valor de 3 pol. de coluna
de água (0,75 kPa). (Veja o ítem “Ventilação do Cárter
do Motor”, neste capítulo);
• Para os conjuntos formados por radiador e ventilador
montados diretamente no grupo gerador, o limite para
o fluxo total de ar no “recinto” do grupo gerador não deve
ultrapassar o valor máximo especificado na “Folha de
Dados Técnicos” do grupo gerador. (Veja o ítem “Restrição ao Fluxo de Ar no Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
• As venezianas utilizadas para o controle do fluxo de
ar através do recinto do grupo gerador devem abrir
imediatamente assim que o grupo gerador entre em
funcionamento nas instalações dos tipos “Emergência”
e “Standby”. Em locais de clima frio, as venezianas
podem ser abertas parcialmente para permitir apenas
a entrada do ar necessário para a combustão no motor
e serem ajustadas automaticamente para controlar a
temperatura no interior do recinto. (Veja o ítem “Operação das Venezianas no Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
• Caso uma parede de contenção necessite ser instalada,
ela deve ser posicionada a uma distância de não menos
que 1x a altura da veneziana de descarga (saída de ar)
em relação à altura da edificação. Para que o desempenho do projeto seja otimizado, a parede deve estar
posicionada a uma distância de aproximadamente 3x
a altura da veneziana de descarga em relação à altura
da edificação (parede). (Veja o ítem “Paredes de Contenção”, neste capítulo);
Recomendações para o sistema de ventilação
• A tubulação para os gases de escape e os silenciadores devem possuir isolamento. (Para maiores detalhes
sobre os requisitos relativos aos coletores e turbocompressores, veja o ítem “Determinação dos Requisitos
para o Fluxo de Ar”, neste capítulo);
• A medida da temperatura máxima no exterior do recinto
do grupo gerador deve ser feita próxima à entrada de
ar. (Veja o ítem “Determinação dos Requisitos para o
Fluxo de Ar”, neste capítulo);
• A velocidade do ar utilizado para ventilação deve ser
limitada a um valor no intervalo entre 500 e 700 pés/min
(150 e 220 metros/min) para evitar a sucção de água
da chuva ou de neve para dentro do recinto do grupo
gerador. Veja nos ítens anteriores as especificações
sobre o uso de venezianas para controlar o fluxo e a
velocidade do ar dentro do recinto do grupo gerador.
(Veja o ítem “Cálculo da Área Efetiva para a Entrada
e Saída do Fluxo de Ar no Recinto do Grupo Gerador”,
neste capítulo);
• Recomendações para o posicionamento da entrada e
saída de ar para ventilação dentro do recinto do grupo
gerador (Veja o ítem “Diretrizes para a Entrada e Saída
de Ar no Projeto de Ventilação do Recinto do Grupo
Gerador”, neste capítulo):
• A entrada para ventilação não deve estar localizada
(posicionada) próxima à saída do escape do motor;
• A entrada e saída para ventilação não devem estar
localizadas na mesma parede;
• A saída estar deve ser posicionada em um local que
esteja “a favor do vento”.
• Quaisquer equipamentos adicionais de combustão não
devem ser colocados ou instalados dentro do recinto
do grupo gerador. (Veja o ítem “Pressão Negativa no
Recinto do Grupo Gerador”, neste capítulo).
• Sempre que for instalada uma parede de contenção o
projeto também deverá incluir a instalação de uma tubulação ou de uma calha para o desvio do fluxo de ar da
saída de ventilação (“turning vane”) e de um dreno (para
remoção da umidade condensada). (Veja o ítem “Paredes
de Contenção”, neste capítulo);
• Caso sejam instalados filtros no sistema de ventilação,
também deve ser instalado um sistema para detectar
o entupimento dos filtros. (Veja o ítem “Filtragem do Ar
Utilizado para Ventilação”, neste capítulo).
6 PROJETO MECÂNICO
173
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Determinação dos requisitos para o
fluxo de ar no sistema de ventilação
Use o seguinte método de cálculo para determinar os requisitos para o fluxo de ar no recinto do grupo gerador.
ETAPA 2: Determine a quantidade de calor emitido pelo
silencioso e pela tubulação de escape para o recinto
ETAPA 1: Determine a quantidade de calor emitido pelo
grupo gerador para o interior de seu recinto
O silencioso e a tubulação de escape irão emitir calor para a
sala do grupo gerador, conforme o ilustrado na Figura 6-45.
Utilize a Tabela 6-6 para fazer uma estimativa deste valor.
O motor e o alternador irão emitir calor para a sala do grupo
gerador. Na Figura 6-43, esta quantidade de calor é denominada de QGS. Consulte a “Folha de Dados Técnicos” do grupo
gerador para determinar a quantidade de calor, como o ilustrado na Figura 6-44. Para o exemplo apresentado na Figura
6-44 foi escolhido o grupo gerador Cummins DFXX Standby,
cujo QGS é de 5530,0 Btu/min (5,9 MJ/min).
Para o sistema mostrado na Figura 6-45, suponha que há
há uma tubulação não isolada com 10 pés de comprimento
e 5 pol. de diâmetro (3 metros de comprimento e 127 mm
de diâmetro) e um silencioso localizado na sala do grupo
gerador. Da Tabela 6-6, o calor emitido da tubulação (QP)
e do silencioso (QM) pode ser determinado:
QP = 10 pés • 139 Btu/(min•pé)
= 1390 Btu/min.
ou:
QP = 3,0 m • 481 kJ/(min•m) = 1443 kJ/min = 1,44 MJ/min
QM = 1501 Btu/min
ou:
QM = 1584 kJ/min = 1,58 MJ/min
Figura 6-43. Quantidade de calor emitido para dentro do
recinto do grupo gerador ( QGS).
Figura 6-44. Exemplo de uma “Folha de Especificações Técnicas” para um grupo gerador DFXX.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-45. Quantidade de calor emitido para dentro do recinto do grupo
gerador pela tubulação de escape e pelo silencioso.
Note que os valores fornecidos na Tabela 6-6 e as equações apresentadas como exemplo referem-se à tubulações de escape
e silenciosos não isolados. A Cummins recomenda o uso de isolamento para a tubulação de escape e para os silenciosos,
com o objetivo de reduzir a quantidade de calor emitida para dentro do recinto do grupo gerador. Os equipamentos “originais
de fábrica”, com o radiador já montado no grupo gerador são projetados e desenvolvidos com o pressuposto de que a tubulação
de escape será isolada. Como regra geral, utilize o equivalente a 30% das quantidades de calor fornecidas na Tabela 6-6
para sistemas isolados.
O uso de isolamento nos coletores de escape do motor e nos turbocompressores pode causar danos ao equipamento. Além
disso, não devem ser utilizados isolamentos rígidos nas juntas de expansão. Para maiores detalhes, veja a seção “Sistema
de Escape”, neste manual, ou entre em contato com o distribuidor Cummins local para ter acesso ao documento AEB 60.05.
• A tubulação de escape e silenciosos devem ser isolados;
• Os coletores de escape do motor e os turbocompressores não devem ser isolados;
• Não devem ser utilizados isolamentos rígidos nas juntas de expansão.
Tabela 6-6.
Estimativa para a quantidade de calor emitido para dentro do recinto do grupo gerador por uma tubulação
de escape e pelo silencioso, ambos sem isolamento15.
15) Os funcionários da Cummins podem ter acesso ao Cummons Technical Report 9051-2005-003 para documentação destes valores.
6 PROJETO MECÂNICO
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ETAPA 3: Determine a quantidade de calor emitido por outras fontes para o interior de recinto
• O calor emitido por outras fontes deve ser considerado no projeto do sistema de ventilação.
Outras fontes de calor incluem o quadro de distribuição, compressores, iluminação, luz solar através das janelas e qualquer
outro equipamento que produza calor. Nas equações a seguir, esta quantidade de calor é denominada como QAUX.
Para o sistema utilizado como exemplo, assuma que não há fontes adicionais de calor no recinto do grupo gerador.
ETAPA 4: Calcule a quantidade total de calor emitido por outras fontes para o interior de recinto
Para achar o calor total emitido para o recinto do grupo gerador, some todos os valores obtidos nas etapas 1 a 3:
QTOT = QGS + QP + QM + QAUX
Para o equipamento utilizado como exemplo, obtemos:
QTOT = 5530 Btu/min + 1390 Btu/min + 1501 Btu/min + 0 Btu/min = 8421 Btu/min
ETAPA 5: Determine o “Aumento Máximo Aceitável de Temperatura” no interior do recinto (ou sala)
Para determinar o aumento máximo aceitável da temperatura no interior do recinto do grupo gerador, primeiro determine a
temperatura máxima exterior do recinto (MAX TEXT) e a temperatura máxima aceitável da sala (MAX TSALA). Deve-se utilizar
como valor de referência para a temperatura máxima no exterior do recinto (sala) a temperatura mais alta possível na região
geográfica onde o grupo gerador estiver instalado. Em condições ideais, esta temperatura deve ser medida num local próximo
à entrada de ar do recinto do grupo gerador. As temperaturas em locais próximos à edificações podem ser significativamente
mais altas que temperaturas em espaços abertos.
• A temperatura exterior máxima deve ser medida próxima à entrada de ar.
Para determinar a temperatura máxima aceitável no interior do recinto do grupo gerador, consulte as normas técnicas para
a edificação onde o equipamento está instalado, as normas técnicas locais, as especificações técnicas fornecidas pela
brigada de incêndio, a temperatura máxima de operação do grupo gerador antes da redução, a capacidade do sistema de
arrefecimento e demais fatores. Tenha em mente que o grupo gerador pode não ser o equipamento mais sensível à temperatura
no interior do recinto. As temperaturas máximas aceitáveis no recinto podem ser definidas pelos limites de tolerância à
temperatura de outros equipamentos.
O aumento máximo aceitável da temperatura no recinto do grupo gerador é de:
!T = Max TSALA - Max TEXT
Para o sistema de exemplo, assuma que o grupo gerador está localizado em uma região onde a temperatura máxima exterior
na entrada da sala é de 90ºF (32,2ºC) e a temperatura máxima aceitável na sala é de 104ºF (40ºC). O aumento máximo
aceitável da temperatura da sala do grupo gerador é:
!T = 104°F - 90°F = 14°F ou !T =40°C - 32,2°C = 7,8°C
Figura 6-46. “Temperatura máxima aceitável dentro do recinto do grupo gerador” e
“temperatura ambiente”.
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ETAPA 6: Determine o Requisito de Fluxo de Ar de Combustão
Determine o valor do fluxo de ar necessário para a combustão seguindo as especificações apresentadas na “Folha de Dados
Técnicos” do grupo gerador, conforme o exemplo apresentado na Figura 6-47. Para o grupo gerador Cummins DFXX Standby,
utilizado como exemplo, este valor é 1226,0 cfm (34,7 m3/min).
Figura 6-47. Exemplo de uma “Folha de Especificações Técnicas” para um grupo gerador DFXX.
ETAPA 7: Calcule o fluxo total de ar que deve passar através do recinto do grupo gerador
Em primeiro lugar, o fluxo total de ar necessário para controlar a elevação da temperatura no interior do recinto do grupo
gerador, conforme as especificações do projeto, é determinado pela fórmula:
VSALA =
QTOT
!T)•(d)
(cp)•(!
onde:
VSALA
QTOT
cp
!T
d
=
=
=
=
=
fluxo de ar de ventilação forçado mínimo; cfm (m3/min);
calor total emitido para a sala (etapa 4); Btu/min (MJ/min);
calor do ar específico com pressão constante; 0,241 Btu/lb/°F (1,01 x 10-3 MJ/kg/°C);
elevação da temperatura no recinto do grupo gerador em relação à temp. externa (etapa 5); °F (°C);
densidade do ar; 0,0750 lb/pé3 (1,20 kg/m3).
VSALA =
8421 Btu/min
= 33728 cfm
(0,241 Btu/lb • °F) • (14°F) • (0,075 lb/pé )
3
ou:
VSALA =
8,92 MJ/min
= 944 m3/min
(1,01x10-3 MJ/kg • °C) • (7,8°C) • (1,20 kg/m3)
6 PROJETO MECÂNICO
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Em seguida, some o valor obtido para VSALA ao valor do fluxo de ar necessário para a combustão, obtido na Etapa 6, para
determinar o fluxo total de ar necessário:
VTOT = VSALA + VCOMB
Para o sistema de exemplo,
VTOT = 33278 cfm + 1226 cfm = 34504 cfm
ou:
VTOT = 944 m3/min + 34,7 m3/min = 979 m3/min
ETAPA 8: Ajuste do valor do fluxo de ar em função da altitude
A densidade do ar atmosférico diminui à medida em que a altitude aumenta. Portanto, um grupo gerador que esteja em funcionamento em altitudes mais elevadas irá exigir um fluxo de ar de maior intensidade (maior capacidade volumétrica por unidade de
tempo) do que um grupo gerador que esteja em funcionamento ao nível do mar. Isso é necessário para que, independente da
altitude, os diferentes fluxos de ar sempre desloquem a mesma quantidade equivalente de massa de ar por unidade de tempo.
A correção para o valor para o fluxo de ar, calculado da Etapa 7, é feita aumentado-se este valor em 3% para cada 1000 pés
(305 metros) do valor da altitude acima do nível do mar correspondente ao local da instalação do grupo gerador.
Este cálculo pode ser feito utilizando-se a seguinte fórmula:
VADJ = ( Alt )•(0,03)•(VTOT) + VTOT
AltREF
onde:
VADJ
Alt
AltREF
VTOT
= fluxo de ar ajustado em função da altitude; cfm (m3/min);
= altitude no local de instalação; pé (m);
= altitude referência; 1000 pés (305m);
= fluxo total de ar necessário, calculado na Etapa 7; cfm (m3/min).
Assuma que o sistema de exemplo seja instalado em uma altitude de 5000 pés (1524 metros).
VADJ
= (5000 pés)•(0,03)•(34504 cfm) + 34504 cfm = 39680 cfm
1000 pés
ou:
VADJ
= (1524m)•(0,03)•(979 m3/min) + 979 m3/min = 1126 m3/min
305 m
O valor final (VADJ) corresponde ao fluxo “efetivo” de ar necessário nas condições de altitude do local da instalação. Os fornecedores dos equipamentos para ventilação podem necessitar de informações adicionais para determinar o equipamento adequado
para a instalação.
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ETAPA 9: Determine as especificações para um sistema de ventilação auxiliar
Caso o grupo gerador já tenha um radiador e ventilador “originais de fábrica”, determine o valor do “volume de ar para o arrefecimento do radiador” (“Radiator Coolong Air”) ou “fluxo de ar para o sistema de arrefecimento” (“Cooling System Airflow”) consultando a “Folha de Dados Técnicos” do grupo gerador. Este valor corresponde ao fluxo de ar que o ventilador “original de fábrica”
no grupo irá proporcionar. Para o grupo gerador DFXX Cummins Standby, que está sendo utilizado como exemplo, este valor
é indicado no exemplo apresentado na Figura 6-48. Este valor é 22700,0 cfm (642,4 m3/min).
Figura 6-48. Exemplo de uma “Folha de Especificações Técnicas” para um grupo gerador DFXX.
Compare valor calculado para o fluxo total de ar (VADJ), obtido na Etapa 8, com o valor do “fluxo de ar para o sistema de arrefecimento” (“Cooling System Airflow”) contido na documentação técnica do grupo gerador.
Caso o valor de VADJ seja menor que o valor do “volume de ar para o arrefecimento do radiador” (“Radiator Cooling Air”), o
ventilador “original de fábrica” instalado no grupo gerador irá proporcionar um fluxo de ar para ventilação maior que o necessário
e não haverá a necessidade da instalação de ventiladores auxiliares. Para que este raciocínio seja válido é necessário presumir
que o valor da restrição ao “fluxo total de ar” esteja dentro de seus limites especificados. (Veja o ítem “Restrição ao Fluxo de
Ar no Recinto do Grupo Gerador”, neste capítulo).
Caso o valor de VADJ seja maior que o valor do “volume de ar para o arrefecimento do radiador” (“Radiator Cooling Air”), o
ventilador “original de fábrica” instalado no grupo gerador não irá proporcionar um fluxo de ar para ventilação com a intensidade
necessária e será necessário o uso de ventiladores auxiliares. Os ventiladores auxiliares devem compensar a diferença entre
VADJ e o valor do “fluxo de ar para o sistema de arrefecimento” (“Cooling System Airflow”). O ventilador auxiliar deve ser dimensionado e posicionado de tal forma que possa complementar a operação do ventilador “original de fábrica” instalado no grupo
gerador, ao invés de competir com ele por mais ar do exterior.
Caso o grupo gerador utilizado como exemplo fosse equipado com um radiador e ventilador “originais de fábrica”, o valor de
VADJ = 39680 cfm (1126 m3/min) seria maior do que o valor do “volume de ar para o arrefecimento do radiador” (“Radiator Cooling
Air”), que corresponde à 22700,0 cfm (642,4 m3/min), e, portanto, seriam necessários ventiladores auxiliares para o recinto do
grupo gerador. Estes ventiladores deveriam gerar um fluxo de 39680 cfm - 22700,0 cfm = 16980 cfm (1126 m3/min - 642,4 m3/min
= 483,6 m3/min).
Nota: Este exemplo apresenta um equipamento circunstâncias extremas. Na maioria das aplicações, os ventiladores “originais
de fábrica”instalados no grupo gerador são capazes de fornecer o fluxo de ar necessário para a ventilação. No entanto,
estes cálculos devem ser efetuados para verificar se o ventilador é, de fato, adequado.
Caso o grupo gerador não seja equipado um radiador e ventilador “originais de fábrica”, os ventiladores instalados no recinto
do grupo gerador deverão proporcionar um fluxo de ar total correspondente ao valor calculado na Etapa 8.
Caso o grupo gerador utilizado neste exemplo não estivesse equipado um radiador e ventilador “originais de fábrica”, os
ventiladores instalados no recinto do grupo gerador deverão proporcionar um fluxo de ar total correspondente a 39680 cfm
(1126 m3/min).
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Requisitos para entrada e saída de ar no projeto de ventilação do recinto do grupo gerador
• A entrada e saída de ar do recinto do grupo gerador devem permitir o fluxo total de ar através do recinto.
Caso o grupo gerador esteja equipado um radiador e ventilador “originais de fábrica”, o valor do fluxo total de ar através do recinto
do grupo gerador deverá corresponder ao valor do “fluxo de ar para ventilação” (VADJ) calculado na Etapa 8 do ítem anterior, ou
então, ao valor do “fluxo de ar para o sistema de arrefecimento” (“Cooling System Airflow”) calculado na Etapa 9 do ítem anterior.
O valor escolhido deverá ser aquele que for o mais elevado. Um exemplo de sistema é mostrado na Figura 6-49.
Caso o grupo gerador não esteja equipado um radiador e ventilador “originais de fábrica”, o fluxo total de ar através do recinto do
grupo gerador deverá corresponder ao valor do “fluxo de ar para ventilação” (VADJ) calculado na Etapa 8 do ítem anterior. Um
sistema de exemplo é mostrado na Figura 6-50.
Figura 6-49. Exemplo das instalações para ventilação de um grupo gerador equipado um radiador
e ventilador “originais de fábrica”.
Figura 6-50. Exemplo das instalações para ventilação de um grupo gerador equipado um sistema
de arrefecimento remoto (não equipado com radiador e ventilador “originais de
fábrica”). (Nota: O sistema de arrefecimento não é apresentado nesta ilustração).
6 PROJETO MECÂNICO
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Cálculo da área efetiva para a entrada e saída
do fluxo de ar no recinto do grupo gerador
• A velocidade do ar deve ser limitada a um valor entre
500 e 700 pés/min (2,5 e 3,6 metros/segundo) para
evitar que a água da chuva ou a neve sejam sugadas
para dentro do recinto do grupo gerador.
• Para instalações que utilizem venezianas na entrada
e/ou saída de ar, o valor de referência para os limites
de velocidade do ar devem ser aqueles fornecidos pelo
fabricante das venezianas.
Em geral, limitar a velocidade do ar a um valor entre 500 e
700 pés/min (2,5 e 3,6 metros/segundo) ajudará a impedir
que a água da chuva chuva e a neve sejam sugadas para
dentro do recinto do grupo gerador. Para instalações que
utilizem venezianas, deve-se verificar com o fabricante das
venezianas as especificações técnicas referentes aos limites
para a velocidade do ar.
As venezianas e telas instaladas na entrada e/ou na saída
de ar restringem o fluxo de ar e podem alterar significativamente em desempenho do grupo gerador. Por exemplo, um
conjunto de venezianas com lâminas estreitas tende a
obstruir mais a passagem do ar do que uma veneziana com
lâminas largas. O valor da “área livre efetiva” especificada
pelo fabricante da veneziana ou da tela deve ser utilizada
nos cálculos.
O valor da “área livre efetiva” para o fluxo de ar exigida para
a entrada e/ou saída de ar pode ser calculada como:
A= V
S
onde:
A
= área efetiva de fluxo; pé2 (m2);
V
= fluxo volumétrico de ar; cfm (m3/min);
S
= velocidade do ar; pé/min (m/min);
Para o equipamento escolhido como exemplo, vamos presumir
que são utilizadas venezianas na entrada e na saída de ar e
o fabricante da veneziana especifica que o valor limite para a
velocidade do fluxo de ar seja de 400 pés/min. (122 m/min).
A= V =
S
39680 cfm
= 99,2 pés2
Diretrizes para a entrada e saída de ar no
projeto de ventilação do recinto do grupo
gerador
Estas diretrizes e recomendações tem por objetivo auxiliar
no projeto de um sistema de ventilação adequado para proporcionar um fluxo ar através do grupo gerador capaz de
manter a integridade do sistema.
• As entradas e saídas de ventilação devem estar localizadas de uma tal forma que o ar possa fluir através de
todo o grupo gerador, desde o alternador até o radiador.
• O ar utilizado para ventilação deve ser sugado do exterior e, posteriormente, descarregado no exterior.
• Os dutos utilizados para a descarga do radiador devem
ter uma estrutura auto-sustentável.
• A entrada e a saída de ventilação não devem estar localizadas na mesma parede.
• A entrada de ventilação não deve estar localizada perto
da saída de escape do motor.
• As saídas de ventilação devem estar localizadas o mais
alto possível e as entradas de ventilação devem estar
localizadas o mais baixo possível. Esta regra tem por
objetivo proporcionar um fluxo de ar fresco através de
todo o grupo gerador.
• A saída de ventilação deve estar posicionada em um
local a favor do vento (dessa forma o ar aquecido que
eliminado pela saída de ventilação tende a ser levado
para longe do equipamento).
Na figura Figura 6-51 são apresentados layouts com a “vista
superior” de projetos para recintos (salas) classificados como
“recomendados”, “aceitáveis” e “inaceitáveis”.
Na figura Figura 6-52 são apresentados layouts com a “vista
lateral” de projetos para recintos (salas) classificados como
“recomendados” e “inaceitáveis”.
Nota: Para grupos geradores com equipados com radiador
“original de fábrica”, não é possível posicionar a saída de
ventilação num ponto elevado do recinto do grupo gerador.
Assim sendo, o projeto classificado como “recomendado” na
Figura 6-52 aplica-se apenas aos sistemas com arrefecimento remoto.
400 pés/min
ou:
A = V = 1126 m3/min = 9,2 m2
S
122 m/min
Do resultado acima podemos concluir que podem ser necessárias venezianas com uma área efetiva de 99,2 pés2 (9,2 m2)
para o fluxo de ar.
6 PROJETO MECÂNICO
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Figura 6-51. “Vistas superiores” de layouts para recintos de grupos geradores.
Figura 6-52. “Vistas laterais” de layouts para recintos de grupos geradores.
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Pressão negativa no recinto do grupo
gerador
• O sistema de ventilação deve ser projetado para funcionar de maneira adequada sempre que todas as portas
de entrada para acesso ou serviços/manutenção ao
recinto do grupo gerador estiverem fechadas. Todas as
portas do “recinto” do grupo gerador devem permanecer
fechadas durante o seu funcionamento e manter o fluxo
de ar para ventilação conforme as especificações
originais do projeto;
• Nenhum equipamento adicional de combustão deve ser
colocado ou instalado dentro do recinto do grupo gerador.
O sistema de ventilação pode fazer com que a pressão dentro
do recinto do grupo gerador torne-se ligeiramente negativa.
É recomendável que demais equipamentos que funcionem
por meio de combustão, tais como as caldeiras de aquecimento do prédio, não sejam colocados dentro do mesmo
recinto que grupo gerador devido à possibilidade da pressão
tornar-se negativa. Caso isto seja inevitável, existe a possibilidade de que estes equipamentos influenciem no desempenho do sistema de arrefecimento, ou ainda, que ocorram
outros efeitos prejudiciais tais como o retorno dos gases
de escape dos demais equipamentos de combustão (“flue
backdraft”) para dentro do recinto. Em situações como estas,
pode ser necessário reduzir a pressão negativa para um “nível
aceitável” por meio de mudanças nas especificações do projeto
das instalações, tais como o dimensionamento das aberturas
e/ou os dutos de entrada de ventilação para tamanhos extra
grandes, ou então, por meio do uso de ventiladores de pressurização, etc.
Independente de qual seja a pressão dentro do recinto do
grupo gerador, “sempre” deve ser possível para a equipe
responsável pelo equipamento abrir a porta de acesso para
o recinto em casos de emergência.
Ventilação do cárter do motor
• O percurso para a tubulação de respiro do cárter deve
ser projetado de modo que os vapores emitidos não
possam causar corrosão ao equipamento;
• Caso o respiro do cárter seja submetido a algum tipo
de modificação, a pressão do cárter deve ser medida
conforme a sua especificação nominal. A pressão deve
ser positiva mas não exceder o valor de 3 pol. de coluna
de água (0,75 kPa).
O uso de sistemas abertos para a ventilação do cárter do
motor irão fazer com que os vapores emitidos pelo cárter
escapem para o recinto do grupo gerador. Estes vapores
podem conter gotículas (“névoa”) de óleo e contaminar o
ambiente.
A tubulação de respiro do cárter deve ser acondicionada de
modo que os vapores (“névoa”) emitidos pelo cárter não possam contaminar a colméia do radiador, o alternador, o purificador de ar ou qualquer outro equipamento que possa ser
sensível aos vapores de óleo. A possibilidade de que ocorra
poluição ambiental também deve ser levada em consideração quando for instalada a tubulação. A tubulação de
respiro do cárter não deve ter “pontos baixos” ou “declives”
(“caídas”) e a linha deve ser protegida contra o congelamento.
A instalação da tubulação de respiro do cárter não deve acrescentar qualquer tipo de restrição ao funcionamento do sistema.
Caso o respiro do cárter seja submetido a algum tipo de
modificação, a pressão do cárter deve ser medida conforme
a sua especificação nominal. Esta pressão deve ser positiva
e não exceder o valor de 3 pol. de coluna de água (0,75 kPa).
O uso de tubulações excessivamente longas podem causar
uma elevação na pressurização do cárter. Pode ser necessário o uso de uma tubulação menos longa ou com um diâmetro maior.
6 PROJETO MECÂNICO
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Restrição ao fluxo de ar no recinto do grupo gerador
• Para os conjuntos formados por radiador e ventilador montados diretamente no grupo gerador, o limite para o fluxo total
de ar no “recinto” do grupo gerador não deve ultrapassar o valor máximo especificado na “Folha de Dados Técnicos” do
grupo gerador.
Caso seja utilizado um conjunto formado por radiador e ventilador montados diretamente no grupo gerador, o limite para o
fluxo total de ar no “recinto” do grupo gerador não deve ultrapassar o valor máximo especificado na “Folha de Dados Técnicos”
do grupo gerador. Para o grupo gerador DFXX Cummins Standby, que está sendo utilizado como exemplo, este valor é indicado
no exemplo apresentado na Figura 6-53. Este valor é de 0,50 polegadas de coluna de H2O (124,50 Pa).
Figura 6-53. Exemplo de uma “Folha de Especificações Técnicas” para um grupo gerador DFXX.
A entrada e saída de ventilação para o recinto do grupo gerador pode, eventualmente, causar uma restrição (diminuição ou
obstrução) para o fluxo de ar utilizado para ventilação do equipamento. Veja um exemplo disso na Figura 6-54. A restrição
para a entrada de ar utilizado na ventilação corresponde a uma diminuição no valor da pressão, denominado de ÄPI, na
Figura 6-54. A restrição para a saída de ar utilizado na ventilação corresponde a uma diminuição no valor da pressão através
da saída ou de qualquer outro duto instalado. Este restrição é denominada de ÄPO, na Figura 6-54.
A soma desses dois valores deve ser menor que o valor especificado para a “restrição máxima permitida”, apresentado na
documentação técnica do grupo gerador:
ÄPI + ÄPO < Restrição Estática Máxima (especificada na “Folha de Dados Técnicos” do Grupo Gerador).
No caso da restrição total do sistema ultrapassar o valor máximo permitido, isto irá resultar em um fluxo de ar reduzido. Um
fluxo de ar reduzido irá impedir que o sistema de arrefecimento funcione dentro de sua faixa de temperatura ambiente nominal.
Como resultado poderão ocorrer o superaquecimento e desligamento automático do equipamento.
Informações adicionais sobre o sistema de arrefecimento podem ser encontrados na “Folha de Dados Técnicos” do sistema
de arrefecimento para o modelo correspondente de grupo gerador.
Como exemplo, vamos considerar a tabela apresentada na Figura 6-55. Presumindo que a tabela se refere à um grupo gerador
utilizado numa aplicação do tipo “Standby”, operando em 50 Hz, instalado em um recinto cujo valor correspondente à restrição
total ao fluxo de ar seja de 0,25 polegadas de coluna de água (6,4 mm de coluna de água). Considerando-se que o valor máximo
permitido para a temperatura ambiente na qual o sistema de arrefecimento possa funcionar “sem restrições” seja de 50°C,
a inclusão de uma restrição total ao fluxo de ar equivalente à 0,25 polegadas de coluna de água (6,4 mm de coluna de água),
“obriga” a que o valor máximo permitido para a temperatura ambiente na qual o sistema de arrefecimento possa funcionar
seja reduzido para 47°C.
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Informações técnicas sobre os valores das quedas de pressão causadas pelas entradas e saídas de ventilação, venezianas,
silenciosos, dutos, etc, devem ser obtidos junto aos respectivos fabricantes destes dispositivos, e seus valores devem
corresponder aos valores previstos em projeto para o fluxo de ar para ventilação. Para instalações feitas na América do
Norte, deve-se consultar as publicações ASHRAE (“American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers”
- “Sociedade Americana de Engenheiros de Calefação, Refrigeração e Ar Condicionado”) para recomendações sobre os projetos
de dutos, caso seja necessária a utilização de dutos de ar.
Uma vez que todos os equipamentos estejam instalados no recinto do grupo gerador, o valor da restrição ao fluxo de ar deve ser
medida para se assegurar de que esteja dentro dos limites especificados. Consulte o sub-ítem “Restrição ao Fluxo de Ar”,
contido no ítem “Verificação do Sistema”, neste capítulo.
Caso um conjunto formado por radiador e ventilador instalados diretamente no próprio grupo gerador não esteja sendo utilizado,
os ventiladores auxiliares devem ser capazes de proporcionar o volume de ar necessário para superar as restrições ao fluxo
causadas pelas entradas e saídas de ventilação e para manter a temperatura do recinto conforme as especificações do
projeto. Consulte os fornecedores dos equipamentos para qualquer tipo de assistência ou informações.
Figura 6-54. Exemplo das restrições (“obstruções”) ao fluxo de ar na entrada e na saída de
ventilação no recinto de .um grupo gerador.
Sistema de arrefecimento do radiador. Temperatura ambiente de 50°C.
Regime de
operação
Taxa
(kW)
Restrição estática ao fluxo de ar em
arrefecimento máx. - Gerador aberto.
(polegadas de água / mm de água)
0,0/0,0
0,25/6,4
0,5/12,7
0,75/19,1
Carenado ao ar livre.
Sem restrição de descarga de ar.
F183
F184
F200
F201
F202
45
44
Temperatura ambiente máxima permitida (°C)
60Hz
50Hz
Standby
300
50
50
48,2
N/A
43,9
N/A
45
Prime
270
52,5
52
50,5
N/A
45
N/A
N/A
N/A
N/A
Standby
275
50
47
42,8
N/A
40
N/A
N/A
N/A
N/A
Prime
250
51,6
51,3
46,2
N/A
40,8
N/A
N/A
N/A
N/A
Figura 6-55. Exemplo de uma “Folha de Dados Técnicos” para um grupo gerador DFXX.
6 PROJETO MECÂNICO
185
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Ventilação em instalações que contenham múltiplos grupos geradores
• Numa instalação formada por um conjunto múltiplo de grupos geradores, cada grupo gerador deve receber o fluxo necessário
de ar fresco para que possa funcionar adequadamente.
Em aplicações nas quais um conjunto múltiplo de grupos geradores são instalados todos no mesmo recinto, o sistema de
ventilação deve ser projetado para que a quantidade de ar necessária flua através de cada grupo gerador. A principal característica
de projeto de um sistema de ventilação utilizado em instalações deste tipo é manter um fluxo de ar uniforme através de cada
uma das unidades (grupos geradores). Existem diversos métodos que podem ser utilizados para assegurar que isto ocorra,
incluindo:
• O posicionamento correto das entradas e saídas de ventilação no recinto;
• Um projeto adequado para os dutos de ventilação.
Nas instalações formadas por um conjunto múltiplo de grupos geradores, é necessário tomar uma precaução adicional para
garantir que o “ar quente” expelido pela ventilação de um determinado gerador não retorne pela entrada de qualquer outro
grupo gerador.
Na Figura 6-56 são apresentados exemplos de projetos de ventilação “bons” e “ruins”.
DESIGN DESEJADO
PROBLEMA :
AR FRIO
INSUFICIENTE
PARA ESTE
GRUPO GERADOR
E
N
T
R
A
D
A
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
S
A
Í
D
A
E
N
T
R
A
D
A
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
DESIGN DESEJADO
PROBLEMA :
AR FRIO
INSUFICIENTE
PARA ESTE
GRUPO GERADOR
ENTRADA
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
GRUPO GERADOR
S
A
Í
D
A
CUIDADO :
DEVE SER
CUIDADOSAMENTE
PROJETADO
PARA EVITAR
QUE O GRUPO
GERADOR DO MEIO
FIQUE SEM AR
GRUPO GERADOR
ENTRADA
S
A
Í
D
A
GRUPO GERADOR
S
A
Í
D
A
GRUPO GERADOR
ENTRADA
Figura 6-56. Exemplos de instalações de sistema de ventilação para um conjunto múltiplo de grupos geradores.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Operação das venezianas no recinto do grupo gerador
• As venezianas utilizadas para o controle do fluxo de ar através do recinto do grupo gerador devem abrir imediatamente
assim que o grupo gerador entre em funcionamento nas instalações dos tipos “Emergência” e “Standby”. Em locais de
clima frio, as venezianas podem ser abertas parcialmente para permitir apenas a entrada do ar necessário para a
combustão no motor e serem ajustadas automaticamente para controlar a temperatura no interior do recinto.
Grupos geradores utilizados em instalações dos tipos “Emergência” e “Standby” são capazes de fornecer a sua carga nominal
plena tão logo sejam acionados. Sempre que ocorrerem situações como estas é preciso garantir que as venezianas estejam
abertas e permitam um fluxo total de ar tão logo o grupo gerador seja acionado.
Em locais de clima frio ou quando o grupo gerador é acionado ou testado com carga leve ou sem carga, o fluxo total de ar
através do recinto do grupo gerador pode resultar em super-refrigeração. Em situações como estas, pode-se utilizar venezianas
controladas por termostato para manter o valor da temperatura no interior do recinto em um intervalo aceitável e permitir um
arrefecimento adequado. É preciso se precaver para não criar uma “pressão negativa” no interior do recinto e que possa
representar um risco para a saúde da equipe no interior do recinto do grupo gerador.
É possível fazer com que o ar utilizado para ventilação “recircule” por dentro do recinto do grupo gerador como forma de
controlar a temperatura no recinto sempre que o grupo gerador for utilizado em locais de clima frio. Este recurso permite que
o grupo gerador possa se aquecer mais rapidamente e possibilita manter o combustível a temperaturas mais elevadas que
o seu “ponto de névoa”. Um sistema de recirculação de ar deve ser controlado por meio de termostos para manter uma
temperatura adequada no interior do recinto. Veja alguns exemplos na Figura 6-57.
Figura 6-57. Exemplos de um sistema recirculação de ar utilizado para ventilação no interior do
recinto do grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Paredes de contenção (“Barreiras”)
• Caso uma parede de contenção necessite ser instalada, ela deve ser posicionada a uma distância de não menos que
1x a altura da veneziana de descarga em relação à altura da edificação. Para que o desempenho do projeto seja otimizado,
a parede deve estar posicionada a uma distância de aproximadamente 3x a altura da veneziana de descarga em relação
à altura da edificação.
• Sempre que for instalada uma parede de contenção o projeto também deverá incluir a instalação de uma tubulação ou
calha para desvio do fluxo da saída de ventilação (o termo “turning vane” do texto original em inglês pode ser aplicado
à uma tubulação como também à um aerofólio) e de um dreno (para remoção da umidade acumulada no interior da
tubulação).
Em geral, as paredes de contenção são construídas para desviar o vento proveniente da saída da ventilação. Um exemplo de
parede de contenção é apresentado na Figura 6-58.
Uma parede de contenção deve ser posicionada a uma distância cujo valor seja pelo menos igual ao valor da distância entre
a “saída do radiador” e a “saída de ventilação”. O desempenho do sistema pode ser otimizado caso a parede de contenção
seja posicionada a uma distância equivalente a 3 vezes a distância entre a “saída do radiador” e a “saída de ventilação”.
O projeto da parede de contenção também deve incluir a instalação de uma tubulação ou calha para desvio do fluxo de ar da
saída de ventilação (o termo “turning vane” do texto original em inglês pode ser aplicado à uma tubulação como também à
um aerofólio ou defletor).
Deve ser instalado um dreno na tubulação para desvio do fluxo de ar da saída de ventilação com a finalidade de prevenir a
entrada de água da chuva no recinto do grupo gerador
Figura 6-58. Exemplos de uma parede de contenção e de um defletor (“turning vane”) para desvio do fluxo de
ar da saída de ventilação.
6 PROJETO MECÂNICO
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Filtragem do ar utilizado para ventilação
Verificação do sistema de ventilação
O recinto do grupo gerador deve ser mantido livre de sujeira
e de detritos. Na maioria dos casos, o ar utilizado para ventilação pode estar contaminado com poeira, fibras, sal marinho,
contaminantes químicos e outros materiais que podem exigir
o uso de filtros especiais no sistema de ventilação para
assegurar a limpeza do recinto, do motor e do alternador.
Caso sejam instalados filtros no sistema de ventilação, devese avaliar a magnitude da “restrição” (obstrução) que eles
causam no fluxo de ar. Para grupos geradores equipados com
radiadores e ventiladores montados diretamente no equipamento a magnitude da “restrição” (obstrução) causada pelo
filtro deve ser incluída nos cálculos da “restrição total” ao
fluxo de ar.
O valor da “restrição total” ao fluxo de ar, incluindo aquela
causada pelos friltros de ar, devem ser inferior ao valor máximo
permitido para a “restrição total” ao fluxo de ar, especificada
na documentação técnica do grupo gerador. (Para maiores
informações, consulte o ítem “Restrição ao Fluxo de Ar”,
neste capítulo).
Depois do sistema de ventilação ser instalado, devem ser
realizados testes de campo para garantir que as especificações originais do projeto sejam atendidas.
• Caso sejam instalados filtros no sistema de ventilação,
também deve ser instalado um sistema para detectar
o entupimento dos filtros.
Caso sejam instalados filtros no sistema de ventilação, também deve ser instalado um sistema avaliar as condições dos
filtros e para detectar o seu possível entupimento. Para executar
este tipo de função pode-se utilizar “detectores de queda de
pressão” no sistema de ventilação do recinto. Outros métodos
“confiáveis” de detecção também podem ser utilizados.
Efeito da altitude e da temperatura
ambiente no sistema de ventilação
A altitude e a temperatura ambiente têm um efeito direto sobre
a densidade do ar atmosférico. Portanto, a altitude e a temperatura ambiente no local de instalação do grupo gerador afetam
a densidade do ar ao redor deste equipamento, o que, em
consequência, afeta o motor, o alternador e o desempenho
do sistema de arrefecimento. Para detalhes adicionais sobre
este assunto, incluindo “Limitação de Temperatura Ambiente”
(“LTA”), consulte os itens “Sistema de Arrefecimento do Grupo
Gerador” e “Condições Ambientais”, neste manual.
Aumento da temperatura dentro do recinto do
grupo gerador
O seguinte procedimento pode ser utilizado para se fazer uma
análise comparativa entre o aumento real da temperatura no
interior do recinto do grupo gerador versus o valor previsto
por meio de cálculos efetuados durante o projeto:
1. Acione o grupo gerador com carga máxima (o ajuste
para um fator de potência igual a 1,0 é aceitável) por
um intervalo de tempo suficiente para que o líquido de
arrefecimento do motor ou a temperatura do óleo se
estabilize. Isto deve demorar aproximadamente 1 hora.
2. Com o grupo gerador ainda funcionando em sua carga
nominal, faça a medida da temperatura do ar dentro do
recinto do grupo gerador em um ponto próximo à entrada
do filtro de ar.
3. Faça a medida da temperatura do “ar externo” no mesmo
local que foi especificado no sub-item “Etapa 5” do ítem
“Determinação dos requisitos para o fluxo de ar no
sistema de ventilação”, neste capítulo.
4. Calcule a diferença entre os valores das temperaturas
medidas na parte externa e no interior do recinto do grupo
gerador.
5. Determine se foi ou não ultrapassado o valor previsto
(previsto por meio de cálculos durante o projeto de instalação do equipamento) para a elevação da temperatura no interior do recinto do grupo gerador.
Caso a elevação da temperatura no interior do recinto do
grupo gerador tenha ultrapassado o valor previsto em cálculo
durante o projeto, deverão ser realizados testes mais minuciosos na instalação ou, eventualmente, deverão ser feitas
correções no projeto original do sistema.
Restrição ao fluxo de ar no interior do recinto
do grupo gerador
Antes que o grupo gerador possa ser colocado efetivamente
em serviço, devem ser feitas medidas da “restrição ao fluxo
de ar” no interior do recinto do grupo gerador para assegurar
que o sistema não exceda o valor máximo especificado para
a “restrição ao fluxo de ar”, apresentado na documentação
técnica do grupo gerador. A “restrição ao fluxo de ar” no interior do recinto do grupo gerador deve ser medida conforme
as indicações apresentadas nas ilustrações em Figura 6-59
e Figura 6-60.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura 6-59. Exemplo de como deve ser feita a medida a pressão no sistema de ventilação para o cálculo da
“restrição ao fluxo de ar”.
Figura 6-60. Exemplo de como deve ser feita a medida a pressão no sistema de ventilação para o cálculo da
“restrição ao fluxo de ar”.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Diretrizes gerais para o sistema de ventilação do recinto do grupo gerador
A ventilação no recinto do grupo gerador é necessária para remover o calor emitido pelo motor, pelo alternador e por demais
equipamentos que emitem calor para o interior do recinto, assim como remover a fumaça e os gases de escape que são
potencialmente perigosos além de fornecer ar fresco para a combustão. Um projeto inadequado para um sistema de ventilação
pode resultar na elevação excessiva das temperaturas nas proximidades do grupo gerador, o que pode aumentar o consumo
de combustível, reduzir o desempenho do grupo gerador, causar falhas prematuras dos componentes e superaquecer o motor.
Além de todos estes problemas também resultar em más condições de trabalho para os funcionários que estejam no ambiente
próximo do equipamento.
A escolha dos locais para a entrada e saída da ventilação é fundamental para o correto funcionamento do sistema. O ideal é que
a entrada e saída de ar permitam que o ar utilizado para ventilação seja forçado a fluir através de todo o recinto do grupo gerador.
As características predominantes dos ventos no local da instalação devem ser levadas em conta ao se definir a localização da
saída do ar. Estas características podem alterar significativamente o desempenho de um radiador montado diretamente no chassi.
Caso a velocidade e a direção dos ventos seja um fator relevante a ser considerado, podem ser utilizados anteparos ou
barreiras para impedir que o vento sopre na direção contrária à saída do ar de ventilação (veja um exemplo na Figura 6-61).
Deve-se também evitar que o ar da saída de ventilação “recircule” e retorne para a entrada de ar devido a um efeito combinado
da localização do equipamento em relação à edificação e da direção e intensidade dos ventos dominantes no local.
VENTILADOR
ACIONADO PELO
MOTOR
VENTOS DOMINANTES
RADIADOR
VENEZIANA CONTROLADA
TERMOSTATICAMENTE
BARREIRA CONTRA
VENTO/RUÍDOS
ATENUADOR DO
AR DE ENTRADA
AR
QUENTE
AR
FRIO
CONECTOR
FLEXÍVEL DO DUTO
ATENUADOR
DO AR DE SAÍDA
NÃO INFERIOR QUE
A ALTURA DO
RADIADOR
Figura 6-61. Sistema de arrefecimento com radiador “original de fábrica”.
Em muitos casos, o ar utilizado para ventilação pode estar contaminado com poeira, material partículado, vapores de produtos
químicos e outros contaminates. Isto pode exigir o uso de filtros especiais no motor e/ou no alternador para garantir um funcionamento e arrefecimento adequados, principalmente em aplicações do tipo “Energia Prime”. Consulte o fabricante do equipamento
sobre o uso de grupos geradores em ambientes onde haja contaminação química.
Os sistemas de ventilação do cárter do motor podem expelir uma névoa formada por uma mistura de ar com gotículas de óleo
para dentro do recinto do grupo gerador. O óleo pode aderir aos radiadores ou demais equipamentos de ventilação, impedindo
o seu funcionamento adequado. Num caso como este, o melhor procedimento é o uso de coletores no respiro do cárter ou
no sistema que ventila os vapores do cárter para o exterior.
Deve-se prestar especial atenção à velocidade do ar na entrada de ventilação para o recinto do grupo gerador. Caso a a velocidade do fluxo de ar seja muito alta, o grupo gerador tende a “sugar” a água da chuva e/ou a neve para dentro do recinto do
grupo gerador quando estiver em funcionamento. Um sistema de ventilação bem projetado deve ser capaz de limitar a velocidade
do ar na entrada de ventilação para velores entre 150 e 220 m/min (500 e 700 pés/min).
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Em locais de clima frio, é possível fazer com que o ar da saída
de ventilação do radiador “recircule” por dentro do recinto do
grupo gerador como forma de controlar a temperatura no recinto.
Este recurso permite que o grupo gerador possa se aquecer
mais rapidamente e possibilita manter o combustível a temperaturas mais elevadas que o seu “ponto de névoa”. Caso
sejam utilizados defletores de ar para forçar a “recirculação”,
estes defletores deverão ser projetados para que permaneçam
fechados em caso de falha, com os defletores principais de
saída abertos, de modo que o grupo gerador possa continuar
funcionando quando necessário. Os responsáveis pelo projeto
da instalação devem levar em conta que a temperatura de
operação dentro do recinto do grupo gerador estará muito
próxima da temperatura externa (fria) e, portanto, não devem
ser instaladas tubulações de água através do recinto do grupo
gerador ou então, estas tubulações deverão ser protegidas
contra a formação de gelo em seu interior.
À medida em que o ar utilizado para ventilação flui através
do recinto de um grupo gerador a sua temperatura aumenta
gradualmente, especialmente se a ventilação passar através
do grupo gerador. Veja um exemplo na Figura 6-62. Isto pode
causar certa confusão quanto às classificações de temperatura do grupo gerador e do sistema em geral. A prática adotada
pela Cummins Power Generation é classificar o sistema de
arrefecimento em função da temperatura ambiente ao redor
do alternador. Assim sendo, o aumento da temperatura no
recinto corresponde à diferença entre a temperatura medida
no alternador e a temperatura externa. A temperatura na
colméia do radiador não tem influência no projeto do sistema
uma vez que o calor do radiador é dissipado diretamente para
fora do recinto do grupo gerador.
Um bom projeto para aplicações do tipo “Standby” deve manter
a temperatura no recinto do grupo gerador a, no máximo,
50°C (125°F). Todavia, limitar a temperatura no recinto do
grupo gerador à 40°C (100°F) permite equipar o grupo gerador com um radiador montado diretamente num chassis menor
e mais barato, além de eliminar a necessidade de “rebaixar
a classificação” (“de-rating”) do motor devido às elevadas temperaturas do ar utilizado na combustão16. Deve-se certificar
que as especificações técnicas do grupo gerador correspondam plenamente às premissas utilizadas no projeto do sistema
de ventilação do grupo gerador.
A questão fundamental referente ao projeto de instalação de
um grupo gerador é: “Qual a temperatura externa máxima
na qual o grupo gerador poderá funcionar?” Esta é simplesmente uma questão relativa à temperatura ambiente máxima
na região geográfica onde o grupo gerador será instalado.
Por exemplo, em algumas áreas ao norte dos EUA, a temperatura máxima dificilmente ultrapassa 90°F (32,2°C). Assim
sendo, o projetista pode selecionar os componentes do sistema
de ventilação usando como referência uma elevação de temperatura de 10°F (5,56°C) para um sistema de arrefecimento
com capacidade de 100°F (37,78°C), ou, usando como referência uma elevação de temperatura de 35°F (19,44°C) para
um sistema de arrefecimento com capacidade de 125°F
(51,67°C).
O procedimento fundamental para assegurar o funcionamento
correto de um sistema é garantir que as especificações sobre
a temperatura máxima de funcionamento e sobre a elevação
da temperatura sejam definidas com extremo cuidado, e que
o fabricante do grupo gerador projete o sistema de arrefecimento (não apenas o radiador) para as temperaturas e para
a ventilação necessárias ao projeto.
O resultado de um projeto inadequado para um sistema de
ventilação será o superaquecimento do grupo gerador quando
a temperatura ambiente e a carga no grupo gerador forem
elevadas. Em temperaturas mais baixas ou suprindo cargas
menores, o equipamento pode até funcionar adequadamente.
16) Consulte os dados técnicos do fabricante do motor para maiores informações sobre a prática de “rebaixamento de classificação” (“de-rating”)
para um determinado modelo de motor. O Power Suite fornece informações sobre os produtos da Cummins Power Generation.
Figura 6-62. Exemplo típico da distribuição de temperatura ao redor e através de um grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Cálculo do fluxo de ar através do recinto do grupo gerador
O fluxo total de ar necessário para manter uma elevação da temperatura no interior do recinto do grupo gerador num valor
constante, conforme as especificações do projeto, é determinado pela fórmula:
m
=
Q
!T)•(d)
(cp)•(!
onde:
m
Q
cp
!T
d
= quantidade de massa por unidade de tempo deslocada pelo fluxo de ar de ventilação através do
recinto do grupo gerador; pé3/min (m3/min);
= calor total dissipado na sala pelo grupo gerador e outras fontes de calor; Btu/min (MJ/min);
= calor do ar específico com pressão constante; 0,241 Btu/lb/°F (1,01 x 10-3 MJ/kg/°C);
= elevação da temperatura no recinto do grupo gerador em relação à temperatura externa; °F (°C);
= densidade do ar; 0,0754 lb/pé3 (1,21 kg/m3).
m
=
Q
=
55,0 • Q
(pé3/min)
!T
0,241 • 0,0754 • !T
ou:
m
=
Q
=
(1,01 x 10-3) • 1,21 • !T
818 • Q
(m3/min)
!T
O valor do fluxo “total” de ar necessário para o recinto do grupo gerador corresponde ao valor determinado por meio desta
equação, somado ao valor do fluxo de ar necessário para a combustão do motor17.
Neste cálculo, os principais fatores são, obviamente, o calor irradiado pelo grupo gerador (e demais equipamentos no interior
do recinto do grupo gerador) e a elevação máxima permitida para a temperatura.
Como a quantidade de calor irradiado dentro do recinto está basicamente relacionada à potencia (em kW) do grupo gerador
e este valor é determinado pela demanda de carga elétrica na edificação, a principal decisão a ser tomada pelo projetista
com relação ao sistema de ventilação é sobre qual o valor máximo aceitável para a elevação de temperatura no recinto.
17) Os dados necessários para os cálculos relativos à grupos geradores específicos da Cummins Power Generation podem ser encontrados no
Cummins Power Suite. Podem haver diferenças significativas nas variáveis utilizadas nestes cálculos em função dos diversos produtos do fabricante.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Teste de campo dos sistemas de ventilação
Como é difícil realizar testes de campo para avaliar a funcionamento correto de um grupo gerador, um fator a ser considerado durante um teste de campo do sistema de ventilação
é o valor da elevação da temperatura no interior do recinto,
sob condições reais de funcionamento, em função do valor
projetado para esta elevação de temperatura. Caso o valor
da elevação da temperatura, sob carga plena e em temperaturas ambientes mais baixas, esteja dentro das estimativas,
é provável que o sistema funcione corretamente em temperaturas ambientes mais elevadas e com valores de carga também mais elevados.
O procedimento apresentado nos itens a seguir pode ser
usado em um processo preliminar de qualificação do projeto
para o sistema de ventilação:
1. Acione o grupo gerador com plena carga (um fator de
potência equivalente a 1,0 é aceitável) durante o tempo
suficiente para que a temperatura do líquido de arrefecimento do motor se estabilize (aproximadamente 1 hora).
2. Com o grupo gerador ainda funcionando, e sob carga
nominal, meça a temperatura ambiente do ar no recinto
do grupo gerador, próximo à entrada do filtro de ar.
3. Meça o valor da temperatura do “ar externo” (esta medição deve ser feita na sombra).
4. Calcule a diferença entre o valor da temperatura “externa”
e o valor da temperatura no recinto do grupo gerador.
5. Certifique-se de que não seja ultrapassado o valor da
estimativa feita durante o projeto para a elevação de
temperatura no recinto do grupo gerador e nem o valor
da temperatura máxima permitida para o motor, medida
no tanque superior.
Caso as estimativas de projeto para o valor da elevação da
temperatura no recinto do grupo gerador ou da temperatura
no tanque superior sejam ultrapassadas, será necessário
efetuar testes mais minuciosos no local, ou modificações/
correções no projeto para se chegar a um projeto adequado
para o sistema.
Ventilação do radiador montado diretamente
no chassi do grupo gerador
Nesta configuração (veja um exemplo na Figura 6-61), o
ventilador suga o ar pelas aberturas da entrada de ventilação
localizada na parede oposta. O fluxo de ar é, então, forçado
através do grupo gerador e através do radiador que possui
flanges para a conexão de um duto de exaustão até o exterior
da edificação.
Os seguintes fatores devem ser considerados:
• A localização do recinto do grupo gerador deve ser escolhida de tal modo que o ar para ventilação possa ser
sugado diretamente do exterior e descarregado diretamente para fora da edificação. O ar para ventilação não
deve ser proveniente de recintos adjacentes. Os gases
de escape do motor também deverão ser expelidos no
lado da edificação onde é feita a descarga de ar para
ventilação proveniente do radiador, de modo a reduzir
a probabilidade de que os gases de escape e a fuligem
possam ser sugados de volta para a sala do grupo gerador juntamente com o ar (fresco) para ventilação.
• As aberturas da entrada e da saída de ar para ventilação
devem estar adequadamanete posicionadas, protegidas
(com isolamento acustico) para minimizar o ruído criado
pelo ventilador e protegidas contra os efeitos do vento
(no lado externo) sobre o fluxo de ar para ventilação.
Sempre que for instalado um isolamento protetor na
saída de ventilação, o isolamento deverá estar localizado
a uma altura não inferior à altura do radiador e distante
da abertura de ventilação. O melhor desempenho é obtido
para uma altura de aproximadamente 3 vezes a altura
do radiador. Em áreas com acesso restrito, o uso de
tubulações ou defletores (“turning vanes”) para o desvio
da ventilação de saída podem ajudar a reduzir os
problemas causados pelas barreiras protetoras e de
controle de acesso colocadas em volta do equipamento.
Sempre que este tipo de recurso for utilizado, é preciso
providenciar os recursos e dispositivos necessários
para a drenagem e escoamento da água da chuva de
modo que a água não entre no recinto do grupo gerador.
• Em geral, o fluxo de ar através do radiador é suficiente
para ventilar todo o recinto do grupo gerador. No ítem
“Cálculo do fluxo de ar através do recinto do grupo
gerador”, neste capítulo, é apresentado um exemplo
de como se determinar o valor do fluxo de ar necessário
para atender às especificações para a elevação de
temperatura no recinto do grupo gerador.
• Consulte a “Folha de Especificações Técnicas” do grupo
gerador selecionado para auxiliar nas especificações
de projeto para o fluxo de ar através do radiador e para
obter o valor da “restrição” (obstrução) máxima permitida
para o fluxo de ar. O valor especificado para a “restrição
máxima permitida para o fluxo de ar” não deve ser ultrapassado. A pressão estática (restrição ao fluxo de ar)
deve ser medida conforme os exemplos mostrados nas
Figuras 6-61, 6-63, e 6-64 para certificar, antes que o
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
grupo gerador seja colocado em serviço, que o sistema
não é excessivamente restritivo. Isto é especialmente
importante para sistemas nos quais o ar de ventilação
é fornecido e descarregado por meio de longos dutos,
através de grades restritivas, telas e defletores.
• Para instalações efetuadas na América do Norte, consulte as publicações da ASHRAE (“American Society
of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers”
- “Sociedade Americana de Engenheiros de Calefação,
Refrigeração e Ar Condicionado”) para mais detalhes
sobre as recomendações para o projeto dos dutos, caso
seja necessário o uso de dutos de ar para a instalação
do sistema. É importante notar que o duto de entrada
deve fornecer tanto o fluxo de ar necessário para a combustão (consulte a “Folha de Especificações Técnicas”
do grupo gerador) assim como o fluxo de ar para a ventilação e, portanto, deverá ser dimensionado de acordo.
• O uso de venezianas, defletores e telas de proteção nas
aberturas de entrada e saída de ventilação restringem
o fluxo de ar e podem alterar significativamente o desempenho do sistema pois suas características podem variar
muito de um modelo para outro. Uma veneziana feita com
palhetas pouco espaçadas, por exemplo, tende a ser
mais restritiva do que uma veneziana feita com palhetas
largas e mais espaçadas. A área “efetiva” de abertura
especificada pelo fabricante do defletor ou da tela deve
ser utilizada.
• Devido ao fato do ventilador do radiador causar uma
pequena pressão negativa dentro do recinto do grupo
gerador, é recomendável que não sejam instalados outros
equipamentos de combustão (tais como caldeiras de
aquecimento) no mesmo recinto que o grupo gerador.
Caso não haja como evitar uma situação deste tipo, será
necessário avaliar os efeitos negativos causados por
este tipo de instalação, tais como a recirculação do ar,
e proporcionar os meios (uso de aberturas e/ou dutos
extra largos para a entrada de ventilação no recinto,
uso de ventiladores de pressurização, etc.) para reduzir
o valor da “pressão negativa” a níveis aceitáveis.
• Em locais de clima frio, devem ser utilizadas venezianas
equipadas com sistemas automáticos acionados por
molas para fechar as aberturas de entrada e de saída
de ventilação e reduzir a perda de calor no recinto do
grupo gerador quando o equipamento não estiver em
funcionamento. Deve-se utilizar venezianas equipadas
com sistemas automáticos acionados por termostatos
para controlar a “recirculação” de uma parte do ar (aquecido) que sai do radiador e, assim, reduzir o volume de
ar frio que é sugado para o recinto quando o grupo gerador estiver em funcionamento. As venezianas instaladas na entrada e na saída de ventilação deverão abrirse completamente durante a partida do grupo gerador.
A venezianas de recirculação deverá se fechar completamente sempre que a temperatura atingir 16°C (60°F).
Nota: No texto do ítem acima foi utilizado o termo “veneziana” para designar um dispositivo mais genérico como,
por exemplo, “obturador” (“damper”), ou qualquer outro
dispositivo capaz de controlar automáticamente o fluxo
de ar para ventilação e também atender a todas as especificações técnicas para o projeto.
• O recurso de fazer “recircular” o ar aquecido da saída
de ventilação do radiador por dentro do recinto do grupo
gerador deve ser utilizado apenas em locais de clima
frio. Em quaisquer outros casos, todo o ar utilizado para
ventilação deve ser descarregado diretamente para fora
da edificação. Mesmo quando utilizado, este recurso
deve ser utilizado exclusivamente para aquecer o recinto
do grupo gerador e mais nenhum outro recinto ou área.
• Deve ser instalado um duto flexível de conexão na saída
do radiador para impedir que o ar quente “recircule” ao
redor do radiador. O motivo do duto ser flexível é para
evitar que os movimentos e a vibração do grupo gerador
sejam transmitidos para demais estruturas e também
para isolar os ruídos.
Nota: Os adaptadores para os dutos ou defletores utilizados pelo radiador não podem ser utilizados para dar
suporte mecânico ou estrutural a qualquer outro componente além do duto flexível de conexão. Evite dar suporte
mecânico/estrutural à qualquer tipo de equipamento
ou aplicar qualquer peso adicional ao adaptador do
duto flexível de conexão ou ao defletor do radiador sem
que seja feita uma análise detalhada das forças e
vibrações na estrutura.
• Em geral, os projetos de grupo gerador com o radiador
montado diretamente no chassis (“skid-mounted”) tem
como principal característica a capacidade de arrefecimento sob carga plena a uma temperatura ambiente
de 40°C, funcionando contra uma resistência ao fluxo
de ar equivalente a 0,50 polegadas de coluna de água
(veja o “Ponto A” na Figura 6-64). A resistência ao fluxo
de ar proveniente do lado externo do sistema é aquela
causada pelos dutos, por telas de proteção, por venezianas (ou obturadores), por defletores, etc.
É possível que um equipamento deste tipo possa funcionar em temperaturas ambientes mais altas do que
a temperatura originalmente especificada no projeto
(veja o “Ponto B” na Figura 6-64, por exemplo) caso
uma redução da potência do equipamento seja aceitável
e/ou a resistência ao fluxo de ar de arrefecimento seja
menor do que a resistência para a qual a capacidade
de arrefecimento foi testada (uma resistência menor
fluxo de ar corresponde à um fluxo de maior intensidade
através do radiador, sem levar em conta o efeito da temperatura mais elevada do ar na capacidade de arrefecimento do radiador). É necessário consultar o fabricante
do equipamento para se determinar um valor aceitável
para a capacidade de arrefecimento do grupo gerador
à uma temperatura ambiente elevada.
6 PROJETO MECÂNICO
195
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
MANTENHA ABERTA A OUTRA
EXTREMIDADE DO MANÔMETRO
PARA A SALA DO GERADOR
- MEDIDOR DA PRESSÃO ESTÁTICA TUBO DE COBRE DE 1/4 POL. (6 mm) COM
EXTREMIDADE COM BUJÃO E FUROS
CRUZADOS DE 1/16 POL. (1,5 mm)
ORIENTE A PONTA PARALELAMENTE COM A
CORRENTE DE AR NO DUTO DE DESCARGA DO
MANÔMETRO
RADIADOR A UMA DISTÂNCIA DE 6 POL. (150 mm)
INCLINADO
DO RADIADOR
0,01 DE PRECISÃO NA
COLUNA DE ÁGUA
Figura 6-63. Instrumentação recomendada para se medir o valor da “restrição do fluxo de ar”.
TEMPERATURA AMBIENTE
TEMP.
MAX.
40° C
0,00 P
O
COLU L. DE
NA D
E ÁGU
A
POSSÍVEL PONTO DE OPERAÇÃO @ 0,00
POL. DE COLUNA DE ÁGUA, TEMPERATURA 0,25 POL
COLUN . DE
ELEVADA E POTÊNCIA REDUZIDA
A DE Á
GUA
CLASSIFICAÇÃO
STANDARD @ 40º C E
0,50 POL. DE COLUNA
DE ÁGUA
0.7
B
0,50 P
OL
COLUN . DE
A DE Á
GUA
A
5 PO
COLU L. DE
NA DE
ÁGUA
PORCENTAGEM DA POTÊNCIA NOMINAL
100%
Figura 6-64. Gráfico da capacidade de arrefecimento em temperaturas ambientes elevadas.
6 PROJETO MECÂNICO
196
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Ventilação em sistemas equipados com trocador de calor ou radiador remoto
Em geral, um sistema de arrefecimento equipado com trocador de calor ou com radiador remoto (veja um exemplo na Figura
6-65) é selecionado devido à relevância de fatores tais como o controle e supressão ruídos ou porque o valor da restrição ao
fluxo de ar através de dutos muito longos pode ser maior do que o valor máximo permitido para um radiador equipado com
ventilador acionado diretamente pelo eixo do motor.
A escolha de um sistema deste tipo é influenciada pelos seguintes fatores:
• O recinto do grupo gerador deve ser equipado com ventiladores para refrigeração. Os ventiladores devem ser capazes
de movimentar o fluxo de ar necessário para ventilação e possuir a potência necessária para superar a restrição ao
fluxo de ar. Veja, no ítem a seguir, o exemplo de um método de cálculo para determinar o fluxo de ar necessário para
a ventilação do recinto do grupo gerador.
• O ventilador do radiador remoto deve ser dimensionado especificamente para arrefecer o radiador. Dependendo de sua
localização, o ventilador também poderá ser utilizado para ventilar o recinto do grupo gerador.
• A localização do ventilador e da entrada de ar devem ser escolhidas de tal modo que o ar utilizado para ventilação seja
impulsionado para a frente (sem que haja “recirculação”) sobre o grupo gerador.
Em geral, os grupos geradores equipados com sistemas de arrefecimento remoto possuem mais cargas parasíticas e, portanto,
dispõem de uma capacidade ligeiramente menor de potência (em kW). Os valores destas cargas parasíticas devem ser
incluídos nos cálculos para o dimensionamento da carga total (“potência total”) produzida pelo grupo gerador.
VENTOS DOMINANTES
VENTILADOR DE
CIRCULAÇÃO DE AR
AMORTECEDOR
DO AR DE ENTRADA
AR
QUENTE
TROCADOR DE CALOR MONTADO NO MOTOR
Figura 6-65. Diagrama do fluxo de ar de ventilação para um sistema de arrefecimento equipado com um
trocador de calor.
6 PROJETO MECÂNICO
197
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Exemplo de cálculo para o fluxo de ar para ventilação dentro do recinto do grupo gerador
A “Folha de Especificações Técnicas” do grupo gerador recomendado indica que o calor irradiado para o recinto pelo grupo
gerador (pelo conjunto formado por motor e gerador) é de 4.100 BTU/min. Tanto o silencioso quanto aproximadamente 10 pés
de comprimento do tubo de escape (com diâmetro de 5 polegadas) também estão localizados no interior do recinto do grupo
gerador. Calcule o fluxo de ar necessário para limitar a elevação da temperatura do ar em 30°F.
1. Some a potência térmica irradiada por todas as fontes de calor localizadas dentro do recinto do grupo gerador.
A Tabela 6-8 indica que a perda de calor pelo tubo de escape, de 5 polegadas de diâmetro, é de 132 BTU/min para
cada pé de comprimento do tubo. A mesma tabela indica que o calor irradiado pelo silencioso é de 2.500 BTU/min.
Some todos os valores correspondentes à potência termica (calor) irradiada no recinto como demonstrado abaixo:
Calor irradiado pelo grupo gerador
Calor irradiado pelo tubo de escape - 10 x 132
Calor pelo silencioso
Total do calor irradiado para a sala do gerador
(BTU/Min)
4.100
1.320
2.500
7.920
CALOR DO TUBO
EM BTU/MIN-PÉ (kJ/Min-Metro)
47 (162)
57 (197)
70 (242)
84 (291)
96 (332)
108 (374)
132 (457)
156 (540)
200 (692)
249 (862)
293 (1.014)
DIÂMETRO DO TUBO
EM POLEGADAS (mm)
1,5 (38)
2 (51)
2,5 (64)
3 (76)
3,5 (98)
4 (102)
5 (127)
6 (152)
8 (203)
10 (254)
12 (305)
CALOR DO SILENCIOSO
EM BTU/MIN (kJ/Min)
297 (313)
490 (525)
785 (828)
1.100 (1.160)
1.408 (1.485)
1.767 (1.864)
2.500 (2.638)
3.550 (3.745)
5.467 (5.768)
8.500 (8.968)
10.083 (10.638)
Tabela 6-8. Valores das perdas de calor a partir da tubulação de escape e de silenciosos “não isolados”.
2. O fluxo de ar necessário para dissipar o calor irradiado no recinto é proporcional à potência térmica (calor) total irradiado
no interior do recinto dividido pelo valor da elevação permitida para a temperatura do ar no recinto. (Consulte o ítem
“Ventilação”, nesta seção):
m
=
55,0 • Q
!T
=
55,0 • 7.920
= 14.520 pés3/min. (411,16 m3/min.)
30
6 PROJETO MECÂNICO
198
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Suprimento de combustível
Suprimento de diesel combustível
Em geral, os grupos geradores acionados por motores diesel
são projetados para funcionar com combustível diesel ASTM
D975 No. 2. Para operação durante curtos períodos de tempo,
é possível utilizar outros combustíveis que sejam adequados,
contanto que satisfaçam às especificações relativas às
características físicas e de qualidade descritas na Tabela
6-9. Consulte o fabricante do motor sobre o uso de outros
tipos de combustível.
Deve-se tomar certos cuidados durante a aquisição do combustível e durante o abastecimento dos tanques para evitar
a entrada de sujeira e umidade no sistema que contém o
diesel combustível. A presença de sujeira poderá entupir os
bicos injetores e provocar um desgaste acelerado em componentes usinados do sistema de combustível. A umidade
pode causar corrosão e falhas prematuras desses componentes.
Dependendo de sua classificação para operação em modo
“Standby”, os grupos geradores a diesel consomem cerca
de 0,26 litros/hora por kW nominal (0,07 galões/hora por
kW nominal) em operação sob carga plena. Por exemplo, um
grupo gerador utilizado em uma aplicação do tipo “Standby”,
gerando 1000 kW, consome cerca de 260 litros/hora (ou,
70 galões/hora) de combustível. O tanque principal de combustível para um grupo gerador diesel pode ser do tipo “tanque
sob a base”, montado sob o chassis (“skid”) do grupo gerador,
ou um tanque de combustível remoto. Caso o tanque principal
de combustível esteja em um local distante do grupo gerador,
pode ser necessário o uso de um tanque intermediário (“tanque
diário”) para suprir o grupo gerador. Existem diferenças consideráveis de capacidade de motor entre diferentes fornecedores, de modo que o projeto do sistema de combustível deve
ser revisto para o grupo gerador específico instalado em um
local.
A principal vantagem dos tanques de combustível do tipo
“sob a base” é que o sistema pode ser totalmente projetado
e montado na fábrica para minimizar o trabalho no local.
Entretanto, esta configuração pode não ser uma escolha
tecnicamente viável (ou factível) dependendo das especificações para a capacidade do tanque principal de combustível,
nas restrições impostas pelas normas técnicas, bem como
na facilidade de acesso para o reabastecimento do tanque.
Ao se escolher um tanque de combustível do tipo “sob a
base”, deve-se levar em conta que o sistema de controle do
grupo gerador e outros pontos de manutenção podem estar
em locais elevados, numa altura que dificulte quaisquer
procedimentos técnicos. Isto poderá exigir a instalação de
estruturas adicionais para permitir o acesso para serviços
convenientes ou para atender aos requisitos de operação
do equipamento.
Devido às limitações das bombas mecânicas de combustível utilizadas na maioria dos motores, muitas instalações
podem exigir o uso de tanques de combustível remotos (“tanques principais”) e também o uso de tanques intermediários
(“tanques diários”).
O tanque principal pode estar localizado acima ou abaixo
do grupo gerador e tais instalações poderão exigir o projeto
de tanques intermediários e o uso de sistemas de controle
de combustível ligeiramente diferentes.
As Figuras 6-66 e 6-67 ilustram sistemas típicos para o
suprimento de diesel combustível.
Deve-se considerar os seguintes fatores durante o projeto
e instalação de qualquer sistema de suprimento de diesel
combustível:
• A capacidade volumétrica, construção, localização,
instalação, ventilação, tubulação, testes e inspeção do
tanque para suprimento de combustível devem atender
todas às normas técnicas aplicáveis e suas interpretações locais18. Em geral, as normas técnicas locais que
tratam da proteção ao meio ambiente costumam exigir
a instalação de um depósito secundário (denominado
de “tanque de contenção”, “dique” ou “bacia de contenção”)
para evitar que um eventual vazamento de combustível
penetre no solo ou no sistema de esgotos. A área de
contenção do depósito secundário normalmente inclui
recursos para detectar vazamentos e acionar um alarme
em caso de vazamento no tanque principal.
• A escolha do local deve levar em conta a facilidade de
acesso para o reabastecimento e se existe a necessidade das tubulações de suprimento serem aquecidas
(em locais de clima frio).
• O tanque para suprimento de combustível deve armazenar um volume de combustível suficiente para o funcionamento do grupo gerador durante o número previsto
de horas19 sem que haja reabastecimento. Os cálculos
para o dimensionamento do tanque poderão basearse nas taxas de consumo “horário” de combustível,
somado ao fato de que a operação de grupos geradores
sob carga plena é raro. Outras fatores a se considerar
sobre o dimensionamento do tanque incluem a expectativa para o tempo de duração das quedas de energia
em relação à disponibilidade para entrega de combustível e o tempo de vida útil do combustível armazenado,
que pode variar de 1,5 a 2 anos, quando corretamente
armazenado.
• Os tanques para suprimento de combustível devem ser
adequadamente ventilados para evitar a pressurização.
As especificações sobre a ventilação de um tanque,
tanto em aplicações do tipo “Prime” quanto em aplicações do tipo “Emergência”, dependem das normas
técnicas locais e de suas interpretações.
18) NOTA SOBRE O CÓDIGO AMERICANO: Na América do Norte, os
padrões N° 30 e N° 37 da NFPA, são típicos.
19) NOTA SOBRE O CÓDIGO AMERICANO: A NFPA110 define o número
de horas de funcionamento exigidas como a “Classe” de uma instalação.
Os requisitos típicos são de 2 horas para as saídas de emergência do
edifício, e de 8 horas de duração para a maioria das quedas de energia.
6 PROJETO MECÂNICO
199
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
•
•
•
•
•
Os tanques também devem estar equipados com recursos para a drenagem manual ou a remoção de água e
sedimentos e de um espaço adicional para acomodar
a dilatação do combustível aquecido equivalente a,
pelo menos, 5% do volume total, para evitar transbordamentos.
A bomba de elevação de combustível, a bomba de transferência do “tanque diário” e o alojamento “válvula de
bóia” devem ser protegidos contra contaminação por
detritos originários do tanque de suprimento por meio
de um “pré-filtro” ou de uma “cuba de sedimentação”
com um elemento filtrante capaz de impedir a passagem
de detritos até a granulosidade de 100 a 120 mesh.
Para os sistemas de energia do tipo “Emergência”, as
normas técnicas podem “não permitir” que o suprimento
de combustível seja usado para quaisquer outras finalidades, ou então, podem especificar que haja um “nível
mínimo” para assegurar o suprimento de combustível
para outros equipamentos e ainda assim garantir o
suprimento do grupo gerador para uso em situações
de emergência.
Em locais de clima frio costuma-se utilizar óleo combustível para o aquecimento e permitir a partida de motores
diesel. Para um óleo combustível utilizado em aquecimento, a classificação N°2 utilizada para “Cetanos”
não é alta o suficiente para permitir que seja utilizado na
partida de motores diesel em locais de clima frio. Em
conseqüencia disso, pode ser necessário o uso de tanques de suprimento independentes para sistemas de
energia de “Emergência” e para o de aquecimento de
edificações.
Devem ser instaladas tubulações de retorno independentes para o combustível contido no tanque diário ou
no tanque de suprimento, para cada grupo gerador em
uma instalação de múltiplos grupos geradores, com o
objetivo de para evitar a pressurização das tubulações
de retorno quando os grupos geradores estiverem em
marcha lenta ou inativos. Além disso, uma tubulação
para o retorno do combustível “não” deve incluir qualquer dispositivo para interrupção do fluxo (válvula de
fechamento). Podem ocorrer danos ao motor do grupo
gerador caso ele entre em funcionamento com esta
tubulação interrompida.
O uso de um tanque diário é necessário sempre que o
“atrito viscoso” no interior da tubulação e/ou a elevação
do tanque de suprimento (caso esteja localizado abaixo
da entrada da bomba de combustível ou acima dos
injetores de combustível) possam causar uma “restrição
excessiva” à entrada ou ao retorno do combustível.
Existem alguns modelos de grupo gerador equipados
com um tanque diário já integrado ou com um “tanque
diário sob a base” e montado no chassi.
NOTA: Quando grupos geradores são conectados em
paralelo ou quando devem atender especificações para
partida rápida em aplicações do tipo “Emergência”, é
necessário que o tanque de combustível, ou reservatório, esteja posicionado de modo que o mais baixo nível
possível do combustível não fique a menos de 150 mm
(6 pol.) acima da entrada da bomba de combustível.
•
•
•
•
•
•
•
Isto evitará o acumulo de ar na tubulação de combustível sempre que o grupo gerador não estiver em
funcionamento, eliminando o intervalo de tempo
durante a partida quando o ar tem de ser purgado. Para
alguns modelos de grupo gerador existem outras
opções para eliminar esta necessidade.
Os limites de temperatura para o combustível no tanque
diário podem ser ultrapassados em algumas aplicações
nas quais o combustível aquecido do motor retorna ao
tanque diário. À medida em que a temperatura do combustível aumenta, a densidade e a lubricidade do combustível diminuem, reduzindo a potência máxima de
saída e a lubrificação das peças que estão em contato
direto com o combustível, tais como bombas e injetores.
Uma solução para este problema é a instalação de uma
tubulação para o retorno do combustível diretamente
ao “tanque de suprimento” ao invés de retornar para o
“tanque diário”. Outras soluções alternativas podem exigir
o uso de um arrefecedor para o combustível que retorna
do motor para o “tanque diário”, permitindo reduzir a temperatura do combustível à um nível seguro. Consulte
o fabricante do motor para mais informações sobre o
motor utilizado e sobre as especificações referentes
ao retorno do combustível20.
A capacidade da bomba de transferência de combustível utilizada no tanque diário e a tubulação de suprimento devem ser dimensionadas com base no valor do
“fluxo máximo de combustível” apresentado na “Folha
de Especificações Técnicas” do grupo gerador selecionado.
Use a Tabela 6-9 como referência para a escolha do
diesel combustível e para obter o melhor desempenho.
Todos os sistemas de combustível devem ser equipados
com os recursos necessários para a contenção do combustível em eventuais casos de vazamento através de
algum tanque e também para as situações nas quais
houver um transbordamento causado por excesso de
abastecido.
O projeto da instalação deve prever a possibilidade e
prover os meios para que o abastecimento dos tanques
de combustível possa ser feito manualmente no caso
de ocorrer uma falha do sistema de abastecimento
automático.
A bomba que transporta combustível a partir do tanque
principal pode ser do tipo “duplex” para melhorar a confiabilidade do sistema.
As normas técnicas para combate a incêndios podem
incluir exigências específicos para o grupo gerador
como, por exemplo, um sistema para interromper o fluxo
do combustível para o recinto do grupo gerador em
caso de incêndio, assim como, estabelecer procedimentos para o envio do combustível de volta ao tanque
principal no caso de ocorrer um incêndio no recinto
do grupo gerador.
20) Em geral, os motores da Cummins podem ser instalados com a
tubulação para o retorno do combustível conectada ao “tanque diário”.
A localização da tubulação de retorno varia conforme o motor fornecido.
6 PROJETO MECÂNICO
200
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
PROPRIEDADE
ESPECIFICAÇÕES
Viscosidade
(ASTM D445)
1,3-1,5 centistokes (mm/seg)
a 40°C (104°F)
DESCRIÇÃO GERAL
O sistema de injeção funciona com maior eficiência quando o combustível
possui o “corpo” ou viscosidade apropriada. Os combustíveis que atendam aos requisitos de combustível 1D ou 2D da ASTM são satisfatórios
para os sistemas de combustível da Cummins.
Número de Cetano
(ASTM D613)
40 acima do mínimo 0°C (32°F)
45 abaixo do mínimo 0°C (32°F)
O número de cetanos é uma medida das características de partida e
aquecimento de um combustível. Em climas frios ou em serviço prolongado
com baixas cargas, um número mais alto de cetanos é desejável.
Teor de Enxofre
(ASTM D129 ou 1552)
Não exceder a 0,5% em massa
(ver nota)
Os combustíveis diesel contém quantidades variáveis de compostos de
enxofre que aumentam a acidez do óleo. Um método prático de neutralizar
a acidez alta devida ao alto teor de enxofre é o de trocar o óleo com maior
freqüência ou utilizar um óleo com TBN mais alto (TBN = 10 a 20) ou ambos.
O uso de combustível com alto teor de enxofre (acima de 0,5 porcento em
massa) resultará na formação de sulfatos no gás de escape sob condições contínuas de carga alta. O combustível com alto teor de enxofre
também encurta a vida de certos componentes no sistema de escape,
inclusive o catalisador de oxidação.
Enxofre Ativo
(ASTM D130)
Não exceder à classificação N° 2 de
corrosão de tira de cobre após três
horas a 50°C (122°F)
Alguns compostos de enxofre no combustível são ativamente corrosivos.
Os combustíveis com uma classificação de corrosão três ou acima pode
causar problemas de corrosão.
Água e Sedimentos
(ASTM D1796)
Não exceder a 0,05% em volume
A quantidade de água e de detritos sólidos no combustível geralmente é
classificada como água e sedimentos. É uma boa prática filtrar o combustível enquanto o mesmo está sendo colocado no tanque de combustível.
Mais vapor de água se condensa em tanques parcialmente cheios devido
ao respiro do tanque causado pelas mudanças de temperatura. Os elementos de filtragem, as telas nas bombas de combustível, e as conexões
de entrada do combustível nos injetores, devem ser limpos ou substituídos
sempre que se tornarem sujos. Estas telas e filtros, ao executarem sua
função pretendida, ficarão entupidos quando se utiliza um combustível de
baixa qualidade ou sujo e necessitarão de substituição mais
freqüentemente.
Resíduos de Carbono
(Ramsbottom, ASTM
D254 ou Conradson,
ASTM D189)
Não exceder a 0,35% em massa em
10% de volume em resíduos
A tendência de um combustível diesel para formar depósitos de carbono
em um motor pode ser estimada determinando-se o resíduo de carbono
Ramsbottom ou Conradson do combustível após 90 porcento do combustível haver evaporado.
Densidade
(ASTM D287)
0,816-0,876 g/cc em 15°C
(graus 42-30 de gravidade API em
60°F)
A gravidade é uma indicação do teor de energia de alta densidade do
combustível. Um combustível com uma alta densidade (menor gravidade
API) contém mais BTUs por galão do que um combustível com uma baixa
densidade (maior gravidade API). Sob condições iguais de funcionamento,
um combustível de maior densidade proporcionará um menor consumo de
combustível do que um combustível com menor densidade.
Ponto de Nevoa
(ASTM D97)
6°C (10°F) abaixo da menor temperatura ambiente em que se espera que o
combustível seja utilizado.
O ponto de nevoa do combustível é a temperatura em que os cristais de
cera de parafina começam a aparecer. Os cristais podem ser detectados
por uma nebulosidade do combustível. Estes cristais podem causar o
entupimento de um filtro.
Cinzas (ASTM D482)
Não exceder a 0,02% em massa
(0,05% com mistura de óleo lubrificante)
A pequena quantidade de partículas metálicas não inflamáveis encontrada
em quase todos os produtos de petróleo é comumente chamada de cinzas.
Destilação
(ASTM D86)
A curva de destilação deve ser suave e
contínua.
Pelo menos 90% do combustível deve evaporar com menos de 360°C
(680°F). Todo o combustível deve evaporar a menos de 385°C (725°F).
Número de Acidez
(ASTM D664)
Não exceder a 0,1 mg KOH por 100 ml
O uso de combustíveis com números de acidez mais altos pode conduzir
a níveis de desgaste maiores que os desejáveis. O número de acidez total
está localizado na ASTM D664.
Lubricidade
3100 gr ou mais conforme medida pelo
teste BOCLE de riscos do Exercito dos
EUA ou Diâmetro da Marca de Desgaste
(WSD) menor que 0,45 mm a 60°C
(WSD menor que 0,38 mm a 25°C) conforme medida pelo método HFRR.
Lubricidade é a facilidade de um líquido para proporcionar lubrificação
hidrodinâmica ou periférica para evitar o desgaste entre as peças móveis.
NOTA: As regulamentações federais ou locais podem exigir um menor teor de enxofre do que o recomendado nesta tabela. Consulte todas as
regulamentações de aplicação antes de selecionar um combustível para uma dada aplicação de motor.
Tabela 6-9. Especificações para combustíveis diesel.
6 PROJETO MECÂNICO
201
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Figura 6-66. Exemplo de um sistema típico para suprimento de combustível - Tanque de suprimento localizado acima do grupo gerador.
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
6 PROJETO MECÂNICO
202
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Figura 6-67. Exemplo de um sistema típico para suprimento de combustível - Tanque de suprimento localizado abaixo do grupo gerador.
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
6 PROJETO MECÂNICO
203
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Tubulação para o diesel combustível
• As tubulações do diesel combustível devem ser construídas em tubo de aço-carbono (“black iron”). 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 contido no combustível reage com a umidade condensada
do tanque, resultando em resíduos que podem obstruir
bombas e filtros de combustível. As tubulações de cobre
não devem ser utilizadas porque o diesel combustível se
“polimeriza” (torna-se espesso devido ao efeito catalítico do cobre) no interior do tubo de cobre durante longos
períodos de inatividade e pode obstruir os injetores de
combustível. Além disso, as tubulações de cobre são
menos resistentes do que as feitas de aço-carbono
(“black iron”) e, portanto, mais propensas a danos.
Nota: Nunca utilize tubulações, conexões ou tanques
de combustível galvanizados ou de cobre. A condensação da umidade no interior do tanque e nas tubulações reage com o enxofre contido no diesel combustível e produz ácido sulfúrico. O metal contido nas 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 e com “certificação” para absorver os
movimentos e a vibrações produzidos pelo grupo
gerador.
• A tubulação do “tanque diário” para o motor deve estar
sempre inclinada “para baixo” desde o tanque até o
motor, sem a presença de voltas ou curvas voltadas
para cima e que possam permitir a entrada de ar no
sistema.
• A tubulação do sistema de combustível deve ser possuir um sistema de suporte e fixação mecânicos adequados para evitar quebras e rupturas resultantes de
vibrações. Ela não deve ser instalada próxima a tubos
de aquecimento, fiação elétrica ou componentes do
sistema de escape do motor. O projeto do sistema de
tubulação de combustível deve incluir a instalação de
válvulas em locais apropriados para permitir o isolamento
dos componentes do sistema para reparos e manutenção sem que haja a necessidade de se drenar todo
o sistema.
• Os sistemas de tubulações devem ser inspecionados
regularmente para verificação da existência de vazamentos e das condições gerais do equipamento.
O sistema da tubulação de combustível deve ser limpo
antes do motor ser colocado em funcionamento para
remover a sujeira e outras impurezas que possam causar algum dano. O uso de conexões do tipo “T” ao invés
de conexões do tipo “cotovelo” permite uma limpeza
mais fácil do sistema da tubulação.
• Na documentação técnica do fabricante do motor é
possível encontrar os valores para as restrições máximas de entrada e de retorno de combustível, o fluxo
máximo, a alimentação e o retorno, e o consumo de
combustível.
A Tabela 6-10 apresenta uma lista com os diâmetros
mínimos de mangueiras e tubos para serem utilizados
nas conexões com o “tanque de suprimento” ou com
o “tanque diário” quando se encontram a uma distância
de 15 metros (50 pés) do grupo gerador e, aproximadamente, na mesma altura.
Os diâmetros das mangueiras e tubos deve basear-se no
valor para o fluxo máximo de combustível e não na taxa de
consumo. É bastante recomendável que os valores especificados para as “restrições” à entrada e ao retorno de combustível sejam verificadas antes que o grupo gerador seja
colocado em serviço.
Taxa de fluxo máximo
de combustível
em litros/hora (GPH)
Nº da mangueira
flexível*
Tamanho
do tubo
NPS (pol.)
Tamanho
do tubo
DN(mm)
Menos que 80 (303)
81-100 (304-378)
101-160 (379-604)
161-230 (605-869)
231-310 (870-1170)
311-410 (1171-1550)
411-610 (1550-2309)
611-920 (2309-3480)
10
10
12
12
16
20
24
24
1/2
1/2
3/4
3/4
1
1-1/4
1-1/2
1-1/2
15
15
20
20
25
32
40
40
*) Especificação de tamanho dos fornecedores de mangueiras genéricas
de combustível.
Tabela 6-10. Comprimento equivalente dos diâmetros mínimos de mangueiras e tubos de combustível,
até 15 metros (50 pés).
Nota do tradutor: No texto original, em inglês, a tubulação em ferro nodular é
denominada “black iron”. Este nome se refere ao processo de acabamento das
peças de ferro nodular , que são resfriadas em óleo após a fundição, dando-lhes
uma camada protetora de côr enegrecida.
O termo “Schedule 40” se refere à classificação para tubos de ferro segundo a
norma ANSI. Esta classificação define os valôres para diâmetros externos,
diâmetros internos, espessuras das paredes, número de fios por rosca para
conexões, etc.
6 PROJETO MECÂNICO
204
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Tanques de combustível “sob a base”
Quando um grupo gerador é montado sobre um tanque de
combustível denominado “sob a base”, devem ser instalados isoladores de vibração entre o grupo gerador e o tanque
de combustível. O tanque de combustível deve ser capaz
de suportar o peso do grupo e resistir às cargas dinâmicas.
O tanque deve ser montado de modo que haja um espaço
livre entre a base do tanque e o piso para reduzir o risco de
corrosão e permitir inspeções visuais para verficiar a existência de vazamentos.
Tanques diários
Quando uma determinada aplicação exigir o uso de um “tanque
diário” intermediário, em geral, este tanque deve ser dimensionado para um período de funcionamento de aproximadamente 2 horas com o grupo gerador sob carga plena (Este
valor está sujeito às especificações e/ou limitações estabelecidas pelas normas técnicas para a armazenagem de combustível no recinto do grupo gerador). Um único “tanque diário”
pode suprir a demanda de diversos grupos geradores, porém
é preferível que haja um “tanque diário” para cada grupo
gerador, e que o tanque esteja localizado tão próximo quanto
possível do grupo gerador. O tanque deve ser posicionado
de modo a permitir seu abastecimento manual, caso isto
seja necessário.
A altura do “tanque diário” deve ser suficiente para exercer
uma pressão positiva na entrada da bomba de combustível
do motor. O nível mínimo no tanque não deve ser inferior a
150 mm (6 pol.) acima da entrada de combustível do motor.
A altura máxima do nível de combustível no “tanque diário”
não deve ser suficiente para estabelecer uma “pressão positiva” nas tubulações de retorno do combustível no motor.
A conexão da tubulação de retorno do combustível com o
“tanque diário” pode variar dependendo do tipo de motor
utilizado. Para alguns motores é necessário que o combustível seja “retornado” num ponto acima do nível máximo do
tanque. Para outros motores é necessário que o combustível seja “retornado” para a base do tanque (ou abaixo do
nível mínimo do tanque). O fabricante do motor deve fornecer
estas especificações.
• Chave interruptora controlada por uma bóia e utilizada
para monitorar e/ou controlar o nível de combustível
durante o abastecimento do tanque. Esta chave interruptora deve ser utilizado para controlar:
• Uma válvula solenóide na tubulação de combustível,
caso o “tanque principal” esteja localizado numa
altura superior à do “tanque diário”; ou:
• Uma bomba de combustível, caso o “tanque principal” esteja localizado numa altura inferior à do
“tanque diário”.
• Tubo para “desaeração”, com o mesmo diâmetro que
o tubo para abastecimento, conectado ao o ponto mais
alto do sistema;
• Válvula para o dreno;
• Medidor do nível ou visor de vidro (janela de vidro com
graduação para leitura do nível);
• Alarme indicador de “nível baixo” (opcional);
• Chave interruptora controlada por uma bóia, indicadora
de “nível alto”. Esta chave interruptora deve ser utilizada
para controlar:
• Uma válvula solenóide na tubulação de combustível,
caso o “tanque principal” esteja localizado numa
altura superior à do “tanque diário”; ou:
• Uma bomba de combustível, caso o “tanque principal” esteja localizado numa altura inferior à do
“tanque diário”.
• “Sistema de refluxo” do combustível para o “tanque principal” caso este esteja localizado abaixo do “tanque diário”.
Em geral, a legislação, as normas técnicas locais, bem como
as normas técnicas federais, estabelecem regulamentos para
a construção de “tanques diários”, sendo, portanto, fundamental consultar as autoridades locais sobre este assunto.
Dentre os recursos dos “tanques diários” que podem ser classificados como “importantes”, “necessários” ou “desejáveis”,
podemos incluir:
• Tanque de ruptura ou dique (Este é um item opcional,
porém é exigido por lei em muitos locais.);
6 PROJETO MECÂNICO
205
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Utilização de combustível gasoso
Qualidade do combustível gasoso
Consulte o Capítulo 2 deste manual para mais informações
sobre as vantagens e desvantagens dos sistemas de que
utilizam combustível gasoso em relação a outras alternativas
para suprimento de combustível.
Os combustíveis gasosos são, na verdade, uma mistura de
diversos hidrocarbonetos gasosos tais como metano, etano,
propano e butano. Eventualmente a mistura pode conter
outros gases como oxigênio e nitrogênio, água vaporizada,
e contaminantes diversos, alguns dos quais são potencialmente danosos para o motor ao longo do tempo.
Os grupos geradores acionados por combustível gasoso
(também denominados de “grupos geradores com ignição por
centelha”) podem utilizar gás natural, gás propano líquido (PL),
ou ambos. Sistemas que podem utilizar dois tipos de combustível, sendo o gás natural o seu combustível principal e
o propano o seu combustível alternativo, podem ser utilizados
em locais propensos a abalos sísmicos e onde ocorram
“eventos naturais” que possam interromper o fornecimento
de gás pela concessionária pública.
Independente do tipo de combustível utilizado, os principais
fatores que determinam se o projeto, instalação e operação
de um sistema de geração de energia à combustível gasoso
é bem sucedido, são:
• Na pior das hipóteses, o gás combustível fornecido ao
grupo gerador deve ser de “qualidade aceitável”;
• O suprimento de gás combustível deve ter uma pressurização suficiente. Deve-se certificar de que o suprimento de gás combustível que chega ao grupo gerador,
e não apenas na fonte do gás combustível, tenha uma
pressurização correta para o funcionamento adequado
do sistema. A pressão especificada no projeto e na
documentação técnica do equipamento deve estar disponível “sempre” que o grupo gerador estiver funcionando sob plena carga.
• O gás combustível deve ser suprido ao grupo gerador
em quantidade suficiente para o seu funcionamento.
Normalmente, isto depende do diâmetro da tubulação
de combustível que deve ter um diâmetro largo o
suficiente para transportar a quantidade necessária de
gás combustível. Para sistemas que utilizam o vapor
de PL (“propano líquido”) combustível, o tamanho e a
temperatura do tanque de armazenagem do combustível líquido também influenciam nesta especificação.
Qualquer impedimento em atender à estes “requisitos mínimos” para o grupo gerador nestas áreas terá como resultado
a impossibilidade de funcionamento do grupo gerador, ou a
impossibilidade do grupo gerador suportar sua a carga nominal,
ou ainda, em baixo desempenho durante transientes.
A qualidade do gás combustível depende da quantidade de
energia contida por unidade de volume deste combustível e
da quantidade de contaminantes presentes no combustível.
Teor energético
Uma das características mais importantes dos combustíveis
gasosos utilizados por um grupo gerador é o “valor calorífico”
do combustível. O “valor calorífico” de um combustível indica
a quantidade de energia armazenada em um determinado
volume específico do combustível.
Um combustível gasoso possui dois parâmetros denominados de “baixo valor calorífico” (LHV) e “alto valor calorífico”
(HHV). O “baixo valor calorífico” corresponde à quantidade
de calor disponível para o funcionamento do motor após a
água contida no combustível (sob a forma de contaminante)
ter sido vaporizada. Caso o “baixo valor calorífico” de um
combustível seja muito baixo, mesmo que o motor receba
um volume suficiente de combustível, o motor não será capaz
de manter plena potência de saída, porque não foi disponibilizada a quantidade de energia suficiente ao motor para
ser convertida em energia mecânica. Caso o LHV de um
combustível seja inferior a 905 BTU/pé3 o motor não poderá
produzir a sua potência nominal em condições de temperatura ambiente padrão.
Caso o combustível gasoso disponível para uso contenha um
teor energético superior a 1000 BTU/pé3, a demanda efetiva
para o fluxo de gás (em pés3/min) poderá ser menor e a especificação para o valor da pressão poderá ter uma pequena
redução. Na situação inversa, caso o combustível contenha
um teor energético inferior a 1000 BTU/pé3, a demanda efetiva
para o fluxo de gás (em pés3/min) será maior e, portanto, será
preciso que o valor da pressurização mínima necessária seja
mais elevado para que o suprimento de gás permita a qualquer grupo gerador atingir o seu desempenho nominal.
As características de desempenho variam ligeiramente para
cada tipo e modelo de motor dependendo do tipo de gás
combustível utilizado. Isto ocorre devido à variações na taxa
de compressão do motor e também depende do ar utilizado
na combustão ser naturalmente aspirado ou turbocomprimido.
6 PROJETO MECÂNICO
206
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Gás natural canalizado
O gás combustível mais comum utilizado em grupos geradores é denominado de “gás natural canalizado”. Nos Estados
Unidos da América, o “gás natural canalizado seco” possui
qualidades específicas, determinadas por normas técnicas
federais. Em outros países, o gás canalizado pode variar em
teor e, portanto, as características do gás combustível devem
ser analisada antes do seu uso em um grupo gerador. Nos
Estados Unidos da América, o gás canalizado é uma mistura
composta por, aproximadamente, 98% de metano e etano,
e os outros 2% formados por hidrocarbonetos como propano
e butano, nitrogênio, dióxido de carbono e vapor de água.
O termo “seco” significa “isento de hidrocarbonetos líquidos”,
como gasolina, todavia isso não significa que esteja isento
de vapor de água. Em geral, o gás canalizado “SECO” possui
um LHV de 936 BTU/pé3 e um HHV de 1.038 BTU/pé3.
Gás de “campo”
A composição do “gás natural de campo” varia consideravelmente entre diferentes regiões e entre diferentes continentes.
É necessária uma análise cuidadosa antes que o “gás natural
de campo” possa ser utilizado em um motor. O “gás natural
de campo” pode conter hidrocarbonetos gasosos formados
por moléculas “mais pesadas” como pentano, hexano e heptano, que podem exigir um “rebaixamento de classificação”
(“de-rating”) para a potência de saída do motor. Outros contaminantes, como enxofre, também podem estar presentes
na composição deste tipo de combustível. Um “gás natural
de campo” típico pode ter um LHV de 1.203 BTU/pé3 e um
HHV de 1.325 BTU/pé3.
Propano (GLP)
O propano encontra-se disponível em dois graus de classificação, “comercial” e “trabalhos especiais”. O propano de uso
“comercial” é utilizado onde a alta volatilidade deste gás é
uma exigência. Nem todos os motores de ignição por centelha
funcionam de forma aceitável com este tipo de combustível
devido à sua volatilidade. O propano utilizado para “trabalhos
especiais” (também denominado de HD5) é uma mistura
que contém 95% de propano e 5% de outros gases, como
o butano, isso permite um melhor desempenho do motor
devido à redução de pré-ignição pela volatilidade reduzida.
O gás combustível propano para “trabalhos especiais” que
atende à especificação D-1835 da norma ASTM D 1835
sobre propano para “trabalhos especiais” (equivalente ao
propano HD5 especificado no Padrão 2140 da Associação
dos Produtores de Gás) é adequado para a maioria dos
motores. O propano possui um LHV de aproximadamente
2.353 BTU/pé3 e um HHV de 2.557BTU/pé3.
O valor calorífico mais elevado deste combustível exige que
a combustão utilize diferentes concentrações de ar sempre
que o propano for utilizado como gás combustível em uma
mistura do tipo duplo combustível (“propano + gás natural”).
À medida em que a proporção entre “propano” e “gás natural”
é alterada, também é necessário alterar a proporção da
mistura “ar + combustível”, de modo a garantir uma combustão eficiente e balanceada.
Contaminantes no combustível
Os contaminantes mais danosos contidos nos combustíveis
gasosos são o vapor de água e o enxofre.
O vapor de água é prejudicial a um motor porque pode fazer
com que queima do combustível aconteça de forma descontrolada (ou, “desbalanceada”), pode ainda causar pré-ignição
e outros efeitos que podem danificar o motor. O vapor de água
ou gotículas de água devem ser removidos do combustível,
antes de sua entrada no motor, por meio de um “filtro seco”
que é instalado no sistema de controle de combustível antes
do dispositivo regulador principal de pressão do combustível.
A temperatura de “ponto de orvalho” do gás combustível deve
ser, pelo menos, 11°C (20°F) menor que a temperatura ambiente mínima no local da instalação do grupo gerador.
O enxofre e os sulfetos de hidrogênio podem causar a corrosão e sérios danos a um motor num intervalo de tempo relativamente curto. Diferentes motores apresentam diferentes
níveis de tolerância à contaminação por enxofre e, alguns
motores simplesmente não funcionam caso o combustível
contenha um teor significativo de enxofre. Consulte o fabricante do motor para verificar a aprovação de combustíveis
específicos para modelos específicos motores. Os efeitos
do enxofre no combustível podem ser compensados em parte
pelo uso de óleos lubrificantes específicos para gás natural
e com alto teor de cinzas. Em geral, os motores não devem
ser operados utilizando combustíveis que contenham mais
de 10 partes por milhão (ppm) de enxofre.
Alguns tipos de combustíveis gasosos, como os provenientes
de aterros sanitários, podem apresentar um teor de energia
química suficiente para que possam ser utilizados, porém
costumam apresentar concentrações muito altas de enxofre
(>24 ppm). Estas concentrações são freqüentemente denominadas de “gás ácido”. Caso a concentração de enxofre contido neste tipo de combustível seja eliminado (reduzido a níveis
aceitáveis), o mesmo poderá ser utilizado como um combustível gasoso em diversos motores, desde que apresente um
“valor calorífico” suficientemente elevado (em BTU/pé3).
6 PROJETO MECÂNICO
207
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Análise química do combustível
A empresa fornecedora do combustível gasoso pode também
fornecer uma análise química do combustível comercializado,
que descreva a sua composição química. Esta análise do
combustível pode ser utilizada para assegurar (certificar) que
o combustível seja adequado para uso em tipos específicos
de motores selecionados para uma determinada aplicação,
e também para certificar que o teor energético do combustível
seja suficiente para fornecer a potência de saída necessária.
Os fornecedores de gás combustível podem, eventualmente,
modificar a composição do gás natural canalizado sem que
haja um prévio aviso, de modo que não existe uma garantia
a longo prazo para o desempenho ideal do grupo gerador.
O processo de avaliação do gás combustível pode ser
descrito resumidamente como:
1. Faça uma lista com a porcentagem de cada gás existente na composição do combustível gasoso;
2. Calcule a porcentagem do total do combustível que é
inflamável. A porcentagem da porção inflamável do combustível é igual a 100%, subtraídas as porcentagens
dos componentes inertes;
Os componentes inertes incluem oxigênio, dióxido de
carbono e vapor de água.
3. Calcule a porcentagem de cada componente inflamável
presente no combustível gasoso;
4. Verifique se combustível gasoso é aceitável usando
como referência a porcentagem de cada um de seus
componentes inflamáveis em comparação com as
recomendações do fabricante do motor.
Por exemplo, para um combustível gasoso cuja análise
química apresente a seguinte composição:
90% Metano
6% Etano
2% Hidrogênio
1% Pentano Normal
1% Nitrogênio
- Porcentagem total de elementos inertes = 1%.
- Total inflamável = (100%) - (1%) = 99%.
- % Metano = (90%) / (99%) = 91%.
- % Etano = (6%) / (99%) = 6.1%.
- % Hidrogênio = (2%) / (99%) = 2%.
- % Pentano Normal= (1%) / (99%) = 1%.
Consulte a Tabela 6-11 para uma listagem “típica” com
as “porcentagens máximas permitidas” para os componentes inflamáveis contidos em combustíveis gasosos utilizados em grupos geradores da Cummins.
Observe que neste exemplo, um combustível pode ser
considerado aceitável para um motor com baixa taxa
de compressão (geralmente em torno de 8,5:1), porém
não para um motor com uma taxa de compressão mais
elevada. Um motor com uma taxa de compressão mais
elevada, terá especificações mais rigorosas quanto a
composição do combustível, todavia poderá funcionar
de modo satisfatório reduzindo-se sua potência de saída.
Em quaisquer dos casos, recomenda-se consultar o
fabricante do motor.
5. Verifique a “classificação” do grupo gerador utilizando
como referência o tipo de combustível proposto.
O “teor calórico total” do gás combustível (em BTU/pé3) irá
determinar a “classificação” do grupo gerador para um combustível que apresente uma determinada composição. Caso
quaisquer dos componentes químicos do combustível tenha
um “valor específico” acima do permitido poderá ser necessário um “rebaixamento de classificação” (“de-rating”) para
a potência de saída do motor. Consulte o fabricante do motor
quanto às especificações para o combustível e quanto às instruções para o “rebaixamento de classificação” (“de-rating”)
para a potência de saída do motor.
Note que o “rebaixamento de classificação” (“de-rating”) para
a potência de saída do motor devido à composição química
do combustível e devido aos efeitos da altitude e da temperatura21 não devem ser somados. Apenas o valor mais elevado para o “rebaixamento de classificação” (“de-rating”)
para a potência de saída do motor deverá ser utilizado, seja
ele devido à composição química do combustível ou devido
aos efeitos da altitude e da temperatura.
Os motores equipados com turbocompressores possuem
especificações únicas referentes à composição do combustível devido às pressões mais elevadas no interior dos cilindros.
Para evitar problemas com a “pré-ignição” ou “detonação”,
eventualmente, poderá ser necessário o “rebaixamento de
classificação” (“de-rating”) para a potência de saída do motor
caso o teor de propano e/ou iso-butano ultrapassar as porcentagens especificadas na Tabela 6-12.
21) Consulte o fabricante do motor ou do grupo gerador quanto aos
fatores que determinam o “rebaixamento de classificação” (“de-rating”)
para a potência de saída do motor devido aos efeitos da temperatura e
da altitude.
6 PROJETO MECÂNICO
208
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Taxa de Compressão de 8,5:1
Taxa de Compressão de 10,5:1
100
100
10
7
7
3
3
1
1
1
100
100
2
0.2
traço
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
Metano (C1)
Etano (C2)
Propano (C3)
ISO-Butano (IC4)
Hidrogênio (H2)
Butano Normal (NC4)
ISO-Pentano (IC5)
Pentano Normal (NC5)
Hexano (C6)
Heptano (C7)
Tabela 6-11. “Porcentagens máximas permitidas” para compostos inflamáveis no contidos em combustíveis
gasosos utilizados em motores de grupos geradores Cummins.
Taxa de Compressão de 8,5:1
Metano
Etano
Propano
Iso-butano
* Motores turbocomprimidos com taxa de
mistura de propano ou iso-butano.
Taxa de Compressão de 10,5:1
NA
NA
NA
NA
5%
*
2%
*
compressão elevada não podem consumir qualquer
Tabela 6-12. “Porcentagens máximas permitas” para os compostos constituintes de combustíveis gasosos,
e que podem determinar o “despotenciamento” (ou seja, o rebaixamento da classificação para
a potência de saída do motor - “de-rating”) de motores equipados com turbocompressor.
6 PROJETO MECÂNICO
209
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Projeto do sistema de combustível para o
grupo gerador
A Figura 6-68 ilustra os componentes típicos de uma tubulação de gás para um sistema acionado por um duplo de
combustível (uma combinação de GLP e gás natural) com
sistema de transferência automática. Os sistemas simples
de combustível (GLP ou gás natural) utilizam as partes
indicadas dos componentes do desenho. A figura não mostra
o vaporizador de GLP fornecido com os grupos geradores
da Cummins Power Generation, equipados para o uso de
combustível líquido ou GLP (montado apenas em motores
de grupos geradores externos). Os reguladores da pressão
de serviço, os filtros de gás seco e as válvulas de corte manual
geralmente são fornecidos pelo instalador, mas são fornecidos como acessórios pela Cummins Power Generation.
Projeto do sistema de combustível do Local
Deve-se considerar os seguintes fatores na instalação de
um sistema de combustível de gás natural e/ou GLP:
• No projeto do sistema de suprimento de combustível
a gás, os materiais, componentes, fabricação, montagem, instalação, testes, inspeção, operação e
manutenção devem atender todas as normas técnicas
aplicaveis22.
• O arranjo e o dimensionamento da tubulação de gás
devem ser adequados para o manuseio do volume de
gás requerido pelo grupo gerador e todos os outros
equipamentos, como as caldeiras de aquecimento do
edifício, alimentados pela mesma fonte. O fluxo do gás
sob carga plena (veja a “Folha de Especificações Técnicas” do grupo gerador recomendado) deverá estar disponível em uma pressão de alimentação não inferior à
mínima exigida, geralmente entre 5 e 10 polegadas de
coluna de água, dependendo do modelo. Contudo, a
determinação final dos diâmetros dos tubos deverá
basear-se no método aprovado pela autoridade com
jurisdição local (consulte a Norma NFPA Nº 54).
• A maioria das instalações requer um regulador para a
pressão do gás de serviço. A pressão de alimentação
do gás não deve exceder 13,8 ou 20 polegadas de coluna
de água, dependendo do modelo, na entrada para o
grupo gerador. Dependendo da pressão de distribuição
do gás, pode ser necessário mais de um estágio para
regulagem da pressão. Tubulações de gás com alta
pressão não são permitidas dentro de edifícios (5 psig
para gás natural e 20 psig para GLP, exceto se o uso
de pressões mais elevadas forem aprovadas pelas
autoridades locais). Os reguladores de pressão de gás
devem ser ventilados para o exterior de acordo com
as normas aplicáveis.
• O regulador de pressão instalado na tubulação de suprimento da fonte de gás para aplicação em um grupo
gerador nunca deve ser do tipo regulador “piloto”. Num
regulador do tipo “piloto”, o regulador requer uma linha
de pressão entre o gabinete do regulador e o tubo de gás
à frente para “detectar” uma queda de pressão na tubulação à frente. Os reguladores “pilotos” não funcionam
pois o tempo de resposta é inaceitável face às grandes
mudanças instantâneas na demanda do grupo gerador.
• Deve ser utilizada uma mangueira flexível para o combustível aprovada para uso nas conexões no motor para
absorver o movimento e a vibração do grupo gerador.
• A maioria das normas requer os dois tipos de válvulas
de corte, manual e elétrica (alimentada pela bateria),
na entrada para as mangueiras flexíveis de combustível. A válvula manual deve ser do tipo com visor.
• Deve ser instalado um filtro de combustível seco em cada
tubulação, como o ilustrado na Figura 6-68, para proteger os componentes de regulagem sensíveis à pressão
e os orifícios à frente contra substâncias estranhas e
prejudiciais transportadas juntamente com o fluxo do
gás (oxidação, incrustações, etc.).
• Deve haver um sistema de suprimento de combustível
GLP dedicado ao sistema de energia de emergência,
caso este seja o combustível alternativo exigido.
• Um vaporizador de GLP, aquecido pelo líquido de arrefecimento do motor, é instalado pela fábrica nos grupos
geradores da Cummins Power Generation equipados
para o uso de GLP. Como a tubulação de gás com alta
pressão (20 psig ou mais) não é permitia dentro de
edifícios, os grupos geradores equipados para o uso
de GLP não deverão ser instalados dentro de edifícios.
A maioria dos modelos que utilizam GLP dispõe de gabinetes de proteção contra intempéries para instalações
externas.
• A taxa de vaporização em um tanque de GLP depende
da temperatura do ar externo e da quantidade de combustível no tanque (exceto nos casos em que o tanque
for equipado com um aquecedor). Mesmo em dias frios,
o ar externo aquece e vaporiza o GLP (principalmente
através da superfície umedecida do tanque) quando a
temperatura do ar é superior à temperatura do GLP.
A remoção do vapor provoca a queda da temperatura
e da pressão (a uma temperatura de -38°C, ou -37°F,
a pressão de vapor no GLP é igual a zero). A menos
que haja combustível suficiente e calor suficiente no
ar ambiente, a taxa de vaporização decairá durante o
funcionamento do grupo gerador para um valor menor
que o exigido para um funcionamento contínuo e apropriado.
22) Na América do Norte, os padrões N°s 30, 37, 54 e 58 da NFPA são
típicos.
6 PROJETO MECÂNICO
210
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
VÁLVULA SOLENÓIDE
INTERRUPTOR DE
NORMALMENTE FECHADA
PRESSÃO DO GÁS
DO GÁS NATURAL (LISTADA
PARA MUDANÇA DO
COMO VÁLVULA DE CORTE
COMBUSTÍVEL
DE
SEGURANÇA)
VÁLVULA DE FLUXO
(APENAS
PARA REDUÇÃO DA
COMBUSTÍVEL DUPLO)
VÁLVULA SOLENÓIDE
PRESSÃO DO GÁS
NORMALMENTE FECHADA
SECUNDÁRIO
DO GÁS PROPANO
(LISTADA COMO VÁLVULA
VENTILAÇÃO
DE CORTE DE SEGURANÇA)
PARA A
ATMOSFERA
TERMINAL +B DO
INTERRUPTOR DE
CONTROLE DO MOTOR
VÁLVULA DE FLUXO
PARA REDUÇÃO DA
PRESSÃO DO GÁS
SECUNDÁRIO
MANGUEIRA FLEXÍVEL
APROVADA DE COMBUSTÍVEL
MISTURADOR
GÁS-AR
VÁLVULA DE REGULAGEM DO
FLUXO DO GÁS PROPANO
(APENAS COMBUSTÍVEL DUPLO)
REGULADOR PRINCIPAL
DA PRESSÃO DE SERVIÇO
DO GÁS NATURAL
VÁLVULA DE
CORTE MANUAL
PRESSÃO DE ENTRADA
DO GÁS NATURAL DE 5 A
30 LBS. (34 A 270 kPa)
VÁLVULA DE
CORTE
MANUAL
FILTRO DE
COMBUSTÍVEL
SECO
PRESSÃO DE
ENTRADA DO GLP
VAPORIZADO DE 5 A
30 LBS. (34 A 207 kPa)
REGULADOR PRINCIPAL
DA PRESSÃO DE
SERVIÇO DO GÁS
PROPANO
FILTRO DE
COMBUSTÍVEL
SECO
* O INTERRUPTOR DE PRESSÃO DO GÁS FAZ COM QUE A VÁLVULA SOLENÓIDE DO GÁS NATURAL SE FECHE E A VÁLVULA SOLENÓIDE
DO GÁS PROPANO SE ABRA SOB PERDA DE PRESSÃO DA PRESSÃO DO GÁS NATURAL PARA CONTINUAR O FUNCIONAMENTO DO
GRUPO GERADOR SEM INTERRUPÇÃO. O RETORNO AO GÁS NATURAL É AUTOMÁTICO QUANDO A PRESSÃO DE ALIMENTAÇÃO DO
GÁS FOR RESTABELECIDA.
Figura 6-68. Sistema típico de para suprimento de combustível gasoso.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Cálculo da pressão do combustível em um sistema acionado por combustível gasoso
Tamanho do tanque
Use o gráfico da Figura 6-69 como uma referência rápida para dimensionar um tanque de GLP em função da temperatura
ambiente mais baixa esperada. Por exemplo, em um dia no qual a temperatura é de 40°F, o consumo de 1000 pés3/h requer
um tanque com volume de 2000 galões cheio, pelo menos, até a metade.
Nota: Em muitos casos, a quantidade necessária de combustível para que ocorra uma vaporização apropriada é muito maior
que a quantidade requerida para o número de horas de funcionamento estipulado pela norma técnica.
Por exemplo, para uma aplicação do tipo NFPA 110 Classe 6, deve haver combustível suficiente para o grupo gerador funcionar
durante 6 horas antes do tanque ser reabastecido. O GLP produz aproximadamente 36,5 pés cúbicos de gás por galão de
líquido. Caso a taxa de consumo do grupo gerador seja de 1000 pés3/h:
Combustível 1000 pés3/hr 6 horas
consumido =
36.5 pés3/gal
em 6 horas
=164 galões
Neste caso, o tanque deve ter uma capacidade de pelo menos 2000 galões, conforme a estimativa feita com base na temperatura
mais baixa esperada, ao invés do valor calculado para o consumo de combustível durante um período de 6 horas (164 galões).
100,000
40° F
0° F
10,000
30° F
–10° F
5000
20° F
–20° F
10° F
1000
500
10,000
5000
1000
100
500
50% CHEIO
100
CAPACIDADE DO TANQUE DE GLP (GALÕES)
50,000
TAXA DE EVAPORAÇÃO DO GLP (PÉS3/HORA)
Figura 6-69. Tamanho mínimo do tanque de GLP (50% cheio) necessário para manter 5 psig na taxa
específica de retirada e na temperatura mínima esperada durante o inverno.
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Dimensionamento das tubulações para o gás
combustível
O dimensionamento de uma tubulação do gás para o suprimento correto de combustível, tanto em função do fluxo de
gás quanto da em função de sua pressão, pode se tornar
bastante complexo. Entretanto, um método simplificado,
também utilizado para calcular outras tipos de tubulações
(para gases de escape e para o líquido de arrefecimento), é
converter as dimensões de todas as conexões, válvulas, etc.,
nos seus comprimentos equivalentes como se fossem “tubos
retos” com o(s) mesmo(s) diâmetro(s). O comprimento “linear”
total equivalente poderá então ser utilizado no cálculo da
capacidade de fluxo.
A Tabela 6-5,onde foram apresentados os “Comprimentos
equivalentes de tubos, conexões e válvulas”, também se
aplica à tubulações utilizadas para gases e para líquidos.
As Tabelas 6-13 a 6-17 apresentam listagens com as capacidades máximas para o fluxo de gás em função do comprimento equivalente para tubos de diversos tamanhos.
As Tabelas 6-10 a 6-14 são reproduções das tabelas contidas na Norma NFPA 54-2002 (“National Fuel Gas Code” ou
“Código Nacional dos EUA para Combustíveis Gasosos”),
e foram escolhidas levando-se em conta as especificações
gerais para o funcionamento de um sistema de combustível
gasoso para grupos geradores. Foram incluídas tabelas que
detalham o consumo de gás natural, propano líquido e vapor
de propano sob determinadas condições. Consulte a Norma
NFPA 54, outras normas técnicas aplicáveis à este tipo de
equipamento, ou as especificações técnicas para a instalação de outros sistemas de combustível.
• Obtenha os valores correspondentes às especificações para os limites máximos do sistema em função
do tipo de combustível e do(s) grupo(s) gerador(s)
selecionados utilizando as “Folhas de Especificações
Técnicas” dos respectivos fabricantes.
Converta os valores obtidos para a unidade de medidas
pé3/hora, caso seja necessário. (Não esqueça de levar
em consideração o “teor calórico” do combustível, apresentado nos ítens anteriores deste capítulo.)
• Quando for efetuada a instalação do sistema de combustível as tubulações utilizadas devem ter as mesmas
dimensões utilizadas nos cálculos (caso não seja possível utilizar tubulações com “exatamente” as mesmas
dimensões, devem ser utilizadas àquelas que tenham
comprimento aproximado “imediatamente superior”).
As dimensões padronizadas para tubulações são
apresentadas nas colunas à esquerda das tabelas.
Localize nestas colunas o valor igual, ou maior, que o
comprimento equivalente total calculado acima. Na parte
superior destas colunas é apresentado a “dimensão
nominal mínima” do tubo ou o tamanho da tubulação
exigido para o sistema conforme as especificações do
projeto.
O cálculo das dimensões mínimas para uma tubulação é
bastante direto:
• Faça uma lista de todas as conexões e válvulas do sistema proposto e some seus comprimentos “lineares”
equivalentes utilizando os dados apresentados nas
tabelas.
• Adicione a este valor total os valores de todos os comprimentos de tubo “reto” para obter o valor total para o
comprimento “linear” equivalente.
• Escolha a tabela adequada em função do tipo de sistema
de combustível que será utilizado.
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Tabela 6-13. Dimensões padrão para tubos de ferro “Schedule 40” para gás natural23.
23) Reproduzido, com permissão, dos dados publicados na norma técnica NFPA 54-2002 “National Fuel Gas Code” (“Código Nacional para
Combustíveis Gasosos”, dos EUA) c 2002, “National Fire Protection Association” (“Associação Nacional de Proteção contra Incêndios”, dos
EUA), Quincy, MA 02169. O material aqui reproduzido não está completo, é um conteúdo parcial. O procedimento oficial da NFPA é de apenas se
responsabilizar pela reprodução de suas normas técnicas quando são apresentadas em seu conteúdo completo.
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*) As capacidades apresentadas nesta tabela são baseadas nas tubulações de cobre, do tipo K, com diâmetro
interno apresentado na tabela, os quais apresentam os menores diâmetros internos dentre as tubulações de
cobre disponíveis.
Tabela 6-14. Dimensões padrão para tubos semi-rígidos de cobre para gás natural24.
24) Reproduzido, com permissão, dos dados publicados na norma técnica NFPA 54-2002 “National Fuel Gas Code” (“Código Nacional para
Combustíveis Gasosos”, dos EUA) c 2002, “National Fire Protection Association” (“Associação Nacional de Proteção contra Incêndios”, dos
EUA), Quincy, MA 02169. O material aqui reproduzido não está completo, é um conteúdo parcial. O procedimento oficial da NFPA é de apenas se
responsabilizar pela reprodução de suas normas técnicas quando são apresentadas em seu conteúdo completo.
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Tabela 6-15. Dimensões padrão para tubos de ferro “Schedule 40” para vapor de propano25.
25) Reproduzido, com permissão, dos dados publicados na norma técnica NFPA 54-2002 “National Fuel Gas Code” (“Código Nacional para
Combustíveis Gasosos”, dos EUA) c 2002, “National Fire Protection Association” (“Associação Nacional de Proteção contra Incêndios”, dos
EUA), Quincy, MA 02169. O material aqui reproduzido não está completo, é um conteúdo parcial. O procedimento oficial da NFPA é de apenas se
responsabilizar pela reprodução de suas normas técnicas quando são apresentadas em seu conteúdo completo.
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*) As capacidades apresentadas nesta tabela são baseadas nas tubulações de cobre, do tipo K, com diâmetro
interno apresentado na tabela, os quais apresentam os menores diâmetros internos dentre as tubulações de
cobre disponíveis.
Tabela 6-16. Dimensões padrão para tubos semi-rígidos de cobre para vapor de propano26.
26) Reproduzido, com permissão, dos dados publicados na norma técnica NFPA 54-2002 “National Fuel Gas Code” (“Código Nacional para
Combustíveis Gasosos”, dos EUA) c 2002, “National Fire Protection Association” (“Associação Nacional de Proteção contra Incêndios”, dos
EUA), Quincy, MA 02169. O material aqui reproduzido não está completo, é um conteúdo parcial. O procedimento oficial da NFPA é de apenas se
responsabilizar pela reprodução de suas normas técnicas quando são apresentadas em seu conteúdo completo.
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Comprimento
Equivalente do
Tubo (pés)
Tubo de Ferro Schedule 40: (Diâmetro Interno Nominal em polegadas)
1/2
3/4
1
1 1/4
1 1/2
2
3
3 1/2
(0,622) (0,824) (1,049)
(1,38)
(1,61)
(2,067) (3,068) (3,548)
4
(4,026)
30
733
1532
2885
5924
8876
17094
48164
70519
98238
40
627
1311
2469
5070
7597
14630
41222
60355
84079
50
556
1162
2189
4494
6733
12966
36534
53492
74518
60
504
1053
1983
4072
6100
11748
33103
48467
67519
70
463
969
1824
3746
5612
10808
30454
44589
62116
80
431
901
1697
3484
5221
10055
28331
41482
57787
90
404
845
1593
3269
4899
9434
26583
38921
54220
100
382
798
1504
3088
4627
8912
25110
36764
51216
150
307
641
1208
2480
3716
7156
20164
29523
41128
200
262
549
1034
2122
3180
6125
17258
25268
35200
250
233
486
916
1881
2819
5428
15295
22395
31198
28267
300
211
441
830
1705
2554
4919
13859
20291
350
194
405
764
1568
2349
4525
12750
18667
26006
400
180
377
711
1459
2186
4209
11861
17366
24193
450
169
354
667
1369
2051
3950
11129
16295
22700
500
160
334
630
1293
1937
3731
10512
15391
21442
600
145
303
571
1172
1755
3380
9525
13946
19428
700
133
279
525
1078
1615
3110
8763
12830
17873
800
124
259
488
1003
1502
2893
8152
11936
16628
900
116
243
458
941
1409
2715
7649
11199
15601
1000
110
230
433
889
1331
2564
7225
10579
14737
1500
88
184
348
713
1069
2059
5802
8495
11834
2000
76
158
297
611
915
1762
4966
7271
10128
Tabela 6-17. Dimensões padrão para tubos de ferro “Schedule 40” para propano líquido - Capacidade máxima do
tubo em pés cúbicos de gás por hora (pés3/h). As recomendações para o tamanho do tubo estão
baseadas no tubo de ferro (“black iron”) “Schedule 40”.
As recomendações são baseadas na Norma NFPA 54-2002 (“National Fuel Gas Code” ou “Código
Nacional dos EUA para Combustíveis Gasosos”), Tabela 9.25.
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Redução de ruídos em aplicações de grupos geradores
A ciência dos ruídos
Unidades de medida do nível do ruído e Decibéis/dB(A): A unidade de medida do som é o decibel (dB). O decibel é um
número em escala logarítma que expressa a relação entre os valores de duas pressões geradas pelo som, ou seja, uma
comparação entre a pressão efetiva e uma pressão de referência.
Em geral, as regulamentações (leis) sobre a emissão de ruídos são redigidas em termos de “decibéis escala ‘A’” ou dB(A).
A letra “A” indica que a escala foi “ajustada” para um valor aproximado, de modo a representar intensidade do som da forma
como um ser humano a percebe. A intensidade depende da magnitude da pressão (amplitude) e da freqüência do som.
A Figura 6-70 ilustra os níveis característicos para ruídos associados com diversos ambientes e fontes.
Os dados precisos e significativos sobre a intensidade do som devem ser medidos preferencialmente num local denominado
“campo aberto”, para que se possa coletar os dados das medições dos ruídos. Um “campo aberto”, ao contrário de um
“campo reverberante”, é um campo sonoro no qual os efeitos causados por obstáculos ou por barreiras à propagação do
som são insignificantes. Em geral, isto significa que os objetos ou barreiras estão situados longe demais, não interferem na
área do teste e/ou estão cobertos com materiais adequados para a absorção do som.
Medições precisas de níveis de ruídos também exigem que o microfone utilizado seja colocado externamente ao “campo vizinho”.
O “campo vizinho” é definido como a região circunscrita à um raio equivalente a “um comprimento de onda” da onda sonora,
ou, duas vezes a maior dimensão da fonte de ruído. A escolha deve recair sobre o maior dentre os dois valores. As medições
de ruídos para regulamentações de níveis de ruídos em comunidades não devem ser feitas no “campo vizinho”. As especificações de sobre ruídos para aplicações em engenharia exigem medições do nível de intensidade sonora em “campo aberto”,
num raio de 7 metros (21 pés),ou mais, à partir da fonte sonora.
As medições de ruídos devem ser feitas utilizando-se um medidor do nível de som e um analisador de oitava banda para uma
análise mais detalhada por consultores técnicos especializados em acústica. Os microfones devem ser colocados em um
círculo, com raio de 7 metros (21 pés), em torno do no grupo gerador. Esta é uma distância suficiente para este tipo e
tamanho de equipamento.
Desconfortavelmente
Alto
140
Limite de Dor 140
130
Rebitador Pneumático 130
120
110
100
Muito
Alto
90
80
Jato diretamente acima da cabeça
a 1000 pés (330 m) 103
Ceifadora Elétrica 96
Tráfego Intenso de Veículos a
15 pés (5 m) 85
1500 kW
Faixa Típica de
Grupos Geradores
a 21 pés (7 m)
50 kW
70
Moderadamente
Alto
Baixo
60
Conversação Normal 60
50
Tráfego Leve a 100 pés (33 m) 50
40
Ambiente de Biblioteca 35
30
Muito
Baixo
20
Estúdio de Transmissão 20
10
Folhas Agitadas pelo Vento 10
Figura 6-70. Níveis típicos de ruídos, em decibéis, gerados por diversas fontes.
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Adição das intensidades sonoras de diversas fontes
A intensidade de ruído em um dado local corresponde à soma das intensidades de ruído de todas as fontes ao seu redor,
inclusive das fontes refletoras. Por exemplo, a intensidade de ruído num determinado ponto de um “campo aberto”, eqüidistante
de dois grupos geradores idênticos, corresponde ao dobro da intensidade de cada um dos equipamentos quando ambos os
grupos geradores estão funcionando simultâneamente. O dobro da intensidade de ruído corresponde a um aumento de aproximadamente de 3 dB(A). Neste caso, caso a intensidade do ruído de apenas um dos grupos geradores seja de 90 dB(A),
pode-se esperar uma medição de 93 dB(A) quando ambos os grupos geradores estiverem em funcionamento.
O gráfico da Figura 6-71 pode ser utilizado, como no exemplo abaixo, para se fazer uma estimativa da intensidade de ruído
originárias de diversas fontes independentes de ruído:
1. Determine a diferença em dB(A) entre duas das fontes (selecione qualquer par de fontes). Localize o valor na escala
horizontal, suba até encontrar a curva, como mostra a seta vertical, e veja o valor na escala vertical, como mostra a
seta horizontal. Some este valor ao maior valor de dB(A) do par.
2. Repita a Etapa 1 (acima) para o valor recém-determinado e o valor correspondente à próxima fonte de ruído. Repita
sucessivamente o processo para todas as fontes de ruído.
Por exemplo, para somar 89 dB(A), 90,5 dB(A) e 92 dB(A):
- Subtraia 90,5 dB(A) de 92 dB(A) e obtenha a diferença de 1,5 dB(A). Conforme indicam as setas na Figura 6-71, o
valor a ser adicionado, correspondente a uma diferença de 1,5 dB(A), é de 2,3 dB(A). Este valor deve ser somado a 92 dB(A),
resultando num total de 94,3 dB(A).
- Da mesma forma, subtraia 89 dB(A) do novo valor obtido de 94,3 dB(A), e obtenha a diferença de 5,3 dB(A).
- Finalmente, some o valor correspondente à diferença de 1,1 dB(A) ao valor 94,5 dB(A), e obtenha um total de 95,6 dB(A).
Como alternativa, a seguinte fórmula pode ser utilizada para somar os níveis de intensidade sonora medidos em dB(A):
dB (A) A SER ADICIONADO AO MAIOR VALOR
dBA total = 10 • log10 10
dBA 1
10
+10
dBA 1
10
+... +10
dBA n
10
6
7
3.0
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
1
2
3
4
5
8
9
10
DIFERENÇA EM dB (A) ENTRE VALORES SENDO ADICIONADOS
Figura 6-71. Gráfico dos valores para o cálculo de adição de intensidades de ruídos.
6 PROJETO MECÂNICO
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Efeito da distância sobre a intensidade do som
Em um “campo aberto”, a intensidade do som diminui à medida que a distância até a fonte sonora aumenta. Se, por exemplo,
uma segunda medição de som for feita a uma distância correspondente à duas vezes a distância original em relação à fonte,
a segunda leitura será cerca de 6 dB(A) menor que a primeira (ou seja, quatro vezes menor). Caso a distância seja reduzida
à metade para a segunda medição, o valor obtido será cerca de 6 dB(A) maior (ou seja, quatro vezes maior). Para uma
situação mais genérica, caso a intensidade do som (SPL1) de uma fonte a distância d1 for conhecido, a intensidade do som
(SPL2) a uma distância d2 pode ser determinada pela seguinte fórmula matemática:
d2
d1
SPL 2 = SPL 1 - 20 • log 10
Por exemplo, se o nível de intensidade do som (SPL1) à 21 metros da fonte (d1) for de 100 dB(A), à 7 metros da fonte (d2) a
intensidade do som (SPL2) será:
SPL 2 = 100dBA - 20 • log 10
7
21
= 100 - 20 • -0,477
= 100 + 9,5 = 109,5 dBA
Para aplicar a fórmula da distância apresentada acima aos dados de um grupo gerador, publicados pela Cummins Power Generation,
o nível de ruído de fundo deverá ser de pelo menos 10 dB(A) menor que o nível de ruído do grupo gerador e a instalação deverá
aproximar-se de um ambiente do tipo “campo aberto”.
O gráfico da Figura 6-72 pode ser utilizado como uma alternativa à fórmula matemática para se fazer uma estimativa da intensidade do som em diversas distâncias, assim como a linha característica. Por exemplo, como indicam as setas tracejadas, caso
a classificação de ruído especificada na “Folha de Especificações Técnicas” para o grupo gerador recomendado seja de 95 dB(A)
(a 7 metros de distância), o nível de ruído a 100 metros de distância será de aproximadamente 72 dB(A).
Para utilizar o gráfico da Figura 6-72, trace uma linha paralela às linhas inclinadas partindo do valor conhecido em dB(A) no
eixo vertical até a linha vertical da distância especificada. Em seguida, trace uma linha horizontal até o eixo vertical e determine
o novo valor em dB(A).
110
ALTURA DO SOM EM dB (A)
100
90
80
70
60
50
7
(23)
10
(33)
20
(66)
50
(164)
100
(330)
200
(660)
DISTÂNCIA DA FONTE EM METROS (PÉS)
Figura 6-72. Redução da intensidade do som em função do aumento da distância até a fonte
(em um “campo aberto”).
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Ruídos produzidos por um grupo gerador
As instalações de grupos geradores estão sujeitas a problemas relacionados com ruídos, devido aos elevados níveis
de ruído produzidos por grupos geradores em funcionamento.
Por este motivo, foram estabelecidas normas e padrões para
proteger pessoas que estejam próximas contra esses níveis
indesejáveis de ruídos.
Em geral, os níveis de ruído exigidos no perímetro de uma
edificação ou instalação devem estar entre pouco mais de
60 dB(A) e pouco menos de 50 dB(A) (dependendo da hora
do dia), enquanto os níveis de som produzidos por um grupo
gerador “sem isolamento acústico” podem chegar a 100 dB(A).
O ruído produzido por um grupo gerador pode ser amplificado
pelas condições do local da instalação, ou a intensidade do
ruído já existente no local da instalação pode ser muito elevada
e fazer com que o acréscimo do ruído produzido pelo grupo
gerador ultrapasse os limites máximos permitidos. Isto seria
um impedimento para que o grupo gerador possa funcionar
conforme suas especificações e desempenho. Para que se
possa medir com precisão o nível de ruído de uma fonte qualquer, o ruído gerado por ela deverá ser 10 dB(A) maior que
o ruído no ambiente ao seu redor.
A intensidade do ruído produzido por um grupo gerador no
perímetro de uma edificação pode ser facilmente determinado
caso o grupo gerador esteja instalado num ambiente do tipo
“campo aberto”. Em um ambiente do tipo “campo aberto”,
não existem paredes ou objetos para refletir e amplificar o
ruído produzido pelo grupo gerador. Portanto, a intensidade
do ruído obedece à regra de redução de 6 dB(A) para cada
vez que a distância é multiplicada por dois. Caso o perímetro
da edificação esteja dentro do “campo vizinho” de um grupo
gerador, a intensidade do ruído não poderá ser prevista
teoricamente com tanta facilidade. A região denominada de
“campo vizinho” corresponde à região distante até duas
vezes a maior dimensão da fonte do ruído,.
A presença de paredes próximas (que podem refletir o som)
e de outras superfícies amplificam a intensidade do ruído que
alteram a forma como ele pode ser percebido por um ser
humano. Por exemplo, caso um grupo gerador seja instalado junto a uma parede com superfície sólida, a intensidade
do ruído perpendicular à parede será aproximadamente duas
vezes a intensidade esperada do som do grupo gerador num
ambiente do tipo “campo aberto” (p.ex.: um grupo gerador
funcionando com uma intensidade de ruído de 68 dB(A)
deverá produzir um ruído de 71 dB(A) próximo de uma parede
refletora). A instalação do grupo gerador no canto de um recinto
pode amplificar ainda mais o nível do ruído percebido.
Em geral, as leis e regulamentos sobre a emissão de ruídos
são criadas como conseqüência de reclamações das pessoas que, por algum motivo, necessitem ficar próximas às
fontes de ruído. O alto custo de uma reforma no local da
instalação para reduzir os níveis de ruído é um incentivo para
que haja uma maior preocupação com as especificações e
exigências quanto ao desempenho sonoro de uma instalação
para um grupo gerador desde o início do projeto e, que, sejam
tomadas as devidas providencias “economicamente viáveis”
durante instalação para que o equipamento seja provido com
os recursos necessários para atenuação dos níveis de ruído.
A Tabela 2-2 (no capítulo 2 deste manual), apresenta uma
lista com os valores “médios” correspondentes às intensidades de ruídos externos em diferentes locais (áreas
urbanas, sub-urbanas, residenciais, industriais, etc.).
Redução de ruídos transmitidos por estruturas
prediais
Qualquer estrutura que esteja em movimento vibratório é
capaz de criar ondas de pressão sonora (ruído) no ar ao seu
redor. As conexões estruturais de um grupo gerador podem
causar vibrações na estrutura da edificação onde o mesmo
se encontra instalado, gerando ruídos. Em geral, estas
“conexões estruturais” incluem os elementos de fixação do
chassi, o duto de descarga de ar do radiador, a tubulação
de escape, a tubulação do líquido de arrefecimento, as
tubulações de combustível e os conduítes para a fiação.
Além disso, as paredes do gabinete de um grupo gerador
também podem vibrar e gerar ruído. Na Figura 6-1 é apresentado um exemplo de como minimizar a transmissão de
ruídos através de estruturas por meio de um isolamento
adequado.
A montagem de um grupo gerador sobre isoladores de vibração do tipo “mola amortecedora” pode reduzir eficientemente
a transmissão de vibrações. O procedimento para o isolamento de vibrações é descrito no ítem “Isoladores de Vibração”,
no início deste capítulo.
O uso de conexões flexíveis para o tubo de escape, duto
de ar, linhas de combustível, tubo do líquido de arrefecimento
(para sistemas equipados com radiador ou trocador de calor
remoto) e conduítes da fiação elétrica podem reduzir de forma
eficiente a transmissão de vibrações. Todos os tipos de aplicação para um grupo gerador exigem o uso de conexões
flexíveis.
6 PROJETO MECÂNICO
222
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Redução de ruídos que se propagam pelo ar
(som) ou produzidos por deslocamentos de ar
Carenagens (gabinetes) equipadas com
atenuação ou isolamento de som
Os ruídos produzidos por deslocamentos de ar possuem uma
característica direcional e, em geral, são mais aparentes
na extremidade alta da faixa de freqüências sonoras.
Grupos geradores instalados no interior de uma edificação
podem ser equipados com uma carenagem integrada para
atenuação do som (ruídos). Estas carenagens formam um
“pequeno recinto” ao redor do grupo gerador e podem reduzir
eficientemente a intensidade dos ruídos produzidos pelo
equipamento.
• A maneira mais simples de tratar do problema é direcionar o ruído, como o que é produzido na saída do
radiador ou na saída do escapamento para longe dos
receptores. Por exemplo, o ruído pode ser dirigido verticalmente para o alto, de modo que as pessoas ao nível
do solo não fiquem no caminho do som.
• As barreiras posicionadas ao longo da linha de visão
são eficazes no bloqueio de ruídos. As barreiras feitas
com materiais densos, como o concreto, blocos preenchidos com cimento ou tijolos são as mais indicadas.
Elimine quaisquer passagens para o som através de
brechas nos pontos de acesso, tais como os vãos das
portas de acesso e demais aberturas de acesso à sala
(ou gabinete), aberturas para o escape, aberturas para
entrada de combustível ou aberturas para a fiação
elétrica.
• Existem isolantes acústicos (materiais que absorvem
o som) que podem ser utilizados como revestimento
para os dutos de ar e para cobrir paredes e telhados.
Além disso, forçar o ruído a se propagar em uma curva
de 90 graus dentro de um duto pode reduzir os ruídos
de alta freqüência. Direcionar o ruído contra uma parede
revestida com material isolante acústico pode também
ser muito eficaz. Fibra de vidro ou espuma podem ser
utilizados como materiais isolantes acústicos adequados em termos de custos, disponibilidade, densidade,
retardo na propagação de chamas, resistência à abrasão, estética e facilidade de limpeza. Devem ser selecionados materiais que resistam quimicamente à ação
do óleo e de outros contaminantes produzidos no motor.
Em geral, o preço de uma carenagen está diretamente relacionado à sua capacidade de atenuação sonora. Portanto,
quanto maior for a atenuação sonora, maior será o preço
da carenagem (gabinete). Não é raro o custo de uma carenagem ser quase o mesmo que o custo do grupo gerador.
Também é preciso lembrar que pode haver um “custo” (uma
redução) em relação ao “desempenho” de um grupo gerador
para que seja instalado um isolamento para atenuação de
altos níveis de ruídos. Os grupos geradores equipados com
atenuação de som devem ser testados cuidadosamente para
determinar se o sistema de ventilação está proporcionando
um arrefecimento adequado e se o grupo gerador apresenta
um desempenho adequado durante a aceitação de carga.
NOTA: É preciso ter cuidado ao se avaliar o desempenho
de um sistema de arrefecimento para o qual a sua capacidade
é determinada com base na temperatura ambiente e não
na temperatura ar no radiador. A classificação de um equipamento baseada na temperatura do ar no radiador impõe restrições à temperatura do ar que flui pelo radiador e não permite o aumento da temperatura do ar causado pela energia
térmica iradiada pelo motor e pelo alternador. Um sistema
de arrefecimento que utiliza como referência a temperatura
ambiente leva em consideração este aumento de temperatura no controle de sua capacidade de arrefecimento.
• Um compartimento construído com blocos de concreto
pode ser uma barreira excelente contra todos os ruídos.
Os blocos de concreto podem ser preenchidos com
areia para aumentar a massa das paredes e aumentar
a atenuação dos ruídos.
• O posicionamento de radiadores remotos pode ser utilizado para limitar o fluxo de ar e para dirigir a fonte de
ruído do ventilador do radiador para um local onde incomode menos para as pessoas próximas ao equipamento.
As instalações equipadas com radiador remoto podem
ser utilizar ventiladores de baixa rotação para reduzir
o ruído produzido pelo conjunto.
6 PROJETO MECÂNICO
223
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Desempenho do silencioso do escapamento
Normalmente, os grupos geradores são equipados com um
silencioso no escapamento para reduzir os ruídos produzidos
pelo escapamento da máquina. Os modelos de silenciosos
existentes no mercado apresentam uma ampla variedade
de tipos, configurações físicas e de materiais utilizados em
sua fabricação.
Em geral, os silenciosos são divididos em duas categorias
de dispositivos: os do tipo câmara ou os do tipo espiral. Os
dispositivos do tipo câmara podem até ser mais eficientes,
todavia, os silenciosos do tipo espiral são mais compactos
e podem ter o seu desempenho ajustado conforme o tipo de
aplicação.
Os silenciosos podem ser construídos em aço “laminado a
frio” ou em aço inoxidável. Os silenciosos fabricados com
aço “laminado a frio” são mais baratos, todavia são mais
susceptíveis à corrosão do que os silenciosos fabricados
com aço inoxidável. Para aplicações onde o silencioso é
montado em ambientes internos e protegido com um isolamento térmico para limitar a dissipação do calor, os silenciosos fabricados com aço “laminado a frio” apresentam uma
pequena vantagem em relação sobre os fabricados com aço
inoxidável.
Os silenciosos são fornecidos em diversas “graduações” de
atenuação de ruídos. Em geral, estas “graduações” são denominadas como: industrial, residencial e crítica. Observe que
o escape de um grupo gerador pode não ser a maior fonte
de ruído do equipamento. Caso o ruído mecânico de um
grupo gerador seja significativamente maior que o ruído do
escape, a escolha de um silencioso com maior desempenho
poderá não reduzir de modo considerável o nível do ruído
no local.
Em geral, quanto mais eficiente for um silencioso para a
redução dos ruídos do escape do grupo gerador, maior será
o nível de restrição (“obstrução”) aos gases de escape do
motor. Para sistemas equipados com escapes muito longos,
o próprio tubo de escape poderá proporcionar alguma
atenuação para os ruídos.
Valores típicas para as atenuações sonoras de
silenciosos:
- Silenciosos industriais: 12-18 dB(A);
- Silenciosos residenciais: 18-25 dB(A);
- Silenciosos críticos: 25-35 dB(A).
Os silenciosos podem ser fornecidos numa das seguintes
configurações físicas:
• Entrada em uma das extremidades e saída em outra
das extremidades. Esta é, provavelmente, a configuração mais comum.
• Entrada por uma das laterais e saída em uma das
extremidades. Esta configuração é utilizada freqüentemente para ajudar a reduzir as especificações relativas
à altura do teto para o recinto de um grupo gerador.
• Entrada por duas laterais e saída em uma das extremidades. Esta configuração é utilizada nos motores
em “V” para eliminar a necessidade de um espaço (vão)
muito grande entre o teto do recinto e o topo do escape
do grupo gerador, permitindo assim reduzir as especificações relativas à altura do teto para o recinto de um
grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
224
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Proteção contra incêndios
O projeto, a escolha e a instalação de sistemas de proteção
contra incêndios estão além do escopo deste manual devido
à ampla gama de fatores a serem considerados, como a
ocupação da edificação, normas técnicas e a eficiência dos
diversos sistemas de proteção contra incêndios.
Entretanto, considere os seguintes fatores:
• O sistema de proteção contra incêndios deve atender
as exigências das autoridades locais, como o fiscal de
obras, o comandante do corpo de bombeiros ou o agente
de seguros.
• Grupos geradores utilizados em aplicações do tipo
“Energia de Emergência” ou “Standby” devem ser protegidos contra incêndios por meio da escolha de sua
localização ou pelo uso de materiais de construção
resistentes a incêndios para o recinto do grupo gerador.
Em algumas regiões, o projeto para a construção do
recinto de um grupo gerador em locais considerados
necessários para assegurar a integridade física ou
proteger a vida de pessoas, deve prever uma capacidade de resistência de duas horas a incendios27,28.
Em algumas regiões, também se exige a instalação de
um hidrante para proteção contra incêndios. Também
deve ser considerada a possibilidade de se instalar
portas corta-fogo ou anteparos contra incêndios no
recinto do grupo gerador.
O recinto do grupo gerador também deve ser ventilado
adequadamente para evitar a concentração de gases
do escape ou de gás combustível inflamável na eventualidade de um incêndio.
• O recinto do grupo gerador não deve ser usado para
fins de armazenamento de qualquer tipo de produto.
• O recinto do gerador não deve ser classificado como
“local perigoso” (conforme a definição estabelecida pela
NEC) somente por causa da presença do combustível
do motor no interior do recinto.
27) NOTA SOBRE A NORMA: Nos Estados Unidos da América, a norma
NFPA110 exige que os grupos geradores utilizados em sistemas de
emergência classificados com “Nível 1” sejam instalados em um recinto
com uma capacidade resistência a incêndios de 2 horas. É permitido
que outros sistemas de emergência possam ter uma capacidade de
resistência a incêndios de apenas 1 hora.
28) NOTA SOBRE A NORMA: No Canadá, a norma CSA282-2000
exige que o recinto do grupo gerador tenha uma capacidade de resistência a incêndios de 1 hora, para proteger os sistemas de energia de
emergência instalados em edificações.
• Em geral, as autoridades locais costumam classificar
um grupo gerador como uma aplicação com “baixa
emissão de calor” quando este equipamento é usado
por breves períodos de tempo, mesmo que a temperatura dos gases de escape possa ultrapassar o valor
de 538°C (1000°F). Nos locais onde a temperatura dos
gases de escape excede o valor de 538°C (1000°F),
alguns motores diesel e a maioria dos motores a gás
podem ser classificados como aplicações com “alta
emissão de calor” e podem exigir o uso de sistemas
de escape específicos para operação à temperaturas
de 760°C (1400°F). Consulte o fabricante do motor
para informações mais detalhadas sobre as temperaturas de escape.
• As autoridades locais podem especificar a quantidade,
o tipo e as capacidades (tamanhos) dos extintores de
incêndio portáteis aprovados e exigidos para serem
instalados no recinto do grupo gerador.
• Uma “estação de parada manual de emergência” instalada fora do recinto do grupo gerador, ou em um local
remoto em relação ao recinto do grupo gerador, alojada
em um gabinete externo, deve facilitar o desligamento
do grupo gerador na eventualidade de um incêndio ou
de algum outro tipo de emergência.
• Em geral, os sistemas de combustível líquido têm o
seu volume de armazenamento no interior de uma edificação limitado a 2498 litros (660 galões) . Entretanto,
as autoridades locais podem impor restrições muito
mais rigorosas quanto ao volume de combustível que
pode ser armazenada dentro de uma edificação. Além
disso, podem ser feitas algumas exceções para permitir
o uso de quantidades maiores de combustível dentro
do recinto de um grupo gerador, especialmente se o
recinto foi projetado adequadamente e provido com
sistemas de proteção contra incêndios.
• Os tanques de combustível localizados no interior de
edificações e localizados acima do andar mais baixo
ou acima do porão devem ser protegidos por um dique
de contenção, segundo as normas técnicas NFPA e
leis relativas à proteção do meio ambiente.
• O grupo gerador deve ser testado periodicamente, conforme o recomendado, com pelo menos 30% de sua
carga até atingir temperaturas estáveis de operação.
O equipamento também deve ser colocado em funcionamento com uma carga de valor próximo à sua carga
plena pelo menos uma vez por ano para evitar acúmulo
de combustível no sistema de escape.
6 PROJETO MECÂNICO
225
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Projeto do recinto do equipamento
Considerações gerais
Instalações sobre o teto
Os grupos geradores devem ser instalados de acordo com
as instruções fornecidas pelo seu fabricante e de acordo
com as normas técnicas e padrões aplicáveis.
Com os custos da construção civil cada vez mais elevados,
está se tornando mais comum instalar grupos geradores
nas coberturas das edifícios. Isto pode ser feito com sucesso
caso a estrutura do edifício possa suportar o peso do grupo
gerador e de todos os componentes associados. Veja a
seguir algumas das vantagens e desvantagens oferecidas
por este tipo de instalação.
Diretrizes gerais para o projeto do recinto:
• A maioria dos projetos de instalação de grupos geradores exige que hajam entradas de acesso de serviço
em ambos os lados do motor e na extremidade onde se
localizam o painel de controle e o alternador. As normas
técnicas locais referentes ao uso da eletricidade e/ou
equipamentos elétricos podem exigir que hajam locais
específicos destinados aos trabalhos de reparo e/ou
manutenção do grupo gerador. Todavia, em geral, as
normas técnicas permitem que se utilizem áreas de
trabalho com a mesma largura que a do grupo gerador,
em ambos os lados do equipamento e também na sua
parte posterior.
• A localização do sistema de combustível ou dos componentes do sistema de distribuição de eletricidade
pode exigir haja um espaço adicional para trabalhos
de reparos e manutenção. Para informações mais detalhadas, consulte as especificações técnicas do equipamento referentes ao suprimento de combustível, neste
capítulo.
• Deve haver uma entrada de acesso para o recinto do
grupo gerador (ou ao seu gabinete, no caso do grupo
gerador estar instalado fora de uma edificação) que permita que os componentes de maior tamanho do equipamento possam ser removidos (geralmente o motor).
O acesso pode ser feito através de portas ou através
dos “defletores removíveis“ para admissão de ar ou para
o escape. Um projeto ideal deve permitir a movimentação de todo o grupo gerador como um conjunto monolítico por todo o recinto do equipamento.
Vantagens
• Disponibilidade ilimitada de ar para a ventilação do
sistema;
• Nenhuma (ou pouca) necessidade de se utilizar dutos
de ventilação;
• Escapamentos mais curtos;
• Menos problemas relacionados à emissão de ruídos
(mesmo assim, a instalação ainda pode exigir o uso
de um gabinete para atenuação de som);
• Poucas limitações de espaço;
• O grupo gerador fica isolado de outras àreas de serviço
onde são efetuadas as tarefas normais. Isto proporciona
uma confiabilidade mais elevada para o equipamento.
Desvantagens
• A estrutura do teto poderá necessitar de um reforço
estrutural para suportar o peso do grupo gerador;
• A instalação do equipamento na cobertura poderá ser
encarecida (por exemplo, devido ao aluguel de uma
grua para suspender o equipamento ou então pela desmontagem e posterior remontagem no teto);
• Restrições impostas por normas técnicas;
• Necessidade da utilização de cabos de energia (potência)
mais longos;
• Capacidade limitada para o armazenamento do combustível no grupo gerador, pois o suprimento de combustível (e possivelmente o seu retorno até o tanque
principal) deverá ser feito utilizando uma tubulação que
passe por dentro da edificação;
• Maior dificuldade para se executar de serviços de
manutenção e reparos no grupo gerador.
Nota: Mesmo que o grupo gerador esteja montado no
telhado, deve-se tomar cuidado com os gases de escape
do motor para evitar que haja a contaminação do ar
que entra pelos dutos utilizados para refrigeração do
edifício, ou de locais adjacentes. Para mais informações consulte o ítem “Diretrizes Gerais de Ventilação”,
nesta seção .
Recomenda-se que os grupos geradores que apresentem
algum tipo de limitação de acesso para serviços de reparos
ou manutenção sejam equipados com uma conexão para um
banco de carga dentro do sistema de distribuição do edifício.
Isto deve permitir que os bancos de carga sejam temporariamente conectados em um local conveniente. Caso contrário,
a dificuldade para conectar um banco de carga poderá prejudicar ou até mesmo impedir o teste adequado do grupo gerador.
6 PROJETO MECÂNICO
226
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE A
APÊNDICE A...................................................................................................... 227
Dimensionamento de grupos geradores com o software GenSize .............................................. 227
Descritivo ...................................................................................................................... 227
Aplicativos ............................................................................................................. 227
Instalando o Power Suite....................................................................................... 228
Parâmetros de Projeto .................................................................................................. 228
Número de grupo geradores (Running in parallel) ................................................ 228
Carga/capacidade mínima do grupo gerador (Minimum Genset load capacity)...... 229
Queda máxima de tensão - Partida e Pico (Maximum voltage dip - Starting e peak)....... 229
Queda máxima de freqüência (Maximum frequency dip)...................................... 229
Altitude e temperatura ambiente (Altitude and ambient temperature)................... 230
Atenuação de ruídos (Sound attenuation)............................................................. 230
Elevação máxima da temperatura do alternador................................................... 230
Combustível (Fuel) ................................................................................................ 230
Freqüência (Frequency) ........................................................................................ 230
Fase (Phase) ......................................................................................................... 230
Tipo de serviço ou aplicação (Duty) ...................................................................... 230
Tensão (Voltage).................................................................................................... 231
(VSHFL¿FDomRGRVYDORUHVGDVFDUJDVQRVRIWZDUH*HQ6L]H........................................ 231
'H¿QLomRGHWHUPRV ...................................................................................................... 233
(VSHFL¿FDo}HVSDUDRSHUDomRGHFDUJDV2SHUDomRGHDOLPHQWDomRHVWiYHOGH
cargas individuais)........................................................................................... 233
Requisitos para a partida de carga (Partida de cargas individuais) ...................... 233
Requisitos para a partida de carga de passo transiente (Carga combinada em
cada aplicação de carga de passo)................................................................. 233
Requisitos para a partida de carga de pico de transiente (Valor combinado para
todas as cargas que exigem potência de operação aleatória de pico) ........... 233
Cálculos detalhados para as cargas ............................................................................. 234
Cálculos para cargas leves ................................................................................... 234
Cálculos para cargas correspondentes à equipamentos de ar-condicionado....... 234
Cálculos de cargas para equipamentos carregadores de baterias ....................... 235
Cálculos de cargas para equipamentos médicos de processamento de imagens..... 235
Cálculos de cargas para motores elétricos ........................................................... 236
Cálculos das cargas correspondentes à bombas de combate à incêndios........... 237
Cálculos de cargas correspondentes à equipamentos do tipo UPS ..................... 238
Cálculos para cargas diversas ...................................................................................... 239
Cálculos de carga para equipamento de soldagem .............................................. 239
Cálculos gerais para cargas em tomadas de força ............................................... 239
&iOFXORGHFDUJDVGH¿QLGDVSHORXVXiULR.............................................................. 239
Entrada dos dados referentes às cargas na pasta “Step” do software ......................... 240
&RQVLGHUDo}HVVREUHDVHWDSDVGHDWLYDomRGDVFDUJDV..............................................241
'LUHWUL]HVSDUDDGH¿QLomRGHXPDVHTrQFLDGHHWDSDVSDUDDWLYDomRGHFDUJDV..... 241
5HFRPHQGDo}HVHUHODWyULRV ........................................................................................ 242
Potência Nominal Local, Standby (Prime), em kW................................................ 242
Potência nominal máxima do alternador do Local - Elevação de Temperatura (“Site
Rated Alternator Max kW - Temperature Rise”).............................................. 242
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Potência nominal máxima do alternador do Local - Elevação de Temperatura (“Site
Rated Alternator Max kVA - Temperature Rise”)............................................ 242
Potências Nominais Máximas do Local, SkW e SkVA (“Site Rated Max SkW and
Max SkVA”).................................................................................................... 245
Elevação da temperatura em carga plena (“Temperature elevation at full load”)..... 245
Excitação (“Excitation”).......................................................................................... 245
Relatórios ...................................................................................................................... 246
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE A
Dimensionamento de grupos geradores com o software GenSize™
‡
‡
Descritivo
‡
Na biblioteca digital (“CD Library”) incluída no CD
do Power Suite, também podem ser encontradas
H LPSUHVVDV OLVWDJHQV FRQWHQGR LQIRUPDo}HV
comparativas entre os diversos produtos disponíveis.
(VWDVLQIRUPDo}HVVmRQHFHVViULDVSDUDGLPHQVLRQDU
corretamente um sistema de geração de energia. As
LQIRUPDo}HV FRQWLGDV QHVWH &' LQFOXHP ³)ROKDV
GH (VSHFL¿FDo}HV 7pFQLFDV´ GH JUXSRV JHUDGRUHV
(“Technical Data Sheets´ LQIRUPDo}HV SDUD R
suporte técnico (dados técnicos sobre o alternador,
LQIRUPDo}HV WpFQLFDV VREUH DV HPLVV}HV GH JDVHV
de escape do grupo gerador, dados técnicos
sobre a acústica do grupo gerador, resumos de
procedimentos de testes para “prototipagem”, da
LQVWDODomR GR JUXSR JHUDGRU H LOXVWUDo}HV WpFQLFDV
(diagramas preliminares, diagramas esquemáticos,
diagramas elétricos e diagramas para instalação de
acessórios).
‡
‡
dimensionar o grupo gerador de algum outro
fabricante que não seja a Cummins Power
Generation, é preciso estar levar em conta o fato
de que os grupos geradores de outros fabricantes,
mesmo que tenham a mesma potência (kW),
podem não ser adequados para uma determinada
aplicação devido às diferenças de desempenho.
O projetista de um sistema de energia pode minimizar
os riscos inerentes à uma situação deste tipo
HVSHFL¿FDQGR XP JUXSR JHUDGRU TXH WHQKD YDORUHV
semelhantes para determinadas características,
tais como: elevação de temperatura do alternador,
reatância subtransiente do alternador para cada
unidade, presença de harmônicos na tensão de
saída e desempenho de transiente do governador.
2*HQ6L]HŒpXPVRIWZDUHGLVSRQtYHOQR&'3RZHU
Suíte, distribuído pela Cummins Power Generation)
utilizado para o dimensionamento adequado de
JUXSRVJHUDGRUHVHPDSOLFDo}HVGRWLSR³6WDQGE\´RX
³(QHUJLD3ULPH´7RGDVDVLQIRUPDo}HVQHFHVViULDV
SDUD D VHOHomR H DTXLVLomR GD FRQ¿JXUDomR PDLV
adequada de um grupo gerador, disponível em seu
distribuidor local, são fornecidas pelo conjunto de
UHFRPHQGDo}HVJHUDGDVSRUHVWHVRIWZDUH
Com o GenSize é possível criar, salvar, acessar,
PRGL¿FDU H H[FOXLU LQIRUPDo}HV WpFQLFDV VREUH R
projeto de um sistema de geração de energia. As
LQIRUPDo}HV VREUH DV FDUJDV SRGHP VHU FRSLDGDV
H FRODGDV HP XP RX PDLV SURMHWRV 2 *HQ6L]H
efetua projetos para a maioria dos tipos de carga
existentes, incluindo diversos tipos de sistemas de
iluminação, HVAC, carga de baterias, UPS, motores,
bombas hidráulicas para combate a incêndios e
FDUJDV SDUD DSOLFDo}HV JHQpULFDV +i XPD VHomR
do software na qual pode ser incluída uma carga
FXMDV FDUDFWHUtVWLFDV VmR GH¿QLGDV SHOR XVXiULR
geralmente utilizada para a entrada de dados sobre
FDUJDVFRPFDUDFWHUtVWLFDVHVSHFt¿FDVRXVLQJXODUHV
2*HQ6L]HSHUPLWHVLPXODUFRUUHWDPHQWHDVFDUJDV
de equipamentos de solda, cargas cíclicas e cargas
de equipamentos médicos de imagem (para os quais
os picos de carga ocorrem depois da partida de
todas as cargas alimentadas pelo grupo gerador, e
não durante a seqüência de partida).
NOTA:
Caso
APÊNDICE A
o
GenSize
seja
utilizado
‡
Além de ser uma ferramenta que permite a
visualização de dados técnicos sobre o desempenho
de um grupo gerador, o GenSize inclui uma interface
JUi¿FDGHIiFLOXWLOL]DomRHTXHSHUPLWHDHQWUDGDGH
LQIRUPDo}HVWpFQLFDVVREUHDVFDUJDVFRQHFWDGDVDR
grupo gerador, a seqüência de etapas para a partida
GDVFDUJDVHLQIRUPDo}HVWpFQLFDVVREUHSDUkPHWURV
do próprio grupo gerador. Embora não haja um
PDQXDO HVSHFt¿FR SDUD R *HQ6L]H RV DUTXLYRV GH
$MXGD FRQWLGRV QR DSOLFDWLYR VmR VX¿FLHQWHV SDUD
orientar o usuário na utilização do aplicativo.
‡
Aplicativos: Há quatro softwares aplicativos incluídos
QR 3RZHU 6XLWH *HQ6L]H /LEUDU\ *HQ&DOF H
GenSpec.
‡
No aplicativo GenSize, o projeto de instalação é
exibido como um todo no lado esquerdo da tela
do computador e no lado direito da tela é exibido
o conteúdo detalhado sobre qualquer componente
HVSHFt¿FR VHOHFLRQDGR QR ODGR HVTXHUGR ,VWR
corresponde ao núcleo do aplicativo, no qual
as cargas e as seqüências de acionamento são
DSUHVHQWDGDVHGH¿QLGDV
‡
2DSOLFDWLYR/LEUDU\³%LEOLRWHFDGH'DGRV´SHUPLWH
DRXVXiULRH[SORUDUGDGRVHHVSHFL¿FDo}HVWpFQLFDV
VREUHXPSURGXWRHVSHFt¿FRGHVHQKRVWpFQLFRVGH
DSOLFDo}HVHRXWUDVLQIRUPDo}HVSHUWLQHQWHVDOpPGH
integrar todos os dados em um relatório de projeto.
2 DSOLFDWLYR /LEUDU\ SRGH VHU DFHVVDGR DWUDYpV
GR &' GH FRQWH~GR GR DSOLFDWLYR /LEUDU\ 2 &' GH
conteúdo do aplicativo Library pode ser copiado para
a unidade de disco rígido de um micro-computador
para facilitar o acesso.
para
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
227
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
‡
2 DSOLFDWLYR *HQ&DOF LQFOXL XP PyGXOR SDUD R
Cálculo da “Curva de Decremento” dos alternadores
utilizados nos grupos geradores Cummins. Este
aplicativo foi desenvolvido para permitir a inclusão de
módulos que venham a ser desenvolvidos no futuro
para auxiliar o usuário em projetos de sistemas de
escape e sistemas de combustível, bem como outras
características dos sistemas de geração de energia.
‡
2DSOLFDWLYR*HQ6SHFFRQWpPGRFXPHQWRVQRIRUPDWR
:LQGRZV :RUG FRP H[HPSORV GH HVSHFL¿FDo}HV
técnicas de projetos para grupos geradores,
HVSHFL¿FDo}HV WpFQLFDV GH HTXLSDPHQWRV GH
SDUDOHOLVPRSDUDJUXSRVJHUDGRUHVHHVSHFL¿FDo}HV
técnicas sobre comutadores de transferência.
‡
'HPDLV LQIRUPDo}HV VREUH HVWHV DSOLFDWLYR SRGHP
ser obtidos nos arquivos de Ajuda contidos no
GenSize.
‡
Instalando o Power Suite: Insira o CD Power Suite
QD XQLGDGH GH &'520 H VLJD DV LQVWUXo}HV GH
instalação do software exibidas na tela, ou clique em
Iniciar/Executar na área de trabalho do Windows,
VHOHFLRQH D XQLGDGH GH &' 520 DSURSULDGD H
H[HFXWHRDUTXLYR6HWXSH[H2VRIWZDUH*HQ6L]HIRL
projetado para ser executado em um ambiente de
sistema operacional Windows NT, 95, 98, ou 2000. A
função de navegação do CD Library foi otimizada para
o Internet Explorer 5.0 e Adobe Acrobat 4.0 (incluído
no CD). Depois de feita a instalação, será exibida
uma caixa de diálogo New Projetct – Select New
Project (Novo Projeto – Selecionar Novo Projeto).
‡
Parâmetros de Projeto
‡
2 SULPHLUR SDVVR DR GLPHQVLRQDU H VHOHFLRQDU XP
grupo gerador é estabelecer os parâmetros do projeto.
No mínimo, o grupo gerador deve ser dimensionado
SDUD DWHQGHU jV HVSHFL¿FDo}HV GH FRQVXPR FRP
carga máxima, de todos os equipamentos conectados
ao grupo gerador, e com alimentação estável durante
a partida.
‡
3DUD GH¿QLU RV SDUkPHWURV ³SDGUmR´ GH XP SURMHWR
selecione Projects (Projetos) na barra de ferramentas,
New Project Default Parameters (Parâmetros Padrão
de Novo Projeto) na parte inferior do menu que
for aberto. A caixa de diálogo exibida, Figura A-1,
apresenta os Parâmetros de Novo Projeto que são
aplicados a todos os novos projetos, e que podem ser
alterados de acordo com as preferências do usuário.
2VSDUkPHWURVSDUDXP~QLFRSURMHWRRXXPSURMHWR
H[LVWHQWH SRGHP VHU PRGL¿FDGRV VHP TXH KDMD D
necessidade de se alterar os parâmetros “padrão”,
APÊNDICE A
destacando o nome do projeto e então selecionandoVHRVtWHPVGHPHQXProjects, Edit (Projetos, Editar)
e então o item que abre a pasta com os parâmetros.
‡
Veja a seguir uma apresentação dos parâmetros de
projeto e os valores padrão de entrada apresentados
na caixa de diálogo.
‡
Número de grupos geradores (Running in parallel):
2 YDORU SDGUmR p &DVR D FDUJD WRWDO TXH VHUi
consumida seja maior que a capacidade de um
único grupo gerador, insira 2, 3, ou mais conforme
seja apropriado. Caso a carga total seja maior
que 1000 kW, pode ser vantajoso conectar os
grupos geradores em paralelo para se obter maior
FRQ¿DELOLGDGH H ÀH[LELOLGDGH GXUDQWH D RSHUDomR
Contudo, se a carga total for igual ou inferior a
300 kW, não é economicamente viável conectar
grupos geradores em paralelo - embora isto seja
tecnicamente possível.
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
228
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura A-1. Caixa de diálogo GenSize - Parâmetros de “Novo Projeto”.
Carga/ capacidade mínima do grupo gerador (Minimum
Genset load capacity) 2SHUDU XP JUXSR JHUDGRU VRE
carga leve pode resultar em danos ao motor e reduzir
D FRQ¿DELOLGDGH GR JUXSR JHUDGRU $ &XPPLQV 3RZHU
Generation não recomenda a utilização de grupos
geradores com menos de 30% de sua carga nominal - este
valor corresponde ao ajuste padrão do GenSize. Devem
ser utilizados “bancos de carga” para complementar
o valor total das cargas regulares sempre que a carga
total for menor que o valor recomendado. Um grupo
gerador não deve jamais ser colocado em funcionamento
com menos de 10% de sua carga nominal por um longo
período de tempo.
Queda máxima de tensão - Partida e Pico (Maximum
voltage dip - Starting and peak Quando o valor permitido
para a queda máxima de tensão durante a partida
inicial é reduzido, quando as cargas são acionadas de
modo intermitente por meio de sistemas automáticos
de controle ou quando as cargas apresentam elevados
picos de consumo de energia, recomenda-se que seja
selecionado um grupo gerador cuja capacidade seja mais
APÊNDICE A
elevada. Para que ocorram quedas menores de tensão
é necessário que se utilize um grupo gerador com maior
capacidade. Por outro lado, permitir que o sistema possa
ser submetido a quedas de tensão maiores que 40%
SRGH UHVXOWDU HP IDOKDV GRV UHOpV H GRV FRQWDWRUHV 2
valor para a “Queda Máxima de Tensão” estabelecida
como padrão no GenSize é 35%.
Queda máxima de freqüência (Maximum frequency dip):
4XDQGRVHHVSHFL¿FDXPYDORUSDUDDTXHGDPi[LPDGH
freqüência, o usuário faz com que o sistema recomende
um grupo gerador com capacidade mais elevada. grupo
gerador é uma fonte de energia “limitada” (se comparado
j UHGH HOpWULFD DV RVFLODo}HV GH WHQVmR H IUHTrQFLD
ocorrem durante eventos do tipo “cargas transientes”.
2 JUXSR JHUDGRU GHYH VHU GLPHQVLRQDGR SDUD OLPLWDU R
YDORUGHVWDVRVFLODo}HVDYDORUHVDSURSULDGRVFRQIRUPHR
GHVHPSHQKRHVSHUDGRGDFDUJD2YDORUSDGUmRSDUDD
“Queda Máxima de Freqüência” no GenSize é 10%. Este
valor talvez precise ser reduzido no caso da alimentação
GHFDUJDVVHQVtYHLVDYDULDo}HVGHIUHTrQFLDWDLVFRPR
sistemas UPS. Consulte o fabricante do UPS para obter
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
229
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
LQIRUPDo}HV PDLV GHWDOKDGDV VREUH D VHQVLELOLGDGH GR
VLVWHPDHPUHODomRjVRVFLODo}HVGHIUHTrQFLDTXDQGR
estiverem sendo supridos por um grupo gerador utilizado
numa aplicação do tipo “Standby”.
Altitude e temperatura ambiente (Altitude and ambient
temperature)'HSHQGHQGRGDORFDOL]DomRJHRJUi¿FDHGD
altitude, o software pode recomendar que a capacidade
do grupo gerador seja aumentada progressivamente
para níveis de desempenho mais elevados a medida em
que a altitude e/ou a temperatura ambiente no local da
LQVWDODomRDXPHQWHP2VYDORUHV³SDGUmR´SDUDDOWLWXGH
e temperatura ambiente são respectivamente de 500 pés
(152 m) de 77°C 25°C).
Atenuação de ruídos (Sound attenuation) 2 DMXVWH
padrão o software para o cálculo de atenuação de ruídos
é “None” (ou seja, nenhuma atenuação de ruídos). Mas é
possível selecionar a opção de grupo gerador “Silencioso”
(“Quiet Site”). As unidades denominadas “Quiet Site”
possuem atenuadores de som especiais para o escape,
um gabinete em chapa de metal com isolamento acústico
para atenuação de ruídos e/ou abafadores para admissão
e saída de ar para ventilação. Nem todos os modelos
GH JUXSR JHUDGRU VmR IRUQHFLGRV FRP D FRQ¿JXUDomR
“Quiet Site”. Quando é selecionado um modelo de
grupo gerador que tenha como opcional de atenuação
GH UXtGRV DV UHFRPHQGDo}HV IRUQHFLGDV SHOR *HQ6L]H
HVWDUmROLPLWDGDVjVFRQ¿JXUDo}HV³VWDQGDUG´GDIiEULFD
Todavia, é necessário consultar o distribuidor local para
VHREWHUPDLRUHVLQIRUPDo}HVVREUHRXWUDVRSo}HVSDUD
atenuação de ruídos.
Elevação máxima da temperatura do alternador (Maximum
alternator temperature elevation) Para os enrolamentos
GR DOWHUQDGRU p SRVVtYHO HVSHFL¿FDU XPD HOHYDomR
máxima de temperatura (ou seja, o quanto a temperatura
do alternador pode ser superior à temperatura ambiente)
GHƒ&ƒ)2VRIWZDUH*HQ6L]HDSUHVHQWDUiXPD
OLVWD FRP DV UHFRPHQGDo}HV SDUD FRQ¿JXUDo}HV GH
motor-alternador que limitem a elevação de temperatura
GR DOWHUQDGRU DWp R YDORU HVSHFL¿FDGR GXUDQWH R
processo normal de funcionamento do grupo gerador
FRQHFWDGRjVFDUJDVHVSHFL¿FDGDVQDHQWUDGDGHGDGRV
para os cáculos. Recomenda-se utilizar alternadores
que apresentem uma menor elevação de temperatura
QDVDSOLFDo}HVQDVTXDLVKiXPDJUDQGHTXDQWLGDGHGH
cargas não-lineares conectadas ao grupo gerador, nas
DSOLFDo}HVQDVTXDLVpQHFHVViULDXPDSHUIRUPDQFHPDLV
H¿FLHQWH GXUDQWH RV SURFHVVRV GH SDUWLGD GH PRWRUHV
HOpWULFRVHQDVDSOLFDo}HVGRWLSR³(QHUJLD3ULPH´
com menor elevação de temperatura, isso pode exigir
a escolha de um grupo gerador de capacidade mais
elevada.
Combustível (Fuel) $ HVSHFL¿FDomR SDGUmR SDUD R
FRPEXVWtYHO QR VRIWZDUH *HQ6L]H p R 'LHVHO 2XWUDV
RSo}HVGHFRPEXVWtYHLVVmR*iV1DWXUDOH*iV3URSDQR
Líquido. Existe também a opção “Qualquer Combustível”
(“Any Fuel”) que permite ao GenSize comparar o
GHVHPSHQKR GH WRGDV DV RSo}HV GH FRPEXVWtYHO
disponíveis no mercado.
1RWD3DUDDVHVSHFL¿FDo}HVGHFRPEXVWtYHLVJDVRVRVHP
DSOLFDo}HVFXMDSRWrQFLDGRJUXSRJHUDGRUHVWHMDSUy[LPD
ou acima de 150/140 kW, consulte um distribuidor.
Freqüência (Frequency)eQHFHVViULRHVSHFL¿FDURYDORU
GD IUHTrQFLD GH RSHUDomR QR VRIWZDUH *HQ6L]H 2V
JUXSRVJHUDGRUHVVmRFRQ¿JXUDGRVSDUDDVIUHTrQFLDV
GH+]RX+]2YDORUSDGUmRp+]
Fase (Phase) 2 VRIWZDUH *HQ6L]H SHUPLWH VHOHFLRQDU
HQWUH DV RSo}HV GH JUXSR JHUDGRU ³PRQRIiVLFR´ RX
“trifásico”. A opção “padrão” para o tipo de tensão no
software é “trifásico”. Caso seja selecionada a opção
“monofásico”, será permitida somente a seleção de cargas
monofásicas durante o dimensionamento do projeto
pelo software. A escolha da opção “monofásico” também
limita a quantidade de modelos de grupos geradores que
podem ser selecionados, pois os grupos geradores de
maior capacidade (potência) não estão disponíveis na
versão “monofásico”. A escolha da opção “trifásico” (que
corresponde à opção “default” do software) permite o
uso de cargas monofásicas, todavia o software GenSize
assume estas cargas monofásicas deverão ser distribuídas
de modo equilibrado entre cada uma das três fases.
Tipo de serviço ou aplicação (Duty)2VRIWZDUH*HQ6L]H
apresenta uma recomendação para o tipo de grupo
JHUDGRU FRP EDVH QD VXD FODVVL¿FDomR GH WUDEDOKR
que pode ser “Energia Prime” ou “Standby”, efetuando
R³UHEDL[DPHQWRGDFODVVL¿FDomR´³GHUDWLQJ´GRPRWRU
GHYLGRjVFRQGLo}HVGRORFDOGDLQVWDODomR
Nota: Consulte os dados técnicos do fabricante do
PRWRU SDUD PDLRUHV LQIRUPDo}HV VREUH D SUiWLFD GH
³UHEDL[DPHQWR GH FODVVL¿FDomR´ ³GHUDWLQJ´ SDUD XP
determinado modelo de motor. O Power Suite fornece
LQIRUPDo}HV VREUH RV SURGXWRV GD &XPPLQV 3RZHU
Generation.
A opção padrão do software GenSize é “Standby”.
2YDORUSDGUmRSDUDDHOHYDomRPi[LPDGHWHPSHUDWXUD
no software é de 125°C.
É importante lembrar que ao se escolher um alternador
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
230
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3DUD PDLRUHV GHWDOKHV VREUH DV FODVVL¿FDo}HV GH
sistemas e de grupos geradores, consulte a seção
“Projeto Preliminar”, neste manual.
Um sistema do tipo “Energia Prime” é um equipamento
FXMD ¿QDOLGDGH p VHU WRWDOPHQWH LQGHSHQGHQWH GR SRQWR
de vista operacional e utilizado para gerar energia elétrica
e evitar que a energia precise ser adquirida de uma
empresa distribuidora. Presume-se que o grupo gerador
esteja desconectado e isolado da rede pública de energia
elétrica, ou que os serviços da empresa distribuidora de
HQHUJLDQmRHVWHMDPVHTXHUGLVSRQtYHLV$FODVVL¿FDomR
GR WLSR ³(QHUJLD 3ULPH´ FRUUHVSRQGH j FODVVL¿FDomR R
valor mais elevado para energia disponível, com cargas
variáveis, e, com disponibilidade por um número ilimitado
GHKRUDV(VWDFODVVL¿FDomRLQFOXLXPDFDSDFLGDGHH[WUD
mínima de sobrecarga equivalente a 10% do valor máximo
FRUUHVSRQGHQWH jV HVSHFL¿FDo}HV SDUD HQHUJLD GR WLSR
³(QHUJLD3ULPH´GH¿QLGDQDVQRUPDVWpFQLFDV%6H
DIN 6271, para os motores dos grupos geradores. Nem
WRGD FRQ¿JXUDomR GH JUXSR JHUDGRU WHP FDUDFWHUtVWLFDV
WpFQLFDVTXHOKHVSHUPLWDVHUXWLOL]DGDVHPDSOLFDo}HVGR
tipo “Energia Prime”.
Quando os grupos geradores são conectados em
paralelo com a rede elétrica de energia elétrica por
longos períodos de tempo, eles não devem ser colocados
HP IXQFLRQDPHQWR HP FRQGLo}HV TXH YmR DOpP GH VXD
FODVVL¿FDomRGH³FDUJDEiVLFD´(PJHUDODFODVVL¿FDomR
de “carga básica” de um grupo gerador apresenta
SDUkPHWURV GH IXQFLRQDPHQWR VLJQL¿FDWLYDPHQWH PDLV
EDL[RV GR TXH D VXD FODVVL¿FDomR SDUD DSOLFDo}HV GR
WLSR³(QHUJLD3ULPH´3DUDLQIRUPDo}HVPDLVGHWDOKDGDV
consulte o fabricante do grupo gerador ou o distribuidor
local da Cummins Power Generation.
Tensão (Voltage $V RSo}HV GLVSRQtYHLV SDUD WHQVmR
dos grupos geradores no software GenSize dependem
GR YDORU GD IUHTrQFLD VHOHFLRQDGD $V RSo}HV SDGUmR
para os valores de tensão são 277/480, para grupos
JHUDGRUHV FXMD VDtGD GH HQHUJLD HVWHMD FRQ¿JXUDGD QR
modo “Estrela” (“Y”).
(VSHFL¿FDomRGRVYDORUHVGDVFDUJDV
no software GenSize
A próxima e mais importante etapa no dimensionamento de
XPJUXSRJHUDGRUQRVRIWZDUH*HQ6L]HpDHVSHFL¿FDomR
dos tipos e as magnitudes das cargas que o grupo gerador
GHYHUiVXSULU&RPRRFRUUHSDUDDPDLRULDGDVRSHUDo}HV
no GenSize, os valores das cargas podem ser inseridos
através da tela de menu que se abre ao selecionar as
RSo}HV Projects, Add New Load (Projetos, Adicionar
Nova Carga), ou utilizando-se os ícones da barra de
ferramentas.
APÊNDICE A
Depois de selecionado um determinado tipo de carga,
é apresentada a tela com o formulário para entrada
de cargas. Cada tela contendo o formulário é aberta
apresentando os “valores padrão” das características
das cargas e que podem ser alterados conforme a
QHFHVVLGDGH7RGDVDVLQIRUPDo}HVUHTXLVLWDGDVGHYHP
ser digitadas. Se houverem dúvidas sobre quaisquer
dos itens, utilize o recurso de “Ajuda on-line” para obter
H[SOLFDo}HV VREUH R LWHP HP TXHVWmR ¬ PHGLGD HP
que as características de cada uma das cargas são
introduzidas, elas são apresentadas em uma listagem
localizada no lado esquerdo da tela, referente ao projeto
no qual está se esteja trabalhando. Selecione (utilizando
o botão esquerdo do mouse) qualquer uma das cargas da
listagem para que sejam exibidas as suas características
operacionais, no lado direito da tela. “Clique” duas
vezes com o botão esquerdo do mouse sobre o ícone
de qualquer uma das cargas para abrir o formulário de
entrada de dados relativos a esta carga e para editá-los.
$V LQIRUPDo}HV D VHJXLU WHP SRU ¿QDOLGDGH DMXGiOR D
FRPSUHHQGHU R VLJQL¿FDGR GH FDGD XP GRV SDUkPHWURV
das cargas e a maneira como são calculados pelo
software GenSize.
,GHQWL¿TXH WRGRV RV WLSRV H PDJQLWXGHV GDV GLIHUHQWHV
cargas que o grupo gerador deverá suprir. Se houver
mais de uma carga de um determinado tipo e tamanho,
a entrada de seus parâmetros poderá ser feita de uma
única vez, a menos que o usuário do software queira que
cada carga tenha uma descrição diferente. A quantidade
de cada um dos diferentes tipos de carga pode de ser
GH¿QLGD QD HQWUDGD GH GDGRV SDUD DV FDUJDV RX QD
GH¿QLomR GD VHTrQFLD GH SDUWLGD &RQIRUPH GHVFULWR
mais adiante, nesta seção, a Cummins Power Generation
pesquisou as características de partida e operação de
uma grande variedade de cargas dentre as mais comuns
utilizadas, e incluiu valores padrão para as características
destas cargas no software GenSize. Estes valores padrão
para estas características podem ser utilizados da forma
como estão contidos nos registros do software ou serem
DOWHUDGRV SDUD FDUJDV HVSHFt¿FDV FXMDV FDUDFWHUtVWLFDV
não estejam tabeladas no GenSize. Caso haja algum
tipo de carga com características diferentes daquelas
SUpGH¿QLGDV QR *HQ6L]H p SRVVtYHO XWLOL]DU XPD FDUJD
com características do tipo “miscelânea” (“miscelaneous
ORDG´SDUDHVSHFL¿FDURVUHTXLVLWRVGHSDUWLGDHRSHUDomR
desta carga.
Com base nas características de cada carga, o software
GenSize calcula os valores da potência de operação em
kW (RkW), potência de operação em (RkVA), potência
de partida em kVA (SkVA), potência de partida em kW
(SkW), fator de potência para partida (SPF), potência de
pico em kVA (PkVA), potência de pico em kW (PkW) e
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
231
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
corrente elétrica de funcionamento (Ramps). Quando o
grupo gerador é utilizado para suprir cargas não-lineares,
pode ser necessário superdimensionar o alternador e
o software GenSize calcula o valor da potência em kW
(AkW) para alternador alimentar esta carga.
É importante notar que quando são incluídas cargas
monofásicas num projeto de instalação para um grupo
gerador trifásico no software GenSize deve-se “presumir”
que estas cargas monofásicas serão distribuídas de
maneira equilibrada entre cada uma das três fases do
gerador e, de fato, o software já faz esta distribuição
eqüitativa de maneira automática. Portanto, as cargas
monofásicas incluídas no projeto são automaticamente
convertidas em “cargas trifásicas equivalentes” para
permitir o dimensionamento do sistema. Com isto, a
corrente de cada carga monofásica é distribuída entre
cada uma das três fases, e o valor da corrente de carga
monofásica é dividido por 1,73. Quando uma carga
monofásica é incluída no projeto, para uma determinada
aplicação que utilize um grupo gerador trifásico, o valor
da corrente monofásica real é exibido na tela com o
formulário de entrada de dados da carga, todavia, quando
uma carga monofásica é inserida em um passo (a carga
de passo é a carga equilibrada aplicada ao gerador), a
corrente da carga de passo é convertida para a corrente
trifásica equivalente.
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
232
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
'H¿QLomRGHWHUPRV
$VVHJXLQWHVDEUHYLDo}HVVmRXVDGDVQRVRIWZDUH*HQ6L]HSDUDFDOFXODUDVHVSHFL¿FDo}HVSDUDDSDUWLGDHRSHUDomR
GHFDGDXPDGDVFDUJDVDVHVSHFL¿FDo}HVGDVFDUJDVGHSDVVRHDVHVSHFL¿FDo}HVGDVFDUJDVGHSLFRGHWUDQVLHQWH
(VVDVDEUHYLDo}HVVmRXVDGDVHPIRUPXOiULRVGHFDUJDHUHODWyULRVGRVRIWZDUHDSOLFDWLYRHQDVHJXLQWHGLVFXVVmRSDUD
documentar alguns dos cálculos realizados no GenSize.
(VSHFL¿FDo}HVSDUDRSHUDomRGHFDUJDV2SHUDomRGHDOLPHQWDomRHVWiYHOGHFDUJDVLQGLYLGXDLV
‡ Potência em kVA de funcionamento (RkVA) – a carga quilovolt-ampères de funcionamento.
‡ Potência em kW de funcionamento (RkW) – a carga quilowatt de funcionamento.
‡ Potência em kW do Alternador (AkW) – a capacidade do alternador fornecida para compensar (superdimensionar)
a distorção não-linear.
‡ FP de funcionamento (RPF) – o fator de potência de funcionamento com alimentação estável da carga.
‡ (¿FLrQFLD±DUHODomRHQWUHHQHUJLDGHVDtGDHHQHUJLDGHHQWUDGD
‡ Corrente de Funcionamento (Ramps) – a amperagem de funcionamento para uma carga ou passo.
5HTXLVLWRVSDUDDSDUWLGDGHFDUJD3DUWLGDGHFDUJDVLQGLYLGXDLV
‡ Potência em kW de partida (SkW) - quilowatts de partida de uma carga.
‡ Potência em kVA de partida (SkVA) - quilovolt-ampères de partida de uma carga.
‡ FP de Partida (SPF) – é o fator de potência da carga no momento em que ela é inicialmente energizada ou é dada sua
partida.
5HTXLVLWRVSDUDDSDUWLGDGHFDUJDGHSDVVRWUDQVLHQWH&DUJDFRPELQDGDHPFDGDDSOLFDomRGHFDUJDGHSDVVR
Potência em kW de passo máxima – a carga de passo máxima em kW (soma dos quilowatts de partida de cargas individuais (SkW)) no passo.
‡ Potência em kVA de Passo máxima – a carga de passo máxima em kVA (soma dos quilovolt-ampères de partida de cargas
individuais (SkVA)) no passo.
‡ Potência em kW de passo cumulativa – a kW de passo máxima adicionada à kW de funcionamento do passo(s) anterior.
‡ Potência em kVA de passo cumulativa – a kVA de passo máxima adicionada à kVA de funcionamento do passo(s) anterior.
‡ Potência em kW de passo efetiva – a kW de passo cumulativa vezes um multiplicador para levar em conta o efeito da carga
reduzida devido à tensão de saída mantida reduzida durante a carga de passo de transiente.
‡ Potência em kVA de passo Efetiva – a kVA de passo cumulativa vezes um multiplicador para levar em conta o efeito da
carga reduzida devido à tensão de saída mantida reduzida durante a carga de passo transiente.
‡
5HTXLVLWRVSDUDDSDUWLGDGHFDUJDGHSLFRGHWUDQVLHQWH9DORUFRPELQDGRSDUDWRGDVDVFDUJDVTXHH[LJHPSRWrQFLD
GHRSHUDomRDOHDWyULDGHSLFR
‡ Potência em kW de pico (PkW) – o aumento repentino de potência em kW exigida por uma carga cíclica em sua partida, ou
por outras cargas de pico como soldadores e equipamentos médicos de imagens quando são operados.
‡ Potência em kVA de pico (PkVA) – o aumento repentino de potência em kVA exigida por uma carga cíclica em sua partida,
ou por cargas de pico como soldadores e equipamentos médicos de imagens quando são operados.
‡ Potência em kVA de pico cumulativa – a kVA de Pico adicionada à kVA de funcionamento de todas as outras cargas nãopico.
‡ Potência em kW de pico cumulativa – a kW de Pico adicionada à kW de funcionamento de todas as outras cargas nãopico.
‡ Potência em kW de pico efetiva – a kW de pico cumulativa vezes um multiplicador para levar em conta o efeito da carga
reduzida devido à tensão de saída mantida reduzida durante a carga de pico transiente.
‡ Potência em kVA de pico efetiva – a kVA de pico cumulativa vezes um multiplicador para levar em conta o efeito da carga
reduzida devido à tensão de saída mantida reduzida durante a carga de pico transiente.
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
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Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
&iOFXORVGHWDOKDGRVSDUDDVFDUJDV
2VVHJXLQWHVGRFXPHQWRVGHWRGRVRVFiOFXORVGHUHTXLVLWRVGDVFDUJDVLQGLYLGXDLV2VUHTXLVLWRVGHIXQFLRQDPHQWR
partida e pico de cargas são calculados para cada carga com base em características padrão de operação assumidas
conforme mostradas nos formulários de entrada das cargas individuais.
&iOFXORVSDUDFDUJDVOHYHV
7UrVWLSRVGLIHUHQWHVGHFDUJDSRGHPVHULQIRUPDGRV
/kPSDGDVÀXRUHVFHQWHV±8PDOkPSDGDGHGHVFDUJDGHPHUF~ULRDEDL[DSUHVVmRHPTXHDPDLRUSDUWHGDOX]p
HPLWLGDSRUXPDFDPDGDH[FLWDGDGHPDWHULDOÀXRUHVFHQWH$VPHVPDVFDUDFWHUtVWLFDVGHFDUJDVmRXVDGDVSDUD
descarga ou tipos eletrônicos. Ambas são cargas não-lineares, mas o GenSize ignora a não-linearidade deste tipo de
carga uma vez que esta é geralmente uma pequena parte da carga total conectada.
/kPSDGDVLQFDQGHVFHQWHV±&RQMXQWRVGHOkPSDGDVGHEXOERSDGUmRTXHXVDPXP¿ODPHQWRSDUDHPLWLUOX]
Lâmpadas de descarga (HID) – Lâmpadas que produzem luz pela passagem de uma corrente através de um vapor de
metal. Esta categoria inclui lâmpadas de vapor de sódio sob alta pressão, lâmpadas de vapor de haletos metálicos e
lâmpadas de vapor de mercúrio.
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
$N:
5DPSV
6HN9$IRULQIRUPDGR5N: N9$[53)
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
6H5N:SDUDLQIRUPDGR5N9$ 5N:·53)
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N9$ 5DPSV[WHQVmR·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:SDUDLQFDQGHVFrQFLDHÀXRUHVFrQFLD
6N: [5N:SDUD+,'
6N9$ 6N:·63)
63) 53)H[FHWRSDUD+,'RQGH63)SDGUmR $N: 5N:
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)[
&iOFXORVSDUDFDUJDVFRUUHVSRQGHQWHVDHTXLSDPHQWRVGHDUFRQGLFLRQDGR
2VRIWZDUH*HQ6L]HVLPSOHVPHQWHFRQYHUWHDSRWrQFLDGRHTXLSDPHQWRGHDUFRQGLFLRQDGRHP³WRQHODGDV´HP+3SHUPLWLQGR
dimensionar cargas do tipo ar-condicionado na proporção de 2 HP/ton como uma estimativa “conservadora” para a carga total
FRQVXPLGDSRUXPDXQLGDGHGHPHQRUH¿FLrQFLD&DVRVHTXHLUDFDOFXODUHVWDFDSDFLGDGHFRPPDLVSUHFLVmRHVHFRQKHoD
os valores das cargas individuais para o acionamento dos componentes nos equipamentos CA, estes valores devem ser
digitados individualmente e calculado um fator de demanda para as cargas que provavelmente terão a partida simultânea.
1RV(VWDGRV8QLGRVGD$PpULFDD³WRQHODGD´pXPSDGUmRDQWLJRSDUDPHGLGDGHHQHUJLDWpUPLFDXWLOL]DGRGHVGHD
pSRFDHPTXHIRUDPIDEULFDGRVRVSULPHLURVHTXLSDPHQWRVGHDUFRQGLFLRQDGR(VWDXQLGDGHGHPHGLGDHVWiUHODFLRQDGD
jTXDQWLGDGHGHJHORHPWRQHODGDVQHFHVViULDSDUDUHVIULDUXPGHWHUPLQDGRYROXPHGHDU
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
SPF
5N: $&7RQV[[
5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento informado ou padrão do banco de dados
6N:GH$OWD,QpUFLD 6N9$[63)
6N:GH%DL[D,QpUFLD 6N9$[63)[
6N9$ +3[/5N9$+3[IDWRUGH6N9$RQGH
LRkVA/HP é a kVA/HP média para a letra da Norma NEMA do motor e o fator de potência é 1.0 para partida em
tensão plena ou obtido na tabela de partida em tensão reduzida (veja Método de Partida em Voltagem Reduzida).
Conforme digitado, ou valores padrão do banco de dados por HP e método de partida.
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
234
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3DUDFDUJDVGHVLJQDGDVSDUDDWLYDUHGHVDWLYDUDXWRPDWLFDPHQWHDFLFODJHP
$N:
$N:
5DPSV
3N: 3N: 6N:
3N9$ 3N9$ 6N9$
QmR9)'$N: 5N:H[FHWRPRWRUGHSDUWLGDGHFRQWDWRSHUPDQHQWHRQGH$N: [5N:DPHQRVTXH
VHMDXVDGRXPFRQWDWRUGHGHVYLRQHVWHFDVR$N: 5N:
9)',QYHUVRU&RQYHQFLRQDOGH&$$N: [5N:
/DUJXUDGH3XOVR0RGXODGR$N: [5N:
$FLRQDPHQWRGH&&$N: [5N:
‘5DPSV +3[·WHQVmR[(¿F[53)
‘5DPSV +3[·[WHQVmR[(¿F[53)
&iOFXORVGHFDUJDVSDUDHTXLSDPHQWRVFDUUHJDGRUHVGHEDWHULDV
Um carregador de bateria é simplesmente um equipamento que produz uma saída de tensão CC, cujo valor é regulado
SRUPHLRGHXP6&5UHWL¿FDGRUFRQWURODGRGHVLOtFLRHpXWLOL]DGRSDUDFDUUHJDUEDWHULDVeXPDFDUJDQmROLQHDUTXH
exige o uso de um alternador superdimensionado.
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
$N:
5DPSV
5N: 5N9$[53)
5N9$ N9$GH6DtGD[7D[DGH5HFDUJD·(¿FLrQFLD
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:
6N9$ 5N9$
63) 53)
3DUDSXOVRV$N: [5N:
3DUDSXOVRV$N: [5N:
3DUDSXOVRV$N: [5N:
&RP¿OWURGHHQWUDGD$N: [5N:
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR[
&iOFXORVGHFDUJDVSDUDHTXLSDPHQWRVPpGLFRVGHSURFHVVDPHQWRGHLPDJHQV
2VRIWZDUH*HQ6L]HID]RFiOFXORHVWLPDWLYDGDTXHGDGHWHQVmRFDXVDGDSHORSLFRGHFRQVXPRGHSRWrQFLDTXHRFRUUH
sempre que um equipamento médico para processamento de imagens é colocado em funcionamento. Esta queda de
tensão deve ser limitada a 10% da tensão nominal para proteger o equipamento e permitir o seu correto funcionamento
durante o processamento das imagens. Caso a queda de tensão de pico de consumo de potência seja ajustada para
um valor maior que 10%, nos parâmetros de ajuste do projeto, o software GenSize reduzirá automaticamente este valor
HHPLWLUiXPDQRWL¿FDomR
2JUXSRJHUDGRUpGLPHQVLRQDGRSDUDOLPLWDUDTXHGDGHWHQVmRDGDWHQVmRQRPLQDOVHPSUHTXHXPHTXLSDPHQWR
médico para processamento de imagens estiver em funcionamento e “já com todas as demais cargas em funcionamento
também”. Caso sejam utilizados diversos equipamentos para processamento de imagens, o software GenSize calcula
a queda de tensão associada ao pico de consumo de potência é para a maior dentre as cargas e assume que apenas
a maior carga estará em funcionamento.
1RWHTXHRVRIWZDUH*HQ6L]HSUHVVXS}HTXHRHTXLSDPHQWRPpGLFRSDUDSURFHVVDPHQWRGHLPDJHQVQmRHVWHMDHP
funcionamento durante os procedimentos de partida de outras cargas, sendo assim a queda de tensão de partida que é
calculada com este pressuposto pode, eventualmente, exceder o valor de 10%.
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
3N:
6H5N9$IRULQIRUPDGR5N: 5N9$[53)
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
6H5DPSVIRULQIRUPDGR5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:
6N9$ 6N:·63)
6N9$ 6N:·63)
3N: 3N9$[63)
APÊNDICE A
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
235
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3N9$
63)
$N:
5DPSV
&RQIRUPHGLJLWDGRRX ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
63) 6N9$·6N:
$N: 5N:
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR[
&iOFXORVGHFDUJDVSDUDPRWRUHVHOpWULFRV
Caso uma carga correspondente a um motor elétrico tenha o seu suprimento de energia fornecido por uma unidade
controladora de velocidade ou por uma unidade de freqüência variável, ou então esta carga seja uma unidade de
controle CA utilizada para acionar um motor CC, selecione a opção “Variable Frequency Drive” (VFD) (Unidade de
Freqüência Variável). Uma VFD é uma carga não-linear que requer um alternador superdimensionado para atender aos
requisitos desta carga quando em funcionamento.
Uma vantagem dos sistemas do tipo VFD é a sua capacidade de controlar o consumo de potência durante a partida e aceleração
de um motor elétrico, permitindo que o consumo de potência seja menor que quando um motor é simplesmente conectado à
UHGHHOpWULFDSDUWLGDGLUHWD2VRIWZDUH*HQ6L]HSHUPLWHDVHOHomRGHXPDRSomRFKDPDGD³3:0´SDUDRFDVRGDXQLGDGH
9)'VHUGRWLSRGH³0RGXODGRUGH/DUJXUDGH3XOVR´3:0±³3XOVH:LGWK0RGXODWRU´2VVLVWHPDV9)'GRWLSR3:0SHUPLWHP
que o grupo gerador seja “menos superdimensionamento” do que os sistemas VFD que não são do tipo PWM.
2FRQVXPRGHSRWrQFLDHRXWUDVHVSHFL¿FDo}HVUHODWLYDVDRVXSHUGLPHQVLRQDPHQWRGRJHUDGRUGXUDQWHDSDUWLGDGH
motores elétricos podem ser reduzidos caso se utilize algum tipo de sistema que permita efetuar a partida com uma
tensão reduzida ou algum tipo de sistema de partida controlado por semicondutores de potência (tais como tiristores,
TRIACS, etc). A utilização de dispositivos como estes pode reduzir a necessidade de superdimensionamento do grupo
gerador. Todavia, é preciso ter cautela ao se utilizar qualquer um destes métodos de partida para motores elétricos, pois
o torque de um motor elétrico depende da tensão que é aplicada e todos esses métodos de “partida suave” ou “partida
controlada” fazem com que a tensão de partida do motor seja mais baixa. Esses métodos de partida “controlada” devem
ser utilizados somente nos casos em que os motores elétricos movimentem cargas mecânicas com baixo momento de
inércia ou então nos casos em que se possa constatar que o motor elétrico será capaz de produzir o torque necessário
para a sua aceleração durante uma partida “controlada”.
Além do fator citado acima, esses métodos de partida “controlada” também podem produzir correntes de pico muito
altas quando passam da etapa de partida do motor elétrico para a etapa funcionamento em rotação normal. Caso a
transição entre estas duas etapas aconteça antes do motor alcançar uma rotação muito próxima da sua rotação normal
de funcionamento pode ocorrer um pico de consumo de corrente similar ao que ocorre quando o motor é acionado
VLPSOHVPHQWHFRQHFWDQGRRjUHGHHOpWULFD2VRIWZDUH*HQ6L]HSUHVVXS}HTXHRPRWRUFRQVLJDDWLQJLUXPDURWDomR
SUy[LPDGDVXDURWDomRQRPLQDODQWHVTXHHVWDWUDQVLomRDFRQWHoDGHVFDUWDQGRDRFRUUrQFLDGHVLWXDo}HVHVS~ULDV
nas quais há picos de corrente elétrica durante uma partida “controlada”. Caso o motor não consiga atingir uma rotação
próxima à sua rotação nominal antes dessa transição, poderá ocorrer uma queda excessiva na tensão e na freqüência
do grupo gerador quando estes sistemas de partida controlada forem utilizados. Caso o usuário do sistema não tenha
certeza sobre como um motor equipado com sistema de partida controlada e a sua respectiva carga mecânica (carga
inercial) irão reagir, deve-se considerar como se a partida do motor elétrico fosse partida direta.
Para uma partida direta (across-the-line) de motores elétricos, selecione uma carga com baixa inércia de rotação (baixo
PRPHQWRGHLQpUFLDFDVRWHQKDFHUWH]DGHTXHDFDUJDLUiH[LJLUXPEDL[RWRUTXHGHSDUWLGDHPEDL[DVURWDo}HV,VWR
reduzirá a demanda sobre o grupo gerador para o fornecimento de potência para a partida do motor elétrico e permitirá
que se utilize em um grupo gerador de menor tamanho. Em geral, as cargas com baixa inércia de rotação (baixo
momento de inércia) são os ventiladores e bombas centrífugas. Caso haja qualquer duvida sobre o momento de inércia
da carga durante a entrada de dados, recomenda-se declarar cargas de alta inércia de rotação (não selecione a opção
“baixa inércia” no software GenSize).
5N:
6H+3IRULQIRUPDGR5N:
6HN:IRULQIRUPDGR5.:
6H5DPSVIRULQIRUPDGR
APÊNDICE A
+3[·(¿FLrQFLDGH)XQFLRQDPHQWR
N:GH)XQFLRQDPHQWR·(¿FLrQFLD
‘5N: 5DPS[WHQVmR[53)[(¿FLrQFLD·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[(¿FLrQFLD[·
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
236
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
5N9$
RPF
6N:
6N9$
SPF
5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento informado ou padrão do banco de dados
6N:GH$OWD,QpUFLD 6N9$[63)
6N:GH%DL[D,QpUFLD 6N9$[63)[
6N9$ +3[/5N9$+3[IDWRUGH6N9$RQGH/UN9$+3pDN9$+3PpGLDSDUDDOHWUDGD1RUPD1(0$
do motor e o fator de SkVA é 1.0 para partida em tensão plena ou obtido na tabela de partida em tensão
reduzida (veja Método de Partida em Voltagem Reduzida)
Conforme digitado, ou valores padrão do banco de dados por HP e método de partida.
3DUDFDUJDVGHVLJQDGDVSDUDDWLYDUHGHVDWLYDUDXWRPDWLFDPHQWHDFLFODJHP
$N:
$N:
5DPSV
3N:
3N: 6N:
3N9$
3N9$ 6N9$
QmR9)'$N: 5N:H[FHWRPRWRUGHSDUWLGDGHFRQWDWRSHUPDQHQWHRQGH$N: [5N:DPHQRV
TXHVHMDXVDGRXPFRQWDWRUGHGHVYLRQHVWHFDVR$N: 5N:
9)',QYHUVRU&RQYHQFLRQDOGH&$$N: [5N:
/DUJXUDGH3XOVR0RGXODGR$N: [5N:
$FLRQDPHQWRGH&&$N: [5N:
‘5DPSV +3[·[WHQVmR[(¿FLrQFLD[53)
‘5DPSV +3[·WHQVmR[(¿FLrQFLD[53)
&iOFXORVGDVFDUJDVFRUUHVSRQGHQWHVDERPEDVGHFRPEDWHDLQFrQGLRV
2VRIWZDUH*HQ6L]HGLPHQVLRQDUiRJHUDGRUOLPLWDQGRDTXHGDGHWHQVmRGHSLFRDGXUDQWHDSDUWLGDGHXPD
bomba de incêndio, com todas as outras cargas que não sejam de pico em funcionamento. Isto é feito para atender
DV QRUPDV QRUWHDPHULFDQDV GH FRPEDWH j LQFrQGLRV 2 JUXSR JHUDGRU QmR SUHFLVD VHU GLPHQVLRQDGR SDUD SURYHU
a potência necessária (em kVA) para tentar acionar uma bomba cujo motor esteja com o “rotor travado” durante um
SHUtRGR LQGH¿QLGR GH WHPSR ,VWR UHVXOWDULD QXP JUXSR JHUDGRU VXSHUGLPHQVLRQDGR TXH DSUHVHQWDULD SUREOHPDV GH
PDQXWHQomRHFRQ¿DELOLGDGHSRUVHUVXEXWLOL]DGR
Sempre que a partida de um motor utilizado em uma de bomba de combate a incêndios é efetuada utilizando-se um sistema
de redução de tensão, o usuário deve dimensionar o sistema elétrico como se o motor estivesse efetuando uma partida direta
(“across-the-line”), pois o controlador da bomba inclui um dispositivo semi-automático (mecânico ou elétrico) ou automático
para a partida direta (“across-the-line”) da bomba em caso de falha no funcionamento do controlador de tensão. Entretanto, o
GenSize não impede o uso de sistemas de redução de tensão para a partida de motores utilizados em bombas de incêndio.
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
6H+3IRULQIRUPDGR5N: +3[·(¿FLrQFLDGH)XQFLRQDPHQWR
6HN:IRULQIRUPDGR5N: N:·(¿FLrQFLDGH)XQFLRQDPHQWR
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[(¿FLrQFLD·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[(¿FLrQFLD[·
5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento informado ou padrão do banco de dados
6N:GH$OWD,QpUFLD 6N9$[63)
6N:GH%DL[D,QpUFLD 6N9$[63)[
6N9$ +3[/5N9$+3[IDWRUGH6N9$RQGH/UN9$+3pDN9$+3PpGLDSDUDDOHWUDGD1RUPD1(0$
do motor e o fator de SkVA é 1.0 para partida em tensão plena ou obtido na tabela de partida em tensão
reduzida (veja Método de Partida em Voltagem Reduzida).
SPF
Conforme digitado, ou valores padrão do banco de dados por HP e método de partida.
3N:
3N: 6N:
3N9$
3N9$ 6N9$
$N:
QmR9)'$N: 5N:H[FHWRPRWRUGHSDUWLGDGHFRQWDWRSHUPDQHQWHRQGH$N: [5N:DPHQRV
TXHVHMDXVDGRXPFRQWDWRUGHGHVYLRQHVWHFDVR$N: 5N:
$N:
9)',QYHUVRU&RQYHQFLRQDOGH&$$N: [5N:
/DUJXUDGH3XOVR0RGXODGR$N: [5N:
$FLRQDPHQWRGH&&$N: [5N:
5DPSV ‘5DPSV +3[·WHQVmR[(¿FLrQFLD[53)
‘5DPSV +3[·[WHQVmR[(¿FLrQFLD[53)
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
237
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
&iOFXORVGHFDUJDVFRUUHVSRQGHQWHVDHTXLSDPHQWRVGRWLSR836
8PHTXLSDPHQWR836HVWiWLFRXWLOL]DGLVSRVLWLYRV6&5³UHWL¿FDGRUHVFRQWURODGRVGHVLOtFLR´RXDOJXPRXWURWLSRGHVHPLFRQGXWRU
de potência para converter uma tensão de CA para CC e efetuar o carregamento de suas baterias. Usa também um inversor de
tensão para converter tensão CC em tensão CA “condicionada” para suprir uma carga (um equipamento). Um UPS apresenta
características de uma carga não-linear e pode exigir que o grupo gerador seja superdimensionado. Alguns problemas de
incompatibilidade entre grupos geradores e equipamentos UPS estáticos têm conduzido a muitos erros conceituais sobre o
dimensionamento de grupos geradores para este tipo de carga em especial. De fato, no passado ocorreram muitos problemas
de compatibilidade e, na época, a recomendação dos fornecedores de equipamentos UPS era a de superdimensionar a
potência do grupo gerador numa proporção equivalente de duas a cinco vezes o valor nominal de consumo de potência do UPS.
Mesmo naquela época, alguns problemas persistiram e desde então os problemas de incompatibilidade foram sendo resolvidos
gradativamente pela maioria dos fabricantes de equipamentos UPS. É muito mais barato adquirir equipamentos UPS que sejam
compatíveis com um grupo gerador do que utilizar um grupo gerador superdimensionado.
Caso as baterias estejam descarregadas quando um equipamento UPS for conectado a um grupo gerador, o grupo gerador
GHYHUiVHUFDSD]GHIRUQHFHUHQHUJLDHOpWULFDVX¿FLHQWHSDUDRUHWL¿FDGRUFDUUHJDUDVEDWHULDVHSDUDRLQYHUVRUDOLPHQWDUDFDUJD
FRQHFWDGDDR8368PDVHJXQGDUD]mRSDUDXWLOL]DUDFODVVL¿FDomRSOHQDGR836pRIDWRGHTXHSRGHPVHUFRQHFWDGDVFDUJDV
DGLFLRQDLVDR836QRIXWXURDWpDWLQJLURVHXRYDORUQRPLQDOHVSHFL¿FDGRGDVXDSODTXHWDGHGDGRVWpFQLFRV
2V SDUkPHWURV SDUD R GLPHQVLRQDPHQWR GH FDUJDV QmROLQHDUHV XWLOL]DGRV SHOR VRIWZDUH *HQ6L]H EDVHLDPVH QD
quantidade e magnitude dos harmônicos de tensão que um UPS pode induzir na saída de um gerador quando o UPS
estiver funcionando com sua carga plena. Como os harmônicos de tensão aumentam de magnitude para cargas mais
“leves”, selecionar um alternador de maior capacidade pode ajudar a compensar este efeito.
Para sistemas do tipo UPS formados por conjuntos de unidades UPS redundantes, o grupo gerador deve ser dimensionado
XVDQGR FRPR UHIHUrQFLD R YDORU FRPELQDGR GDV FODVVL¿FDo}HV QRPLQDLV GH FDGD XP GRV 836 2V VLVWHPDV836
FRPSRVWRVSRUFRQMXQWRVGHXQLGDGHV836UHGXQGDQWHVVmRXWLOL]DGRVSULQFLSDOPHQWHHPVLWXDo}HVQDVTXDLVXPGRV
UPS deve servir como reserva de outro UPS (e vice-versa) e ambos permanecem “on-line” em tempo integral, cada um
deles funcionando com 50% de sua carga nominal, ou menos.
2V HTXLSDPHQWRV GR WLSR 836 FRVWXPDP DSUHVHQWDU HVSHFL¿FDo}HV GLYHUVL¿FDGDV TXDQWR j TXDOLGDGH GD HQHUJLD
dependendo do seu modo de operação. No momento em que um UPS é ligado e ocorre uma elevação súbita no valor
GDFRUUHQWHHOpWULFDDWUDYpVGRVHXUHWL¿FDGRUGHWHQVmRSRGHPRFRUUHURVFLODo}HVGHWHQVmRHIUHTrQFLDUHODWLYDPHQWH
grandes sem que haja interrupção no funcionamento do aparelho. Todavia, quando é habilitado o modo “bypass” (“Bypass
0RGH´ em um UPS, tanto a freqüência quanto a tensão na rede devem ser mantidas em valores muito estáveis, caso
contrário poderá ocorrer uma condição de “alarme”. Esta condição ocorre caso a freqüência ou a tensão CA na entrada
do UPS sofra alguma mudança repentina resultante de uma carga transiente no grupo gerador. Durante uma variação
transiente na entrada de tensão de aparelhos UPS estáticos que utilizam semicondutores de potência como chaves
comutadoras para o modo “bypass” com devem romper o sincronismo com a fonte de energia e desabilitar o ³E\SDVV´.
1RWD2PRGR³E\SDVV´ é um recurso comum em aparelhos do tipo UPS e permite que os UPS se mantenham operacionais
mesmo quando submetidos a uma sobrecarga ou durante um serviço de reparo ou manutenção preventiva do UPS. Na
prática o modo “bypass” é um tipo de conexão direta, ou ponte, entre a entrada e a saída de tensão do UPS.
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
$N:
5DPSV
5N: 5N9$[53)
5N9$ N9$GH6DtGD[7D[DGH5HFDUJD·(¿FLrQFLD
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:
6N9$ 5N9$
63) 53)
3DUDSXOVRV$N: [5N:
3DUDSXOVRV$N: [5N:
3DUDSXOVRV$N: [5N:
&RP¿OWURGHHQWUDGD $N: [5N:SDUDHSXOVRV
$N: [5N:SDUDSXOVRV
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR[
APÊNDICE A
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
238
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
&iOFXORVSDUDFDUJDVGLYHUVDV
9HMDDEDL[RGHVFULo}HVSDUDGLYHUVRVWLSRVGHFDUJDVHRVGLIHUHQWHVFiOFXORVTXHRVRIWZDUH*HQ6L]HXWLOL]DSDUD
GLYHUVRVWLSRVGHFDUJDVFODVVL¿FDGDVFRPRJHQpULFDV
&iOFXORVGHFDUJDSDUDHTXLSDPHQWRGHVROGDJHP
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
3N:
3N9$
63)
$N:
5DPSV
6H5N9$IRULQIRUPDGR5N: 5N9$[53)
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
6H5DPSVIRULQIRUPDGR5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:
6N9$ 6N:·63)
3N: 3N9$[63)
&RQIRUPHGLJLWDGRRX ‘3N9$ 3DPSV[WHQVmR·
‘3N9$ 3DPSV[WHQVmR[·
63) 6N9$·6N:
$N: 5N:
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR
‘5DPSV 5N9$[·WHQVmR[
&iOFXORVJHUDLVSDUDFDUJDVHPWRPDGDVGHIRUoD
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
3N:
3N9$
$N:
5DPSV
5N: N:,QIRUPDGD
5N9$ 5N:·53)
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6N: 5N:
6N9$ 6N:·63)
63) 53)
3N: 5N:
3N9$ 5N9$
$N: 5N:
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)[
&iOFXORGHFDUJDVGH¿QLGDVSHORXVXiULR
5N:
5N9$
RPF
6N:
6N9$
63)
3N:
3N9$
$N:
5DPSV
6HN:IRULQIRUPDGR5N: .:
6HN9$IRULQIRUPDGR5N: N9$[53)
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘5N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
6HN:IRULQIRUPDGR5N9$ 5N:‘53)
6H5N9$IRULQIRUPDGR5N9$ N9$
6H5DPSVIRULQIRUPDGR ‘5N9$ 5DPSV[WHQVmR·
‘5N9$ 5DPSV[WHQVmR[·
Fator de potência de funcionamento conforme informado ou padrão
6HN:IRULQIRUPDGR6N: N:
6HN9$IRULQIRUPDGR6N: 6N9$[63)
6HLQIRUPDGR$PSVGH3DUWLGD‘6N: 5DPSV[WHQVmR[53)·
‘6N: 5DPSV[WHQVmR[53)[·
6N9$ 6N:·63)
63) 53)H[FHWRSDUD+,'RQGH63)SDGUmR H53) 3N: 6N:
3N9$ 6N9$
$N: 5N:
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)
‘5DPSV 5N:[·WHQVmR[53)[
APÊNDICE A
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Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
239
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura A-2. “Tela de Projeto” do aplicativo GenSize
Entrada dos dados referentes às cargas na pasta
“Step” do software
'HSRLV GH GHFODUDU DV LQIRUPDo}HV EiVLFDV VREUH
cada uma das cargas no software GenSize, você deve
HVSHFL¿FDU RV GHWDOKHV SDUD FDGD XPD GDV FDUJDV GR
projeto na pasta ³6WHS´ (“Etapas”) do software. Abra a
pasta contendo os dados referentes à primeira carga
de “clicando” com o mouse na pasta ³6WHSV´ (“Etapas”),
localizada no lado esquerdo da tela do software. Note
que, inicialmente, não existem cargas projeto na pasta
³6WHS´ ³(WDSDV´ $ HVSHFL¿FDomR PDLV DGHTXDGD SDUD
a seqüência (seqüência de “Etapas”) na qual as cargas
devem ser acionadas pode permitir que a capacidade
(tamanho) necessária para o grupo gerador possa ser
reduzida. Isto pode ser feito por meio do uso de diversos
comutadores de transferência para conectar as cargas ao
grupo gerador em diferentes momentos, simplesmente
ajustando-se os tempos de retardo para ativação de
cada comutador. É necessário apenas aguardar alguns
segundos entre cada uma das etapas de acionamento
das cargas para permitir que o grupo gerador se estabilize
APÊNDICE A
à medida que cada carga é acionada etapa por etapa.
Para inserir cargas individuais na pasta ³6WHS´ (“Etapas”),
clique e arraste, com o cursor do mouse, a carga
selecionada até a pasta ³6WHS´ (“Etapas”). Depois de
incluir a carga na pasta ³6WHS´ (“Etapas”), você poderá
HVSHFL¿FDU D TXDQWLGDGH GH FDUJDV QD SDVWD FOLFDQGR
com o botão direito do mouse (abrindo um menu)
e selecionando o item de menu ³6HW 4XDQWLW\´ (“Ajustar
4XDQWLGDGH´ 2XWUD IRUPD GH ID]HU LVWR p UHSHWLQGR
o processo de clicar e arrastar, sempre que se clicar
e arrastar uma carga para a pasta ³6WHS´ (“Etapas”),
a quantidade de cargas será aumentada.
Para inserir diversas cargas numa única etapa de ativação,
clique na pasta de cargas para exibir todas as cargas no
lado direito da tela do software. Usando as teclas “Shift”
ou “Ctrl” e o mouse, selecione as cargas desejadas, clique
em qualquer uma das cargas selecionadas à direita e as
arraste para a pasta ³6WHS´ (“Etapas”). Todas as cargas
selecionadas deverão aparecer como incluídas na pasta
³6WHS´ (“Etapas”) para a qual foram arrastadas.
Utilize a barra de ferramentas para incluir uma ou mais
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
240
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
pastas ³6WHS´ (“Etapas”) adicionais, conforme seja
necessário. Você poderá visualizar os detalhes sobre as
cargas e a seqüência de etapas de ativação das cargas
utilizando a opção ³9LHZ´ (“Visualizar”) do menu para
saber em quais das etapas as cargas individuais foram
inseridas ou para obter um resumo de todas as cargas
em cada uma das etapas.
&RQVLGHUDo}HV VREUH DV HWDSDV GH DWLYDomR
das cargas
3DUD PXLWDV DSOLFDo}HV R JUXSR JHUDGRU GHYH VHU
dimensionado para ser capaz de acionar todas as cargas
simultaneamente, em uma única etapa. Para outras
DSOLFDo}HV p PDLV YDQWDMRVR DFLRQDU HP SULPHLUR OXJDU
as cargas que apresentem os maiores valores de pico de
consumo de potência durante a partida e só depois que estas
cargas já estiverem em funcionamento, acionar as demais
cargas em diferentes etapas. A seqüência de acionamento
GDVFDUJDVWDPEpPSRGHVHUHVSHFL¿FDGDSRUOHLVRXFyGLJRV
TXH HVSHFL¿TXHP TXH DV FDUJDV GH HPHUJrQFLD GHYHP
ser as primeiras a serem acionadas, então o equipamento
³VWDQGE\´HSRU¿PDVFDUJDVRSFLRQDLV
A seqüência de etapas de acionamento de grupos
geradores pode ser realizada por meio de comutadores de
transferência com regulagem dos tempos de acionamento,
por meio de um seqüenciador de cargas ou por meio de
algum outro controlador, como um CLP (Controlador Lógico
Programável), por exemplo. Você pode usar este aplicativo
para informar ao seu distribuidor quantas etapas de partida
de cargas são necessárias para a sua aplicação. Lembrese que, embora haja uma seqüência inicial controlada para
o acionamento de cargas, podem ocorrer paradas não
controladas (imprevistas) de cargas assim como partidas
não controladas de certas cargas. Você talvez queira
YHUL¿FDURVYDORUHVGDVFDUJDVGHSLFRVREWDLVFRQGLo}HV
de transferência com regulagem para tempos retardo
escalonados ou um seqüenciador de ativação das cargas.
Partida em uma única etapa com um “Fator de
Diversidade”
Este processo é semelhante à partida simultânea em uma
única etapa, exceto pelo fato de que deve ser aplicado
um “fator de diversidade estimada” (cujo valor está em
torno de 80%) para reduzir os valores totais de consumo
GHSRWrQFLD6N9$H6N:HSDUDOHYDUHPFRQWDDDWXDomR
de outros sistemas de controle de partida automática que
estejam incorporados nos próprios equipamentos de carga.
Partida em diversas etapas
Em geral, a partida seqüenciada das cargas (quando
possível de ser efetuada) permite a seleção e instalação
GHXPJUXSRJHUDGRUGHPHQRUSRUWH2VRIWZDUH*HQ6L]H
SUHVVXS}H TXH KDYHUmR WHPSRV GH UHWDUGR DGHTXDGRV
(normalmente, de 5 a 10 segundos) para a ativação das
diversas cargas em etapas, de modo que a tensão e a
freqüência do grupo gerador possam se estabilizar entre
cada uma das etapas.
Considere os seguintes fatores quando forem utilizados
controles ou sistemas de retardo para a ativação seqüencial
HPHWDSDVGDVFDUJDVFRQHFWDGDVDRJUXSRJHUDGRU
‡
2 PRWRU HOpWULFR GH PDLRU FDSDFLGDGH GHYH VHU
acionado em primeiro lugar.
‡
4XDQGR IRU GDGD SDUWLGD HP PRWRUHV HOpWULFRV TXH
utilizem unidades eletrônicas de controle de tensão
(VFD ou VSD) a regra de acionamento do maior motor
HP SULPHLUR OXJDU SRGHUi QmR VH DSOLFiYHO 2 XVR GH
unidades eletrônicas para a partida e acionamento de
motores elétricos permite que o projetista controle melhor
a carga real aplicada ao grupo gerador, controlando a
carga de corrente máxima, a taxa de aplicação da carga,
HWF2TXHGHYHVHUOHPEUDGRHPUHODomRDHVWDVFDUJDV
pTXHHODVVmRPDLVVHQVtYHLVjVYDULDo}HVGHWHQVmRGR
que os motores elétricos acionados por meio de partida
direta (simplesmente conectados à rede elétrica).
‡
'HL[H SDUD DFLRQDU RV HTXLSDPHQWRV GR WLSR 836
por último. Normalmente, os equipamentos UPS são
VHQVtYHLVDYDULDo}HVGHIUHTrQFLDHVSHFLDOPHQWH
à taxa de mudança da freqüência. Um grupo gerador
que já esteja em funcionamento e com cargas será
mais estável ao aceitar uma carga do tipo UPS.
‡
3DUD FDGD HWDSD GH DFLRQDPHQWR D SRWrQFLD 6N:
requerida corresponde ao total da potência RkW
do(s) passo(s) anterior(es) somada à potência SkW
para a etapa da vez.
'LUHWUL]HVSDUDDGH¿QLomRGHXPDVHTrQFLDGH
HWDSDVSDUDDWLYDomRGHFDUJDV
3DUWLGDHPXPD~QLFDHWDSD3DUWLGDVLPXOWkQHD
GHWRGDVDVFDUJDVHPXPD~QLFDHWDSD
Uma abordagem utilizada de maneira comum é presumir
que a partida de todas as cargas conectadas ao grupo
gerador será feita em uma única etapa, independente
do número de comutadores de transferência utilizados.
Esta suposição resultará em critérios de escolha
mais conservadores para o grupo gerador e, muito
provavelmente, na escolha de um grupo gerador de
maior porte. Utilize o critério do acionamento simultâneo
de todas as cargas para o dimensionamento do grupo
gerador a menos que a instalação possa ser acrescida
com determinados recursos, tais como vários comutadores
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
241
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
5HFRPHQGDo}HVHUHODWyULRV
$V LQIRUPDo}HV DEDL[R DMXGDUmR D FRPSUHHQGHU FRPR p
gerada a recomendação do software GenSize para um
determinado grupo gerador assim como os relatórios
gerados pelo programa. A Figura A-3 apresenta a tela
padrão na qual o GenSize exibe a sua recomendação para
o modelo de grupo gerador da Cummins Power Generation
que melhor se adequa aos parâmetros do projeto. Esta tela
pode ser alternada com a tela exibida na Figura A-4, na qual
podem ser vistos todos os modelos de grupos geradores que
VHDSUR[LPDPGRVSDUkPHWURVHVSHFL¿FDGRV7DPEpPSRGH
ser útil visualizar a última tela para analisar as diferenças de
desempenho entre todos os modelos que podem realizar
DV WDUHIDV GH¿QLGDV QR SURMHWR VHQGR TXH TXDOTXHU XP
dos equipamentos poderia ser escolhido para o projeto de
instalação. Também é possível imprimir relatórios técnicos
para distribuição, avaliação e revisão.
2V PRGHORV ³UHFRPHQGDGRV´ VmR DSUHVHQWDGRV QD
metade superior da tela e destacados na cor verde. Na
metade inferior são apresentados os parâmetros para o
JUXSRJHUDGRUUHFRPHQGDGRTXHVmR
‡
5HTXLVLWRV GR JUXSR JHUDGRU (“Generator Set
5HTXLUHPHQWV´ 1HVWD OLVWD p DSUHVHQWDGR XP
UHVXPR FRP RV SDUkPHWURV 6HUYLoR 7HQVmR
Altitude, Fase, Quedas de Tensão e etc.
‡
5HTXLVLWRV SDUD R DFLRQDPHQWR GH FDUJDV H SLFRV
de consumo de potência (“Load Running / Surge
5HTXLUHPHQWV´ $TXL HVWmR UHVXPLGRV WRGRV RV
requisitos para as cargas do projeto. A opção Pct.
Rated Load fornece um modo rápido para determinar
quanto da capacidade de funcionamento do grupo
gerador está sendo utilizada.
‡
&RQ¿JXUDomR GR JUXSR JHUDGRU (“Generator Set
&RQ¿JXUDWLRQ´(VWDJXLDDSUHVHQWDXPDOLVWDRQGH
é informado o tamanho da carcaça do alternador,
o número de terminais, informa se o alternador é
reconectável, se possui uma capacidade maior para
partida do motor, a sua faixa de tensão, se o alternador
possui um “stack” estendido e se pode fornecer uma
saída de tensão monofásica plena. Ela também
apresenta o modelo do motor, a sua cilindrada, o
número de cilindros, o tipo de combustível e os
valores limites para despotenciamento em função
da altitude e da temperatura ambiente, e valores
máximos permitidos para inclinação ³VORSH´.
$JXLDGHUHODWyULRVDSUHVHQWDLQIRUPDo}HVVREUHRJUXSR
gerador recomendado e permite a comparação com
outros grupos geradores. Eis uma relação de alguns
WtWXORVLPSRUWDQWHVQHVWDJXLD
APÊNDICE A
3RWrQFLD1RPLQDO/RFDO6WDQGE\3ULPHHPN:
³6LWH5DWHG6WDQGE\3ULPHN:´
Apresenta a potência nominal local (em kW) para
DSOLFDo}HVGRWLSR³(QHUJLD3ULPH´RX³6WDQGE\´RVHUYLoR
SDUD DSOLFDo}HV GR WLSR ³(QHUJLD 3ULPH´ Mi HVWi UHGX]LGD
em 10%). Caso o valor seja apresentado na cor YHUPHOKD,
a potência nominal local (kW) é menor do que a potência
de funcionamento da carga (kW), ou a potência da carga
de funcionamento (kW) é menor que 30% da potência
nominal ajustada ao local (kW). Um grupo gerador que
seja recomendado deve satisfazer aos requisitos para
acionamento da carga deve operar com pelo menos 30% da
capacidade nominal para que seja considerado adequado.
Caso o valor seja apresentado na cor DPDUHOD, a potência
de acionamento da carga (em kW) é menor que 30% da
potência nominal ajustada ao local. A utilização de grupos
geradores com menos de 30% de sua carga nominal
pode ser feita reduzindo-se o valor percentual mínimo da
carga nominal no menu “Novos Parâmetros de Projeto”
³1HZ3URMHFW3DUDPHWHUV´.
3RWrQFLD QRPLQDO Pi[LPD GR DOWHUQDGRU GR
/RFDO (OHYDomR GH 7HPSHUDWXUD ³6LWH 5DWHG
$OWHUQDWRU0D[N:7HPSHUDWXUH5LVH´
Apresenta a potência nominal (em kW) do alternador
no local, para a elevação de temperatura selecionada
na opção de parâmetros do projeto. Caso o valor
seja apresentado na cor YHUPHOKD, o alternador não
poderá manter a elevação de temperatura conforme a
HVSHFL¿FDomRGDFDUJDFRQHFWDGDWDQWRSDUDDSRWrQFLD
de funcionamento (em kW) quanto para a potência do
alternador (em kW).
3RWrQFLD QRPLQDO Pi[LPD GR DOWHUQDGRU GR
/RFDO (OHYDomR GH 7HPSHUDWXUD ³6LWH 5DWHG
$OWHUQDWRU0D[N9$7HPSHUDWXUH5LVH´
Apresenta a potência nominal (em kVA) do alternador no
local, para a elevação de temperatura ajustada na opção
“Novos Parâmetros de Projeto” (“New Project Parameters”).
Caso o valor seja apresentado na cor YHUPHOKD, o
alternador não poderá manter a elevação de temperatura
para o requisito de potência (kVA) de funcionamento da
carga. A capacidade nominal máxima de potência (em
kVA) do alternador é mostrada na tabela.
Todavia, o limite de altitude para alternadores é de 1000
metros (3280 pés) e o limite de temperatura é de 40°C (104°F).
A potência máxima do alternador (kW) será reduzida em 3%
para cada 500 metros (1640 pés) de altitude acima do limite
mínimo e 3% para cada 5°C (9°F) de temperatura acima do
limite máximo.
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
242
Figura A- 3. -DQHODGH&RQ¿JXUDomRGR*UXSR*HUDGRU5HFRPHQGDGR
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
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243
Figura A-4. Janela “Todos os Grupos Geradores”
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE A
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244
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3RWrQFLDV 1RPLQDLV 0i[LPDV GR /RFDO 6N: H
6N9$³6LWH5DWHG0D[6N:DQG0D[6N9$´
Apresenta os valores das potências nominais máximas
do local da instalação SkW e SkVA (reduzidas quando
necessário conforme altitude e temperatura ambiente)
TXH D FRQ¿JXUDomR GR JUXSR JHUDGRU SRGH DFRPRGDU
Caso o valor seja apresentado na cor vermelha, o grupo
gerador não será capaz de recuperar o valor da tensão
para um mínimo de 90% da tensão nominal com carga
de Passo ou uma carga de Pico. Uma das premissas
para o dimensionamento do sistema para suportar uma
carga de pico é que, com uma carga de pico aplicada,
o grupo gerador deva ser capaz de recuperar até 90%
da tensão nominal de modo que os motores possam
desenvolver um torque de aceleração adequado. Caso o
grupo gerador consiga recuperar até 90% da sua tensão
nominal, um motor irá desenvolver 81% do seu torque
nominal, valor que, segundo a experiência tem ensinado,
fornece um desempenho aceitável para a partida de
motores elétricos.
Caso o valor seja exibido na cor amarela, o grupo gerador
poderá recuperar sua tensão até um mínimo de 90% da
sua tensão nominal com a carga de pico requerida, mas
VRPHQWHSRUTXHDHVSHFL¿FDomRSDUDRSLFRIRLUHGX]LGD
2VRIWZDUH*HQ6L]HSRGHUHGX]LUDHVSHFL¿FDomRSDUDR
pico em reconhecimento ao fato de que a tensão de saída
do grupo gerador é reduzida durante a partida de cargas
com requisitos de energia de partida que se aproximam
da capacidade máxima do grupo gerador.
deverá limitar a elevação de temperatura do alternador
DR YDORU HVSHFL¿FDGR QD RSomR ³1RYRV 3DUkPHWURV GH
Projeto” ³1HZ3URMHFW3DUDPHWHUV´.
([FLWDomR³([FLWDWLRQ´
Apresenta o tipo de sistema de excitação fornecido
com o grupo gerador. Caso o valor seja exibido na cor
vermelha, o grupo gerador será excitado por uma ponte
e a porcentagem da carga não-linear excederá 25% da
HVSHFL¿FDomRGHIXQFLRQDPHQWRGDFDUJD5N:2VLVWHPD
GHH[FLWDomR30*pUHFRPHQGDGRSDUDDSOLFDo}HVTXH
tenham grande quantidade de cargas lineares. A menos
que a opção PMG não esteja disponível, a Cummins
Power Generation não recomenda o uso de grupos
geradores com excitação por ponte caso a exigência de
FDUJD QmROLQHDU VHMD PDLRU TXH GD HVSHFL¿FDomR
total de carga.
$ HVSHFL¿FDomR GH FDUJD QmROLQHDU p FDOFXODGD
adicionando-se a potência de acionamento de todas as
cargas onde a potência do alternador (em kW) excede
a potência de acionamento (em kW). Este é o caso das
cargas de equipamentos UPS, motores de freqüência
variável e motores de partida de contato permanente que
não estejam equipados com um desvio automático. Esta
soma da potência do alternador (em kW) é então dividida
pela soma da potência de acionamento (em kW) de todas
as outras cargas.
3RU TXH XP JUXSR JHUDGRU QmR SRGH VHU
recomendado?
(OHYDomR GD WHPSHUDWXUD HP FDUJD SOHQD
³7HPSHUDWXUHHOHYDWLRQDWIXOOORDG´
Vários fatores podem fazer com que um grupo gerador não
VHMDUHFRPHQGDGRSDUDXPDGHWHUPLQDGDDSOLFDomR
Apresenta a elevação de temperatura que o alternador
não deverá exceder enquanto estiver gerando energia
até o valor nominal de carga plena (inclusive) do grupo
gerador. Cada modelo de grupo gerador pode ser
equipado com um ou mais modelos diferentes destes
alternadores com diferentes taxas de elevação de
WHPSHUDWXUDTXHSRGHUmRVHUHVSHFL¿FDGRVVHJXQGRRV
SDUkPHWURV GR SURMHWR ƒ& ƒ& ƒ& H ƒ&
2EYLDPHQWH D HOHYDomR GH WHPSHUDWXUD HIHWLYD GH XP
alternador depende da carga efetiva conectada. Por este
motivo, o software GenSize poder recomendar um grupo
gerador com uma opção para elevação de temperatura
PDLRURXPHQRUGRTXHDHVSHFL¿FDGDQDRSomR³1RYRV
Parâmetros de Projeto” ³1HZ 3URMHFW 3DUDPHWHUV´
pois esta recomendação baseia-se no valor da carga
conectada ao gerador. A carga conectada pode ser menor
do que a capacidade de carga plena do grupo gerador ou,
no caso de cargas não-lineares, pode ser exigido que o
alternador tenha uma capacidade nominal maior do que a
HVSHFL¿FDGD(PTXDLVTXHUGRVFDVRVDUHFRPHQGDomR
‡
‡ $HVSHFL¿FDomRSDUDDSRWrQFLDGHDFLRQDPHQWR
(em kW) pode exceder a capacidade nominal do grupo
gerador. Parâmetros de projeto tais como altitude,
WHPSHUDWXUDDPELHQWHHXWLOL]DomRHPDSOLFDo}HVGR
tipo “Energia Prime” podem “despotenciar” o grupo
gerador sem atingir os requisitos do projeto.
‡
A potência de acionamento (em kW) pode ser menor
TXH R YDORU PtQLPR HVSHFL¿FDGR HQWUH H da capacidade nominal do grupo gerador, contida
nos parâmetros do projeto (30% corresponde ao
valor padrão recomendado pela Cummins Power
Generation).
‡
$ HVSHFL¿FDomR SDUD XPD SRWrQFLD GH SLFR HP
kW) pode exceder a capacidade do gerador, que
será inferior aos requisitos do projeto devido ao
“despotenciamento” causado pelo efeito da altitude
RX GD WHPSHUDWXUD DPELHQWH 2 VRIWZDUH *HQ6L]H
utiliza a potência cumulativa (em kW) e a potência
de pico (em kW) mais elevadas para determinar a
potência de pico de carga (em kW).
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
245
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
‡
A potência de pico (em kVA) pode exceder a
FDSDFLGDGH GR JUXSR JHUDGRU $ HVSHFL¿FDomR
para a potência de pico (em kVA) é semelhante à
HVSHFL¿FDomR GH SRWrQFLD GH SLFR HP N: H[FHWR
pelo fato de que não há “despotenciamento” causado
SHORHIHLWRGDDOWLWXGHRXGDWHPSHUDWXUDDPELHQWH2
software GenSize utiliza o valor mais elevado para a
potência cumulativa e a potência de pico (se houver,
em kVA) para determinar o requisito para a potência
de pico da carga (em kVA).
‡
A potência necessária do alternador (em kW)
ultrapassa a capacidade do alternador, que pode ter
sido “despotencializada” por efeito da altitude ou da
temperatura ambiente conforme os parâmetros do
projeto. Todavia, o limite de altitude para alternadores
é 1000 metros (3280 pés) e o limite de temperatura é
40°C (104°F). A potência do alternador (em kW) poderá
ser reduzida em 3% para cada 500m (1640 pés) de
altitude acima do limite mínimo e 3% para cada 5°C
(9°F) de temperatura ambiente acima do limite máximo.
‡
A potência necessária para o alternador (em kVA)
pode exceder a capacidade do alternador, que pode
ter sido “despotencializada” por efeito da altitude ou
da temperatura ambiente da mesma forma que a
potência do alternador (em kW).
‡
$ HVSHFL¿FDomR SDUD R YDORU WRWDO FRUUHVSRQGHQWH
a cargas não-lineares pode ultrapassar 25% da
HVSHFL¿FDomR WRWDO GH FDUJD ,VWR H[FOXL JHUDGRUHV
com excitação por ponte nos quais a excitação PMG
QmRHVWiGLVSRQtYHO$HVSHFL¿FDomRSDUDRYDORUWRWDO
correspondente a cargas não-lineares corresponde à
soma dos valores da potência do alternador (em kW)
de todas as cargas não-lineares.
‡
‡
As quedas calculadas de tensão e freqüência podem
exceder os limites ajustados nos parâmetros do projeto.
‡ A queda de tensão de partida é calculada
XVDQGRVH R PDLRU GH GRLV YDORUHV TXHGD
baseada na potência de Passo máxima (em kW)
ou na potência de Passo máxima (em kVA).
‡ A queda de tensão de pico é calculada somente
se as cargas do projeto apresentarem um pico
de acionamento (cargas cíclicas) ou cargas de
equipamentos médicos para processamento de
imagens que têm um alto consumo de potência
de pico quando utilizados.
‡ A queda de freqüência é calculada usando-se o
PDLRUGHQWUHHVWHVGRLVYDORUHVDSRWrQFLDGH3DVVR
máxima (em kW) ou a potência de Passo (em kVA)
de cargas que apresentam pico de funcionamento.
A mensagem, “No generator set is available that
PHHWV \RXU UXQQLQJ ORDG UHTXLUHPHQWV´ (“Não há
grupos geradores que atendam aos requisitos de
APÊNDICE A
FDUJD GH IXQFLRQDPHQWR´ JHUDOPHQWH VLJQL¿FD TXH
houve alguma alteração na opção “Novos Parâmetros
de Projeto” ³1HZ 3URMHFW 3DUDPHWHUV´ após a carga
GH IXQFLRQDPHQWR WHU VLGR HVSHFL¿FDGD 3RU H[HPSOR
esta mensagem será exibida caso o tipo de combustível
seja alterado de óleo diesel para gás natural, ou caso
seja alterada a opção “Sem Atenuação de Ruído” para
a opção “Local Sem Ruído” ³4XLWH6LWH´ e caso a carga
GHIXQFLRQDPHQWRHVSHFL¿FDGDH[FHGDDFDSDFLGDGHGR
maior grupo gerador acionado por gás natural ou com
a opção Quite Site disponível. A mensagem também
SRGHVLJQL¿FDUTXHVHXSURMHWRpWDOTXHQmRKDMDXP
grupo gerador na linha de produtos da Cummins Power
Generation. Numa situação como esta a redução da
porcentagem mínima da carga nominal nos parâmetros
do projeto poderia permitir a recomendação de um grupo
gerador. Se este for o caso, consulte seu distribuidor
Cummins Power Generation local para obter ajuda.
‡
A mensagem, “No generator set is available which
meets your frequency or voltage dip requirements” (Não
há grupos geradores que atendam aos seus requisitos
de queda de tensão ou de freqüência) geralmente
VLJQL¿FDTXHRUHTXLVLWRGHSLFRGHDOJXPDGDVFDUJDV
acionadas em etapas está forçando a seleção de um
grupo gerador superdimensionado que a sua carga
para funcionamento em regime de alimentação estável
caia abaixo de 30% da capacidade do grupo gerador.
Como a Cummins Power Generation não recomenda
a operação de seus equipamentos com uma potência
abaixo de 30% de sua capacidade nominal, nenhum
gerador poderá ser recomendado. Caso esta situação
DFRQWHoDSRGHUmRKDYHUDOJXPDV
‡
‡
‡
‡
‡
‡
Aumentar o valor permitido para a queda de tensão ou de freqüência.
Reduzir a porcentagem mínima da carga nominal para menos de 30%.
Acionar as cargas em um número maior de
etapas para diminuir a carga de pico de cada
uma das etapas.
Equipar a instalação com equipamentos que permitam a partida de motores com tensão reduzida.
Conectar diversos grupos geradores em paralelo.
Adicionar cargas que não tenham um alto pico
de partida (luzes, cargas resistivas, etc.).
5HODWyULRV
Vários tipos de relatórios podem ser gerados para o projeto
DEHUWR 'HWDOKHV VREUH D VHTrQFLD GH FDUJDFDUJD
Detalhes sobre o seqüenciamento de carga e quedas, e
sobre o gerador recomendado. Estes relatórios podem
VHUH[LELGRVQDWHODSDUDTXHVHMDPIHLWDVUHYLV}HVDQWHV
de sua conclusão, podem ser salvos para transmissão ou
impressos. A Figura A-5 é um exemplo de relatório para
um Gerador Recomendado.
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
246
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Figura A-5. Relatório apresentando as características do grupo gerador (no modo “visualização”).
APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
247
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
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APÊNDICE A
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
248
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE B
APÊNDICE B ..................................................................................................... 249
$3Ç1',&(%
Partida de motor elétrico utilizando tensão reduzida............................................... 249
Uma comparação entre os métodos de partida de um motor elétrico.............. 249
Partida de um motor elétrico com tensão plena ............................................... 250
Partida de um motor elétrico com autotransformador - “Transição aberta”...... 250
Partida de um motor elétrico com autotransformador - “Transição fechada” ... 251
Partida de um motor elétrico utilizando um reator - “Transição fechada”......... 251
Partida de um motor elétrico utilizando um resistor - “Transição fechada” ...... 252
Partida de um motor elétrico “Estrela-Triângulo” - “Transição fechada”........... 252
Partida de um motor elétrico utilizando enrolamento parcial (“Part winding”) “Transição fechada”.................................................................................... 253
Partida de um motor elétrico equipado com “rotor com enrolamento” ou
“rotor bobinado” (“wound rotor”)................................................................... 253
Partida de um motor síncrono .......................................................................... 254
1RWDVJHUDLVVREUHDSOLFDo}HV ......................................................................... 254
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
Página deixada intencionalmente em branco
$3Ç1',&(%
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
APÊNDICE B
3DUWLGDGHPRWRUHOpWULFRXWLOL]DQGRWHQVmRUHGX]LGD
Embora uma queda de tensão possa, freqüentemente, causar diversos problemas, uma redução controlada da tensão
QRVWHUPLQDLVGHXPPRWRUHOpWULFRSRGHVHUEHQp¿FDTXDQGRXVDGDSDUDGLPLQXLURFRQVXPRGHSRWrQFLDN9$GH
SDUWLGDGHXPPRWRUHPDSOLFDo}HVRQGHRWRUTXHUHGX]LGRGRPRWRUSRVVDVHUDFHLWiYHO5HGX]LUDSRWrQFLDN9$GH
partida de um motor elétrico permite reduzir o tamanho e a capacidade do grupo gerador necessário, diminuir as quedas
GHWHQVmRHSHUPLWLUXPDSDUWLGDPDLV³VXDYH´SDUDFDUJDVGRWLSRPRWRUHOpWULFR&HUWL¿TXHVHHQWUHWDQWRGHTXHR
PRWRUHOpWULFRGHVHQYROYHUiXPWRUTXHVX¿FLHQWHSDUDDFHOHUDUDFDUJDPHFkQLFDVREDVFRQGLo}HVGHWHQVmRUHGX]LGD
Além disso, um sistema eletrônico que faça o caionamento de um motor elétrico e que faça a transição entre as etapas
de “partida” e “funcionamento” poderá causar uma condição do tipo “pico de consumo de corrente de partida” (“inrush
current”) quase tão grave quanto as que ocorrem durante a partida de motores elétricos por meio da sua conexão direta
à rede elétrica (a menos que o motor elétrico esteja na “rotação de sincronismo”, ou numa rotação próxima, no momento da transição). Isto poderá causar uma queda inaceitável de tensão e há o risco do sistema de partida controlada do
motor (“starter”) ser desativado.
8PDFRPSDUDomRHQWUHRVPpWRGRVGHSDUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFR
A 7DEHOD%apresenta uma comparação entre os efeitos da partida com tensão plena, partida com autotransformador
HSDUWLGDFRPUHVLVWRUSDUDXPPRWRUGHKS3URMHWR%&yGLJR*&RPRpPRVWUDGRQDWDEHODDSDUWLGDFRPDMXGD
de um autotransformador exige um menor esforço do motor mecânico do grupo gerador. A partida de um motor com a
tensão reduzida por um resistor consome mais potência (energia do motor mecânico) do que uma partida por meio da
simples conexão direta do motor elétrico com a rede de energia.
7,32'(02725'(3$57,'$
$87275$16)250$'25
5(6,6725
7HQVmR3/(1$
% da tensão aplicada (“tap”)
65
50
100
% da tensão plena
(multiplicador)*
0.42
0.50
1.0
.9$GHSDUWLGDFRPPRWRUGHSDUWLGD
de tensão reduzida
[ [ [ .:GHSDUWLGDFRPPRWRUGHSDUWLGD
de tensão reduzida (kVA x PF)
[ [ [ kVA de Funcionamento
46
46
46
*
**
***
****
kW de Funcionamento
41
41
Veja a Tabela 3-4
Veja a Tabela 3-5 e multiplique a potência (hp) de 50 pelo fator de 5.9 para o Código de Letra G.
Veja a Tabela 3-6
Veja SPF para Resistor na Tabela 3-4
41
7DEeOa% Comparação dos processos de partida de um motor elétrico com tensão reduzida.
$3Ç1',&(%
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
249
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPWHQVmRSOHQD
Partida: A partida de um motor elétrico por meio da conexão direta do motor com a rede elétrica, utilizando tensão total
da rede, é o processo utilizado com mais frequencia, a menos que seja necessário reduzir a potência (kVA) para a partida do motor devido a uma limitação da capacidade de potência do grupo gerador ou ao limite para a queda de tensão
durante a partida de um motorelétrico. Não há qualquer restrição relativa à potência do motor (Hp), capacidade, tensão
ou tipo de motor.
1RWDVGH$SOLFDomR Este é o método é mais comum de acionamento de um motor elétrico devido à sua simplicidade,
FRQ¿DELOLGDGHHFXVWRLQLFLDO2EVHUYHTXHDVFXUYDVGHSRWrQFLDN9$HGHWRUTXHGXUDQWHHVWHWLSRGHSDUWLGDSHUPDQHFHPUHODWLYDPHQWHFRQVWDQWHVDWpTXHRPRWRUSUDWLFDPHQWHDWLQMDDVXDURWDomR¿QDO1RWHWDPEpPTXHRFRUUHXPSLFR
no valor do torque (e de potência) de aproximadamente de 300% do valor nominal quando a rotação se aproxima de 80%
do valor da rotação síncrona.
CURVAS TÍPICAS DE TORQUE E KVA
PARA MOTORES DE INDUÇÃO COM
GAIOLA DE ESQUILO
LINHA
3
2
MOTOR
1
PARTIDA: FECHA 1-2-3
FUNCIONAMENTO: SEM ALTERAÇÃO
kVA E TORQUE (% F. L.)
DIAGRAMA DE PARTIDA DO MOTOR
600
500
KVA
400
300
200
TORQUE
100
20
40
60
80
100
ROTAÇÃO (% SÍNCRONA)
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPDXWRWUDQVIRUPDGRU³7UDQVLomRDEHUWD´
Partida: 2DXWRWUDQVIRUPDGRUSHUPDQHFHFRQHFWDGRDRFLUFXLWRDSHQDVGXUDQWHRSURFHVVRGHSDUWLGDSDUDUHGX]LUD
tensão aplicada ao motor elétrico. Caso haja uma abertura acidental do circuito de conexão temporária ao autotransformador durante a transição (entre a tensão suprida pelo autotransformador e a tensão da rede elétrica) isto pode provocar
a ocorrência de graves transientes de tensão que podem, inclusive, ser causar o “desarme seletivo” (“nuisance tripping”)
de alguns dos disjuntores.
1RWDVGH$SOLFDomR A comutação de transição aberta durante a partida de motores elétricos com tensão reduzida deve
ser evitada nos casos em que a tensão suprida pela rede elétrica é gerada por um grupo gerador. Isso é especialmente
LPSRUWDQWHTXDQGRRVPRWRUHVQmRFRQVHJXHPDWLQJLUDVXDURWDomR¿QDOQRPRPHQWRHPTXHRFRUUHDWUDQVLomR2PRWLYR
GLVWRpTXHRPRWRUGLPLQXLDURWDomRHVDLGHVLQFURQL]DomRGXUDQWHDFRPXWDomRGHWUDQVLomR2UHVXOWDGRpVHPHOKDQWH
à conexão em paralelo de grupos geradores fora de fase. A potência (kVA) consumida pelo motor elétrico imediatamente
após a comutação pode ultrapassar a potência (kVA) de partida. Note também que o fator de potência de partida é menor
quando é utilizado um autotransformador.
CURVAS TÍPICAS DE TORQUE E KVA
PARA MOTORES DE INDUÇÃO COM
GAIOLA DE ESQUILO
8
7
LINHA
6
5
4
MOTOR
3
1
2
PARTIDA: FECHA 2-3-5-6-7
FUNCIONAMENTO: ABRE 2-3-5-6-7; FECHA 1-4-8
$3Ç1',&(%
kVA E TORQUE (% F. L.)
DIAGRAMA DE PARTIDA DO MOTOR
600
500
400
KVA
300
200
TORQUE
100
20
40
60
80
100
ROTAÇÃO (% SÍNCRONA)
Manual Nº T030G_PT (Rev. Dez/2011)
Traduzido do manual Nº T030G (Rev. Jan/2011)
250
Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água
3DUWLGDGHXPPRWRUHOpWULFRFRPDXWRWUDQVIRUPDGRU³7UDQVLomRIHFKDGD´
Partida: Durante este tipo de partida o circuito não é interrompido (aberto). Durante a transferência, parte do enrolamento
do autotransformador permanece no circuito como um reator em série com os enrolamentos do motor.
1RWDVGH$SOLFDomR A transição fechada é preferível em relação à transição aberta pois causa um menor distúrbio na
UHGHHOpWULFD2VLVWHPDGHFRPXWDomRWRGDYLDpPDLVFDURHFRPSOH[R(VWHpRPpWRGRGHSDUWLGDFRPWHQVmRUHGX]LGD
mais utilizado para grandes motores elétricos dos quais é exigido baixo torque para a movimentação de sua carga mecânica, tais como bombas de deslocamento de água servida (esgotos) e sistemas de refrigeração (“chillers”). A principal
vantagem deste método de partida é proporcionar maior capacidade de torque do motor em função da corrente elétrica
consumida em comparação com outros métodos de partida de tensão reduzida. A operação pode ser automática e/ou
remota. Note também que o fator de potência de partida é menor quando é utilizado um autotransformador.
DIAGRAMA DE PARTIDA DO MOTOR
CURVAS TÍPICAS DE TORQUE E KVA
PARA MOTORES DE INDUÇÃO COM
GAIOLA DE ESQUILO
LINHA
4
7
3
MOTOR
2
6
1
PARTIDA: FE