Arrefecimento em Multi-circuitos do Motor com Radiadores Remotos
Alguns projetos de motor
incorporam mais de um circuito de arrefecimento e, portanto, requerem mais de
um circuito de radiador remoto ou de trocador de calor para aplicações com
arrefecimento remoto. Esses motores utilizam várias técnicas para obter o
Pós-arrefecimento com Baixa Temperatura (LTA) da entrada de ar para a
combustão. Uma das principais razões para a criação de tais projetos é que eles
ajudam a reduzir os níveis de emissões do escape. Entretanto, nem todos esses
projetos de motores são facilmente adaptáveis para o arrefecimento remoto.
Duas Bombas, Dois Circuitos: Uma
abordagem comum para o pós-arrefecimento com baixa temperatura é dispor de dois
circuitos de arrefecimento completos e independentes com dois radiadores, duas
bombas de líquido de arrefecimento e líquido de arrefecimento separado para
cada um. Um circuito arrefece as jaquetas de água do motor e o outro arrefece o
ar de entrada para a combustão após a turbocompresssão. Para o arrefecimento
remoto, estes motores requerem dois radiadores remotos ou dois trocadores de
calor totalmente independentes. Cada um terá suas próprias especificações de
temperaturas, restrições de pressão, dissipação de calor, etc., que deverão atender
os sistemas remotos. Estes dados podem ser obtidos com o fabricante do motor.
Basicamente, devem ser projetados dois circuitos, mas cada um deve ser ter todas
as considerações e satisfazer todos os critérios de um sistema remoto único.
Veja a Figura 6-19.
Nota: A instalação do radiador
para o circuito LTA pode ser crítica para se obter a remoção adequada da
energia térmica exigida para este circuito. Quando os radiadores do LTA e da jaqueta
de água são colocados em série com um único ventilador, o radiador do LTA
deverá ser colocado na entrada do fluxo de ar para que receba primeiro o ar
mais frio.
Uma Bomba, Dois Circuitos:
Ocasionalmente, os projetos de motores conseguem o pós-arrefecimento com baixa temperatura
utilizando dois circuitos de arrefecimento dentro do motor, dois radiadores,
mas apenas uma bomba de líquido de arrefecimento. Estes sistemas não são recomendados
para aplicações de arrefecimento remoto devido à dificuldade de se obter um fluxo
balanceado do líquido de arrefecimento e, conseqüentemente, o arrefecimento
apropriado de cada circuito.
Pós-arrefecimento Ar-Ar: Uma
outra abordagem para se conseguir o pós-arrefecimento com baixa temperatura é utilizar
um circuito de arrefecimento com radiador ar-ar em vez de um projeto ar-líquido
como descrito acima. Estes projetos direcionam o ar turbocomprimido através de
um radiador para arrefecê-lo antes da entrada no(s) coletor(es) de admissão.
Estes sistemas geralmente não são recomendados para arrefecimento remoto por
duas razões.
Primeira, a tubulação de todo o
sistema e o radiador são operados sob pressão do turbocompressor. Mesmo o menor
vazamento neste sistema diminuirá significativamente a eficiência do
turbocompressor e isto é inaceitável. Segunda, o comprimento do percurso do
tubo de ar para o radiador e de retorno do mesmo criará um atraso no tempo de resposta
do turbocompressor e resultará potencialmente em pulsos de pressão que
impedirão o desempenho apropriado do motor.
Radiadores para Aplicações com Radiadores Remotos
Radiadores Remotos: Existem
várias configurações de radiadores remotos para aplicações em grupos geradores.
Em todas as configurações, o radiador remoto usa um ventilador acionado por um
motor elétrico que deve ser alimentado diretamente pelos terminais de saída do
grupo gerador. No ponto mais alto do sistema de arrefecimento, deve ser
instalado um tanque de expansão cuja capacidade de expansão deve ser pelo menos
5% da capacidade total do sistema de arrefecimento. A tampa de pressão a ser instalada
é selecionada com base na capacidade do radiador. Também pode ser necessário
que sejam roteadas linhas de ventilação para o tanque de expansão. Um visor de
vidro é um recurso desejável para visualizar o nível do líquido de
arrefecimento do sistema, e deve ser graduado para mostrar os níveis normal
frio e quente. Um interruptor do nível do líquido de arrefecimento é um recurso
desejável para indicar uma falha potencial do sistema quando o nível do líquido
de arrefecimento estiver baixo.
Algumas instalações com radiador
remoto operam com ventiladores do radiador controlados termostaticamente. Se este
for o caso, geralmente o termostato deve ser montado na entrada do radiador.
Os radiadores podem ser do tipo
horizontal (a colméia do radiador é paralela à superfície de montagem) ou do
tipo vertical (a colméia do radiador é perpendicular à superfície de montagem).
(Veja a Figura 6-19). Os radiadores horizontais geralmente são preferidos pois
permitem que a principal fonte de ruído do radiador (o ruído mecânico do ventilador)
seja direcionada para cima, onde, em geral, não há pessoas que possam ser
perturbadas pelo ruído.
Contudo, os radiadores
horizontais podem se tornar inativos pela cobertura de neve ou formação de
gelo, razão pela qual não são utilizados em climas frios.
Os radiadores remotos requerem
pouca manutenção, mas quando são utilizados e se utilizarem ventiladores
acionados por correias, a manutenção anual deve incluir a inspeção e aperto dos
parafusos do ventilador. Alguns radiadores podem utilizar rolamentos
reengraxáveis que requerem manutenção periódica. Certifique-se de que as aletas
do radiador estejam sempre limpas e livres de sujeira ou outros contaminantes.
Trocador de Calor Montado no
Chassi (Skid): O motor, a bomba e o trocador de calor líquido-líquido formam um
sistema de arrefecimento fechado e pressurizado (veja a Figura 6-20). O líquido
de arrefecimento do motor e a água de arrefecimento (lado “frio” do sistema)
não se misturam.
Considere o seguinte:
• A sala do equipamento do grupo
gerador requer um sistema elétrico de ventilação. Consulte Ventilação nesta
seção para informações sobre o volume de ar necessário para uma ventilação apropriada.
• Como o motor do grupo gerador
não precisa acionar mecanicamente o ventilador de um radiador, pode haver uma
capacidade adicional de kW na saída do grupo gerador. Para obter a potência
líquida do grupo gerador, some a carga do ventilador (indicada na Folha de
Especificações do grupo gerador) à sua potência nominal.
Lembre-se de que o grupo gerador
deverá acionar eletricamente o ventilador do radiador remoto, os ventiladores
de ventilação, as bombas de líquido de arrefecimento e outros acessórios
necessários para que o grupo funcione em aplicações com radiador remoto. Desta
forma, a capacidade em kW ganha com o não acionamento mecânico do ventilador,
geralmente é consumida pela adição dos dispositivos elétricos necessários ao
sistema de arrefecimento remoto.
• Se a pressão da fonte de água
no lado frio do sistema exceder à classificação de pressão do trocador de calor,
deverá ser instalada uma válvula redutora de pressão. Consulte o fabricante do
trocador de calor para informações sobre o trocador de calor, (O Cummins Power
Suite fornece dados sobre trocadores de calor de produtos da Cummins Power
Generation que são fornecidos com trocadores de calor montados na fábrica).
• O trocador de calor e a
tubulação de água devem ser protegidos contra congelamento se houver a possibilidade
de que a temperatura ambiente seja menor que 0º C (32º F).
• As opções recomendadas incluem
uma válvula termostática de água (não elétrica) para modular o fluxo de água em
resposta à temperatura do líquido de arrefecimento e um válvula de corte
normalmente fechada (NF), alimentada pela bateria para cortar o fluxo de água
quando o grupo não está funcionando.
• O fluxo de água deve ser suficiente
para remover o Calor Dissipado para o Líquido de Arrefecimento indicado na
Folha de Especificações do grupo gerador. Note que para cada elevação de 1º F
na temperatura, um galão de água absorve aproximadamente 8 BTU (calor
específico). Além disso, recomenda-se que a água que sai do trocador de calor
não exceda 60º C (140º F). Portanto:
Sistemas com Dois Trocadores de
Calor: Os sistemas de arrefecimento com dois trocadores de calor (Figura 6-21) podem
ser difíceis de projetar e implementar, especialmente se for utilizado um
sistema secundário de arrefecimento, como um radiador para arrefecer o trocador
de calor. Nestas situações, o dispositivo remoto pode ser significativamente maior
que o esperado, uma vez que a mudança de temperatura no trocador de calor é
relativamente pequena.
Aplicações com Torre de
Arrefecimento: Os sistemas com torre de arrefecimento podem ser utilizados em
aplicações onde a temperatura ambiente não seja inferior ao ponto de congelamento
e onde o nível de umidade é baixo o suficiente para permitir a operação
eficiente do sistema. Veja na Figura 6-22 uma configuração típica do
equipamento. Os sistemas com torre de arrefecimento geralmente utilizam um
trocador de calor montado no chassi, cujo lado “frio” deve ser conectado à
torre. O balanceamento do sistema é composto de uma bomba de água “não tratada”
(a bomba de arrefecimento do motor circula o líquido de arrefecimento no lado
“quente” do sistema) para bombear a água de arrefecimento para a parte superior
da torre de arrefecimento, onde a mesma é arrefecida por evaporação e então
retorna ao trocador de calor do grupo gerador. Note que o sistema requer adição
de água, uma vez que a evaporação reduzirá continuamente a quantidade da água
de arrefecimento no sistema. O lado “quente” do sistema do trocador de calor é similar
àquele descrito anteriormente em Trocador de Calor Montado no Chassi (Skid).
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