GRUPOS GERADORES
PARTE II - ALTERNADORES
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO, INSTALAÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE GRUPOS GERADORES
| Páginas: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
16.4.1.1 - CALOR IRRADIADO PELO MOTOR DIESEL Geralmente, o calor irradiado pelo motor Diesel é indicado como uma percentagem do calor contido no combustível injetado. Os valores seguintes podem ser tomados como base para o cálculo das quantidades de calor irradiado e de ar.
As percentagens são valores de referência, pois é muito difícil 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 número de cilindros os valores podem ser bastante superiores. O tubo coletor de escape montado no motor está sendo considerado, mas não a tubulação do escape que vai além. O calor total, irradiado pelo motor Diesel, é calculado como segue, pressupondo que os tubos de escape, de considerável comprimento, estejam isolados.
O calor total, irradiado pelo motor Diesel, é:
|
16.4.1.2 - CALOR DEVIDO ÀS PERDAS DO ALTERNADOR
O calor devido às perdas do alternador é calculado como segue:
|
|
(kCal/h) |
Se o rendimento do alternador não é conhecido, adotar 85% para alternadores até 100 KVA e 90% para alternadores maiores que 100 KVA.
AR DE COMBUSTÃO
A quantidade de ar de combustão só poderá ser adicionada à demanda total de ar se ele for aspirado da sala das máquinas. Para um cálculo aproximado das quantidades de ar de combustão, vv = 4 m3/CV.h pode ser admitido para motores de aspiração natural e cerca de 4,5 m3/CV.h para motores turbo-alimentados.
A quantidade de ar de combustão por hora é Vv= vv(m3/h).
A quantidade total de ar é, como segue: VL = Vv+ ( VStA+ VStD). k
Ou
|
|
em m3/h. |
|
|
|
|
|
e
Conversão 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) |
1,575 (CV) |
1,16 (kW) |
Exemplo de cálculo:
Potência nominal do motor: 400 HP (turbo-alimentado).
(= 400 x 1,014 = 405,6 CV),
Potência do alternador: 330 KVA
cosj = 0,8
hA = 0,92
tL1 = 25°C
tL2 = 40°C
Consumo específico de combustível = 180 g/CV.h
Condições atmosféricas = 25°C e 610 mm Hg
Cálculos:
Calor irradiado pelo motor: QStD = (405,6 x 0,185 x 10.000 x 4) ÷ 100
QStD = 30.014,4 kCal/h
Calor devido à perda do alternador: QStA = 330 x 0,8 x {(100 ÷ 92 - 1} x 860
QStA = 19.742,60 kCal/h
Quantidade total de calor a ser dissipada: Q = QStD + QStA = 49.757 kCal/h
Ar de combustão: Vv = 405,6 x 4,5 ó Vv = 1.822,5 m3/h
Coeficiente de correção: k = 1,25 (vide correção das condições atmosféricas)
Quantidade total de ar necessário: VL = 1.822,5 + {(49.757 x 1,25) ¸ (0,31 x 15)}
VL = 15.198,03 m3/h
Se utilizássemos o gráfico da página anterior, teríamos encontrado, para 15°C de elevação de temperatura admissível, » 40 m3/KVA.h, que multiplicados pela potência do alternador, 330 KVA, com o fator de correção k = 1,25, resultaria em 16.500 m3/h.
16.4.1.3 - CORREÇÃO POR INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS
Todos os cálculos de volume de ar tem por base o peso específico do ar de 1,291 kg/m3a 0°C e 760 mm Hg e 60% de umidade relativa. O peso específico é reduzido em aproximadamente 0,045 kg/m3 para cada elevação da ordem de 10°C dentro da gama de temperaturas ocorrentes para este cálculo. Para cada 10 mm Hg de redução na pressão do ar, o peso específico é reduzido em 0,015 kg/m3.
No caso de condições atmosféricas consideravelmente divergentes dos valores normais, estas correlações devem ser levadas em conta mediante um coeficiente de correção "k", com o qual é multiplicada a quantidade de ar VL encontrada. O coeficiente de correção resultará do ábaco a seguir, desde que a temperatura e a pressão barométrica existente no local da instalação sejam conhecidas.
A linha ligando a temperatura ambiente de 20°C à pressão de 610 mm Hg encontra a linha de k em 1,25, valor utilizado no exemplo dado.
 |
Coeficiente de correção da quantidade de ar para diferentes condições atmosféricas. |
16.4.1.4 - AR DE ARREFECIMENTO PARA RADIADOR DE ÁGUA
O tipo de arrefecimento utilizado na maioria dos grupos geradores é por radiador com circuito fechado. Outros tipos de arrefecimento, como torre, trocador de calor, arrefecimento a ar e circuito aberto com água perdida não serão abordados no presente trabalho.
No sistema com radiador, o calor é transferido do motor para a água e desta para o ar que é pressionado por um ventilador. Se necessário, o ventilador poderá ser acionado por um motor elétrico e instalado independentemente do motor Diesel (montagem remota). O abastecimento de água é efetuado apenas uma vez, sendo que somente pequenas quantidades de água deverão ser adicionadas em virtude das eventuais perdas por vazamento evaporação.
No caso de arrefecimento por ventilador, o considerável fluxo de ar serve também para a ventilação da sala de máquinas e a dissipação do calor irradiado, eliminando, assim, a necessidade de uma instalação de ventilação separada na sala de máquinas. Para que a velocidade do ar na sala de máquinas não seja muito alta, a renovação não deverá se fazer mais de 100 vezes por hora.
ARREFECIMENTO POR VENTILADOR ACOPLADO AO MOTOR - VALORES DE REFERÊNCIA.
a) - Para motores com injeção direta:
· 60 m3/CV.h a temperatura ambiente de 30°C;
· 75 m3/CV.h a temperatura ambiente de 37°C e
· 85 m3/CV.h a temperatura ambiente de 45°C.
A quantidade de calor dissipada pela água é 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 câmara de pré-combustão:
Cerca de 15% acima do necessário para os motores com injeção direta.
A quantidade de calor dissipada é, 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 operação para os motores são:
· Até 100 CV: entre 65°C e 95°C, aproximadamente;
· Até 200 CV: entre 65°C e 90°C, aproximadamente e
· Acima de 200 CV: entre 65°C e 85 °C.
A diferença máxima de temperatura da água na entrada e na saída não deve ser superior a 10°C.
A circulação de água é de cerca de 70 a 80 litros/CV.h.
Um coletor de escape refrigerado a água (mufla), dependendo da sua construção, pode dissipar uma quantidade de calor de 100 a 180 kCal/CV.h.
Para produzir potência plena e obter uma operação isenta de desgaste, o motor deve atingir a sua temperatura operacional o mais rapidamente possível. Por esta razão, a água de arrefecimento é conduzida do motor, diretamente para a bomba, através dos termostatos e das tubulações de desvio, antes de atingir a temperatura operacional. Somente após ter atingido a temperatura operacional é que os termostatos liberam a passagem, automaticamente, para o radiador.
A queda de pressão admissível nos dutos de entrada e saída do ar é de 20 mm de coluna d'água, sendo esta queda de pressão total entre o lado de sucção e o de descarga do ventilador. Em caso de uma queda de pressão maior, deve-se instalar um ventilador adicional.
Quando houver necessidade de instalação remota do radiador, é necessário considerar as pressões e vazões requeridas pelo motor, para o dimensionamento das tubulações. A distância e altura não devem gerar contrapressão superior `a capacidade da bomba do motor. Se houver necessidade, pode-se instalar uma bomba elétrica para fazer circular a água.
16.5 - GASES DE ESCAPE
O sistema de escapamento de gases deverá ser cuidadosamente projetado, porque uma execução inadequada influenciará a potência, bem como o nível de ruído do motor. Em nenhuma circunstância poderá a contrapressão, no sistema de escapamento, exceder o valor permitido pelo fabricante do motor. Em casos de temperatura excessiva dos gases de escape, a contrapressão no coletor de escape ou a temperatura do ar de admissão é inadmissivelmente alta.
Os valores de resistência máximos admissíveis do sistema de escapamento total são os seguintes:
Para motores com aspiração natural: 600 a 1.200 mm de coluna d'água.
Para motores turbo-alimentados: 250 a 500 mm de coluna d'água.
A resistência ao fluxo é medida imediatamente na extremidade do tubo de escape ou na parte posterior o turbo-alimentador.
A tubulação deve ser constituída por um tubo de aço carbono, com espessura mínima da parede de 3,0 mm, pois deve ser considerado um desgaste acentuado, devido ao calor e à umidade. Para tubulação com comprimento além de 5 metros aproximadamente, deverá ser previsto um tubo de diâmetro maior, de acordo com as instruções do fabricante do motor. O aumento deverá corresponder ao comprimento total da tubulação, incluindo os cotovelos e deve ter início imediatamente na saída do coletor ou da peça de conexão flexível.
Tubos de maiores comprimentos e diâmetros menores do que os recomendados pelo fabricante do motor aumentarão a resistência e a temperatura do motor, diminuindo, portanto, sua vida útil.
Para a conexão do coletor de escape do motor com a tubulação instalada rigidamente, deverá ser empregada uma peça de conexão flexível, instalada diretamente no motor, a fim de compensar as vibrações e a expansão térmica . A tubulação não poderá transmitir quaisquer esforços ao motor, especialmente se for turbo-alimentado, onde a conexão flexível é montada diretamente na saída do turbo-alimentador. Como a maioria dos grupos geradores são elasticamente apoiados, os tubos estão sujeitos não apenas à expansão térmica, mas também a vibrações, que poderão ser particularmente intensas quando da partida e parada do motor Diesel.
A tubulação de escape de diversos motores não deve desembocar numa tubulação comum, porque a contrapressão e o refluxo dos gases de exaustão provocam a formação de sedimentos quando o motor não estiver funcionando, colocando em risco a segurança operacional.
Devem ser adotadas as mesmas medidas de proteção, tanto para tubos de admissão quanto para tubos de escape, contra a entrada de água de chuva e respingos. A entrada de água no motor pode causar danos consideráveis ocasionados pela corrosão ou por calço hidráulico na partida.
Nos motores em "V", é mais conveniente combinar os dois tubos de escape, a fim de facilitar sua disposição e suprimir o ruído.
Os cálculos de escoamento de gases através de tubulações apresentam um certo nível de complexidade. Em determinados casos, não se pode evitar de executar os cálculos com certa precisão, porém, nas aplicações mais freqüentes, podemos adotar gráficos e fórmulas empíricas para avaliar as dimensões das tubulações de escape de uma forma mais prática.
O método mais simples, consiste em:
a) - medir o comprimento geométrico da tubulação;
b) - calcular as perdas de carga, devidas às curvas ou outros acidentes, com o auxílio de tabelas aplicáveis;
c) - somar o comprimento geométrico ao comprimento equivalente das perdas de carga para encontrar o comprimento total.
d) - conhecendo-se a vazão dos gases de escape (deverá ser informada pelo fabricante do motor Diesel), calcula-se um diâmetro para a perda de carga desejada ou adota-se um valor de diâmetro conhecido e testa-se pelas fórmulas se a perda de carga produzida atende aos requisitos da instalação.
A tabela abaixo fornece os comprimentos equivalentes para as curvas de 90° de tubulações de escape. As curvas de 45° devem ser consideradas como a metade das de 90°. Não utilizar curvas (joelhos) com raio menor do que 2,5 vezes o diâmetro do tubo. Evitar a utilização de curvas de gomos, sempre que possível. Não havendo outra alternativa, considerar os valores de perda de carga em dobro dos indicados na tabela abaixo.
Para o cálculo das resistências ao fluxo em tubulações de escape são válidas as fórmulas abaixo, onde:
|
d |
= diâmetro interno do tubo em (m) |
|
g |
= 9,81 m/s2 |
|
G |
= vazão dos gases de escape (kg/h) |
|
L |
= l + Sl' = comprimento total da tubulação (m) |
|
P |
= potência do motor (CV) |
|
q |
= quantidade específica de gases de escape (kg/CV.h) |
|
R |
= raio médio do cotovelo (m) |
|
t |
= Temperatura dos gases de escape (°C) |
|
w |
= Velocidade dos gases de escape (m/s) |
|
g |
= peso específico (kg/m3) ä g = 1,29 |
|
l |
= 0,01(k'/d)0,314 = coeficiente de resistência segundo Hopf |
|
DPg |
= resistência total do fluxo (kg/m2 ou mm de c.a.) |
|
|
Em kg/m2 |
Para um tubo de 1 metro, k' = 7 e pressão atmosférica de 760 mm Hg, pode-se deduzir a seguinte fórmula:
Em mm c.a./m de tubo.
Exemplo de cálculo:
Dados:
P= 500 CV
q= 7,5 kg/ CV.h
l = 15 metros de tubo reto de 200 mm de diâmetro interno.
3 curvas de 90°, R/d= 2 e 1 curva de 45° R/d=2
Solução:
G = P.q <=> 500 x 7,5 = 3.750 kg/h
l' = 24 + 7 = 31 m (3 cotovelos com R/d < 2,5 considerados em dobro e curva de 45° também com R/d < 2,5 considerada igual a uma curva de 90°, na tabela da página anterior, para tubo de 200 mm de diâmetro.)
DP= 6,63 mm de coluna d'água por metro de tubo
L = l + S l' <=>L= 15 + 31 = 46 metros
DPg = DP x L<=>6,63 x 46 = 305 mm de coluna d'água.
Ao valor encontrado é necessário 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'água para motores de aspiração e de 250 a 500 mm de coluna d'água para motores turbo-alimentados.
Em geral, os silenciadores para uso industrial, com volume de 4 a 6 vezes a cilindrada do motor, oferecem uma resistência de 150 a 200 mm de coluna d'água.
17 - CUIDADOS PRINCIPAIS DE OPERAÇÃO
Manter registro das horas de operação e consumo de água, combustível e óleo lubrificante, bem como das intervenções de manutenção e/ou reparos.
Quando for necessário fazer solda elétrica na base ou em local próximo ao grupo gerador, desligar os cabos entre as baterias e o alternador de carga das mesmas, para preservar os diodos retificadores do regulador.
Não operar o grupo gerador em marcha lenta a menos que o mesmo seja provido de um dispositivo para desligar o regulador automático de tensão do alternador (ou a excitatriz estática, quando for o caso) durante os períodos de operação em marcha lenta. Como a regulação da tensão independe da freqüência, com o motor trabalhando em rotação baixa, o regulador automático de tensão irá suprir corrente para o campo com o objetivo de alcançar a tensão nominal, elevando a corrente de excitação a valores que poderão danificar os seus circuitos.
Não se deve parar o motor imediatamente após um período de operação sob carga, pois o calor armazenado nas massas de ferro provocará ebulição da água em volta das camisas e nas passagens do cabeçote, se o fluxo for interrompido repentinamente. Nos grupos geradores com sistema de partida e parada automática este tempo de trabalho em vazio deve ser ajustado para 3 a 5 minutos. Nos motores turbo-alimentados, este procedimento é particularmente importante para evitar que turbo-alimentador permaneça girando sem lubrificação após a parada do motor.
Diariamente é necessário verificar os níveis do óleo lubrificante e da água do radiador.
Não permitir que o motor trabalhe sem a tampa do radiador ou do tanque de expansão, conforme o caso. Quando as vedações das tampas se danificam, é necessário substituí-las por novas. A ausência de pressão no sistema de refrigeração do motor propicia cavitação nas camisas dos cilindros, podendo danificá-las com poucas horas de serviço.
Ao dar partida, não acionar o motor de partida por mais de 30 segundos continuamente. Após cada período de 30 segundos de acionamento, aguardar de 3 a 5 minutos para tentar nova partida. Este procedimento é necessário para preservar o motor de partida, uma vez que a temperatura do enrolamento do mesmo se eleva rapidamente quando em serviço.
Na medida do possível, manter sempre cheio o tanque de combustível.
Diariamente inspecionar o equipamento quanto a vazamentos de combustível, lubrificante ou água de refrigeração. Se constatar alguma irregularidade, providenciar correção antes de utilizar o grupo gerador.
Não deixar o grupo gerador sem funcionar por longos períodos. Acioná-lo, no mínimo, durante meia hora sob carga uma vez por semana.
Drenar diariamente os sedimentos do tanque de combustível e do filtro separador de água.
Quando o grupo gerador tem como consumidores diversos motores elétricos, observar que primeiro deve-se partir os motores de maior potência.
Não operar o grupo gerador com baixa pressão de óleo lubrificante, temperatura da água de refrigeração alta, ruído anormal, excesso de fumaça ou vazamentos nos sistemas de refrigeração, lubrificação ou de combustível.
Grupos geradores equipados com sistema de partida automática podem ser acionados por uma interrupção no fornecimento de energia elétrica a qualquer momento. Portanto, quando ligados nesta condição, devem estar abastecidos de água, combustível e óleo lubrificante, bem como sem nada nas proximidades que possa interferir com o seu funcionamento.
18 - MANUTENÇÃO PREVENTIVA
Em primeiro lugar, atentar para as recomendações do fabricante, contidas na documentação técnica fornecida.
O grupo gerador não deve visto como um equipamento isolado mas, sim como o item principal do sistema alternativo de abastecimento de energia elétrica, que, como um todo, merece atenções específicas, dependendo de cada instalação.
Em linhas gerais, o grupo gerador, além dos cuidados diários de operação, exige pouca manutenção.
Os fabricantes recomendam, primordialmente:
I. Efetuar as trocas de óleo lubrificante e filtros. Utilizar óleo e filtros adequados e, se possível, de boa qualidade;
II. Inspeção diária quanto a vazamentos de óleo lubrificante, água e combustível;
III. Antes de colocar o grupo gerador em serviço, verificar níveis de água do radiador e de óleo lubrificante;
IV. Durante o funcionamento do grupo gerador observar se há ruídos anormais;
Drenar diariamente o sistema de combustível (tanque e filtros, para evitar o acúmulo de água que possa danificar os componentes do sistema de injeção);
VI. Limpeza e substituição dos elementos de filtro de ar;
VII. Inspeção periódica do sistema de admissão de ar;
VIII. Limpeza do radiador e troca da água de refrigeração, nos períodos recomendados;
IX. Regulagem das folgas de válvulas;
X. Inspeção da tensão das correias e ajuste quando necessário;
XI. Inspeção do cubo e demais componentes de acionamento do ventilador;
XII. Revisão do turbo-alimentador, com substituição das vedações internas e balanceamento dinâmico dos rotores (melhor substituir o turbo a base de troca)
XIII. Medir a resistência de isolação do alternador; Se necessário, fazer a "secagem" das bobinas;
XIV. Lubrificar os rolamentos do alternador;
XV. Reapertar cabos e conectores elétricos;
XVI. Substituir mangueiras ressecadas;
XVII. Completar o nível do eletrólito das baterias;
XVIII. Manter os bornes de baterias untados com vaselina neutra, para evitar a formação de crostas de óxidos;
XIX. Revisar bomba e bicos injetores e
XX. Inspecionar o amortecedor de vibrações;
|
Grupos geradores V a VIII
para imprimir ( |
664 KB)Os documentos publicados neste sitio estão resguardados pela Lei 9.610/98 e não podem ser copiados ou reproduzidos sem autorização. Leia os termos de uso