Classificação de Energia de Carga Básica
(Classificação de Energia Contínua)
A classificação de 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 há
nenhuma capacidade de sobrecarga sustentada disponível nesta 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
da fonte normal de energia. Nestas aplicações, os grupos geradores são operados
em paralelo com a fonte normal de energia e sob carga constante durante
períodos prolongados.
Dimensionamento
Para fins de orçamento dos custos
do projeto, é essencial elaborar uma programação de carga razoavelmente precisa
assim que possível. Se todas as informações dos equipamentos de carga 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 forem obtidas informações mais precisas. Grandes cargas
de motor, sistemas de fornecimento ininterrupto de energia (UPS), acionadores
de freqüência variável (VFD), bombas de combate a incêndios e equipamentos de
diagnóstico por imagem têm um efeito considerável no dimensionamento do grupo
gerador e devem ser considerados com atenção.
Especificações “justas” sobre
desempenho de transiente, queda de voltagem/freqüência e tempos de retomada, durante
a partida do motor, e aceitação de carga em blocos também têm efeito
considerável no dimensionamento.
Consulte a Seção 3, Impacto das
Cargas Elétricas no Dimensionamento do Gerador neste manual para cálculos de
dimensionamento e os tipos de informações necessárias para diferentes tipos de
equipamento de carga.
Para fins de estimativas preliminares devem ser utilizadas algumas
regras básicas:
• Motores - ½ HP por kW.
• UPS - 40% de superdimensionamento
para 1Ø e 6 pulsos, 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.
Dependendo da carga total
(geralmente acima de 500 kW), pode ser vantajoso o uso de grupos geradores em
paralelo.
Embora tecnicamente exeqüível, o
uso de grupos geradores em paralelo não é economicamente aconselhável quando a
carga total for igual ou menor que 300 kW.
Considerações sobre o Local
Uma das primeiras decisões no
projeto será determinar se o grupo gerador ficará localizado dentro ou fora do
edifício, em um abrigo ou gabinete.
O custo total e a facilidade de
instalação do sistema de energia elétrica dependem do arranjo e da localização
física de todos os elementos do sistema - grupo gerador, tanques de
combustível, dutos e defletores de ventilação, acessórios, etc.
Considere os
seguintes aspectos tanto para a localização interna quanto externa:
• Montagem do grupo gerador.
• Localização do quadro de
distribuição e dos comutadores de transferência.
• Ramificações dos circuitos para
aquecedores de líquido de arrefecimento, carregador de bateria, etc.
• Segurança contra inundação,
incêndio, formação de gelo e vandalismo.
• Contenção de derramamento
acidental ou vazamento de combustível e de líquido de arrefecimento.
• Possibilidade de danos
simultâneos nos serviços da fonte normal e de emergência.
• Acesso para manutenção e
inspeções gerais.
• Acesso e espaço de trabalho
para grandes serviços como revisões ou remoção/substituição de peças.
Considerações sobre o Local
Externo
• Emissão e atenuação dos níveis
de ruídos.
• Tipos de carenagens - Grupos
geradores de até 500 kW aproximadamente são fornecidos com carenagens
‘compactas’. Entretanto, manter uma temperatura ambiente mínima de 4º C (40º F)
para atender os requisitos de certas normas pode ser difícil em uma carenagem
externa ‘compacta’. Existem carenagens com cobertura para a maioria dos grupos geradores.
Se forem incluídos recursos de atenuação de ruídos, o tamanho da carenagem
aumentará consideravelmente.
• O acesso para grandes reparos,
substituição de componentes (tais como radiador ou alternador) ou recondicionamento
devem ser considerados no projeto da carenagem e na instalação de grupos
geradores próximos a outros equipamentos ou estruturas. Se for necessário um
grande serviço devido ao número de horas de operação ou dano/falha de grandes componentes,
as entradas de acesso se tornarão críticas. Essas entradas incluem tampas de
acesso,paredes removíveis da carenagem, distância adequada de estruturas
próximas e acesso aos equipamentos de suporte necessários.
• Cercas de proteção e barreiras
visuais.
• Distâncias dos limites da
propriedade.
• O escape do motor deve ser
direcionado para longe de ventilações e aberturas do edifício.
• Aterramento - Eletrodos ou
anéis de aterramento podem ser necessários para aterramento separado ou
derivado do sistema e/ou do equipamento.
• Proteção contra raios.
Considerações sobre o Local Interno
• Sala exclusiva para o gerador –
Para sistemas de energia elétrica de emergência, certas normas podem exigir que
a sala do gerador seja utilizada somente para acomodá-lo. Considere também o
efeito que um grande fluxo de ar da ventilação poderia ter sobre outros
equipamentos na mesma sala, tais como equipamentos de aquecimento do edifício.
• Classificação contra incêndio
na construção da sala – As normas geralmente especificam uma capacidade mínima
de resistência contra incêndio de 1 ou 2 horas. Consulte as autoridades locais
para obter os requisitos aplicáveis.
• Área de trabalho – A área de
trabalho ao redor de equipamentos elétricos normalmente é especificada por
normas. Na prática, deve haver pelo menos 1 m (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 qualquer acessório. Além disso, o
projeto da instalação deverá prever o acesso para grandes trabalhos (como
recondicionamento ou substituição de componentes, como um radiador, p. ex.).
• Tipo do sistema de
arrefecimento – Recomenda-se um radiador montado na fábrica, mas o ventilador
do radiador pode criar uma pressão negativa significativa na sala. As portas de
acesso devem, portanto, abrir para dentro da sala ou serem protegidas por
anteparos – de maneira que possam ser abertas quando o grupo gerador está
funcionando. Consulte Arrefecimento do Gerador na seção Projeto Mecânico para
as opções adicionais de arrefecimento.
• A ventilação 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.
• Escape do motor – A saída de
escape do motor deverá ser tão alta quanto a prática permitir no lado descendente
dos ventos dominantes e voltada diretamente para fora da ventilação e aberturas
do edifício.
• Armazenamento e tubulação de
combustível – As normas locais podem especificar métodos de armazenamento de
combustível dentro de edifícios e restringir as quantidades armazenadas. Uma
consulta prévia com o dealer local da Cummins Power Generation ou com o comando
local do Corpo de Bombeiros é recomendável. Será necessário acesso para o
reabastecimento dos tanques de armazenamento. Consulte Considerações de Escolha
do Combustível a seguir.
• Recomenda-se que sejam
incluídos recursos no sistema de distribuição elétrica para a conexão de um
banco de carga temporário do grupo gerador.
• A localização dentro de um
edifício dever permitir o acesso para a entrega e instalação do produto e posteriormente
para serviços e manutenção. A localização lógica para um grupo gerador num
edifício com base nestas considerações é no andar térreo, próximo a um
estacionamento ou pista de acesso, ou na rampa de um estacionamento aberto.
Sabendo que estas são áreas nobres de um edifício, se for necessário um outro
local, lembre-se que podem ser necessários equipamentos pesados para a
instalação e grandes serviços na unidade. Além disso, as entregas de
combustível, líquido de arrefecimento, óleo, etc., são necessárias em vários
intervalos. Um sistema de combustível provavelmente será projetado com tanques
de suprimento, bombas, linhas, tanques diários, etc., mas as trocas de óleo
lubrificante e de líquido de arrefecimento poderão ser dificultadas se os
materiais tiverem que ser transportados manualmente em barris ou baldes.
• As instalações sobre lajes,
embora comuns, requerem um planejamento complementar e considerações sobre o
projeto estrutural. As vibrações e o armazenamento/entrega do combustível podem
ser problemáticos em instalações deste tipo.
• Locais internos geralmente
requerem uma sala exclusiva com estruturas contra fogo. Fornecer fluxo de ar
para o interior da sala pode ser um problema.
Geralmente, não são permitidos
abafadores de incêndio em dutos para o interior das salas. O ideal é que a sala
tenha duas paredes externas opostas entre si 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.
Considerações sobre a Escolha do Combustível
A escolha do combustível, seja
gás natural, diesel ou GLP, afetará a disponibilidade e o dimensionamento do
grupo gerador. Considere o seguinte:
Combustível Diesel
• O combustível diesel é recomendado
para aplicações de emergência e standby. Para um bom desempenho de partida e
máxima vida útil do motor, recomenda-se o combustível diesel ASTM D975 Grau No.
2. Consulte o distribuidor do fabricante do motor sobre o uso de outros graus
de combustível diesel para diversos motores.
• Deve -se projetar o
armazenamento do combustível no local, mas o tanque não deve ser muito grande.
O combustível diesel pode ser armazenado por um período de até dois anos, assim
o tanque de suprimento deve ser dimensionado para permitir o reabastecimento de
combustível com base na programação de exercícios e testes nesse período. Pode
ser necessário aplicar um micro-bioinseticida se a freqüência de
reabastecimento for baixa, ou se condições de umidade elevada favorecerem o crescimento
de micróbios no combustível. Os micróbios podem obstruir os filtros de
combustível e afetar o funcionamento do motor ou até mesmo danificá-lo.
• Climas frios – Deve ser usado o
combustível Premium de Grau 1-D quando a temperatura ambiente estiver abaixo do
ponto de congelamento. Pode ser necessário o aquecimento do combustível para
evitar a obstrução dos filtros de combustível quando a temperatura cair abaixo
do ponto de névoa do combustível – cerca de –6º C (20º F) para combustível de
Grau 2-D e –26º C (–15º F) para Grau 1-D.
• Os requisitos de emissões podem
ser aplicáveis.
Combustível Biodiesel
Combustíveis biodiesel derivam de
uma ampla variedade de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais e
óleos de cozinha. Genericamente, estes combustíveis são chamados Ésteres
Metil-Ácido-Graxos (FAME).
Quando usados em motores diesel,
normalmente a emissão de fumaça, a potência e a economia de combustível são reduzidas.
Embora a fumaça seja reduzida, o efeito em outras emissões varia, com redução
de alguns poluentes e aumento de outros. O biodiesel é um combustível
alternativo e o desempenho e as emissões do motor não podem ser garantidos se o
mesmo utilizar este combustível.
Uma mistura de combustíveis
biodiesel e diesel de qualidade na razão de até 5% de concentração de volume não
deverá causar problemas graves. Concentrações acima de 5% podem causar vários
problemas operacionais. A Cummins não aprova nem desaprova o uso de misturas de
combustível biodiesel. Consulte a Cummins para obter outras informações.
Gás Natural
• Para a maioria das instalações,
o armazenamento deve ser feito fora do local.
• O gás natural pode ser uma
opção econômica de combustível quando disponível nas taxas de fluxo e pressão exigidos.
• Um suprimento de reserva de GLP
combustível pode ser necessário para sistemas de fornecimento de energia
elétrica de emergência.
• O gás natural pode ser
utilizado em campo com certos grupos geradores. Entretanto, devem ser feitas análises
do combustível e consultas com o fabricante do motor para se determinar o
despotenciamento e também se a composição do combustível acarretará danos ao
motor devido à fraca combustão, detonação ou corrosão.
• Poderão ocorrer danos e
detonação do motor quando algumas empresas ocasionalmente adicionam butano para
manter a pressão da linha. Os motores a gás natural requerem tubulações limpas
e secas, gás de qualidade para gerar a potência nominal e assegurar uma vida
útil ideal ao motor.
• A estabilidade de freqüência de
grupos geradores com motores de ignição por vela pode não ser tão boa quanto a
dos grupos geradores com motores diesel. Uma boa estabilidade de freqüência é
importante na alimentação de cargas UPS.
• Climas frios – Em temperaturas
ambientes abaixo de –7º C (20º F), os motores com ignição por vela geralmente
são mais fáceis de partir e aceitam carga mais rapidamente do que os motores
diesel.
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.
GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)
• A disponibilidade local de GLP
deverá ser investigada e confirmada antes de se optar por um grupo gerador com
motor a GLP.
• Devem ser providenciados
recursos para o armazenamento local de combustível. O GLP pode ser armazenado
indefinidamente.
• A estabilidade de freqüência de
grupos geradores acionados por motores com ignição por vela pode não ser tão
boa quanto a dos grupos geradores com motores a diesel. Esta é uma consideração
importante para a alimentação de cargas UPS.
• Climas frios – O tanque de
armazenamento de GLP deve ser dimensionado para fornecer a taxa necessária de
vaporização na temperatura ambiente mais baixa esperada, ou ser providenciada a
retirada de líquido com um aquecedor.
NOTA: A Cummins Power Generation não recomenda o uso de GLP em
tubulação de alta pressão (138 kPa [20 psig] ou mais), de líquido ou de vapor
em edifícios.
Gasolina
A gasolina não é
um combustível adequado para grupos geradores standby estacionários devido à
sua volatilidade e prazo de validade.
Combustíveis
Alternativos
Em geral, os
motores a diesel podem funcionar com combustíveis alternativos com
lubricidade aceitável durante os períodos em que o fornecimento do
combustível diesel Nº 2-D esteja temporariamente limitado. O uso de combustíveis
alternativos pode afetar a cobertura de garantia, o desempenho e as emissões do
motor.
Os combustíveis alternativos abaixo geralmente estão dentro dos limites
prescritos:
• Combustível
diesel 1-D e 3-D
• Óleo combustível
de Grau 2 (combustível de aquecimento)
• Combustível para
turbinas de aviões, Grau Jato A e Jato A-1 (combustível para jatos comerciais)
• Combustível para
turbinas a gás para aplicações não aeronáuticas, Grau 1 GT e 2 GT
• Querosene Grau
1-K e 2-K
Considerações
Ambientais
Veja a seguir uma
breve abordagem para a avaliação dos problemas ambientais relacionados a ruídos,
emissões do escape e armazenamento de combustível. Consulte o capítulo Projeto
Mecânico para mais informações.
Ruídos e Controle
de Ruídos
O controle de
ruídos, se exigido, deve ser considerado no início do projeto preliminar.
Geralmente, os métodos de controle de ruídos resultam em um custo considerável
e aumentam a área física necessária para a instalação. Um grupo gerador é uma
fonte complexa de ruídos que inclui ruídos do ventilador de arrefecimento, do
motor e do escape.
A eficiência do
controle de ruídos deve levar em conta todas essas fontes. Na maioria dos
casos, os métodos recomendados de controle de ruído alteram ou redirecionam o
caminho do ruído da fonte no grupo gerador até as pessoas que o ouvem.
Simplesmente usar um abafador de grade poderá ou não contribuir para reduzir o
nível do ruído em um determinado local. Como os ruídos são direcionais, 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.
Leis e Normas de
Ruídos
Na América do
Norte, regulamentações estaduais e municipais 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 de 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
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 de
Emissões de Escape de Motores
Os grupos
geradores, independentemente da aplicação, podem estar sujeitos a normas de
controle de emissões de escape do motor em nível local ou 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 no início da fase de qualquer projeto, verifique junto ao órgão municipal
de controle da qualidade do ar as normas existentes de controle de emissões.
A Tabela 2-3 apresenta
as emissões típicas de escape de motores diesel para grupos geradores de
40-2000 kW sem tratamento dos gases de escape que podem ser usadas para fins de
estimativas. Consulte o fabricante do motor para obter informações detalhadas
de produtos específicos.
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