Ventilação
Diretrizes Gerais
A ventilação da sala do gerador é
necessária para remover o calor dissipado pelo motor, alternador e outros equipamentos
geradores de calor do grupo gerador, bem como para remover gases potencialmente
perigosos de escape e fornecer o ar para a combustão. Um projeto de ventilação
inadequada resulta em altas temperaturas na vizinhança do grupo gerador, o que
pode elevar o consumo de combustível, reduzir o desempenho do grupo gerador, causar
falhas prematuras dos componentes e superaquecer o motor, além de oferecer más
condições de trabalho no ambiente da máquina.
A escolha dos locais de entrada e
de saída da ventilação é crítica para o funcionamento correto do sistema. O
ideal é que a admissão e o escape permitam que o ar de ventilação seja forçado
para fluir através de toda a sala do gerador. Os efeitos dos ventos
predominantes devem ser levados em conta ao se definir a localização da saída
do ar. Estes efeitos podem reduzir seriamente o desempenho do radiador montado
no chassi. Se a velocidade e a direção do vento for uma questão a ser
considerada, poder ser utilizados anteparos ou barreiras para impedir que o
evitar o vento sopre contra a saída do ar de escape do motor (veja a Figura
6-24). Deve-se evitar também que os gases de escape da ventilação penetrem numa
área de recirculação de um edifício, formada pelos ventos dominantes.
O ar de ventilação poluído com
poeira, partículas ou outros materiais pode exigir filtros especiais no motor
e/ou no alternador para operação e arrefecimento corretos, principalmente em
aplicações de energia prime. Consulte o fabricante sobre o uso de grupos
geradores em ambientes com contaminação química.
Os sistemas de ventilação do
cárter do motor podem expelir ar misturado com óleo na sala do grupo gerador. O
óleo pode ser depositado nos radiadores ou outros equipamentos de ventilação,
impedindo seu funcionamento. O uso de coletores de respiro do cárter ou a
ventilação do cárter para o exterior é a melhor prática.
Deve-se dar atenção à velocidade
do ar de admissão na sala do grupo gerador. Se a taxa de fluxo de ar for muito alta,
os grupos geradores tenderão a "sugar" chuva e neve para a sala do
grupo gerador quando estiverem funcionando.
Um bom projeto deve ter como meta
limitar a velocidade do ar de entrada entre 150-220 m/min (500-700 pés/min). Em
climas frios, o ar de saída do radiador pode ser recirculado para modular a
temperatura do ar na sala do grupo gerador. Isto ajudará o grupo gerador a
aquecer mais rapidamente e manterá a temperatura do combustível a uma temperatura
mais alta do que a de seu ponto de névoa. Se forem utilizados defletores de
recirculação, estes deverão ser projetados de modo que possa haver "fail
close", com os defletores principais de saída abertos, de modo que o grupo
gerador possa continuar funcionando quando necessário. Os projetistas devem
estar cientes de que a temperatura de operação na sala do grupo gerador estará muito
próxima da temperatura externa (fria) e, portanto, não deverão instalar tubos
d'água através do grupo gerador ou deverão protegê-lo contra a formação de
gelo.
À medida que o ar de ventilação
flui através de uma sala de equipamento, sua temperatura aumenta gradualmente, especialmente
se passar através do grupo gerador. Veja a Figura 6-25. Isto pode gerar
confusão quanto às classificações de temperatura do grupo gerador e do sistema
geral. A prática da Cummins Power Generation é classificar o sistema de
arrefecimento com base na temperatura ambiente em torno do alternador. O
aumento da temperatura na sala é a diferença entre a temperatura medida no
alternador e a temperatura externa. A temperatura na colméia do radiador não
tem impacto no projeto do sistema uma vez que o calor do radiador é dissipado
diretamente para fora da sala do equipamento.
Um bom projeto para aplicações
standby deve manter a temperatura na sala do equipamento no máximo em 50º C (125º
F). Entretanto, limitar a temperatura na sala do grupo gerador em 40º C (100º
F) permite equipar o grupo gerador com um radiador montado no chassi menor e
mais barato, além de eliminar a necessidade de despotenciamento do motor devido
a temperaturas elevadas do ar de combustão, (Consulte os dados do fabricante do
motor para informações sobre a prática de despotenciamento de um dado motor. O
Power Suite fornece Informações sobre os produtos da Cummins Power Generation).
Certifique-se de que as especificações do projeto do grupo gerador descrevam
plenamente as premissas utilizadas no projeto do sistema de ventilação do grupo
gerador.
A grande questão então é: “Qual é
a temperatura externa máxima na qual o grupo gerador deverá funcionar?” Esta é simplesmente
uma questão da temperatura ambiente máxima na região geográfica onde o grupo
gerador for instalado.
Em algumas áreas ao norte dos
EUA, por exemplo, a temperatura máxima dificilmente ultrapassa 90º. Assim, um
projetista poderá selecionar os componentes do sistema de ventilação com base
em uma elevação de temperatura de 10º F com um sistema de arrefecimento do
grupo gerador de 100º F, ou com base em uma elevação de temperatura de 35º F
com um sistema de arrefecimento do gerador de 125º F.
A chave para o funcionamento
correto do sistema assegurar que as decisões sobre a temperatura máxima de funcionamento
e sobre a elevação de temperatura sejam tomadas com cuidado e que o fabricante
do grupo gerador projete o sistema de arrefecimento (não apenas o radiador) para
as temperaturas e ventilação necessárias.
O resultado de um projeto de
sistema impróprio é que o grupo gerador superaquecerá quando a temperatura ambiente
e a carga no grupo gerador forem altas. Em temperaturas mais baixas ou em
níveis de carga menores, o sistema pode funcionar apropriadamente.
Cálculos do Fluxo de Ar
A taxa de fluxo de ar necessária
para manter um aumento específico de temperatura na sala do gerador é
determinada pela fórmula:
O fluxo total de ar necessário na
sala é o valor calculado por esta equação, mais o ar necessário para a
combustão do motor (Os dados necessários para os cálculos de grupos geradores específicos
da Cummins Power Generation podem ser encontrados no Cummins Power Suite. Pode
haver diferenças significativas nas variáveis utilizadas nestes cálculos para
vários produtos do fabricante).
Neste cálculo, os principais
fatores obviamente são o calor irradiado pelo grupo gerador (e outros
equipamentos na sala) e a elevação máxima permitida da temperatura.
Como a dissipação de calor da
sala está fundamentalmente relacionada à potencia em kW do grupo gerador e esta
classificação é controlada pela demanda de carga elétrica do edifício, a
principal decisão a ser tomada pelo projetista com relação à ventilação é a
elevação de temperatura permitida aceitável na sala.
Teste de Campo dos Sistemas de Ventilação
Como é difícil realizar testes
quanto à operação correta, um fator a ser considerado no teste do sistema é a
elevação da temperatura na sala sob as condições reais de operação em função da
elevação projetada. Se a elevação da temperatura sob plena carga e em
temperaturas ambientes mais baixas estiver dentro das estimativas, é mais
provável que o sistema funcione corretamente em temperaturas ambientes mais
altas e níveis de carga mais elevados.
O procedimento a seguir pode ser usado para a qualificação preliminar
do projeto do sistema de ventilação:
1. Opere o grupo gerador com
plena carga (fator de potência 1,0 é aceitável) o tempo suficiente para que a
temperatura do líquido de arrefecimento do motor se estabilize (aproximadamente
1 hora).
2. Com o grupo gerador ainda
funcionando sob a carga nominal, meça a temperatura ambiente do ar na sala do
grupo gerador na entrada do filtro de ar.
3. Meça a temperatura do ar
externo (na sombra).
4. Calcule a diferença de
temperatura entre a temperatura externa e a da sala do grupo gerador.
5. Certifique-se de que não seja
excedidas a elevação projetada de temperatura na sala do gerador e a temperatura
máxima do motor no tanque superior.
Se a elevação projetada da
temperatura ou a temperatura no tanque superior forem excedidas, serão
necessários testes mais detalhados do local, ou correções no projeto para
verificar o projeto apropriado do sistema.
Ventilação de Radiador Montado no Chassi
Nesta configuração (Figura 6-24),
o ventilador suga o ar pelas aberturas de entrada de ar na parede oposta e
através do grupo gerador e o força através do radiador que possui flanges para
a conexão de um duto até o exterior do edifício.
Considere o seguinte:
• A localização da sala do
gerador deve ser tal que o ar de ventilação possa ser sugado diretamente do
exterior e descarregado diretamente para fora do edifício. O ar de ventilação
não deve vir de salas adjacentes. Os gases de escape também deverão ser
descarregados no lado do edifício onde é feita a descarga de ar do radiador
para reduzir a probabilidade de que os gases de escape e a fuligem possam ser
sugados para a sala do gerador juntamente com o ar de ventilação.
• As aberturas de entrada e de
descarga do ar de ventilação devem estar especificamente localizadas ou
blindadas para minimizar o ruído do ventilador e os efeitos do vento no fluxo
de ar. Quando utilizada, a descarga blindada deverá estar localizada em uma altura
não inferior à do radiador e distante da abertura de ventilação. Obtém-se um
melhor desempenho com uma altura de aproximadamente 3 vezes a do radiador.
Em áreas restritas, palhetas
giratórias ajudarão a reduzir a restrição causada pelas barreiras adicionadas ao
sistema. Quando estas forem utilizadas, faça provisões para o escoamento de
chuva de modo que ela não seja direcionada para a sala do gerador.
• O fluxo de ar através do
radiador geralmente é suficiente para a ventilação da sala do gerador.
Consulte o exemplo de cálculo (em
Cálculos do Fluxo de Ar nesta seção) para um método de cálculo do fluxo de ar
necessário para atender às especificações de elevação de temperatura na sala.
• Consulte a Folha de
Especificações do grupo gerador recomendado para o projeto do fluxo de ar
através do radiador e para a restrição permitida ao fluxo de ar. A restrição
permitida ao fluxo de ar não deverá ser excedida. A pressão estática (restrição
ao fluxo de ar) deverá ser medida como mostrado nas Figuras 6-24, 6-26, e 6-27
para certificar, antes de o grupo ser colocado em serviço, que o sistema não
seja muito restritivo. Isto é particularmente verdadeiro quando o ar de
ventilação é fornecido e descarregado através de longos dutos, grades
restritivas, telas e defletores.
• Para instalações na América do
Norte, consulte as publicações da ASHRAE (Sociedade Americana dos Engenheiros
de Calefação, Refrigeração e Ar Condicionado) para recomendações sobre o
projeto dos dutos, se forem necessários dutos de ar para a aplicação. Note que
o duto de entrada deve fornecer o fluxo de ar para a combustão (consulte a
Folha de Especificações) bem como o fluxo de ar para a ventilação, e deverá
estar dimensionado de acordo.
• Defletores e telas sobre as
aberturas de entrada e saída do ar restringem o fluxo de ar e variam muito em
desempenho. Um conjunto de defletor com palhetas estreitas, por exemplo, tende
a ser mais restritivo do que um com palhetas largas. A área efetiva de abertura
especificada pelo fabricante do defletor ou da tela deverá ser utilizada.
• Como o ventilador do radiador
causa uma leve pressão negativa na sala do gerador, é altamente recomendado que
equipamentos de combustão, como caldeiras de aquecimento do edifício, não
estejam na mesma sala que o grupo gerador. Se isto for inevitável, será necessário
determinar os efeitos negativos, como recirculação do ar, e fornecer os meios
(aberturas e/ ou dutos extra largos de entrada na sala, ventiladores de
pressurização, etc.) para reduzir a pressão negativa a níveis aceitáveis.
• Em climas mais frios, devem ser
utilizados amortecedores automáticos para fechar as aberturas de entrada e de
saída de ar para reduzir a perda de calor da sala do gerador quando o grupo gerador
não estiver funcionando. Um amortecedor termostatico deverá ser utilizado para
recircular uma parte do ar de descarga do radiador para reduzir o volume de ar
frio que é sugado para a sala quando o grupo está funcionando. Os amortecedores
de entrada e de saída deverão abrir completamente durante a partida do grupo. O
amortecedor de recirculação deverá fechar completamente em 16º C (60º F).
Figura 6-26: Instrumentação
Recomendada para Medir a Restrição do Fluxo de Ar
• Em vez de recircular o ar de
descarga do radiador na sala do gerador em climas mais frios, todo o ar de ventilação
deverá ser descarregado diretamente para fora do edifício e não deverá ser
utilizado para aquecer nenhuma área além da sala do gerador.
• Um conector flexível para duto
deve ser instalado no radiador para evitar a recirculação do ar de escape ao redor
do radiador, para absorver o movimento e a vibração do grupo gerador e para
evitar a transmissão de ruídos.
• Tipicamente, projeta-se um
grupo gerador com radiador montado no chassi para se obter a capacidade de
arrefecimento sob carga plena a uma temperatura ambiente de 40º C durante a
operação contra uma resistência ao fluxo de ar de 0,50 polegadas de coluna de
água (Ponto A, Figura 6-27). A resistência ao fluxo de ar externo é aquela
causada por dutos, telas, amortecedores, defletores, etc. Pode-se considerar a operação
em temperaturas ambientes mais altas do que a temperatura projetada (Ponto B,
Figura 6-27, por exemplo) se a redução de potência for aceitável e/ou a
resistência ao fluxo de ar de arrefecimento for menor que a resistência na qual
a capacidade de arrefecimento foi testada. (Uma resistência menor significa um
maior fluxo de ar através do radiador, sem levar em conta o efeito da
temperatura mais alta do ar na capacidade de arrefecimento do radiador.) Deve-se
consultar a fabrica para se obter uma capacidade aceitável de arrefecimento do
grupo gerador em uma temperatura ambiente elevada.
Ventilação em Aplicações com Trocador de Calor ou Radiador Remoto
Um sistema de arrefecimento com
trocador de calor ou radiador remoto (Figura 6-28) poderá ser selecionado
devido às considerações sobre ruídos ou porque a restrição ao fluxo de ar
através de longos dutos pode ser maior que a permitida para um radiador com
ventilador acionado pelo motor. Considere o seguinte:
• A sala do gerador deverá ser
provida de ventiladores para a ventilação. Os ventiladores deverão ser capazes de
movimentar o fluxo necessário de ar de ventilação contra a restrição ao fluxo
de ar. Veja no exemplo de cálculo abaixo um método para determinar o fluxo de ar
necessário para a ventilação.
• Deve ser dimensionado um
ventilador de radiador remoto especificamente para arrefecer o radiador. Dependendo
de sua localização, o ventilador também poderá ser utilizado para ventilar a
sala do gerador.
• As localizações do ventilador e
da entrada de ar devem ser tais que o ar de ventilação seja impulsionado para a
frente sobre o grupo gerador. Em geral, os sistemas de arrefecimento remoto
possuem mais cargas parasíticas e, portanto, essas aplicações dispõem de uma
capacidade ligeiramente menor em kW do grupo gerador. Lembre-se de adicionar as
cargas parasíticas aos requisitos de carga total do grupo gerador.
Exemplo de Cálculo do Fluxo de Ar de Ventilação
A Folha de Especificações do
grupo gerador recomendado indica que o calor irradiado para a sala pelo grupo
gerador (motor e gerador) é de 4.100 BTU/min. O silencioso e cerca de 10 pés do
tubo de escape com diâmetro de 5 polegadas também estão localizados na sala do
gerador. Calcule o fluxo de ar necessário para limitar a elevação da
temperatura do ar em 30º F.
1. Some todas as fontes de
entrada de calor para a sala. A Tabela 6-5 indica que a perda de calor pelo tubo
de escape de 5 polegadas é de 132 BTU/min por pé de tubo e 2.500 BTU/min pelo
silencioso.
Some as entradas de calor para a sala como segue:
2. O fluxo de ar necessário para
dissipar o calor irradiado da sala é proporcional ao calor total de entrada dividido
pela elevação permitida da temperatura do ar da sala. (Consulte Ventilação
anteriormente nesta seção):
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