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Motores e geradores II - Avaliação patrimonial, consultoria

1. h Coeficiente de corre o k 1 25 vide corre o das condi es atmosf ricas Quantidade total de ar necess rio V 1 822 90 49 757 x 1 25 0 31 x 15 V 15 198 03 m h Se utiliz ssemos o gr fico da p gina anterior ter amos encontrado para 15 C de eleva o de temperatura admiss vel 40 m KVA h que multiplicados pela pot ncia do alternador 330 KVA com o fator de corre o k 1 25 resultaria em 16 500 m h 16 4 1 3 CORRE O POR INFLU NCIA DAS CONDI ES ATMOSFERICAS Todos os c lculos de volume de ar tem por base o peso espec fico do ar de 1 291 kg m a 0 C e 760 mm Hg e 60 de umidade relativa O peso espec fico reduzido em aproximadamente 0 045 kg m para cada eleva o da ordem de 10 C dentro da gama de temperaturas ocorrentes para este c lculo Para cada 10 mm Hg de redu o na press o do ar o peso espec fico reduzido em 0 015 kg m No caso de condi es atmosf ricas consideravelmente divergentes dos valores normais estas correla es devem ser levadas em conta mediante um coeficiente de corre o k com o qual multiplicada a quantidade de ar V encontrada O coeficiente de corre o resultar do baco a seguir desde que a temperatura e a press o barom trica existente no local da instala o sejam conhecidas Coeficiente de corre o da eso quantidade de ar para diferentes condi es atmosf ricas A linha ligando a temperatura 00 ambient
2. somar o comprimento geom trico ao comprimento equivalente das perdas de carga para encontrar o comprimento total d conhecendo se a vaz o dos gases de escape dever ser informada pelo fabricante do motor Diesel calcula se um di metro para a perda de carga desejada ou adota se um valor de di metro conhecido e testa se pelas f rmulas se a perda de carga produzida atende aos requisitos da instala o A tabela abaixo fornece os comprimentos equivalentes para as curvas de 90 de tubula es de escape As curvas de 45 devem ser consideradas como a metade das de 90 N o utilizar curvas joelhos com raio menor do que 2 5 vezes o di metro do tubo Evitar a utiliza o de curvas de gomos sempre que poss vel N o havendo outra alternativa considerar os valores de perda de carga em dobro dos indicados na tabela abaixo Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 38 i 7 19 i D z 2 E 48 E e OU M O q 30 7 7 7 D 2 7 F O z e o E E Z Vi E A Je a 7 i D r o 20 7 z 5 15 a A 10 4 AA 1 5 V 30 50 100 150 200 230 http www joseclaudio eng br Di metro d em mm Para o c
3. o dos componentes sujeitos a essas press es Os excitadores mais importantes s o as engrenagens de distribui o dos movimentos as v lvulas e seus mecanismos de acionamento os mbolos a bomba injetora os mancais da rvore de manivelas ao suportar oscila es cr ticas a Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 28 reverbera o da base e de pontos de contato e ainda as provenientes da for as de in rcia livres do acionamento da rvore de manivelas que excitam as partes do motor ou s o transmitidas base ou chassis b Ru dos da combust o s o causados pelo r pido aumento da press o na c mara de combust o ou vibra es de press o provocadas por combust o an mala batidas etc A frequ ncia de 0 5 at 2 5 kHz no primeiro caso ou 5 at 10 kHz no segundo Estes ru dos se tornam mais desagrad veis quando os ru dos mec nicos s o atenuados c Ru dos por varia o de carga s o provocados pela pulsa o do fluxo no sistema de suc o e de descarga Os amortecedores de ru do n o oferecem muita resist ncia ao fluxo cont nuo mas amortecem os picos das pulsa es O filtro de ar amortece os pulsos da admiss o e o silencioso de escape amortece os pulsos da descarga dos gases As restri es m ximas admiss veis s o de 200 mm de coluna d gua para o filtro de ar e de 1 500 mm de coluna d gua para o silencioso de escape motores de aspira o natural O silencioso deve ter
4. o s o fabricados para operar com temperatura ambiente m xima de 40 C e altitude de 1 000 m acima do n vel do mar Para servi o em condi es mais adversas necess rio corrigir para menos a pot ncia do alternador 13 4 CONCEITOS B SICOS SOBRE CORRENTE ALTERNADA Como visto no gerador elementar diz se que a corrente alternada quando muda de valor em fun o da posi o das espiras em rela o ao campo magn tico Fisicamente essas mudan as de valores instant neos ocorrem segundo a lei de Faraday matematicamente definida como veremos em seguida Sendo a posi o relativa da espira uma fun o de velocidade e tempo podemos substituir por wt e B v por Vp na equa o definida para a lei de Faraday e estabelecer que um alternador produz corrente el trica cujos valores instant neos obedecem a uma forma senoidal de onda determinada pelas seguintes equa es Corrente i lp sen wt Tens o v V sen w t q e a pot ncia instant nea p vi O ngulo q conhecido como ngulo de fase varia em fun o dos consumidores alimentados pelo alternador portanto uma caracter stica das cargas e seus valores se revestem de grande import ncia no dimensionamento dos componentes dos circuitos alimentados bem como sua corre o pode se tornar necess ria para evitar cobran a adicional pela concession ria de energia quando se verifica valores de cosp abaixo do limite contratual Nas figuras a seguir um
5. 120 Como dissemos anteriormente o alternador uma m quina s ncrona e que sua velocidade de rota o e freq ncia est o relacionadas com o n mero de p los Sendo f freq ncia em Hz N velocidade de rota o em rpm e Np n mero de p los temos que Assim um alternador de 60 Hz que trabalha a 1800 rpm tem 60 1 800 x Np 120 amp Np 4 p los Analogamente um alternador de 6 p los para gerar tens o em 60 Hz precisa girar a 60 N x 6 120 amp N 1 200 rpm Um alternador especial para aeroportos que necessita gerar tens o na frequ ncia de 400 Hz trabalhando a 2000 rpm necessita de 400 2000 x Np 120 Np 24 p los 13 5 EXCITA O Como visto anteriormente para induzir a for a eletromotriz necessitamos de um circuito magn tico o campo do alternador Em m quinas de pequeno porte podemos formar o Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 20 campo por meio de m s permanentes naturais mas normalmente isto feito por meios eletromagn ticos ao alimentar as bobinas que constituem os p los com corrente continua Isto se denomina excitar a m quina por meio de uma fonte de corrente cont nua denominada excitatriz Para manter constante a tens o de sa da do alternador necess rio regular o sistema de excita o pois a intensidade do campo magn tico quem determina este valor Portanto necessitamos de um regulador de tens o que o elemento capaz d
6. 8 8 T voo D voo 1O 2O O x O 2O O lt n es Fase 3 ed Fase 3 0 3 3 TTF Bobinas em s rie TTF Bobinas em paralelo www joseclaudio eng br Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 17 Observar que a numera o das extremidades das bobinas se faz em espiral de fora para dentro em sentido hor rio de forma que os pm N n meros 1 e 4 assim como 2 e 5 s o A ag E S extremidades da mesma bobina O arranjo da R NAS 7 numera o na caixa de terminais que utiliza NX Ns Jd barras de liga o feito iniciando pelo n mero 11 no canto superior esquerdo terminando com RE F o n mero 3 no canto inferior direito Em geral fia 120 x so a oO0OO0O A y h outros terminais na caixa para liga o dos J J d ANA circuitos de excita o Existem alternadores que a apresentam 10 pontas ao inv s de 12 Neste o O O SN caso os pontos 10 11 e 12 j est o fechados 0 0 0 Ne internamente e o alternador n o permite a liga o 380 220 V Se for necess rio utilizar o 380 220 V duas solu es podem ser adotadas fd a utilizar o fechamento de 440 220 V e regular E dsSao a tens o para 380 V no regulador de tens o ou www joseclaudio eng br b abrir a liga o interna das pontas 10 11 e 12 e alterar o fechamento para o esquema acima Na maioria dos casos de mudan a de tens o necess rio substituir o volt metro do quadro de comando caso este n o seja multitens o As liga es do frequenc ime
7. indicando a necessidade de completar o n vel do sistema de refrigera o e Rel taquim trico tem a finalidade de desligar o motor de partida quando a rota o do motor Diesel ultrapassa determinado valor em geral 500 rpm Em muitos casos esta fun o tamb m inerente ao sensor de sobrevelocidade quando este permite o controle de mais que uma faixa de opera o Este dispositivo impede acionar o motor de partida com o motor funcionando f Sensor de ruptura da correia Em algumas aplica es exigido que a parada do motor Diesel seja comandada antes da temperatura da gua se elevar no caso de ruptura da correia da bomba d gua Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 25 g Sensor de frequ ncia pode ser utilizado para supervisionar tanto a frequ ncia do grupo gerador quanto da rede local Nos grupos geradores equipados com sistema de partida autom tica comanda o desligamento da rede local e aciona a partida autom tica do grupo gerador ou vice versa comanda a parada do grupo gerador e transfere a carga para a rede local quando h anormalidade na frequ ncia do alternador h Sensores de tens o da rede e do grupo atuam como no caso dos sensores de frequ ncia comandando a partida e parada conforme o caso i Outros sensores a pedido do cliente outros sensores podem ser adicionados ao sistema tais como n vel do tanque de combust vel presen a de gua no filtro de combust
8. o Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 4 elevada que a tens o atingir a ruptura Como consequ ncia disto os contactores e rel s que comp em o sistema deixam de funcionar e o suprimento de energia interrompido 12 1 4 1 PARTIDA DE MOTORES DE INDU O Al m da determina o da pot ncia nominal deve se observar que a partida de motores assincronos sobretudo motores com rotor em curto circuito resulta em maiores correntes de partida incrementadas com elevada percentagem de corrente reativa que pode superar a O vezes a corrente nominal As altas correntes de partida exigidas pelos motores de rotor em curto circuito podem ser absorvidas por alternadores superdimensionados ou dotados de sistema especial de excita o recomend vel a liga o escalonada dos motores el tricos iniciando pelos de maior pot ncia Os motores el tricos s o constru dos obedecendo a normas segundo o uso a que se destinam que os padronizam conforme defini es da NEMA ou da ABNT Dever constar na plaqueta de identifica o a letra correspondente ao seu padr o construtivo A NEMA define os c digos de letras conforme a tabela abaixo BO 3A5ABM DO 4008449 E LO 4508499 SOS FO 5008559 SOS GU 560a629 HO 6308709 KO 800899 S O Moo tOO0amAS O NO 1 2081249 0 Po 1255081399 RO 4 0081599 Ss 1 160081799 UC 2000822389 S Para a ABNT 5 c digos s o definidos conforme a tabela seguinte Letra C digo Corrent
9. s dos termostatos e das tubula es de desvio antes de atingir a temperatura operacional Somente ap s ter atingido a temperatura operacional que os termostatos liberam a passagem automaticamente para o radiador A queda de press o admiss vel nos dutos de entrada e sa da do ar de 20 mm de coluna d gua sendo esta queda de press o total entre o lado de suc o e o de descarga do ventilador Em caso de uma queda de press o maior deve se instalar um ventilador adicional Quando houver necessidade de instala o remota do radiador necess rio considerar as press es e vaz es requeridas pelo motor para o dimensionamento das tubula es A dist ncia e altura n o devem gerar contrapress o superior a capacidade da bomba do motor Se houver necessidade pode se instalar uma bomba el trica para fazer circular a gua 16 5 GASES DE ESCAPE O sistema de escapamento de gases dever ser cuidadosamente projetado porque uma execu o inadequada influenciar a pot ncia bem como o n vel de ru do do motor Em nenhuma circunst ncia poder a contrapress o no sistema de escapamento exceder o valor permitido pelo fabricante do motor Em casos de temperatura excessiva dos gases de escape a contrapress o no coletor de escape ou a temperatura do ar de admiss o inadmissivelmente alta Os valores de resist ncia m ximos admiss veis do sistema de escapamento total s o os seguintes Para motores com aspira o
10. apenas expans o t rmica mas tamb m a vibra es que poder o ser particularmente intensas quando da partida e parada do motor Diesel Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 37 A tubula o de escape de diversos motores n o deve desembocar numa tubula o comum porque a contrapress o e o refluxo dos gases de exaust o provocam a forma o de sedimentos quando o motor n o estiver funcionando colocando em risco a seguran a operacional Devem ser adotadas as mesmas medidas de prote o tanto para tubos de admiss o quanto para tubos de escape contra a entrada de gua de chuva e respingos A entrada de gua no motor pode causar danos consider veis ocasionados pela corros o ou por cal o hidr ulico na partida Nos motores em V mais conveniente combinar os dois tubos de escape a fim de facilitar sua disposi o e suprimir o ru do Os c lculos de escoamento de gases atrav s de tubula es apresentam um certo n vel de complexidade Em determinados casos n o se pode evitar executar os c lculos com certa precis o por m nas aplica es mais frequentes podemos adotar gr ficos e f rmulas emp ricas para avaliar as dimens es das tubula es de escape de uma forma mais pr tica O m todo mais simples consiste em a medir o comprimento geom trico da tubula o b calcular as perdas de carga devidas s curvas ou outros acidentes com o aux lio de tabelas aplic veis c
11. c Calor espec fico do ar 0 31 fL1 CE O me C Temperatura m xima do ar externo medida por quatro horas consecutivas C Pot ncia efetiva do motor Temperatura ambiente m xima admitida no recinto Geralmente para o alternador 40 C Para o motor Diesel acima de 20 C h redu o de pot ncia vide cap tulo 3 Au C t2 t Va tL2 Quantidade de ar para dissipar o calor irradiado pelo motor Quantidade de ar para dissipar o calor devido s perdas do alternador Qst kCal h Calor total irradiado a ser dissipado por hora Qst kCal h Calor total irradiado pelo motor Diesel Calor espec fico irradiado pelo motor Diesel como uma qso percentagem do calor admitido quantidade de combust vel injetado Qsa kCal h Calor devido s perdas do alternador Rendimento do alternador 1a VL m h Consumo de ar V m h Consumo de ar de combust o Vy m CV h Consumo de ar espec fico de combust o Coeficiente de corre o para o n vel do bar metro e k temperatura Para um estado de refer ncia conforme DIN 6270 k 1 1 O calor total irradiado pelo motor Diesel Pb A df wr Ro 100 Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 33 16 4 1 2 CALOR DEVIDO S PERDAS DO ALTERNADOR O calor devido s perdas do alternador calculado como segue Ow P COS Ee fas kCal h Hi a Se o rendimento do alternador n o conh
12. coluna d gua Ao valor encontrado necess rio adicionar a perda de carga inerente ao silencioso de escape quando for o caso e comparar com os valores admitidos de 600 a 1200 mm de coluna d gua para motores de aspira o natural e de 250 a 500 mm de coluna d gua para motores turbo alimentados Em geral os silenciadores para uso industrial com volume de 4 a 6 vezes a cilindrada do motor oferecem uma resist ncia de 150 a 200 mm de coluna d gua Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br 17 CUIDADOS PRINCIPAIS DE OPERA O Manter registro das horas de opera o e consumo de gua combust vel e leo lubrificante bem como das interven es de manuten o e ou reparos Quando for necess rio fazer solda el trica na base ou em local pr ximo ao grupo gerador desligar os cabos entre as baterias e o alternador de carga das mesmas para preservar os diodos retificadores do regulador N o operar o grupo gerador em marcha lenta a menos que o mesmo seja provido de um dispositivo para desligar o regulador autom tico de tens o do alternador ou a excitatriz est tica quando for o caso durante os per odos de opera o em marcha lenta Como a regula o da tens o independe da frequ ncia com o motor trabalhando em rota o baixa o regulador autom tico de tens o ir suprir corrente para o campo com o objetivo de alcan ar a tens o nominal elevando a corrente de excita o a valores que poder o danificar
13. consumir uma determinada quantidade de kWh colocam em circula o uma corrente mais elevada do que a que seria suficiente com um fator de pot ncia mais alto A corrente el trica que percorre os circuitos consumidores produz tamb m a POT NCIA REATIVA Indutiva ou Capacitiva que ser considerada em outro cap tulo Assim a pot ncia em HP do motor Diesel pode ser calculada em fun o da pot ncia em KVA e fator de pot ncia do alternador pela rela o HP x 0 7457 x KVA x 0 8 onde N rendimento do alternador Ou HP 1 0728 x KVA 0 Para o c lculo em CV basta substituir 0 7457 por 0 7354 resultando CV 1 0878 x KVA n O rendimento do alternador 77 n o constante e se aproxima do seu valor m ximo com a carga entre 80 e 100 da pot ncia m xima Alternadores pequenos tem rendimento mais baixo do que os alternadores maiores at 0 93 acima de 250 KVA Deve ser informado pelo fabricante para c lculos mais seguros Quando se tratar de c lculos estimativos pode ser tomado igual 90 ou 0 9 que o valor adotado pelos montadores de grupos geradores em geral Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 1 12 GRUPO DIESEL GERADOR Denominamos grupo Diesel gerador ao conjunto de motor Diesel e gerador de corrente alternada aqui denominado alternador convenientemente montados dotado dos componentes de supervis o e controle necess rios ao seu funcionamento aut nomo e destinado ao suprime
14. de pr lubrifica o tamb m s o empregados em motores aplicados a grupos geradores de emerg ncia Existem aqueles que funcionam em conjunto com o motor de partida fazendo circular leo lubrificante sob press o durante o tempo em que o motor est sendo acionado e outros constitu dos por uma bomba acionada por motor el trico que s o ligados durante um certo tempo em intervalos determinados como por exemplo 5 minutos a cada 4 horas O objetivo fazer com que o motor receba lubrifica o adequada durante o ciclo de partida prevenindo o desgaste prematuro por insufici ncia de lubrifica o Em ambientes midos recomend vel instalar resistores na armadura do alternador para desumidifica o dos enrolamentos e evitar redu o da resist ncia de isola o H situa es em que resistores de desumidifica o s o instalados tamb m no interior do quadro de comando conforme necessidade 16 INSTALA O Na maioria dos casos n o h necessidade de funda es especiais para suportar o grupo gerador Entretanto em qualquer situa o necess rio avaliar o peso do conjunto e as frequ ncias envolvidas para verificar a necessidade de refor o adicional para o piso ou estruturas Por exemplo para a instala o do equipamento sobre a laje de um pavimento elevado de um pr dio esses valores devem ser considerados pelo calculista da edifica o Uma maneira pr tica de avaliar a resist ncia das funda es para s
15. deste gerador alternada um ALTERNADOR Faraday estabeleceu ainda que os valores instant neos da for a eletromotriz ou tens o podiam ser calculados pela rela o e B lI v sen 0 em que e For a eletromotriz B Indu o do Campo Magn tico Comprimento do condutor v Velocidade linear de deslocamento do condutor e 6 ngulo formado entre Be v O campo magn tico do gerador elementar era constitu do por m s naturais Para que seja poss vel controlar tens o e corrente em um alternador o campo magn tico produzido por im s artificiais formados por bobinas alimentadas com corrente cont nua suprida por uma fonte externa e controlada por um regulador de tens o A essa fonte de corrente cont nua denominamos Excitatriz Eng Jos Claudio Pereira Www perfectum eng br P g 10 Alternador de quatro polos Com muitas espiras um campo magn tico controlado por meio de um dispositivo de excita o com corrente cont nua montados em arranjo conveniente fabrica se os alternadores comerciais utilizados nos grupos geradores bem como os grandes alternadores das usinas hidroel tricas Nas figuras detalhes dos alternadores produzidos pela WEG Gerador Modelo GTA com Bobina Auxihar padr o WWW Weg com bri aro i A LET Li L Pa t guxiliar Hi Ps Poa Principal RR RO asd j i Diodos Excitotrz girantes principal Ee L
16. deve ser feita como parte do projeto da instala o de um grupo gerador Na maioria das vezes o grupo gerador de prateleira oferecido pelo fornecedor n o a melhor solu o Para o dimensionamento correto do grupo gerador algumas perguntas devem ser respondidas antecipadamente tais como a Qual o tipo de carga ilumina o motores de indu o fornos canteiro de obras retificadores de corrente equipamentos de telecomunica es b Qual o local de servi o mar terra ambientes com atmosfera explosiva c Quais as caracter sticas do local temperatura ambiente dominante altitude n vel de contamina o do ar por part culas s lidas d Qual o regime de opera o o grupo gerador a nica fonte de energia el trica 7 E reserva da rede local ou de outro grupo gerador Quantas horas de opera o por dia e Quanto tempo os consumidores podem ficar desligados f Quais os riscos envolvidos no caso de uma interrup o do fornecimento de energia por defeito no equipamento Uma vez definidas as necessidades o momento de calcular a pot ncia do grupo gerador 12 1 DETERMINA O DA POT NCIA Depois de definidas as caracter sticas da aplica o o mais importante determinar a pot ncia do grupo gerador Ao mesmo tempo deve se considerar a conveni ncia da subdivis o da pot ncia total requerida em v rios grupos geradores de menor porte Os fatores
17. induzido O posicionamento do campo e do induzido d o origem a dois tipos de m quinas diferentes Quando o campo est localizado no estator temos o que chamamos de m quina de p los fixos ou de p los externos e ao contr rio quando o campo se encontra no rotor temos o que chamamos de m quina de p los girantes ou de p los internos As m quinas de p los fixos s o pouco utilizadas devido ao inconveniente da necessidade de escovas para retirar a energia gerada As m quinas de p los girantes s o as mais utilizados por permitirem a retirada da energia diretamente dos terminais das bobinas Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 13 Segundo o tipo de aplica o os alternadores s o constru dos com caracter sticas especiais para atender os diversos segmentos a que se destinam com diferen as de forma construtiva isola o refrigera o acabamento e caracter sticas el tricas conforme abaixo 13 1 APLICA ES Alternadores Industriais S o os chamados de m quinas de linha destinados a atender a maioria dos consumidores normais Alternadores Navais S o m quinas constru das para uso naval com todos os componentes projetados e tratados para resistir corros o marinha Alternadores Marinizados basicamente s o alternadores industriais destinados a servi o em reas agressivas recebendo ent o um tratamento especial em alguns componentes Alternadores para Telecomunica es S o m qui
18. introduza vibra es e desgaste prematuro dos rolamentos do alternador e dos mancais do motor Diesel Existem muitos tipos de acoplamentos dispon veis no mercado destinados montagem de alternadores em motores Diesel O mais frequentemente encontrado o tipo Elco por ser de menor custo e montagem simples constitu do por 6 8 ou 12 mangas de borracha sobre pinos de a o instalados numa das metades do acoplamento que se encaixam em furos existentes na segunda metade J ERES NO Acoplamento Elco P bo ANY corri BULAN Na pe a b existem os pinos com mangas de E 8 borracha a que se encaixam nos furos existentes PE ft Y na pe a c Geralmente a pe a b aparafusada FEAS ao volante do motor Diesel enquanto a pe a c montada por meio de chaveta no eixo do alternador A folga recomendada entre as pe as b ec de 4 0 mm para que esfor os axiais n o sejam transmitidos rvore de manivelas do motor Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 23 Acoplamento el stico Em virtude da grande elasticidade dos elementos flex veis os acoplamentos el sticos proporcionam boa absor o das irregularidades de montagem nivelando grandes diferen as de alinhamento radial axial e angular e s o isentos de manuten o A fixa o r gida dos elementos flex veis pelas partes met licas do acoplamento e das partes met licas deste com os conjuntos agregados elimina todo e qualquer atrito causado
19. lculo das resist ncias ao fluxo em tubula es de escape s o v lidas as f rmulas abaixo onde qd _ di metro interno do tubo em m g 9Ims o G _ __ vaz o dos gases de escape kg h o o lt P _ __ pot ncia do motor CV SS q quantidade espec fica de gases de escape kg CV h R _ raiom diodocotovelo m o o t Temperatura dos gases de escape C gt w Velocidade dos gases de escape m s y _ peso especifico kgm gt y 1 29 Y 0 01 Kk d coeficiente de resist ncia segundo Hopf Aa resist ncia total do fluxo kg m ou mm de c a Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 39 o ALyw o Em kg m E Zed Para um tubo de 1m k 7 e 760 mm Hg pode se deduzir a seguinte f rmula 1 174 G PT 1017 5314 y Em mm c a m de tubo Exemplo de c lculo Dados P 500 CV q 7 5 kg CV h 15 metros de tubo reto de 200 mm de di metro interno 3 curvas de 90 R d 2 e 1 curva de 45 R d 2 Solu o G P q o 500 x 7 5 3 750 kg h 24 7 31 m 3 cotovelos com R d lt 2 5 considerados em dobro e curva de 45 tamb m com R d lt 2 5 considerada igual a uma curva de 90 na tabela da p gina anterior para tubo de 200 mm de di metro Ap 6 63 mm de coluna d gua por metro de tubo L 5 amp L 15 31 46 metros AP Ap x L amp 6 63 x 46 305 mm de
20. motor Diesel poder sofrer s rias avarias antes que seja poss vel uma interven o do operador Para prevenir estas falhas os motores Diesel para aplica o em grupos geradores s o dotados de sistemas de prote o que dependendo das especifica es do cliente incluem a Pressostato do leo lubrificante tem a finalidade comandar a parada do motor Diesel quando a press o do leo lubrificante cai abaixo de um valor predeterminado Em algumas aplica es utilizam se dois pressostatos ou sensores de press o sendo um para alarme quando a press o do leo atinge determinado valor e o outro para comandar a parada calibrado para um valor imediatamente abaixo b Termostato para a gua de refrigera o com fun o id ntica acima tamb m em algumas aplica es s o utilizados dois sensores para atuarem quando a temperatura do meio refrigerante ultrapassa valores predeterminados c Sensor de sobrevelocidade para comandar a parada do motor Diesel quando a velocidade de rota o ultrapassa valores predeterminados geralmente 20 acima da rota o nominal Em algumas aplica es onde h o risco de aspira o de gases inflam veis o sensor de sobrevelocidade interligado a um dispositivo de corte do ar de admiss o para parar o motor por abafamento al m do corte de combust vel d Sensor de n vel do l quido de refrigera o na maioria dos casos utilizado para acionar um dispositivo de alarme
21. o radiador deve ser flex vel usualmente de lona com rea interna pelo menos 1 3 vezes a rea da colm ia do radiador As entradas de ar n o devem restringir o fluxo Quando for necess rio instalar o grupo gerador em ambiente fechado deve se prover meios de circula o de ar sem queda de press o superior a 2 0 50 mm de coluna d gua Algumas vezes se verifica a necessidade de ventila o for ada O fluxo de ar necess rio varia em fun o da pot ncia e demais caracter sticas do equipamento e deve ser informado pelo fabricante O radiador utilizado em motores destinados a grupos geradores assim como o ventilador projetado para uma capacidade 30 superior as necessidades do motor prevendo que o calor irradiado para o ambiente ser removido pelo ar circulante Muitos fabricantes de motores Diesel disponibilizam ventiladores diferentes em di metro e n mero de p s para atender necessidades espec ficas inerentes instala es especiais A montagem do ventilador segundo recomenda es dos fabricantes deve ser feita em um defletor de ar direcionada colm ia do radiador de forma que para os ventiladores de press o soprante 2 3 da p fiquem fora do defletor para captar o ar Para os ventiladores de suc o aspirante 2 3 da p devem ficar dentro do defletor ao contr rio dos ventiladores de press o A dist ncia entre a extremidade da p e o defletor deve ser da ordem de 6 0 mm embora dificilmente se c
22. ocasi o da pr xima partida Em situa es onde obrigatoriamente o tanque necessita ser colocado em posi o mais alta necess rio instalar um tanque auxiliar com sistema de b ia para amortecimento da press o est tica Por outro lado quando o tanque tem que ficar numa posi o muito abaixo necess rio prever um sistema de bombeamento auxiliar para o combustivel A capacidade do tanque de combust vel deve ser dimensionada em fun o do consumo espec fico do motor e da autonomia que se pretende em horas de funcionamento a plena carga Para efeito deste c lculo podemos considerar um consumo espec fico m dio de 170 g CV h e calcular a quantidade necess ria de combust vel por hora de opera o do grupo gerador Exemplo Dimensionar um tanque de combust vel para 6 horas de opera o de um grupo gerador de 200 KVA CV 1 0878 x KVA 7 vide 3 1 Se tomarmos 0 9 teremos CV 1 0878 x 200 0 9 lt gt CV 241 73 e o consumo de combust vel 241 73 x 170 lt gt consumo 41 084 10 g ou 41 08 kg Como 1 litro de leo Diesel pesa 0 85 kg o consumo em litros ser de 41 06 0 85 48 33 litros hora Para 6 horas a capacidade do tanque ser de 48 33 x 6 289 98 ou em n meros redondos 300 litros As mudan as de temperatura di rias favorecem a condensa o de gua no tanque de leo Diesel Para minimizar os riscos de contamina o necess rio manter o tanque cheio Eng Jos Claudio Pereira
23. os seus circuitos N o se deve parar o motor imediatamente ap s um per odo de opera o sob carga pois o calor armazenado nas massas de ferro provocar ebuli o da gua em volta das camisas e nas passagens do cabe ote se o fluxo for interrompido repentinamente Nos grupos geradores com sistema de partida e parada autom ticas este tempo de trabalho em vazio deve ser ajustado para 3 a 5 minutos Nos motores turbo alimentados este procedimento particularmente importante para evitar que turbo alimentador permane a girando sem lubrifica o ap s a parada do motor Diariamente necess rio verificar os n veis do leo lubrificante e da gua do radiador N o permitir que o motor trabalhe sem a tampa do radiador ou do tanque de expans o conforme o caso Quando as veda es das tampas se danificam necess rio substitu las por novas A aus ncia de press o no sistema de refrigera o do motor propicia cavita o nas camisas dos cilindros podendo danific las com poucas horas de servi o Ao dar partida n o acionar o motor de partida por mais de 30 segundos continuamente Ap s cada per odo de 30 segundos de acionamento aguardar de 3 a 5 minutos para tentar nova partida Este procedimento necess rio para preservar o motor de partida uma vez que a temperatura do enrolamento do mesmo se eleva rapidamente quando em servi o Na medida do poss vel manter sempre cheio o tanque de combust vel Diariamente inspec
24. valores pr ticos para o fator de simultaneidade Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 3 Hospitais 0 4 a 0 8 Pr dios administrativos 0 8a 0 9 Grandes shoppings 0 9 a 1 0 Industrias qu micas At 1 0 12 1 3 FATOR DE POT NCIA Um fator essencial para a determina o da pot ncia do motor Diesel a pot ncia ativa absorvida pelos consumidores O fator de pot ncia cosq indica a rela o entre a pot ncia ativa e a pot ncia aparente O fator de pot ncia sempre determinado pelo tipo dos consumidores Assim por exemplo transformadores e motores el tricos representam um quinh o consider vel da pot ncia reativa indutiva enquanto que l mpadas incandescentes aquecedores e outras cargas puramente resistivas absorvem apenas pot ncia ativa A pot ncia reativa capacitiva n o muito frequente e em geral pode ser desprezada Obt m se a pot ncia ativa kW multiplicando a pot ncia aparente KVA pelo fator de pot ncia coso como visto anteriormente O fator de pot ncia de um setor que consiste de v rios consumidores distintos pode ser determinado de maneira segura estabelecendo se a soma das pot ncias ativas kW e a soma das pot ncias aparentes KVA O resultado da divis o da soma dos kW pela soma dos KVA o fator de pot ncia do setor considerado Com um fator de pot ncia menor a pot ncia do motor Diesel poder ser reduzida correspondentemente enquanto que com um fator de p
25. vel filtro de ar obstru do sobrecarga no alternador bateria com defici ncia de carga press o do sistema de arrefecimento temperatura do leo lubrificante etc os quais podem fun es de alarme visual ou sonoro no local ou a dist ncia ou outras fun es especificadas pelo usu rio j Painel local de instrumentos para avaliar a performance do motor Diesel um painel de instrumentos dotado de man metro para o leo lubrificante term metro para o sistema de refrigera o chave de partida comando de parada manual indicador de carga de bateria e outros instrumentos tais como voltimetro e amper metro para a bateria tac metro term metro para o leo lubrificante e hor metro conforme o caso instalado junto ao motor Diesel Em algumas aplica es componentes do governador eletr nico de rota es s o tamb m instalados no painel local k Quadro de comando abriga os componentes el tricos afetos ao alternador rede local e s cargas conforme o caso Normalmente dotado de uma chave seccionadora com fus veis ou disjuntor para a entrada dos cabos provenientes do alternador voltimetro frequencimetro amper metros chave seletora de voltimetro para selecionar as fases cujas tens es se quer medir regulador autom tico de tens o do alternador e demais componentes el tricos tais como partida autom tica sensores de tens o e frequ ncia chaves de transfer ncia autom tica de carga interface para comu
26. volume de 4 a 6 vezes a cilindrada do motor Para motores turbo alimentados a restri o m xima da descarga n o deve ultrapassar 400 mm de coluna d gua d Ru do dos ventiladores ou ventoinhas o ventilador do alternador aliado ao movimento do rotor bem como o ventilador do radiador do motor Diesel e ainda nos motores turbo alimentados o ru do dos rotores do turbo alimentador que se agu am com o aumento da carga O n vel de ru do a sete metros de dist ncia do grupo gerador chega a 95 dB Os recursos dispon veis para amortecimento desses ru dos s o poucos dada a dificuldade de se lidar com uma gama de frequ ncias e intensidade variadas A solu o mais adotada o enclausuramento do equipamento em container com as paredes revestidas com material atenuador o que possibilita uma redu o do n vel de ru do para at 75 dB Esta provid ncia implica no dimensionamento adequado das passagens para o fluxo de ar de alimenta o do motor Diesel e para a refrigera o do radiador e do alternador para n o incorrer em perda de pot ncia ou possibilidade de superaquecimento Quando a aplica o assim o exigir podem ser adquiridos grupos geradores silenciados montados em containeres com tratamento acustico para n veis de ru do abaixo de 75 dB A regulamenta o quanto a n veis de ru do em reas urbanas da compet ncia das prefeituras locais que na maioria das cidades brasileiras adotam o que estabelece a norma
27. 0 Hz Muitos pa ses da Am rica do Sul utilizam 230 133 V e 60 Hz Mas h ainda outras tens es e frequ ncias O Brasil at a d cada de 60 utilizava a frequ ncia de 50 Hz Atualmente embora a frequ ncia seja padronizada em 60 Hz h regi es que utilizam a rede p blica em 220 127 V e outras em 380 220 V como Bras lia para citar um exemplo A determina o de tens o e frequ ncia necess rias aos consumidores portanto um fator imprescind vel Enquanto a tens o importante apenas para o projeto do gerador a velocidade de rota o do grupo a ser escolhida depender essencialmente da frequ ncia Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 8 13 ALTERNADOR Denominamos alternador ao gerador de corrente alternada assim como denominamos d namo ao gerador de corrente cont nua Os geradores s o m quinas destinadas a converter energia mec nica em energia el trica A transforma o de energia nos geradores fundamenta se no princ pio f sico conhecido como Lei de Lenz Esta lei afirma que quando existe indu o magn tica a dire o da for a eletromotriz induzida tal que o campo magn tico dela resultante tende a parar o movimento que produz a for a eletromotriz LA Os alternadores pertencem categoria das m quinas s ncronas isto m quinas cuja rota o diretamente relacionada ao n mero de p los magn ticos e a frequ ncia da for a eletromotriz N o h basicamente dif
28. ABNT NBR10151 Avalia o do ru do em reas habitadas visando o conforto da comunidade 16 3 TANQUE DE COMBUST VEL Deve ter indicador externo de n vel tubo de respiro para equil brio da press o interna com a atmosfera boca de enchimento com tampa separador de gua e borra com dispositivo de drenagem total pescador com filtro de tela com a admiss o posicionada 50 mm acima da parte mais baixa do fundo conex o para retorno de combust vel e capacidade adequada ao consumo do motor Diesel Pode ser constru do em chapa de a o P V C alum nio fibra de vidro ou a o inoxid vel conforme as necessidades do cliente Usualmente utilizam se tanques de chapa de a o carbono soldada Neste caso recomenda se o tratamento da chapa com decapagem e pintura externa ep xi preferencialmente N o pintar o tanque internamente Para a preserva o das superf cies internas contra corros o a melhor pr tica manter as paredes tratadas com leo imperme vel gua enquanto o tanque n o estiver em servi o Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 29 recomend vel ainda que o tanque tenha uma escotilha ou tampa de visita que permita sua limpeza interna O respiro deve ser feito de forma que impe a a penetra o de gua e evite o risco de inc ndio quando o tanque estiver muito cheio Para evitar fa scas provocadas por eletricidade est tica a conex o de enchimento e o tanque de combust vel devem ser aterrado
29. KVA Pot ncia aparente tomada no terminal do motor nu Rendimento mec nico do motor a carga nominal E V Tens o nominal do motor coso Fator de pot ncia com carga nominal e In A Corrente nominal do motor E P EN3 cOsOny P P Pe fi 1 000 Fi COPO CUSO n T36 E cy E 1 000 Sr NO 0 NO O G3 3 E cos 7 N3 E cos PIa 12 1 4 2 INFLU NCIA EXERCIDA PELA LIGA O DE MOTORES ELETRICOS SOBRE GRUPOS GERADORES O fator de pot ncia cosqy de motores el tricos trif sicos durante o per odo de partida pode ser adotado entre 0 4 at 0 6 a depender da carga Disto resulta uma sobrecarga do motor Diesel situada acima da rela o de correntes normalmente admitida conforme abaixo Com coso 0 6 corrente de partida corrente nominal do alternador lt 1 33 Com coso 0 4 corrente de partida corrente nominal do alternador lt 2 0 Deve se considerar como corrente nominal do grupo gerador aquela que corresponde pot ncia do alternador juntamente com o fator de pot ncia tomado por base para seu projeto correspondente pot ncia do motor Diesel A corrente nominal do alternador poder ser maior por exemplo no caso de alternador superdimensionado A corrente nominal do alternador essencial para a queda de tens o no caso de partida de motores el tricos trif sicos ou seja com alternador superdimensionado a queda de tens o pode ser mantida dentro de limites restritos Para grupos geradores
30. MOTORES E GERADORES PRINC PIOS DE FUNCIONAMENTO INSTALA O OPERA O E MANUTEN O DE GRUPOS DIESEL GERADORES 11 POT NCIA MEC NICA X POT NCIA EL TRICA Quando se fala de pot ncia el trica necess rio ter em mente a diferen a entre POT NCIA APARENTE e POT NCIA ATIVA A pot ncia aparente aquela necess ria para que com determinados valores de tens o e fluxo de corrente um certo consumidor funcione corretamente A pot ncia ativa a pot ncia efetivamente consumida ou transformada pelo mesmo consumidor A rela o entre as duas pot ncias definida como fator de pot ncia e conhecida como coso kW KVA Ou kW KVA x coso A pot ncia do grupo Diesel gerador definida em KVA pot ncia aparente est em rela o direta com a pot ncia em HP ou CV do motor Diesel No c lculo para definir a pot ncia do grupo gerador s o consideradas as perdas rendimento do alternador e a pot ncia mec nica do motor Diesel convertida diretamente em kW sabendo se que 1 HP 0 7457 kW ou 1 kW 1 3598 CV e que kW KVA x coso O fator de pot ncia Cos uma fun o da carga Universalmente utiliza se COS q 0 8 de acordo com a norma VDE 0530 para a constru o de m quinas el tricas Atualmente o valor limite estabelecido como m nimo admitido pelas concession rias de energia el trica de coso 0 92 Instala es com fator de pot ncia inferior a 0 92 tem tarifas mais elevadas multas pois para
31. OR VENTILADOR ACOPLADO AO MOTOR VALORES DE REFERENCIA a Para motores com inje o direta 60 m CV h a temperatura ambiente de 30 C 75 m CV h a temperatura ambiente de 37 C e 85 m CV h a temperatura ambiente de 45 C A quantidade de calor dissipada pela gua de 550 kCal CV h para motores abaixo de 100 CV e de 450 kCal CV h para motores maiores que 100 CV b Para motores com c mara de pr combust o Cerca de 15 acima do necess rio para os motores com inje o direta A quantidade de calor dissipada aproximadamente de 650 kCal CV h para motores abaixo de 100 CV e de 600 kCal CV h para motores acima de 100 CV c As temperaturas de opera o para os motores s o At 100 CV entre 65 C e 95 C aproximadamente At 200 CV entre 65 C e 90 C aproximadamente e Acima de 200 CV entre 65 C e 85 C A diferen a m xima de temperatura da gua na entrada e na sa da n o deve ser superior a 10 C A circula o de gua de cerca de 70 a 80 litros CV h Um coletor de escape refrigerado a gua mufla dependendo da sua constru o pode dissipar uma quantidade de calor de 100 a 180 kCal CV h Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 36 Para produzir pot ncia plena e obter uma opera o isenta de desgaste o motor deve atingir a sua temperatura operacional o mais rapidamente poss vel Por esta raz o a gua de arrefecimento conduzida do motor diretamente para a bomba atrav
32. WWw perfectum eng br P g 30 quando o motor estiver parado Diariamente antes de dar a primeira partida necess rio drenar a gua que se acumula no fundo do tanque Existem bact rias que proliferam no leo Diesel formando dep sitos pastosos esbranqui ados que podem obstruir o filtro A ocorr ncia de col nias dessas bact rias mais frequente em grupos geradores de emerg ncia que permanecem parados por longos per odos sem que o leo do tanque seja renovado Quando for o caso conveniente utilizar um filtro magn tico na linha de alimenta o 16 4 CIRCULA O DE AR Motores Diesel para grupos geradores refrigerados por radiador utilizam ventilador tipo soprante ao contr rio dos motores utilizados em outras aplica es com o objetivo de retirar o calor irradiado para o ambiente ao mesmo tempo em que retira o calor acumulado na gua de refrigera o O alternador trabalha com um ventilador aspirante montado no pr prio eixo para retirar calor das bobinas transferindo o ao ambiente Al m disso o motor necessita de ar limpo e fresco para o seu bom funcionamento O ar que passa atrav s da colm ia do radiador n o deve retornar A recircula o do ar aquecido produz perda de rendimento do motor e eleva o da temperatura da gua de refrigera o Quando houver risco de recircula o de ar quente no ambiente a sa da do radiador pode ser canalizada para o exterior por meio de um duto cuja interliga o com
33. a vis o dos valores instant neos Legenda Tens o instant nea Corrente instant nea Tens o de pico Corrente de pico Frequ ncia Frequ ncia angular 2 n f Tempo ngulo de fase Per odo 2n w 1 1 y Ta JD O 50 4 FE goseciandio eng br AGE a Ed Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 15 wt www jJoseclhoaudio eng br nen goseciaundio eng br www goseciaudio eng br ag nem goseciaudio eng br wt en TEEEEEFTIEIEEI nro cR es p Er Valor eficaz Pot ncia Instant nea p vi Quando a corrente percorre um circuito de resist ncia pura a corrente se mant m em fase com a tens o e o ngulo de fase zero p 0 Todos os valores de pot ncia s o positivos p gt 0 Quando a corrente percorre um circuito com carga indutiva ou capacitiva h uma defasagem da corrente em rela o tens o e p gt 0 Neste caso surge pot ncia instant nea negativa Quanto maior o ngulo de fase maior o valor negativo instant neo Para o valor do ngulo de fase igual a 90 as somas das pot ncias instant neas se anulam e a pot ncia m dia zero Embora com os mesmos valores de tens o e corrente circulando n o h utiliza o de energia Tens o trif sica No mesmo periodo os valores de tens o variam defasados de 120 nas fases R S e T ou U V e W o valor da pot ncia m dia equivalente ao valor de corrente c
34. abastecimento de energia el trica que como um todo merece aten es espec ficas dependendo de cada instala o Em linhas gerais o grupo gerador al m dos cuidados di rios de opera o exige pouca manuten o Os fabricantes recomendam primordialmente l Efetuar as trocas de leo lubrificante e filtros Utilizar leo e filtros adequados e se poss vel de boa qualidade II Inspe o di ria quanto a vazamentos de leo lubrificante gua e combust vel II Antes de colocar o grupo gerador em servi o verificar n veis de gua do radiador e de leo lubrificante IV Durante o funcionamento do grupo gerador observar se h ru dos anormais V Drenar diariamente o sistema de combust vel tanque e filtros para evitar o ac mulo de gua que possa danificar os componentes do sistema de inje o VI Limpeza e substitui o dos elementos de filtro de ar VII Inspe o peri dica do sistema de admiss o de ar VIII Limpeza do radiador e troca da gua de refrigera o nos per odos recomendados IX Regulagem das folgas de v lvulas X Inspe o da tens o das correias e ajuste quando necess rio XI Inspe o do cubo e demais componentes de acionamento do ventilador XII Revis o do turbo alimentador com substitui o das veda es internas e balanceamento din mico dos rotores melhor substituir o turbo a base de troca XIII Medir a resist ncia de isola o do alternador Se necess rio faze
35. cita o est tica tem resposta de regula o mais r pida do que o sistema de excita o din mica uma vez que o regulador atua diretamente no campo do alternador o que lhe proporciona maior capacidade de partir motores el tricos de indu o Entretanto como o fluxo de corrente controlado por pulsos dos tiristores introduz deforma es na forma de onda da tens o gerada o que o torna contra indicado para alternadores que alimentam equipamentos sens veis EXCITA O BRUSHLESS No sistema de excita o din mica utiliza se um gerador de corrente continua montado no pr prio eixo do alternador O campo deste gerador alimentado por um regulador externo Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 21 que modernamente eletr nico semelhante ao empregado na excita o est tica Nos alternadores antigos este gerador de corrente continua era um d namo com escovas e coletor de l minas de cobre Atualmente utiliza se um pequeno alternador de p los fixos cuja corrente alternada gerada no induzido rotativo retificada por uma ponte retificadora de onda completa tamb m girante que transfere a corrente retificada diretamente ao campo do alternador sem a necessidade de escovas Este sistema denominado Brushless e largamente utilizado Carga Rotor da Excitatriz ARMADURA Campo da Excitatriz Ponte retificadora rotativa nem oseciaundio eng br EXCITA O POR M PERMANENTE Siste
36. determinantes do tamanho do grupo gerador s o Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 2 Soma das pot ncias de todos os consumidores Para grupos geradores de emerg ncia devemos fazer distin o entre consumidores essenciais e consumidores n o essenciais e seus respectivos tempos de interrup o admiss veis Nem todos os consumidores est o ligados simultaneamente ou atingem ao mesmo tempo seu consumo m ximo de energia fator de simultaneidade Alguns consumidores absorvem exclusivamente pot ncia ativa enquanto outros absorvem pot ncia aparente fator de pot ncia cosq Consumidores especiais por exemplo com caracter sticas de carga brusca golpe ou requisitos extremos em rela o const ncia da tens o e frequ ncia devem ser levados em conta O tipo de corrente tens o e frequ ncia dever o corresponder aos valores nominais da rede publica local No caso de condi es clim ticas especiais no local de instala o grande altitude temperaturas e umidade do ar elevadas o motor e alternador n o poder o apresentar sua pot ncia normal e dever o ter seus valores reduzidos de acordo com as normas DIN 6270 e VDE 0530 12 1 1 CONSUMIDORES EL TRICOS o se projetar novas instala es j calculada a pot ncia requerida para a conex o rede p blica Para o dimensionamento do grupo gerador de emerg ncia necess rio conhecer al m da pot ncia ativa kW tamb m a pot ncia aparen
37. dimento do alternador A corrente de partida de motores el tricos trif sicos n o dever inclusive a carga inicial do alternador ser superior a 1 2 vezes a corrente nominal do alternador Para efetuar um c lculo preciso da queda de tens o do alternador durante a partida de motores el tricos utilize os valores de reat ncia do alternador informados pelo fabricante e aplique a f rmula dy da oe M au A 220 Ap ka d 100 Onde Av Queda de tens o lp Corrente de Partida Ig Corrente nominal do alternador e Xd Reat ncia transit ria do alternador 12 1 5 TIPOS DE CORRENTE TENS O FREQU NCIA Uma rede el trica caracterizada pela indica o do tipo de corrente tens o e frequ ncia Os grupos geradores Diesel adaptados s redes p blicas de consumo para que todos os consumidores possam ser supridos tanto pela rede como pelo grupo gerador A tens o de 400 ou 231 V a tens o de alimenta o usual para consumidores de 380 ou 220 V A sobretens o de 5 servir para compensar as perdas de energia nas linhas A corrente continua que n o sendo considerada neste trabalho ser utilizada t o somente em casos especiais Todavia o suprimento de corrente alternada trif sica diferente nos diversos pa ses do mundo Na Europa Ocidental prevalecem redes de corrente trif sicas com 380 220 V e frequ ncia de 50 Hz enquanto que na Am rica do Norte o normal 6
38. do num alternador convencional auto excitado na medida em que n o supre o campo da excitatriz com a mesma energia que alimenta os consumidores Isto particularmente vantajoso nas aplica es onde o alternador aciona grandes motores el tricos porque possibilita a manuten o de valores elevados de corrente durante a partida destes motores sem as grandes quedas de tens o que se verificam nos alternadores que n o utilizam excita o independente Tamb m oferecem melhor desempenho do alternador quando alimentando cargas n o lineares tais como motores de corrente continua alimentados por tiristores motores de corrente alternada com chaves de partida Soft Start ou sistemas UPS Uninterruptible Power Supply tamb m conhecidos como No Breaks est ticos a op o desej vel para todos os casos onde se requer melhor qualidade da energia gerada O regulador de tens o AVR compara a tens o de sa da do alternador com o padr o ajustado no potenci metro de ajuste de tens o e efetua as corre es atuando no campo da excitatriz 14 ACOPLAMENTO A liga o entre os eixos do alternador e do motor Diesel se faz por meio de um acoplamento el stico capaz de absorver pequenos desalinhamentos radiais e axiais bem como as vibra es provenientes das varia es de carga e do desbalanceamento admitido das massa girantes O alinhamento dos centros dos eixos essencial para o bom funcionamento do equipamento na medida em que n o
39. e sentir as varia es de tens o de sa da do alternador e atuar diretamente na excitatriz para que esta aumente ou diminua o fluxo de corrente no campo magn tico mantendo constante a tens o para qualquer solicita o de carga Quanto forma construtiva duas s o as configura es b sicas para o sistema de excita o do alternador EXCITA O DIN MICA e EXCITA O EST TICA O primeiro denominado excita o din mica montado no pr prio eixo do alternador O segundo denominado excita o est tica constitu do por um retificador de corrente que utiliza a pr pria energia gerada pelo alternador para alimentar o campo com corrente retificada Um circuito eletr nico acoplado ao retificador faz a fun o de regulador de tens o abrindo ou fechando o gate de um tiristor EXCITA O EST TICA No sistema de excita o est tica a corrente que alimenta o campo do alternador retificada e controlada por uma excitatriz eletr nica A condu o da corrente se faz por meio de um par de an is com escovas montado no eixo do alternador Como utiliza a tens o gerada pelo alternador necessita de um m nimo de tens o inicial gerada pelo magnetismo remanente do alternador durante a partida para iniciar o processo de retifica o e alimenta o do campo Este processo de in cio de gera o denominado escorva do alternador Carga Excitatriz 4 ARMADURA num oseciaundioeng br O sistema de ex
40. e de 20 C press o de 610 mm Hg encontra a linha de k em 1 25 valor utilizado no 5 exemplo dado 720 Valor de k 730 Temperatura ambiente F J pam Press o barom trica local ww osecioudio eng dr Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 35 16 4 1 4 AR DE ARREFECIMENTO PARA RADIADOR DE GUA O tipo de arrefecimento utilizado na maioria dos grupos geradores por radiador com circuito fechado Outros tipos de arrefecimento como torre trocador de calor arrefecimento a ar e circuito aberto com gua perdida n o ser o abordados no presente trabalho No sistema com radiador o calor transferido do motor para a gua e desta para o ar que pressionado por um ventilador Se necess rio o ventilador poder ser acionado por um motor el trico e instalado independentemente do motor Diesel montagem remota O abastecimento de gua efetuado apenas uma vez sendo que somente pequenas quantidades de gua dever o ser adicionadas em virtude das eventuais perdas por vazamento evapora o No caso de arrefecimento por ventilador o consider vel fluxo de ar serve tamb m para a ventila o da sala de m quinas e a dissipa o do calor irradiado eliminando assim a necessidade de uma instala o de ventila o separada na sala de m quinas Para que a velocidade do ar na sala de m quinas n o seja muito alta a renova o n o dever se fazer mais de 100 vezes por hora ARREFECIMENTO P
41. e de partida direta Motores com enrolamento tipo gaiola ALTA At 6 x In O B NORMAL 3 80 a 6 00 x In NORMAL 3 80 a 6 00 x In DO NORMAL 3 80 a 6 00 x In BAIXA At 4 x In Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 5 comum encontrarmos motores com corrente de partida igual a 7 ou 8 vezes a corrente nominal Por m para os motores de produ o seriada normalmente encontrados no mercado a corrente de partida situa se entre 5 5 e 7 00 vezes a corrente nominal 5 5 x In lt Ip lt 7 00 x In S o quatro os m todos de partida utilizados no acionamento de motores el tricos de indu o 1 Partida direta 2 Com chave estrela tri ngulo 3 Com chave compensadora e 4 Com chave est tica Soft Start Para o primeiro caso a corrente de partida dever ser calculada por uma das tabelas acima ou medida durante um ciclo de partida do motor No segundo caso a corrente de partida reduzida para 1 3 Assim se por exemplo a corrente de partida for de 6 x In com o uso da chave estrela tri ngulo ficar reduzida para 2 x In No terceiro caso a corrente de partida depende do tipo de chave compensadora Dois exemplos podem melhor esclarecer a Com tape de 80 a corrente ser reduzida para 0 8 x 0 8 0 64 ou 64 b Com tape de 65 a corrente ser reduzida para 0 65 x 0 65 0 4225 ou 42 25 As chaves de partida de estado s lido fazem as mesmas fun es de fornecer corrente reduzida durante o
42. ecido adotar 85 para alternadores at 100 KVA e 90 para alternadores maiores que 100 KVA AR DE COMBUST O A quantidade de ar de combust o s poder ser adicionada demanda total de ar se ele for aspirado da sala das m quinas Para um c lculo aproximado das quantidades de ar de combust o vy 4 m CV h pode ser admitido para motores de aspira o natural e cerca de 4 5 m CV h para motores turbo alimentados A quantidade de ar de combust o por hora V Pb vy m h A quantidade total de ar como segue VMi V Vsa Vs k Ou Vr r C sp Cs k em m h Co A Rs AS sm O ca hei A F Cp s o Cos Convers o de unidades kW CV kCal 1 kW 860 kCal h 1 36 CV 1 CV 632 kCal H 0 74 kW 1 000 kCal h 11 575 CV 1 16 kW Exemplo de c lculo Pot ncia nominal do motor 400 HP turbo alimentado 400 x 1 014 405 6 CV Pot ncia do alternador 330 KVA cosq 0 8 Ma 0 92 t1 25 C tio 40 C Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 34 Consumo espec fico de combust vel 180 g CV h Condi es atmosf ricas 25 C e 610 mm Hg C lculos Calor irradiado pelo motor Qsi 405 6 x 0 185 x 10 000 x 4 100 Qs 30 014 4 kCal h Calor devido perda do alternador Qsa 330 x 0 8 x 100 92 1 x 860 Qsta 19 742 60 kCal h Quantidade total de calor a ser dissipada Q Qs Qsta 49 757 kCal h Ar de combust o V 405 6 x 4 5 amp V 1 822 5 m
43. elec ssemos uma compara o com um copo de chope ter amos algo KVAr semelhante figura pre oseciandio eng br A pot ncia ativa kW a exemplo do que foi visto no cap tulo sobre partida de motores el tricos calculada para circuitos trif sicos com cargas equilibradas conhecidos os valores de tens o E corrente 1 e fator de pot ncia cosq pela rela o p EIN3 cosq A 1 000 13 4 2 1 RENDIMENTO MEC NICO DO ALTERNADOR O Rendimento do Alternador definido em termos percentuais pela rela o entre a pot ncia el trica por ele fornecida aos consumidores e a pot ncia mec nica absorvida do motor acionador E sempre menor que 1 KW sie KW ias Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 19 O rendimento do alternador A n o constante e se aproxima do seu valor m ximo com a carga entre 80 e 100 da pot ncia m xima Alternadores pequenos tem rendimento mais baixo do que os alternadores maiores at 0 93 acima de 250 KVA Deve ser informado pelo fabricante para c lculos mais seguros Quando se tratar de c lculos estimativos pode ser tomado igual 90 ou 0 9 que o valor adotado pelos montadores de grupos geradores em geral wem joseciandio eng br RENDIMENTO DE ALTERNADORES 84 0 CARGA 80 0 25 78 0 50 75 72 0 100 68 0 125 RENDIMENTO NI EN O de S Q S H S S H H S S S POT NCIA KVA 13 4 3 FREQU NCIA jasy
44. eren as construtivas entre um alternador e um motor sincrono podendo um substituir o outro sem preju zo de desempenho Assim um alternador quando tem seu eixo acionado por um motor produz energia el trica nos terminais e ao contr rio recebendo energia el trica nos seus terminais produz energia mec nica na ponta do eixo com o mesmo rendimento A indu o magn tica ocorre sempre que h movimento relativo entre um condutor e um campo magn tico O gerador elementar concebido por Michael Faraday em 1831 na Inglaterra e mais ou menos na mesma poca por Joseph Henry nos Estados Unidos era constitu do por uma espira que girava entre os p los de um m semelhante figura Pe as Polgres ca 5 a al H An is Cd Coletores Ro A WHH osecioudlo eng br Coma GERADOR ELEMENTAR Uma espira de fio girando em um campo magn tico forma um gerador elementar E q que ligado ao circuito externo por meio 2 PR HH HU oseciaudo erne dr Pe as Polares WWW joseciaudio eng br Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 9 Fecas Polares Coletores ae lt CT WHH josgclaudo eng br Fecas Polares 9 WHH joseciaudia eng br Cura de Tens o Corrente alternada os Pd SA DA DO GERADOR ELEMENTAR das ooo t oo mp iz A for a eletromotriz e a corrente de um A gerador elementar mudam de dire o O cada vez que a espira gira 180 A q tens o de sa da
45. es Jd Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 11 GERADOR COM MANCAL DUPLO B5 BIT ND WWW Weg com bri E Tr RR Ss No Estasos principai 9 Placa de bones 3 Conjunto de diodos A 2 Roamserto diorhairo 6 Garcaca 0 Regulador de ensia 14 Rxam ento laoseiro T 3 Tampa dianteira Rotor pricipal 11 Tampa Fasgira 15 Flange 4 Wenklados 8 Caixa de liga o 12 Estalor da excitatiz principal GERAD R COM MANCAL UNICO E EXCITATRIZ AUXILIAR ESPECIAL WWW Weg com bri o dE Sa O mm T Oo mr EA dee DE seio E feira ii m Ae a Placa de bornes 10 Reguiador de tens o T Rotor principa 1 Tampa traseira 12 Estalor da excitar pricipal Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 12 Estator e tampa com bobinas de campo da Rotor com ventilador induzido da excitatriz e ponte excitariz Alternador NEGRINI retificadora na extremidade do eixo Alternador NEGRINI tipo ATE Mecanicamente o alternador constitu do por duas partes principais uma fixa que a carca a onde se encontram os p s de fixa o e a outra m vel girante A parte fixa chamamos estator e a parte m vel chamamos rotor Eletricamente tamb m s o duas partes principais Uma delas respons vel pelo campo magn tico onde est o localizados os p los do alternador que chamamos de campo ou indutor A outra parte onde aparece a for a eletromotriz a qual chamamos de
46. ionar o equipamento quanto a vazamentos de combust vel lubrificante ou gua de refrigera o Se constatar alguma irregularidade providenciar corre o antes de utilizar o grupo gerador N o deixar o grupo gerador sem funcionar por longos per odos Acion lo no m nimo durante meia hora sob carga uma vez por semana Drenar diariamente os sedimentos do tanque de combust vel e do filtro separador de gua Quando o grupo gerador tem como consumidores diversos motores el tricos observar que primeiro deve se partir os motores de maior pot ncia N o operar o grupo gerador com baixa press o de leo lubrificante temperatura da gua de refrigera o alta ru do anormal excesso de fuma a ou vazamentos nos sistemas de refrigera o lubrifica o ou de combust vel Grupos geradores equipados com sistema de partida autom tica podem ser acionados por uma interrup o no fornecimento de energia el trica a qualquer momento Portanto quando ligados nesta condi o devem estar abastecidos de gua combust vel e leo lubrificante bem como sem nada nas proximidades que possa interferir com o seu funcionamento Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 41 18 MANUTEN O PREVENTIVA Em primeiro lugar atentar para as recomenda es do fabricante contidas na documenta o t cnica fornecida O grupo gerador n o deve visto como um equipamento isolado mas sim como o item principal do sistema alternativo de
47. las do motor Diesel Os acoplamentos de duas metades separadas estabelecem uma dist ncia a ser mantida entre as faces das duas metades ap s Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 24 a montagem que precisa ser observada As extremidades dos eixos das m quinas necessitam guardar alguma dist ncia entre si para n o interferir com a folga axial O conjunto motor alternador montado sobre uma base met lica r gida constru da com perfilados laminados de a o ou chapa dobrada capaz de suportar o funcionamento do motor Diesel sem sofrer deforma es assegurando o posicionamento das m quinas de forma a permitir livre acesso aos componentes para manuten o e deve dispor de um ponto de liga o ao aterramento geral da subesta o local Quando a montagem do tipo monobloco o conjunto motor gerador assentado sobre coxins de borracha Neste caso uma liga o de aterramento entre o conjunto e a base deve ser prevista 15 COMPONENTES DE SUPERVIS O E CONTROLE Os grupos Diesel geradores trabalham sem a supervis o constante dos operadores fornecendo energia el trica aos consumidores e automaticamente corrigindo a tens o e a frequ ncia fornecidas A press o do leo lubrificante a temperatura da gua de refrigera o sendo reguladas pelas v lvulas reguladora de press o e termost tica como visto anteriormente Se ocorrer uma defici ncia de funcionamento nos sistemas de lubrifica o ou de refrigera o o
48. m acompanh la A velocidade em que Q wo conhecida como velocidade cr tica Nos grupos geradores modernos esta velocidade est abaixo de 1000 rpm Para evitar que vibra es indesej veis sejam transmitidas s edifica es entre a base e o piso de apoio s o utilizados amortecedores de borracha ou de molas que devem ser adquiridos juntamente com o equipamento pois no caso de molas estas s o calculadas pelo fabricante em fun o de peso e frequ ncia de trabalho poss vel que em determinadas aplica es seja necess rio conhecer a frequ ncia natural de algum componente do ambiente da instala o para saber dos riscos de resson ncia com a frequ ncia dos excitadores principais do grupo gerador Havendo necessidade de estudos mais profundos pode se solicitar ao fabricante do motor mediante pagamento um c lculo de vibra es torsionais para um determinado acoplamento H casos em que o grupo gerador foi fabricado sob encomenda e o acoplamento empregado foi objeto de estudo e c lculo de vibra es torsionais como por exemplo um grupo gerador de uso naval classificado Quando for este o caso a substitui o do acoplamento se necess ria somente dever ser feita por outro id ntico 16 2 N VEIS DE RU DO S o quatro as fontes de ru dos no grupo Diesel gerador a Ru dos mec nicos Nas varia es r pidas de press o as frequ ncias pr prias s o levadas ao encontro da velocidade de deforma
49. ma de excita o por magneto ou im permanente tamb m conhecido por excita o PMG abreviatura da denomina o em ingl s de Permanent Magnet Generator Trata se de um sistema de excita o onde uma excitatriz auxiliar constitu da por um campo magn tico constante produzido por uma pe a magnetizada antes da montagem a qual funciona como indutor girando no interior de um enrolamento fixo este trabalhando como induzido Esquematicamente tal sistema pode se representar da seguinte forma Transformador de Potencial para refer ncia de Tens o opcional Rotor da Excitatriz Carga m Permanente Rotativo PMG bao Armadura Armadura do PMG Campo da Excitatriz Ponte retificadora rotativa new foseclaudio eng br Neste tipo de alternador a energia fornecida ao campo da excitatriz campo fixo proveniente do PMG e independe da energia fornecida carga Constitui se portanto num sistema de excita o independente Os valores de tens o nos terminais do alternador que Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 22 alimentam a carga s o usados apenas como refer ncia opcionalmente atrav s de um transformador de potencial podendo ser monitorados em duas ou tr s fases tamb m opcionalmente em fun o do projeto adotado pelo fabricante O regulador autom tico de tens o identificado acima como AVR abreviatura de Automatic Voltage Regulator difere do regulador de tens o utiliza
50. nas especiais com caracter sticas determinadas para n o causar interfer ncia nas telecomunica es e tamb m para atender ao tipo de carga que bastante severa Em geral os alternadores destinados a atender equipamentos de telecomunica es alimentam retificadores de alta capacidade que produzem deforma es da forma de onda da tens o gerada o que levado em considera o no projeto e na constru o do alternador especial Alternadores a prova de explos o Destinam se ao servi o em reas saturadas principalmente petrol feras e qu micas onde h risco de materiais inflam veis sendo totalmente blindados para impedir que qualquer centelhamento entre em contato com a atmosfera ambiente tendo por isso um sistema de refrigera o especial tipo trocador de calor de modo que o ar existente no interior da m quina n o transmitido ao exterior 13 2 NUMERO DE FASES Pode se ainda distinguir os alternadores segundo o numero de fases que no caso presente s o Alternadores monof sicos S o aqueles que possuem as bobinas do enrolamento induzido de tal forma que a tens o de sa da obtida em dois pontos terminais Alternadores trif sicos Possuem tr s grupos independentes de bobinas montadas defasadas em 120 entre si sendo ligadas de tal maneira que podemos ter tr s ou quatro pontos de liga o para os consumidores Em geral cada grupo independente de bobinas tem duas bobinas separadas para permitir que c
51. natural 600 a 1 200 mm de coluna d gua Para motores turbo alimentados 250 a 500 mm de coluna d gua A resist ncia ao fluxo medida imediatamente na extremidade do tubo de escape ou na parte posterior o turbo alimentador A tubula o deve ser constitu da por um tubo de a o carbono com espessura m nima da parede de 3 0 mm pois deve ser considerado um desgaste acentuado devido ao calor e umidade Para tubula o com comprimento al m de 5 metros aproximadamente dever ser previsto um tubo de di metro maior de acordo com as instru es do fabricante do motor O aumento dever corresponder ao comprimento total da tubula o incluindo os cotovelos e deve ter in cio imediatamente na sa da do coletor ou da pe a de conex o flex vel Tubos de maiores comprimentos e di metros menores do que os recomendados pelo fabricante do motor aumentar o a resist ncia e a temperatura do motor diminuindo portanto sua vida til Para a conex o do coletor de escape do motor com a tubula o instalada rigidamente dever ser empregada uma pe a de conex o flex vel instalada diretamente no motor a fim de compensar as vibra es e a expans o t rmica A tubula o n o poder transmitir quaisquer esfor os ao motor especialmente se for turbo alimentado onde a conex o flex vel montada diretamente na sa da do turbo alimentador Como a maioria dos grupos geradores s o elasticamente apoiados os tubos est o sujeitos n o
52. nica o e transmiss o de dados carregador flutuador de baterias volt metro e amper metro do sistema de excita o ou outros instrumentos conforme requerido para a aplica o Nos grupos geradores de emerg ncia dotados de sistema de partida autom tica para assumir a carga em caso de falha da rede local o motor Diesel est equipado com um sistema de pr aquecimento constitu do por um resistor imerso numa deriva o do circuito de refrigera o geralmente de 2 a 4 kW dependendo do porte do grupo gerador para que a gua seja mantida em temperatura acima da ambiente e pr xima da de trabalho A temperatura controlada por um ou dois termostatos que ligam ou desligam a corrente que alimenta o resistor segundo valores pr ajustados Isto auxilia no sentido de possibilitar que o grupo gerador seja acionado e assuma a carga em 10 a 15 segundos ap s a aus ncia da energia da rede local O circuito do sistema de pr aquecimento deve ser ligado ao motor de tal forma que o aquecimento provoque termo sif o fazendo a tomada de gua fria em um ponto mais baixo que a conex o de sa da da gua aquecida Nas regi es frias um sistema semelhante instalado no circuito de lubrifica o para manter aquecido tamb m o leo lubrificante Quando for necess rio utilizar pr aquecimento do leo lubrificante efetuar as trocas de leo em per odos reduzidos Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 26 Dispositivos
53. nto de energia el trica produzida a partir do consumo de leo Diesel Em fun o dos consumidores de energia el trica a que se destinam os grupos geradores s o constru dos com caracter sticas especiais que os tornam apropriados para diversas aplica es S o muitos os fatores a serem considerados antes da aquisi o do equipamento adequado Os fornecedores de grupos geradores tendem a padronizar os seus produtos evitando os fornecimentos especiais sob encomenda o que na pr tica invi vel pois h situa es em que alguns requisitos do ambiente e dos consumidores n o podem deixar de ser atendidos o caso por exemplo dos equipamentos de telecomunica es que necessitam de tens o e frequ ncia sem oscila es com baixos fatores de interfer ncia que somente se consegue em grupos geradores com alternadores especialmente fabricados para esta finalidade Outro exemplo os grupos geradores para uso naval fabricados sob fiscaliza o das sociedades classificadoras que em tudo diferem do que seria considerado um grupo gerador de uso industrial Outros fatores como n vel de ru do capacidade de operar em paralelo com outro grupo ou com a rede local tempo de partida capacidade de partida e parada autom tica telemetria e controle remoto durabilidade estendida do leo lubrificante em muitos casos s o exig ncias inerentes aos consumidores a serem atendidas pelo equipamento Em todas as situa es uma avalia o criteriosa
54. om o fechamento das liga es externas se obtenha valores diferentes de tens o como veremos adiante O tipo de fechamento normalmente utilizado o estrela com neutro acess vel onde existe um ponto de liga o para cada fase mais um ponto denominado neutro que constitu do pelo fechamento das extremidades das bobinas A tens o entre os tr s pontos terminais de cada fase sempre a mesma que deve corresponder ao tipo de fechamento escolhido A tens o medida entre cada fase e o neutro menor sendo numericamente igual ao valor da tens o entre fases dividida pela raiz quadrada de 3 O neutro para ser ligado ao aterramento da instala o el trica local No sistema trif sico ligado a carga equilibrada n o deve haver circula o de corrente pelo condutor neutro o que na pr tica resulta muito dif cil raz o pela qual os alternadores chamados industriais s o constru dos para suportar um desequil brio de carga entre fases m ximo de 15 valor que n o deve ser excedido pois al m de provocar funcionamento irregular e diferen as de tens o entre fases pode danificar o alternador Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 14 13 3 LIMITA ES O que limita a pot ncia do alternador a temperatura alcan ada pelo enrolamento do induzido Por isso s o m quinas que sofrem perdas por aquecimento que pode resultar da temperatura ambiente ou da altitude Os alternadores de linha normal de produ
55. onsiga este valor A dist ncia entre o ventilador e a colm ia do radiador deve ser de 1 3 vezes o di metro do ventilador mas nunca inferior a 120 mm 16 4 1 C LCULO DA QUANTIDADE DE AR A ventila o da sala de m quinas indispens vel a uma opera o sem problemas do grupo gerador Tal como foi mencionado necess ria uma quantidade consider vel de ar para arrefecimento do radiador troca de calor do alternador combust o do motor Diesel e Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 31 arraste do calor irradiado pelas partes quentes do motor como bloco cabe otes turbo alimentador coletor e tubula o de escapamento A fim de se manter no m nimo poss vel o calor irradiado e por conseguinte o volume de ar de arrefecimento os tubos de escape e silenciadores localizados dentro do edif cio dever o ser sempre revestidos com material termo isolante At Ar necess rio sem ar de arrefecimento do motor C 40 35 2 30 At 80 kVA e 25 De 80 a 120 kVA o 20 Acima de 120 kVA O 5 15 o lt 10 O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 m KVA h Quantidade de ar por KVA num joseciandio eng br O diagrama acima mostrando as quantidades de ar exigidas para a dissipa o do calor irradiado pelo motor o calor devido s perdas do alternador e incluindo o ar de combust o necess rio s diversas diferen as de temperatura admiss veis
56. ont nua que aplicada ao circuito produz a mesma quantidade de calor Eng Jos Claudio Pereira www perfectum eng br P g 16 0 Sendo R a resist ncia do circuito calculado pela f rmula 1 79 3 Ret que uma vez resolvida d os resultados 2 et a IB conhecidos como valores RMS de Root Mean Square Os valores RMS s o os que s o lidos nos instrumentos de medi o Note que tais instrumentos indicam valores RMS de grandezas que se comportam de forma senoidal ao longo do tempo Para medi o de grandezas com outras formas de onda s o necess rios instrumentos TRUE RMS 13 4 1 TENS O POT NCIA E FREQU NCIA NO ALTERNADOR Nos sistemas trif sicos a tens o entre fases determinada pelas liga es de fechamento que forem executadas Normalmente os alternadores s o fornecidos com 12 terminais de bobinas do induzido para serem ligados de forma a gerar tens o em 220 127 V 380 220 V ou 440 254 V A tens o entre fase e neutro o quociente da divis o da tens o entre fases pela raiz quadrada de 3 Os diferentes valores poss veis de tens o s o o resultado do arranjo das bobinas que s o constru das em grupos resultando para cada fase um conjunto de 2 bobinas que podem ser ligadas como se v nas figuras seguintes FECHAMENTO EM ESTRELA Fase 1 Fase 1 1 2 Fase 2 de 2 Fase 2 o Neutro a GD q lt Neutro 440 I 254 Volts o 220 127 Volts a 4m 5m 6 4a 5n 6
57. ot ncia maior esta deve ser elevada o que ser imprescind vel levar em conta no projeto 12 1 4 TIPOS DE CARGA Carga brusca significa a aplica o s bita de uma parte consider vel da carga nominal ou ainda a aplica o tempor ria de sobrecarga A aplica o da carga ativa kW ocasiona uma queda tempor ria din mica da velocidade Se isto n o implicar em carga no motor Diesel al m da sua pot ncia m xima pr ajustada de bloqueio a velocidade subir novamente at a velocidade nominal dentro de um tempo de recupera o relativamente breve dependendo das caracter sticas do governador utilizado no motor Diesel Em caso de uma sobrecarga moment nea de pot ncia ativa pode ser eventualmente poss vel compensar o pico de pot ncia por meio de um volante particularmente pesado do motor Diesel n o sendo portanto necess rio um superdimensionamento do motor e alternador em fun o de sobrecargas tempor rias o dimensionar o grupo gerador tamb m preciso observar se os motores el tricos trif sicos de maior porte s o ligados diretamente partida direta ou se por meio de dispositivos auxiliares de partida como chave estrela tri ngulo ou compensadora por auto transformador partida com tens o reduzida Em caso de partida direta a corrente de partida poder superar em at 6 ou mais vezes a corrente nominal dependendo da constru o adotada Neste caso o alternador pode estar sujeito a uma carga de corrente t
58. per odo de partida do motor el trico por m a corrente controlada por meio de SCR s retificadores controlados de sil cio Quando for o caso observar que a partida com estes dispositivos submete o alternador a uma carga n o linear deformante que poder introduzir distor es n o suportadas por outros consumidores Em geral a redu o da corrente de partida adotada em torno de 50 Os motores para acionamento de m quinas centr fugas tais como por exemplo bombas e ventiladores dever o ser projetados de tal forma que seu torque de partida ainda permane a acima da curva de torque da m quina acionada no caso de liga o direta ou estrela tri ngulo mesmo durante uma queda moment nea de tens o para 80 da tens o nominal Para o acionamento de m quinas alternativas tais como bomba a pist o e compressores como tamb m agitadores etc ser sempre necess rio um dispositivo de al vio para o per odo de partida porque essas m quinas requerem um torque elevado j no in cio da opera o Rendimento dos motores el tricos trif sicos 771 Rendimento A 1500 rpm A 3000 rpm 76 0 at 80 0 76 0 at 79 0 82 5 at 83 0 81 5 at 88 0 Pot ncia em kW 90 O 896at 910 91 0 Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 6 F rmulas de pot ncia para motores el tricos trif sicos P kW Pot ncia dispon vel no eixo do motor Py kW Pot ncia ativa tomada no terminal do motor Pa
59. por kVA satisfaz plenamente para uma elabora o de projeto Em casos especiais pode ser necess rio um c lculo separado das quantidades de ar de arrefecimento que tamb m ser visto a seguir 16 4 1 1 CALOR IRRADIADO PELO MOTOR DIESEL Geralmente o calor irradiado pelo motor Diesel indicado como uma percentagem do calor contido no combustivel injetado Os valores seguintes podem ser tomados como base para o c lculo das quantidades de calor irradiado e de ar At 100 CV De 100 a 500 CV Acima de 500 CV Para Motores refrigerados a ar todos As percentagens s o valores de refer ncia pois muito dif cil determinar os valores exatos do calor irradiado Para motores turbo alimentados os valores podem ser tomados com cerca de 1 abaixo e para motores com pequeno n mero de cilindros os valores podem ser bastante superiores O tubo coletor de escape montado no motor est sendo considerado mas n o a tubula o do escape que vai al m Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 32 O calor total irradiado pelo motor Diesel calculado como segue pressupondo que os tubos de escape de consider vel comprimento estejam isolados Pa KVA Pot ncia do alternador D CV DO si H kCal kg Valor calor fico do leo Diesel 10 000 Consumo espec fico de combust vel do motor Diesel b kg CV h segundo DIN 6270 A toler ncia de mais 5 sobre o valor informado pelo fabricante u
60. r a secagem das bobinas XIV Lubrificar os rolamentos do alternador XV Reapertar cabos e conectores el tricos XVI Substituir mangueiras ressecadas XVII Completar o n vel do eletr lito das baterias XVIII Manter os bornes de baterias untados com vaselina neutra para evitar a forma o de crostas de xidos XIX Revisar bomba e bicos injetores e XX Inspecionar o amortecedor de vibra es Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 42
61. r de folgas e desgaste evitando assim ajustes peri dicos Os alternadores modernos s o dotados de carca a padr o SAE que permite montagem monobloco garantindo a manuten o do alinhamento entre os eixos das m quinas ap s a montagem Entretanto na primeira montagem necess rio conferir a concentricidade dos eixos em rela o s suas respectivas carca as com um microcomparador para se assegurar de que n o haver desalinhamento Nas montagens diretas sem carca as padronizadas o alinhamento necessita ser feito criteriosamente e conferido ap s a fixa o definitiva das m quinas Embora os acoplamentos el sticos permitam desvios relativos todavia aconselh vel procurar obter o m ximo alinhamento poss vel Isto prolongar a vida til do acoplamento As medi es de alinhamento se fazem como nas figuras abaixo e os valores das toler ncias dever o ser informados pelo fabricante do acoplamento 14 1 ALINHAMENTO www joseclaudio eng br N Lo w Lo y N S Sa S fa i N N N x E j j x x A N N K NS kaa NA Ta N Medi o com extremidades expostas EN Medi o do ngulo de desvio in ES An 1 Metade do acoplamento g Medi o da centraliza o 2 Rel gio comparador Ao montar um acoplamento necess rio certificar se de que o mesmo n o interfere na folga axial da rvore de manive
62. ramento deve ser constru do caso existam consumidores que demandem energia com tens o entre fase e neutro do alternador Observar que as cargas que ser o alimentadas pelo grupo gerador devem estar distribu das entre as fase do alternador de modo que n o resulte desequil brio superior a 15 Os cabos el tricos para interliga o do alternador ao quadro de comando e deste aos consumidores devem ser dimensionados obedecendo s recomenda es das normas t cnicas aplic veis Sobrecarga em cabos el tricos produz aquecimento dos mesmos com consequente risco de danos ao isolamento e possibilidade de curto circuito Outros cuidados principais de instala o dizem respeito s vibra es ao n vel de ru do sistema de combust vel circula o de ar e exaust o dos gases de escape 16 1 VIBRA ES Um motor Diesel de quatro tempos e 6 cilindros por exemplo trabalhando a 1800 rpm ter 3 tempos motor a cada volta completa da rvore de manivelas Estes impulsos para efeito de c lculos de frequ ncia s o chamados excitadores principais e sua frequ ncia Oy 3 x 1 800 x 27 60 A frequ ncia natural ou pr pria do sistema w uma composi o de harm nicos e subharm nicos resultante dos movimentos das massas Quando ocorre a igualdade das frequ ncias dos excitadores principais com a frequ ncia natural O e acontece o que se conhece como resson ncia com todas as manifesta es perigosas que costuma
63. s Em instala es com v rios motores o sistema de combustivel deve ser dividido pelo menos em dois grupos independentes para evitar que uma tubula o com defeito afete o funcionamento de todos os motores Para a liga o do tanque de combust vel ao filtro no motor Diesel deve se evitar a utiliza o de tubos galvanizados dada possibilidade de desprendimento ao longo do tempo de part culas met licas Os di metros dos tubos em fun o de comprimento e n mero de curvas devem atender s recomenda es do fabricante do motor quanto vaz o e press o de combust vel A conex o entre a tubula o e o filtro de combust vel junto ao motor deve ser flex vel preferencialmente por mangueira com conex o girat ria o mais reta poss vel para evitar estrangulamento Sempre que poss vel deve se instalar um filtro separador de gua na linha de alimenta o de combust vel entre o tanque e a bomba o qual deve ser drenado diariamente Este filtro n o substitui o que necess rio manter na entrada da bomba injetora A press o est tica do combust vel em rela o bomba injetora tamb m deve atender s recomenda es do fabricante do motor Para os motores Cummins equipados com bomba PT por exemplo o n vel m ximo do tanque n o pode ultrapassar a altura dos cabe otes do motor pois h risco de inunda o dos cilindros com o combust vel de retorno quando o motor estiver parado com graves riscos de acidente na
64. sujeitos a uma carga inicial aplica se tamb m a rela o de correntes de 1 33 ou 2 0 se corrente inicial for adicionada a corrente de partida No caso de alternadores trif sicos a corrente nominal pode ser ligada quando da partida de motores el tricos trif sicos sem que haja uma queda de tens o superior a aproximadamente 18 0 Aumentando se a corrente de partida em mais 25 da corrente nominal do alternador deve se contar com mais uma queda de tens o da ordem de 4 0 Isto significa que a um alternador em vazio podem ser ligados diretamente motores el tricos at uma ordem de grandeza de aproximadamente 20 0 da sua capacidade nominal sem que o motor Diesel sofra uma queda de velocidade anormal nem que haja queda de tens o transit ria do alternador al m de 20 0 entre 0 1 e 0 5 segundo Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 7 Quando se necessita partir motores cuja corrente de partida ultrapassa os limites das rela es acima necess rio estabelecer o limite de queda de tens o admiss vel pelos demais consumidores A queda de tens o que se verifica durante as partidas de motores el tricos depende tamb m do tipo de excita o do alternador Excita o din mica tem um tempo de resposta ligeiramente superior do que a excita o est tica Em resumo para um projeto normal de grupo gerador a sua pot ncia ativa n o dever exceder a pot ncia m xima admiss vel do motor Diesel levando se em conta o ren
65. te KVA ou o fator de pot ncia coso e o fator de simultaneidade Durante o projeto de um grupo gerador de emerg ncia para um pr dio existente com consumidores j instalados a pot ncia ativa kW pode ser obtida facilmente quando da leitura do consumo de energia indicado pelo medidor de kWh quando todos os consumidores essenciais com direito a suprimento de emerg ncia estiverem ligados sob aplica o da carga por uma hora Todavia pode se proceder tamb m como no projeto de uma instala o nova Se os consumidores forem divididos em essenciais e n o essenciais deve se considerar j na etapa de projeto que ambos os tipos de consumidores estar o conectados a barramentos separados 12 1 2 FATOR DE SIMULTANEIDADE Este fator indica a percentagem do consumo total de energia instalada que estar em opera o ao mesmo tempo Em geral n o se pressup e que todos os consumidores existentes estejam ligados simultaneamente Com uma avalia o l gica do fator de simultaneidade o grupo gerador Diesel pode ser dimensionado com pot ncia menor do que a soma de todos os consumidores potenciais Todavia a pot ncia nominal do grupo gerador n o dever ser calculada muito abaixo da pot ncia total requerida pelos consumidores porque ap s sua instala o frequentemente anexam se outros novos consumidores O fator de simultaneidade deve ser avaliado para cada projeto Deve ser evitada a ado o de um fator muito baixo Alguns
66. tro e do regulador de tens o podem ser remanejadas para pontos onde exista a tens o compat vel conforme o caso 380 220 Volts 4 Neutro 1 FECHAMENTO EM TRI NGULO OU DELTA Fase 3 Fase 3 EE g o E 598 8 Ee E e j N 2 Fase 2 p 4 h P p Fase 2 TA K TIM MJ Se 10 Fase 1 Fase 1 Bobinas em s rie 440 Volts Bobinas em paralelo 220 Volts www joseclaudio eng br 13 4 2 POT NCIA DO ALTERNADOR Vimos no cap tulo 4 que a pot ncia do alternador definida em KVA pot ncia aparente e que a pot ncia ativa definida em kW sendo o fator de pot ncia coso a rela o entre as pot ncias ativa e aparente e que kW cos KVA Vimos ainda que existe a pot ncia reativa que surge nos circuitos el tricos com cargas indutivas especialmente motores el tricos Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 18 Na realidade a pot ncia aparente KVA a soma vetorial das pot ncias ativa kW e reativa KVAr No tri ngulo de pot ncias abaixo pode se visualizar as rela es que existem entre as tr s pot ncias num oseciaundio eng br Das rela es geom tricas do tri ngulo ret ngulo sabemos que KVA kW KVAr e que cosp kW KVA f cil perceber que mantendo se constante o valor de kW quanto maior for o valor de KVAr menor ser coso e maior ser KVA Por isso o fator de pot ncia universalmente kW denominado coso Se estab
67. uportar o peso isolar vibra es e assegurar o alinhamento do conjunto calculando a espessura da base de concreto armado necess ria para o equipamento considerando que o peso da base deve ser igual ao peso do Grupo Gerador e P 2500 1 c Onde e espessura da base de concreto m P Peso total do grupo gerador kg 2500 Densidade do concreto kg m l largura da base m e c Comprimento da base m Os valores de le de c devem ser os da base do grupo gerador acrescidos de 12 0 30 cm para cada lado Se o grupo gerador utiliza amortecedores de vibra o Vibra Stop por exemplo considerar o peso da base igual ao do grupo gerador Multiplicar pela unidade o valor de e encontrado Multiplicar o valor de e calculado por 1 25 quando n o utilizar amortecedores de vibra o e por 2 quando se tratar de grupos geradores que operam em paralelo A ferragem para a arma o do concreto pode ser feita com uma malha tran ada de vergalh es com espa amento de 3 00 A base met lica do grupo gerador deve ser conectada ao sistema de aterramento geral da subesta o local Em algumas instala es o neutro da rede local separado do aterramento da instala o Neste caso conectar o neutro do alternador ao neutro da rede e o terra da base ao aterramento geral Eng Jos Claudio Pereira WWw perfectum eng br P g 27 Tratando se de instala o em que o grupo gerador a nica fonte de energia um sistema de ater

Motores e geradores II - Avaliação patrimonial, consultoria

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