CENTRAIS TEMELÉTRICAS E COGERAÇÃO GRUPOS MOTOGERADORES Prof. Dr. Ramón Silva - 2015
O Grupo Motogerador consiste de um ou mais motores alternativos de combustão interna utilizados para converter energia mecânica em energia elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 2
O GMG contém todos os componentes utilizados para conectar o acionador primário ao gerador elétrico (caixa de redução, acoplamento, etc...) e quando aplicável os dispositivos de fixação (coxins, etc..) Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 3
Os mais utilizados são os GMGs ciclo Diesel de quatro tempos, sendo que a utilização de ciclo Otto a gás natural vem sendo expandida ultimamente. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 4
Grupos Motogeradores Componentes Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 5
Os motores alternativos utilizados como fonte primária podem ser de dois tipos: motores de ignição por compressão - ciclo Diesel; e motores de ignição por centelha elétrica - ciclo Otto Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 6
A maioria dos GMGs utilizados utilizam os motores IC operando com óleo diesel. Esse combustível é recomendado para aplicações de emergência e standby. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 7
Combustíveis Para um bom desempenho de partida e máxima vida útil do motor, recomenda-se o combustível diesel ASTM D975 Grau No. 2. Para a utilização de outros graus de combustível diesel para diversos o distribuidor do fabricante do motor deverá ser consultado. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 8
Em motores ICE o combustível mais utilizado é o Gás Natural (GN) que pode ser uma opção econômica caso haja disponibilidade local nas taxas de vazão e pressão exigidos para operação. Um suprimento de reserva de GLP combustível pode ser necessário para sistemas de fornecimento de energia elétrica de emergência. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 9
A gasolina não é um combustível adequado para grupos geradores standby estacionários devido à sua volatilidade e prazo de validade. Vários estudos têm sido realizados em relação à utilização de Biodiesel e Etanol Boletim ABNT Volume 10 114 (2012) Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 10
Dependendo da aplicação do GMG os seguintes critérios, entre outros, são importantes na seleção do acionador primário a ser utilizado: qualidade do combustível; consumo de combustível; emissão de poluentes gasosos; emissão de ruídos; rotação de operação; peso e dimensões; características de curto-circuito do gerador; sistema de arrefecimento; sistema de partida; requisitos de manutenção; cogeração. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 11
Os geradores elétricos, também conhecidos como alternadores, podem ser de dois tipos: síncronos; e assíncronos. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 12
Os geradores síncronos são os mais utilizados em centrais terméletricas. Esse tipo de gerador opera com velocidade de rotação constante e sincronizada com a frequência da tensão elétrica alternada. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 13
Dependendo da aplicação do GMG os seguintes critérios, entre outros, podem ser relevantes na seleção do alternador: características de tensão durante partida e operação normal; características de tensão em cargas repentinas; comportamento em curto-circuito (elétrico e mecânico); eficiência; projeto do gerador e tipo de carcaça; comportamento em operação paralela; requisitos de manutenção. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 14
Equipamentos para controle, comutação, operação e monitoramento do GMG devem ser parte dos sistemas associados controle e monitoramento. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 15
Os equipamentos auxiliares são itens adicionais àqueles já instalados no GMG e são essenciais à operação segura do equipamento: sistema de partida; sistema de admissão; sistema de exaustão; sistema de arrefecimento; sistema de combustível; sistema auxiliar de energia. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 16
Grupos Motogeradores Operação Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 17
Grupos Motogeradores Operação Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 18
O modo de operação do GMG pode afetar certas características importantes de desempenho (operação econômica e confiável e requisitos de mantenabilidade) e devem ser consideradas na seleção dos requisitos do grupo em conjunto entre fabricante e consumidor. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 19
Operação contínua a carga constante é definida como a operação do GMG sem limite e levando-se em conta o período de manutenção, onde a carga elétrica aplicada é constante. EXEMPLO: proporcionando carga base para ciclo combinado de potência e calor. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 20
Operação contínua em carga variável é definida como a operação do GMG sem limite de tempo, levando-se em conta o período de manutenção, onde a carga elétrica aplicada é variável. EXEMPLO: proporcionando energia elétrica em locais onde não há disponibilidade de energia elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 21
Operação Limitada a Carga Constante é definida como operação em carga constante dentro de limites de tempo definidos e com carga constante. EXEMPLO: gerenciamento de cargas de pico onde um grupo motogerador operando em paralelo proporciona suprimento de carga constante durante períodos de consumo de pico. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 22
Operação Limitada a Carga Variável -Tempo limitado de operação com carga variável. EXEMPLO: proporcionar suporte básico em caso de falha no suprimento principal de energia. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 23
Critério de Local Uso Terrestre o uso terrestre compreende os GMGs fixos, transportáveis ou móveis utilizados em terra. Uso Marítimo - são os GMGs utilizados embarcados em navios e instalações offshore. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 24
Operação singela: aplica-se aos GMGs, independente de sua configuração ou modo de partida e controle, que operam como fonte exclusiva de potência elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 25
Operação em paralelo: aplica-se a conexão elétrica entre o GMG e outra fonte de potência de energia elétrica com as mesmas características de tensão, frequência e fase de maneira a dividir a demanda de carga. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 26
Operação em Paralelo com outro GMG Neste tipo de operação um ou mais GMGs estão conectados eletricamente entre si e trabalhando em sincronismo. Podem ser utilizados GMS com diferentes potências e velocidades. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 27
Operação em Paralelo com a Rede Neste tipo de operação um ou mais GMGs operam em paralelo e conectados à rede principal de suprimento de energia. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 28
Operação em Paralelo com a Rede Neste tipo de operação um ou mais GMGs operam em paralelo e conectados à rede principal de suprimento de energia. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 29
GMG Modos de Partida e Controle Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 30
Os modos de partida e controle envolvidos na operação dos GMGs normalmente são as seguintes: partida; monitoramento; ajuste de tensão e frequência a sincronização; comutação; parada. Estes modos podem ser completamente ou parcialmente manuais ou automáticos. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 31
Operação Manual -aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados manualmente. Operação Semi-Automática - aplica-se aos grupos em que algumas dessas funções são iniciadas e controladas manualmente e que as restantes automaticamente. Operação Automática - aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados de maneira completamente automática. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 32
Operação Manual -aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados manualmente. Operação Semi-Automática - aplica-se aos grupos em que algumas dessas funções são iniciadas e controladas manualmente e que as restantes automaticamente. Operação Automática - aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados de maneira completamente automática. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 33
GMG Tempos de Partida Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 34
O tempo de partida é definido como o tempo decorrido entre o instante em que aparece a demanda de potência e o momento em que essa potência é disponibilizada. O tempo de partida é normalmente especificado em segundos (s) e deve cumprir o requisito para aquela aplicação particular em que o grupo esteja sendo utilizado. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 35
Grupo Motogerador sem Tempo de Partida Não Especificado É o tipo de GMG em que, devido as suas condições de operação, o tempo de partida não é um requisito importante. Normalmente têm sua partida de modo manual. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 36
Grupo Motogerador com Tempo de Partida Especificado É o tipo de GMG cujo tempo de partida é especificado. Esses grupos normalmente são iniciados de maneira automática e podem ser classificados como: Long-Break Short-Break No-Break Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 37
Long-Break o tempo decorrido entre a falha no fornecimento de energia e a disponibilidade de energia no GMG é relativamente alto. Nesse caso o GMG é iniciado de uma condição estacionária após identificada a demanda de potência elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 38
Short-Break nesse caso o GMG opera com geradores onde o fornecimento de potência elétrica é interrompido por um tempo específico (normalmente milisegundos) enquanto a energia elétrica é comutada. Um acumulador de energia mecânica é utilizado para acionar o gerador por um curto período e, se necessário, para partir e acelerar o motor. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 39
No-Break É um GMG que opera continuamente de maneira a garantir um fornecimento ininterrupto de potência em caso de falha no fornecimento principal. Um acumulador de energia mecânica é utilizado para acionar o gerador por um curto período e, se necessário, para partir e acelerar o motor. Um pequeno desvio temporário de frequência pode ocorrer na comutação.. Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 40
GMG Classes de Desempenho Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 41
São definidas quatro classes de desempenho de maneira a cumprir os vários requisitos de fornecimento de energia: G1 G2 G3 G4 Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 42
Classe G1 classe de desempenho dos GMGs onde as cargas conectadas são aquelas onde somente os parâmetros básicos de tensão e frequência precisam ser especificados (aplicações de uso geral como iluminação e outras cargas elétricas simples); Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 43
Classe G2 aplica-se a GMGs onde as características de tensão são muito parecidas às do sistema público de fornecimento. Em caso de mudanças de carga podem ocorrer desvios de tensão e frequência temporários, mas dentro dos valores aceitáveis (sistemas de iluminação, bombas, ventiladores, guindastes, etc...); Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 44
Classe G3 aplica-se a GMGs conectados a equipamentos que exigem severas demandas na estabilidade e nível de frequência, tensão e formato de onda da energia fornecida (telecomunicações e cargas controladas por tiristor); Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 45
Classe G4 aplica-se a condições onde a demanda exige níveis de tensão, frequência e formato de onda extremamente severas (equipamentos de processamento de dados ou sistemas de computação). Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 46
Bibliografia ISO 8528-1 Reciprocating Internal Combustion Engine Driven Alternating Current Generator Sets Prof. Dr. Ramón Silva - 2016 47