19.9.15

Classificação de Energia de Carga Básica - Classificação de Energia Contínua - Dimensionamento - Motores - ½ HP por kW - UPS - VFD - Considerações sobre o local - Emissão e atenuação dos níveis de ruídos - Tipo de carenagens - Geradores de até 500 kW - Temperatura ambiente mínima de 4°C (40°F) - Cercas de Proteção - Distâncias dos limites da propriedade - Escape do motor (direcionamento em relação ao Edifício) - Aterramento - Proteção contra raios - Considerações sobre o Local Interno - Classificação contra incêndio - Área de trabalho - Tipo de sistema de arrefecimento - Ventilação - Escape do motor - Armazenamento e tubulação de combustível - recomendações - localização dentro do Edifício - Instalações sobre lages - Considerações sobre a escolha do combustível - Diesel - Biodiesel - Gás Natural - GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) - Gasolina - Combustíveis Alternativos - Considerações ambientais - Ruídos e Controle de Ruídos - Leis e Normas de Ruídos - Normas de Emissóes de Escape de Motores - Tabela Níveis Representativos de Ruídos Externos - Tabela Emissões Típicas de Escape de Motores Diesel - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


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.


Ao carregar o grupo gerador, a divisão das cargas em passos discretos ou blocos de carga pode ter um efeito favorável no tamanho do grupo gerador requerido. O uso de vários comutadores de transferência ou outros meios (relés de retardo de tempo, PLC, etc.) será necessário para que a voltagem e a freqüência do grupo gerador se estabilizem entre os passos.

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.



Consulte Considerações Ambientais.


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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