Monografia Entregue Sobre Grupo Gerador

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1. Introduo Eu sou formado em Engenharia Eltrica pela Faculdade de Engenharia Industrial de So Bernardo do Campo (FEI), So Paulo. Em 1971 comecei a estagiar e em 1975 conclui a graduao. Ao longo desses anos trabalhei em algumas empresas: Westinghouse, Cia Siderrgica Nacional, Siderrgica Gerdau, na implantao do metr do Rio de Janeiro, na rea de construo naval, na metalurgia do p e entre outros ramos da engenharia. Desde 1990 atuo como engenheiro autnomo na cidade de So Paulo, os principais clientes onde dou assessoria pertencem ao ramo automobilstico, alimentcio, indstria grfica, de embalagens, metalrgia, vidro e eletro-eletrnica. Durante a minha trajetria profissional sempre trabalhei com mquinas eltricas, acionamentos e automao, por essa razo, achei melhor realizar a monografia nesse assunto. Espero ter a oportunidade de aprofundar esta pesquisa. 2. Grupo gerador diesel (GGD) um equipamento eletromecnico autnomo, composto por : motor exploso diesel, alternador e unidade de superviso de controle. 2.1. Componentes 2.1.1. Motor diesel uma mquina trmica de combusto interna para suprir a fora motriz de acionamento. Possui este nome devido a

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Rodolphe Diesel, engenheiro francs, nascido em 1858, Paris, filho de pais alemes. Em 1897, Rodolphe construiu o primeiro motor diesel de 25 HP, nessa ocasio ele trabalhava na Krupp na Alemanha. H vrios tipos de aplicao, entre eles: a) b) Estacionrio utilizado para alimentar mquina de solda, bomba ou outras mquinas com rotao constante; Industrial usado em construo civil para alimentar trator, carregadeira, guindaste, compressor de ar, minerao, entre outros. Os motores diesel podem ser classificado conforme o tipo arrefecimento: gua ou ar. E pelo nmero e disposio dos cilindros, dispostos em linha, em V, ou em fileiras oblquas. A diferena bsica entre os tipos de motor diesel est na adequao do projeto conforme a finalidade. No entanto, seguem a mesma lei termodinmica. O motor transforma os movimentos alternativos dos pistes em movimento rotativo da rvore de manivelas, transmitindo energia mecnica para o equipamento acionado.

Os cuidados de manuteno preventiva se concentram sobre o sistema do motor. O mecanismo principal s recebe manuteno direta por ocasio das revises gerais de recondicionamento ou reforma, quando totalmente desmontado, ou se, eventualmente necessitar de interveno para manuteno corretiva, em decorrncia de defeito ou acidente.Os componentes internos esto sujeitos a desgastes inevitveis,

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porm sua durabilidade e performance dependem de cuidados preventivos. O sistema compe-se dos mecanismos: admisso de ar, combustvel, peas de injeo de leo diesel , lubrificao, arrefecimento, exausto ou escapamento dos gases, de partida. E possui os seguintes componentes: a) Bloco de cilindros: onde se alojam os conjuntos de cilindros, compostos pelos pistes com anis de segmento, camisas, bielas, rvores de manivelas e de comando de vlvulas, com seus mancais e buchas. Normalmente os motores so construdos em ferro fundido e usinados para receber a montagem de componentes. Grandes motores navais tem bloco construdo em chapas de ao soldadas e alguns motores de pequeno porte tm bloco de liga de alumnio; b) Cabeotes: funcionam, essencialmente, como "tampes" para os cilindros e acomodam os mecanismos das vlvulas de admisso e escape, bicos injetores e canais de circulao do lquido de arrefecimento. Dependendo do tipo de construo do motor, os cabeotes podem ser individuais ou mltiplos, quando um mesmo cabeote cobre mais de um cilindro; c)Carter: o reservatrio do leo lubrificante . Construdo em ferro fundido, ou em liga de alumnio ou ainda em chapa de ao estampada. Em alguns motores do tipo estrutural, formando com o bloco uma estrutura rgida, funciona como chassis da mquina, como o usado em tratores agrcola;

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d) Seo dianteira: onde se alojam as engrenagens de distribuio de movimentos para os acessrios externos, como: bomba dgua, ventilador, alternador de carga das baterias e sincronismo da bomba de combustvel e da rvore de comando de vlvulas; e) Seo traseira: onde se encontram o volante e a carcaa. 2.1.2. O alternador uma mquina sncrona,com rotao diretamente proporcional ao nmero de plos magnticos e a freqncia da fora eletromotriz. Transforma a energia mecnica da rotao do eixo do motor diesel em energia eltrica produzida por esse motor , a partir do consumo de leo. E tem por princpio de funcionamento a Lei de Lenz : Em todos os casos de induo eletromagntica, uma fora eletromotriz (fem) induzida far com que a corrente circule em um circuito fechado, num sentido tal que seu efeito magntico se oponha a variao que a produziu. O gerador elementar foi concebido em 1831 por Michael Faraday (Inglaterra) e por Joseph Henry (EUA) nessa mesma poca. formado por uma espira girando em um campo magntico, ligada ao circuito externo por meio de anis coletores. A fora eletromotriz e a corrente mudam de direo cada vez que a espira gira 180. A tenso e a corrente de sada alternada Faraday estabeleceu que os valores instantneos da fora eletromotriz podem ser calculados pela equao: e = B . l . v. sen(), sendo:

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e = Fora eletromotriz e = Fora eletromotriz B = Induo do Campo Magntico l = Comprimento do condutor v = Velocidade linear de deslocamento do condutor = ngulo formado entre B e v A mquina de pequeno porte usa um m pequeno como campo magntico. Na comercial , o campo formado por bobinas e excitado com corrente contnua,de uma fonte externa , controlada por um regulador de tenso O alternador possui duas partes mecnicas : uma fixa, onde est localizada a carcaa com ps de fixao e outra mvel e o rotor. E tambm por duas partes eltricas: campo ou indutor, onde esto localizados os plos responsveis pelo campo magntico e o induzido, local da fora eletromotriz. Quando o campo magntico est localizado no estator, denominase mquina de plo fixo . Essa configurao pouco usada, devido a necessidade de escovas para retirar a energia gerada que fonte de rudos e de defeitos eltricos. Quando o mesmo se encontra no rotor, temos o que chamamos de mquina de plos girantes. Essa mais utilizada por permitir a retirada da energia dos terminais das bobinas. Alguns alternadores possuem caractersticas especiais para atender o tipo de aplicao, a forma construtiva: isolao, refrigerao, acabamento, entre outras especificaes.

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O alternador industrial, chamado de mquina de linha, destinado a atender a maioria dos consumidores. No entanto, para atender a rea da telecomunicao ele no serve, pois poder causar interferncia e dever atender carga severa. Ou seja, alimenta retificador de alta capacidade que produz deformao na forma de onda da tenso gerada.. O tipo prova de exploso usado onde h risco de material inflamvel, por exemplo, na rea petroffera e qumica. totalmente blindado o que impede o centelhamento no contato com a atmosfera ambiente. Possui sistema de refrigerao especial, ou seja, o ar existente no interior da mquina no transmitido ao exterior. O trifsico contm trs bobinas independentes, defasadas em 120 entre si, ligadas de tal maneira que permite trs ou quatro pontos de ligao para os consumidores. O fechamento feito em estrela com neutro acessvel, onde h um ponto de ligao para cada fase e um ponto denominado neutro, que faz o fechamento das extremidades das bobinas. A tenso entre os trs pontos terminais de cada fase sempre a mesma. E a medida entre cada fase e o neutro menor, numericamente igual ao valor da tenso entre fases dividida pela raiz quadrada de 3. Vale lembrar que o neutro deve ser ligado no aterramento da instalao eltrica local. Num sistema trifsico com carga equilibrada no circula corrente no condutor neutro. Numa situao inversa, o alternador industrial pode suportar o desequilbrio de carga entre fases, no mximo 15% do valor da

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tenso. Quando ultrapassa este valor, provoca funcionamento irregular, danificando o alternador. A potncia do alternador limitada pela temperatura do enrolamento do induzido, que sofre perda por aquecimento, devido a temperatura ambiente e da altitude. Exemplificando, o alternador de linha fabricado para operar com temperatura ambiente mxima de 40C e altitude de 1.000 m acima do nvel do mar e em condies diferentes e adversas necessrio corrigir para menos a potncia do alternador O rendimento do alternador definido em termos percentuais pela relao entre a potncia eltrica por ele fornecida e a potncia mecnica absorvida do motor acionador. O rendimento () no constante e se aproxima do seu valor mximo com a carga entre 80 e 100% da potncia mxima. Alternadores pequenos tm rendimento mais baixo do que os maiores. Alternadores acima de 250 KVA possuem rendimento de 93%. As montadores de grupos geradores adotam o valor de 90% para clculo estimativo. 2.1.3. A unidade de superviso e controle de um GGD fornecida a partir da necessidade do consumidor e poder conter caractersticas especiais . A nomenclatura abaixo segue o padro Telebrs e utilizada nas nas empresas de telecomunicao: USCA QTM Unidade de superviso de corrente alternada Quadro de transferncia manual

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QTA QGD QDCA

Quadro de transferncia automtico Quadro geral de distribuio Quadro de distribuio de corrente alternada

As normas europias e do Brasil utilizam o sistema mtrico, definindo a potncia do GGD em KVA . As normas dos EUA definem a potncia do GGD em KW , independe do fator de potncia No padro utilizado pela telecomunicao, o quadro de comando do GGD deve ficar separado dos componentes de superviso e controle e manter uma certa distncia do motor diesel. Alm disso, deve suportar a vibrao que tpica do GGD. A chave de transferncia automtica pode ou no ser integrada ao USCA e deve ser especificada durante o projeto de engenharia para aquisio do GGD. Antes da era digital, os sistemas de controle eram simples e de fcil manuteno. Embora, no tivessem os mesmos recursos dos aparelhos atuais. Atualmente, o sistema de controle pode ser totalmente automatizado, capaz de efetuar a partida do grupo gerador e a transferncia de carga, sem interrupo do fornecimento de energia, no horrio programado ou no caso de falha da rede da concessionria. Somado a isso, faz a transferncia de carga entre a fonte principal e de emergncia e dotado de sofisticado controle eletrnico que faz a superviso do funcionamento do motor diesel e do alternador. Mantm registro da falha e possibilita a integrao rede de processamento de

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dados da empresa, permitindo superviso e controle a partir de qualquer microcomputador, integrante da rede ou remoto. O sistema digital proporciona proteo contra sobrecarga de corrente, maior que aquela propiciada por disjuntor termomagntico. H preciso de correo da variao de tenso e freqncia em torno de 0,5%.

2.2. Modo de funcionamento a) Como reserva acionado somente quando falta energia eltrica; b) Quando isolado, produz energia eltrica para alimentar uma instalao sem a participao da concessionria. A freqncia controlada pelo regulador de velocidade e o de tenso que garante a estabilidade de tenso do circuito alimentado c) Quando em paralelo com a concessionriia, esta impe a tenso e a freqncia, por ter potncia superior. O regulador de velocidade controla a potncia ativa liberada pelo GGD e o de tenso, a potncia reativa Quando um GGD funciona em paralelo necessrio sincroniz-lo com a concessionria. A sincronizao consiste essencialmente em ajustar a freqncia e a tenso do GGD para valores prximos da concessionria.

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A freqncia de falhas em mquinas eltricas rotativas pequena com as prticas modernas de projeto e melhoria dos materiais empregados, mas falhas podem ocorrer e causam srios danos e longas paradas. Por esta razo, condies anormais devem ser prontamente reconhecidas e a rea isolada, se h falta de enrolamento,sobrecarga, aquecimento no enrolamento, sobrevelocidade, perda de excitao, operao desbalanceada de corrente, entre outras. Muitas dessas condies no requerem que a unidade seja desligada automaticamente , desde que o problema seja propriamente resolvido. Entretanto, h necessidade de ser feita a remoo da mquina do servio.

2.3. Dimensionamento Para o dimensionamento de um grupo gerador algumas perguntas devem ser respondidas: a) Tipo de carga: iluminao, motor de induo, forno, canteiro de obra, retificador de corrente, equipamento de telecomunicao, entre outros; b) Local : mar, terra, ambiente com atmosfera explosiva; c) Caractersticas do local : temperatura ambiente dominante, altitude, nvel de contaminao do ar por partculas slidas; d) Regime de operao : o GGD a nica fonte de energia eltrica? reserva da rede local ou de um outro GGD? Quantas horas de operao por dia? Quanto tempo o consumidor pode ficar desligado? Qual o risco de uma interrupo do fornecimento de energia por defeito no equipamento?

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Definidas as necessidades, calcula-se a potncia do grupo gerador. Procedimentos para determinao da potncia do GGD: a) Somar a potncia das cargas; b) Considerar o fator de simultaneidade,ou seja, considerar que as cargas no so ligadas ao mesmo tempo, bem como no atingem ao mesmo tempo o consumo mximo de energia. Portanto, deve-se avaliar cada aplicao e evitar o valor baixo Alguns valores para o fator de simultaneidade: hospitais : (0,4 a 0,8), Shopping Center: (0,9 a 1,0), edifcio comercial :(0,8 a 0,9), indstrias qumica e hotis :(at 1,0); c) A potncia do motor diesel pode se reduzida com aumento do fator de potncia; d) Algumas cargas absorvem exclusivamente potncia ativa(kW), por exemplo: fornos resistncia.

Deve-se considerar no dimensionamento de um GGD em um edifcio: potncia ativa (kW) : obtida pela leitura do consumo de energia indicado no medidor de kWh. E a total a ser requerida poder ser dividida em grupos geradores de menor porte E para consumidor especial deve-se verificar:

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a)

Carga brusca que sobrecarrega o sistema, no momento da partida, como: mquina de solda, motores eltricos de grande porte, aparelhos de raio x

b) c)

Corrente, tenso e freqncia devem ter o valor nominal da Concessionria; Condio climtica especial para altitude, temperatura e umidade do ar elevada . Nessas situaes, o motor diesel e o alternador devero ter potncia reduzida;

d)

Cargas prioritrias e no prioritrias.

Um GGD pode ser dimensionado com potncia inferior a soma das cargas e deve-se considerar o acrscimo de novas cargas No necessrio superdimensionar o motor diesel e o alternador em funo de sobrecarga temporria, pois o volante particularmente pesado do motor diesel compensa o pico de demanda ativa Ao dimensionar o GGD preciso observar se os motores eltricos trifsicos de maior porte so ligados diretamente (partida direta) ou por meio de dispositivos auxiliares de partida, como chave estrela-tringulo, compensadora ou chave do estado slido. Mtodos de partida mais utilizados no acionamento: com partida direta, com chave estrela-tringulo, com chave compensadora, com demarradores do estado slido. A chave estrela-tringulo reduz a corrente de partida para 1/3. Assim, se a corrente de partida for de 6 x IN, ficar reduzida para 2 x IN.

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O sistema demarrador fornece corrente reduzida durante o perodo de partida do motor eltrico e acionada por meio de retificadores controlados de silcio. A partida com este dispositivo submete o alternador a uma carga deformante, introduz distores no suportadas por algumas cargas sensveis.A chave esttica "Soft Start", a reduz a corrente de partida de 50%. Na chave compensadora a corrente de partida depende do tipo de tape utilizado: a) Tape de 80%: a corrente reduzida para 0,8 x 0,8 = 0,64 ou 64%; b) Tape de 65%: a corrente reduzida para 0,65 x 0,65 = 0,4225 ou 42,25%; 2.3.1.Exemplo para dimensionamento de um GGD , numa indstria: Dados do sistema eltrico: Carga Iluminao (A) Aquecimento (B) Motor trifsico (C) Motor trifsico (D) Motor trifsico (E) KVA 80 152 40 60 75 IV 30 45 55 CV plos KW cs 0,7 1,0 0,85 0,88 0,90 90,9 90,8 91,9 7,6 7,8 7,4 Ip/In

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Clculo da potncia ativa Motor trifsico em CV C D E 40 CV 60 CV 75 CV P(KW)=Pu(KW).100/ P=30/90,9=33,0 KW P=45.100 / 90,8 =49,55 P=55.100 / 91,9 =59,84

P(KW)= potncia ativa, Pu(KW)= potncia til, = rendimento Clculo da potncia aparente: Motor trifsico em S(KVA)=P(KW)/ cs CV C D E 40 CV 60 CV 75 CV =33,0/0,85=38,8 KVA =49,55/0,88 =56,30 =59,84/0,90 =66,4

S(KVA)= potncia aparente, P(KW)= potncia ativa, Clculo da potncia reativa: Motor trifsico em Q(KVAr)= {S(KVAr)2 P(KW)2} CV C D E 40 CV 60 CV 75 CV {(38)2 (33)2}= 20,4 KVAr { (56,30)2 - (49,55)2}= 26.8 KVAr {(66,48)2 - (59,84)2} = 28,9 KVAr

Q(KVAr)= , potncia reativa, S(KVA)= potncia aparente Clculo da potncia aparente total: S= (56+152+33+49,5+59,8)2 + (57,1+0+20,4+26,8 = 375 KVA

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S= potncia aparente total

Quadro geral de potncia: Carga A B C D E Iluminao : 80 KVA Aquecimento: 152 KVA Motor trifsico 40 CV IV plos Motor trifsico 60 CV Motor trifsico 75 CV 0,88 0,90 90,8 91,9 45 55 350,3 26,8 28,9 56,3 66,4 375 cs % 0,7 1,0 0,85 90,9 KW 56 152 30 Q(KVAr) S(KVA) 57,1 20,4 38,8 80

O fato de potncia geral ser: cs =P / S = 350,3 /375=0,934 Para escolha do gerador deve-se levar em conta a potncia aparente total e o fator de potncia calculado. No exemplo acima, o GGD deve ser 405 KVA, = 94%, A potncia de acionamento do gerador ser : Pn=Pg(KVA) .cs / = 404 .0,934 / 0,94 = 402 (KW) 2.3.2. Frmulas para clculo de corrente , potncia e da corrente de partida em motores eltricos trifsicos: IN (A)= Corrente nominal do motor E (V) =Tenso nominal do motor;

M (%) =Rendimento mecnico domotor a carga nominal

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P (kW) =Potncia disponvel no eixo do motor; no terminal do motor

Pw (kW) =Potncia ativa tomada no terminal do motor; carga nominal

Pa (KVA) = Potncia aparente tomada Cs = Fator de potncia com

.

Para encontra o rendimento do motor eltrico trifsico, verificar a tabela abaixo: Potncia Rendimento % A 3000 RPM 76,0 at 79,0 81,5 at 88,0 85,5 at 89,0 Potncia em kW 15,0 50,0 100,0 Rendimento % A 1500 RPM 86,5 at 87,0 90,0 91,0 A 3000 RPM 89,5 at 89,0 89,6 at 91,0 90,5 at 91,0

em kW A 1500 RPM 0,5 1,5 5,0 76,0 at 80,0 82,5 at 83,0 86,5 at 87,0

A frmula abaixo utiliza os valores fornecidos pelos fabricantes da reatncia do alternador para o clculo da queda de tenso do alternador durante a partida de motor eltrico.

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I P X d" V = Queda de tenso; I G 100 V = V 20% IP = Corrente de Partida; I P X d" 1+ I IG = Corrente nominal do alternador G 100

Xd = Reatncia transitria do alternador 2.4. Excitao A excitao pode ser esttica ou dinmica. Na esttica, o retificador de corrente utiliza a energia gerada pelo alternador para alimentar o campo com corrente retificada. O circuito eletrnico acoplado ao retificador regula a tenso, abrindo ou fechando o gate de um tiristor. A corrente que alimenta o campo do alternador retificada e controlada por uma excitatriz eletrnica, atravs de um par de anis com escovas montado no eixo do alternador. Possui resposta de regulao mais rpida do que a excitao dinmica porque proporciona maior capacidade para partir motor eltrico de induo. Porm, a excitao esttica contra-indicada para equipamento sensvel, pois o regulador atua diretamente no campo do alternador e os tiristores introduzem deformaes na forma de onda da tenso gerada. A excitao dinmica, tambm conhecida por brushless (sem escovas). Utiliza um pequeno alternador de plos fixos, a corrente alternada gerada no induzido rotativo retificada por uma ponte retificadora de onda completa, tambm girante e transfere a corrente retificada diretamente ao campo do alternador, sem escovas.O campo

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deste gerador alimentado por um regulador externo que atualmente eletrnico, semelhante ao empregado na excitao esttica. Nos alternadores antigos este gerador era um dnamo, com escovas e coletor de lminas de cobre H ainda um tipo de excitao por magneto ou im permanente. Funciona como indutor girando no interior de um enrolamento fixo e trabalhando como induzido. O regulador de tenso tambm conhecido por automatic voltage regulator (AVR) compara a tenso de sada do alternador com o padro ajustado no potencimetro de ajuste de tenso e efetua as correes atuando no campo da excitatriz. Nas aplicaes onde o alternador aciona grandes motores eltricos, o (AVR) , no supre o campo da excitatriz com a mesma energia que alimenta o consumidor , possibilitando a manuteno de valores elevados de corrente durante a partida destes motores, sem as grandes quedas de tenso . Proporciona melhor desempenho do alternador alimentando cargas no lineares, como: motor de corrente contnua alimentado por tiristor, motor de corrente alternada com chave de partida Soft Start , uninterruptible power supply (UPS) ou no break esttico Os alternadores com dispositivo auxiliar de excitao compound , possuem capacidade de sustentao de correntes elevadas, solicitadas durante as partidas dos motores eltricos. Quanto menor a impedncia, menor a queda de tenso nos terminais do alternador. Quando se aplica uma carga brusca, maior a

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capacidade do alternador para partir motor eltrico. Os alternadores nacionais fabricados em srie possuem impedncia transitria no eixo direto, x'd, na faixa de 26 a 30% . 2.5. Partida de motor eltrico de induo utilizando um GGD Durante a partida de um motor eltrico circula uma grande corrente nos enrolamentos. Parado, no possui fora contra-eletromotriz que se ope a circulao de corrente. Na partida, aparece a fora contraeletromotriz, a corrente diminui e estabiliza em seu valor nominal. O valor mximo instantneo da corrente de partida modifica em funo do tipo de construo do motor e proporcional a sua potncia. Na partida de um motor o alternador fica sujeito a uma carga de corrente e queda de tenso elevada, por essa razo, recomenda-se a ligao escalonada dos motores eltricos, iniciando pelos de maior potncia. H uma alterao nos componentes eltricos e eletrnicos como contactores e rels que deixam de funcionar comprometendo assim o controle e automao dos mesmos. No caso de partida direta, o motor assncrono pode atingir 7 a 8 vezes a corrente nominal, dependendo da caracterstica construtiva do motor . Uma elevada quantidade de corrente reativa absorvida pelo alternador que deve ser superdimensionado e dotado de um sistema especial de excitao para garantir a partida. Nos motores de produo seriada a corrente de partida fica entre 5,5 e 7,00 vezes a corrente nominal.

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No acionamento de mquina centrfuga ( bomba e ventilador) o torque de partida dever ficar acima da curva de torque da mquina acionada, caso contrrio, o equipamento no conseguir vencer a inrcia da mquina. E no acionamento de mquina alternativa( bomba a pisto, compressor, agitador) necessrio um dispositivo de alvio na partida, porque a mquina requer um torque elevado no incio da operao. O fator de potncia, durante o perodo de partida causa sobrecarga no motor diesel. Na relao In/ Ip 1,33 , ento : cos = 0,6 , se In/ Ip 2,00 ento : cos = 0,4. In acorrente nominal do alternador e Ip, a corrente de partida. Deve-se considerar a corrente nominal do grupo gerador a que corresponde potncia do alternador e o fator de potncia de projeto. A corrente de partida de motor eltrico trifsico, deve ser 18% da corrente nominal do alternador, para evitar queda de tenso acentuada no sistema .Aumentando-se a corrente de partida em mais 25% da corrente nominal do alternador, haver uma queda de tenso da ordem de 4,0%. At aproximadamente 20% da capacidade nominal existente no alternador em vazio pode ser ligado um motor eltrico, sem que o motor diesel sofra uma queda de velocidade anormal , nem to pouco haja queda de tenso transitria do alternador.

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A corrente de partida de motor eltrico trifsico no dever ser superior a 20% da corrente nominal do alternador. O GGD no deve operar com carga inferior a 30% da sua capacidade nominal, devido ao desgaste prematuro das camisas dos cilindros, alm do grande consumo especfico de combustvel (g / KWh). H no motor eltrico uma placa de identificao com uma letra correspondente ao padro, conforme determina a ABNT : Corrente de partida direta Letra cdigo (Motores com enrolamento tipo gaiola) A B C D F Alta normal normal normal baixa IN = Corrente Nominal do motor IP = Corrente de Partida do motor At 6 x IN 3,80 a 6,00 x IN 3,80 a 6,00 x IN 3,80 a 6,00 x IN At 4 x IN

3. Tipos de transferncia

3.1. Chave de transferncia automtica (CTA) utilizada no suprimento de energia para cargas prioritrias e permite a reverso da alimentao entre a concessionria e o GGD. Pode ser do tipo faca, manual, com controle eletrnico ou digital de ao rpida.

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Um bypass no quadro de transferncia deve ter previsto para executar a manuteno, de tal forma que no comprometa a operao do sistema. A chave esttica no sistema sincronizado efetua a troca da fonte de energia em 4 ms , de modo seguro. No sistema assncrono, em tempo superior a 8ms e de modo no seguro. Permite alimentar uma carga com dupla fonte ou um painel de distribuio prximo desta carga. As chaves estticas no possuem contatos mveis e a transferncia de carga efetuada por comando eletrnico sobre retificadores controlados de silcio (SCR). O SCR um diodo que opera como circuito aberto quando no aplicada tenso no gate. Um sinal aplicado no gate fecha o circuito, conduzindo a corrente do anodo para o catodo, enquanto permanecer o sinal. Uma vez removido o sinal , o SCR para de conduzir quando a corrente passa pelo zero. Nesse sentido, possvel construir um sistema com controle eletrnico gerando sinal para o gate e montar uma chave comutadora de fonte e determinar o momento em que uma ou outra fonte ser ativada ou desativada. Este controle pode ser implementado com a utilizao de sistema microprocessado.

3.2. Transferncia em rampa e conexo em paralelo Sistema de transferncia de carga em rampa (STR), visa transferncia ininterrupta de energia para operao em horrio de ponta ,

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no retorno concessionria aps uma emergncia ou em manobras programadas. Com a instalao do STR feito o intertravamento eltrico entre as chaves de rede e grupo gerador, da chave de transferncia automtica. Ao alcanar as condies de sincronismo, fecha-se a chave de grupo gerador e a carga transferida gradualmente, em rampa, da rede para o grupo gerador. No instante em que o grupo gerador assume a totalidade da carga comandada a abertura da chave da rede. A operao inversa , de forma idntica, por determinao do trmino do horrio de ponta ou por interveno no sistema de comando. Para operao em horrio de ponta, um rel horrio previamente ajustado comandar a operao automtica de transferncia ininterrupta da carga em rampa , de segunda a sexta feira, no incio e no trmino de ponta da concessionria local. A transferncia feita entre grupos geradores com potncias diferentes, com visualizao das funes e estados dos GGD e da concessionria, por comando micro-processado para transferncia automtica normal ou em rampa, ou seja, de forma escalonada. O GGD possui motor com atuador eletrnico o que possibilita a partida em baixa rotao (800 RPM) e o aumento gradual da rotao, at estabilizar em 1800 RPM para 60 HZ. Independente da carga aplicada no gerador, mantm a energia estvel e evita o desgaste precoce do motor.

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Esse sistema possui as seguintes protees: verificao de sincronismo(ANSI 12), potncia reversa, inversa (ANSI 32 ), sub tenso (ANSI 27), sobre-tenso (ANSI 59), subfrequncia / sobrefrequncia (ANSI 81 U/O ), sobrecorrente de fase instantnea(ANSI 50 ) e sobrecorrente de fase temporizada (ANSI 51). Alm de rastreio tenso da rede, compensao de reativos e comando a partir de CLP ou de sistema de superviso existente

4. Exigncias da concessionria necessrio fazer a comutao entre a Concessionria e o GGD, no incio e no final horrio de ponta. H duas possibilidades de se operar em paralelo com a concessionria: a) No paralelismo instantneo, o grupo gerador no permanece mais do que 15 segundos em paralelo com a rede; b) No permanente h a possibilidade de se exportar energia. A Concessionria faz diversas exigncias, porm, em razo da conciso deste texto, iremos apenas tangenci-las. Nesse sentido, deve ser apresentado diagrama unifilar geral, contendo o sistema de gerao proposto, memorial descritivo, projeto eltrico e aps aprovao do Pedido de Estudo, a Concessionria solicita a instalao de alguns equipamentos, como: rel de subtenso e inverso de fase(ANSI 27/47), para abrir disjuntor (geral da entrada) na ocorrncia de qualquer um destes eventos, com temporizador para no abrir o mesmo, no caso de uma falha transitria quando o consumidor estiver alimentado pela rede.

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Rel de sobrecorrente direcional instantneo e temporizado de fase (ANSI 50/51), para abrir o disjuntor no caso do gerador contribuir para uma falta na rede, quando o sistema estiver em paralelo. Rel de sobretenso de fase (ANSI 59), para detectar tenses inadequadas da rede e comandar o desligamento do disjuntor (geral de entrada). E sistema de sincronismo que comanda abertura e fechamento dos disjuntores, permitindo o paralelismo, quando os circuitos estiverem nos limites desejados de freqncia e ngulo de fase para realizarem a operao, entre outros equipamentos. 5. Tipos cargas 5.1. Controlvel : pode ser ligada, desligada,ou ter a potncia reduzida sem comprometer o equipamento, com o objetivo de manter a demanda de uma instalao dentro de um valor pr-estabelecido. Em equipamentos como: aquecimento de gua, forno e estufa, bombas para fludo, laminador, ventilador, exaustor; compressor, torre de resfriamento, iluminao, entre outros. 5.2. Prioritria: refere-se aquela que a interrupo do seu funcionamento causa prejuzo ao consumidor. Por isso, necessita de suprimento de energia confivel e de qualidade. Cada empresa possui cargas controlveis prprias, ou seja, uma carga pode ser prioritria em uma empresa e em outra no ser. A falta de energia eltrica provoca perdas para o consumidor, como: queda do faturamento, deixa de atender o cliente no prazo, custo da mo-de-obra parada, entre outras.

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6. Aspectos positivos para a compra de um GGD A instalao de um GGD para utilizao no horrio de ponta e atendimento na falta de energia da concessionria excelente recurso para reduo do custo de energia eltrica. O GGD indicado para o consumidor que necessita garantir sua produo e o fornecimento de energia em caso de falta ou desligamento programado da concessionria para manuteno da rede. Na indstria , muitas vezes o valor do investimento num GGD equivale, a poucas horas de produo perdidas por falta de energia eltrica. O setor de alimentao necessita do sistema de refrigerao para evitar que os seus produtos deteriorem. Emissoras de rdio e de televiso vendem o horrio para seus clientes, porm, quando a propaganda no veiculada, essas empresas deixam de receber por essa venda. O setor de Hotelaria corre o risco de perder o cliente, pois deve oferecer ar condicionado em dias quentes, bem como todos os outros benefcios da energia eltrica O setor Hospitalar no pode ficar sem energia durante uma interveno cirrgica. Alm de sofrer com a perda de reagente de laboratrio, danos na bolsa de sangue, entre outros. Desse modo, os prejuzos so enormes. O prazo da amortizao do investimento feito pela comparao do custo da energia eltrica no horrio de ponta e o custo da aquisio e

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utilizao de um gerador . Algumas empresas tm conseguido economizar at 30% da conta de energia eltrica mensal, com a alterao ou a complementao de matriz energtica O preo de um GGD no mercado varia de R$10.000,00 ( dez mil reais) R$ 500.000,00 (quinhentos mil reais), conforme a potncia nominal.

7. Aspectos negativos para a compra de um GGD O uso e a manuteno do gerador caro e a cada 10 000 horas necessria uma reviso. Necessita de manuteno mecnica e eltrica mensalmente e de combustvel. Na aquisio de um GGD de emergncia, deve-se assegurar respeito da disponibilidade, confiabilidade, segurana e o seu dimensionamento. Para evitar a compra de um equipamento que no atenda as necessidades do consumidor, que deve avaliar a relao custo x benefcio das alternativas disponveis no mercado para evitar aborrecimentos. Esta compra deve ser assessorada por um profissional capacitado. O gerador diesel, deve ser utilizado apenas para emergncia, e no horrio de ponta, pois poluente e tem alto custo de instalao, operao e manuteno.

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8. Sistema tarifrio O conhecimento da tarifao necessrio para adoo de estratgia para a otimizao do uso de energia eltrica. Neste estudo adotamos dois grupos de consumidores: indstria e comrcio (Grupo A A4 de 2,3 a 13,8 kV) e trs tarifas diferenciadas: Convencional e Horosazonal Azul e Verde Na tarifao convencional, o consumidor paga o consumo em KWh, a demanda em KW e o ajuste de fator de potncia, quando o mesmo est abaixo de 0.92. o clculo da parcela de ajuste de fator de potncia dividido em trs partes: horrio capacitivo ( das 0h30min s 6h00 ), horrio de ponta (das 17h30min s 20h30m) e o restante. Se o fator de potncia do consumidor, registrado ao longo do ms, estiver fora dos limites estipulados pela legislao, haver multa. cobrada a maior demanda entre a registrada, a contratada ou 85% da mxima demanda dos ltimos 11 meses. Na eventualidade de um pico de demanda acarretar um acrscimo na conta de energia durante 12 meses. A horo-sazonal possui valores diferenciados conforme o horrio, o perodo do ano, o perfil do consumidor e a regio. A gerao de eletricidade no Brasil quase na totalidade feita por hidroeltricas, por este motivo, com maior potencial de gerao no perodo chuvoso. O perodo seco comea em maio e termina em novembro e o mido inicia em dezembro e termina em abril .O horrio de ponta corresponde a trs horas consecutivas dirias, de 2a a 6a feira, totalizando 60 horas mensais

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Em So Paulo, o horrio de ponta das 17h30min s 20h30min. E fora de ponta das 0horas at 17h30minutos e das 20h30min s 24horas. Para cada um dos perodos ( seco ou mido), aplica-se uma tarifa de consumo diferenciada. A tarifa no perodo seco e horrio de ponta mais cara que no mido e o horrio fora de ponta. Na Horo-sazonal verde, no existe contrato diferenciado de demanda no horrio de ponta e fora de ponta, com tambm nos perodos seco e mido. O consumidor s poder contratar uma demanda. Enquanto, na tarifa azul pode-se contratar demandas diferentes, conforme o horrio e o perodo. Desse modo, a horo-sazonal verde uma alternativa econmica, quando o consumidor no utiliza energia eltrica nos horrios de ponta. A ultrapassagem da demanda contrada implica em multa alta. A concessionria adota esse procedimento para evitar que o consumidor utiliza a energia eltrica no horrio de grande consumo no pas. 8.1. Custos das tarifas Tarifas de mdia tenso- Convencional Nvel de tenso A4 (2,3 kV a 25 kV) Demanda R$/kW 12,97 Consumo R$/MWh 162,84

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Tarifas de mdia tenso horo-sazonal verde Nvel de tenso A4 (2,3 a 25 kV) 9,74 29,23 829,97 814,32 97,78 86,56 Demanda R$/kW Demanda de Consumo R$/MWh Fora de Ponta mida Seca mida

ultrapassagem Ponta Seca

Tarifas de mdia tenso horo-sazonal azul Demanda de Nvel de tenso Ponta A4 (2,3 kV a 25 kV) Fora de Ponta Demanda R$/kW ultrapassagem R$/kW Ponta Fora de Ponta Ponta Consumo R$/MWh Fora de Ponta mida Seca mida

Seca

29,69 9,74

89,06 29,23

200,01 184,23 97,78 86,56

Fonte: Resoluo ANEEL N 591/2003, de 06/11/2003 : Vigncia a partir de 07/11/2003 8.2. Estudos de casos : comparando a utilizao da energia fornecida pela Concessionria e da gerao prpria na indstria e comrcio, bem como o tempo para amortizao do investimento.

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Situao 1 Cliente : Indstria Tarifa Demanda contratual na ponta Observao Carga principal Gerador recomendado Investimento estimado Custo mensal Concessionria Consumo horrio de diesel Consumo de diesel na ponta 3h/d x 5d/s=60 h/m Consumo mensal de diesel na ponta Custo do diesel : Custo de depreciao : Custo de manuteno Custo total Reduo de custo com a instalao de um grupo diesel 0,89 R$ / litro x 3720 litros 1,5% do valor do grupo diesel 1% do valor do grupo diesel R$ 5.060,80 Custo mensal R$ 700,00 R$ 1.050,00 R$ 3.310,80 62 litros x 60 horas 60 hs por ms 3720 litros (valor aproximado) 62 litros totalmente instalado concessionria SC Demanda estimada no horrio de ponta Forno de induo 240 KVA R$ 70.000,00 R$ 10.011,76 Tarifa azul A4 750 KW 192 KW

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Concessionria Gerador 240 KVA Economia Amortizao Investimento estimado Economia mensal Retorno do investimento R$ 70.000,00 / R$ 4.950,00

R$ 10.011,76 R$ 5.060,80 R$ 4.950,00 Custo mensal R$ 70.000,00 R$ 4.950,00 14 meses

Admitindo ainda que esse consumidor fica 10 horas sem energia eltrica durante o ano, isto significa 30 horas , devido ao reaquecimento do forno de induo. Este custo de parada justifica o investimento na compra de um GGD. Situao 2 Cliente : Supermercado Tarifa Demanda contratual na ponta Observao Carga principal Gerador recomendado Investimento estimado Custo mensal Concessionria Demanda estimada no horrio de ponta Iluminao e Refrigerao 150 KVA totalmente instalado concessionria SC R$ 50.000,00 R$ 6.257,35 Tarifa Verde A4 400 KW 120 KW

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Consumo horrio de diesel (valor aproximado) Consumo de diesel na ponta Consumo mensal de diesel na ponta Custo do diesel : Custo de depreciao : Custo de manuteno Custo total Reduo de custo com a instalao de um grupo diesel Concessionria Gerador 240 KVA Economia Amortizao Investimento estimado Economia mensal Retorno do investimento R$ 50.000,00 / R$ 2978,15 0,89 R$ / litro x 2280 litros 1,5% do valor do grupo diesel 1% do valor do grupo diesel 3h/d x 5d/s=60 h/m 62 litros x 38 horas

38 litros/hora 60 hs por ms 2280 litros R$ 2029,20 R$ 750,00 R$ 500,00 R$ 3.279,20 Custo mensal R$ 6.257,35 R$ 3.279,20 R$ 2978,15 Custo mensal R$ 50.000,00 R$ 2978,15 15 meses

9. Consideraes finais O motor diesel foi descoberto h mais de cem anos, passou por modificaes tecnolgicas, ganhou em preciso e qualidade e continua servindo a humanidade.

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Sua operao e manuteno so caras, portanto, deve-se avaliar o custo e o benfico, antes de sua aquisio. No entanto, o custo da energia eltrica no Brasil alto, principalmente no horrio de ponta. Alm disso, o grupo gerador diesel evita perdas de estoque em locais que tm refrigerao, de produo e mo-de-obra parada. Neste estudo adotamos dois grupos de consumidores: indstria e comrcio ( Grupo A4, de 2,3 a 13,8 KV) e verificamos que vivel a aquisio de um grupo gerador, principalmente, no horrio de pico. Pois, a reduo do custo na conta de energia amortiza o investimento em alguns meses.

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Bibliografia FALCONE, Auiro Gilberto. Eletromecnica: transformadores e transdutores, converso eletromecnica de energia, mquinas eltrica. So Paulo: Edgard Blcher, 1979 GUIMARES, Geraldo Caixeta. Apostila do Curso Dinmica de Sistemas Eltricos, parte 1. Universidade Federal de Uberlndia: 2002 KOSTENKO, M. PIOTROVSKI, L. Mquinas Elctricas: mqunas de corrente continua, transformadores. Vol.1, Porto: Lopes da Silva, 1979 KOSOW, Irving Lionel. Mquinas eltricas e transformadores, trad. Felipe Luiz R. Daiello e Percy Antonio Pinto Soares. Porto Alegre: Globo, 1979 REIS, Lineu Belico, SILVEIRA, Semida (orgs). Energia Eltrica para o Desenvolvimento Sustentvel. So Paulo: Editora da Universidade de So Paulo, 2000