Motor Diesel Para Geradores

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CENTRO PAULA SOUZAFACULDADE DE TECNOLOGIA

FATEC SANTO ANDRTecnologia em Eletrnica Automotiva

Mrcio Roberto de Souza Lima

Rodrigo Arago da Silva

Motor Diesel para Geradores Eltricos

Santo AndrSo Paulo

2012

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CENTRO PAULA SOUZAFACULDADE DE TECNOLOGIA

FATEC SANTO ANDRTecnologia em Eletrnica Automotiva

Mrcio Roberto de Souza Lima

Rodrigo Arago da Silva

Motor Diesel para Geradores Eltricos

Monografia apresentada ao Curso de Tec-

nologia em Eletrnica Autmotiva da FA-

TEC Santo Andr, como requisito parcial

para concluso do curso em Tecnologia

em Eletrnica Automotiva

Orientador: Prof. Cleber Willian Gomes

Santo AndrSo Paulo

2012

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Dedico este trabalho a minha fam-

lia e aos meus amigos que sempre estive-

ram prximos durante esta jornada.

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AGRADECIMENTOS

Agradeo a minha famlia e amigos que me incentivaram durante o processo deste

projeto.

Agradeo aos professores e colaboradores e funcionrios da Fatec Santo Andr que

sempre estiveram prontos a nos ajudar.

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A ignorncia gera confiana com

mais freqncia do que o conhecimento:

so aqueles que sabem pouco, e no aque-

les que sabem muito, que to positivamente

afirmam que esse ou aquele problema ja-

mais ser resolvido pela cincia.

Charles Darwin

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RESUMO

Este projeto tem como objetivo dissertar sobre a aplicao do motor diesel como mo-

tor estacionrio e explanar as principais caractersticas do seu sistema de funcionamento, es-capamento, armazenamento de diesel, tanque, rotao, sensores, emisso de gases e seu di-

mensionamento.

Palavras-chave: Motor, Diesel, Estacionrio.

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ABSTRACT

This project has as objective to explain about diesel engine as stationary motor and

main features of its functional system, exhaust, diesel storage, tank, rotation, sensors, gasemission and its capacity.

Key-words: Engine, Diesel, Stationary.

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LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Combusto Diesel [3] .................................................................................... 14Figura 2: Tempo de Admisso [1] ................................................................................ 15Figura 3: Tempo de Compresso [1] ............................................................................ 15Figura 4: Tempo de Combusto [1] .............................................................................. 16Figura 5: Tempo de Exausto [1] ................................................................................. 16Figura 6: GMG Grupo Moto Gerador [4] ..................................................................... 18Figura 7: Composio do Motor Diesel [4] .................................................................. 18Figura 8: Usca ST2160 [4] ........................................................................................... 20Figura 9: Resistncia de Pr Aquecimento [4] ............................................................. 21Figura 10: Sensor de Temperatura [4] .......................................................................... 22Figura 11: Sensor de Presso do leo [4] .................................................................... 23Figura 12: Sensor de Nvel de gua [4] ....................................................................... 24Figura 13: Controle de Rotao [4] .............................................................................. 25Figura 14: Sensor de Relutncia Magntica para o Controle de Rotao [4] ............... 26Figura 15: Sistema de Arrefecimento em um Motor Estacionrio [4] ......................... 27Figura 16: Funcionamento do Sistema gua / gua [4] .............................................. 28Figura 17: Seguimento Elstico [4] .............................................................................. 30Figura 18: Catalisador [4] ............................................................................................. 30Figura 19: Silencioso [4] .............................................................................................. 31Figura 20: Tampa Oscilante [4] .................................................................................... 32Figura 21: Tanque Autoportante [4] ............................................................................. 33Figura 22: Tanque na Base [4] ...................................................................................... 34Figura 23: Tanque Metlico [4] .................................................................................... 34

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Nvel de critrio de avaliao NCA em dB(A) [8] ....................................... 31Tabela 2: Regime de Potncia [9] ................................................................................. 37Tabela 3: Modelos de Motores Scania [4] .................................................................... 38Tabela 4: Modelos de Motores Cummins [4] ............................................................... 38Tabela 5: Exemplo de dimensionamento: [4] ............................................................... 40

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LISTA DE EQUAES

Equao 1: Corrente de Partida [4] ............................................................................... 39Equao 2: Corrente Total [4] ...................................................................................... 39Equao 3: Potncia de Partida [4] ............................................................................... 39

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SUMRIO

1 INTRODUO ................................................................................................................. 13

1.1 MOTIVAO............................................................... ................................................................. ................ 13

1.2 OBJETIVO........................................................ ................................................................. ........................... 13

2 HISTRICO DO MOTOR DIESEL .............................................................................. 14

2.1 HISTRIA DO MOTOR DIESEL......................................................... ........................................................... 14

2.2 OS QUATRO TEMPOS DO MOTOR DIESEL................................................................................................. 15

2.3 CAMPOS DE APLICAO................................................................. ............................................................ 17

3 MOTOR DIESEL ESTACIONRIO ............................................................................. 18

3.1 UNIDADE DE SUPERVISO DE CORRENTE ALTERNADA (USCA) .............................................................. 19

3.1.1 PARTIDA E PARADA DO GMG ........................................................ ........................................................... 20

3.2 SENSORES........................................................ ................................................................. ........................... 22

3.2.1 SENSOR DE TEMPERATURA............................................................................................................... ........ 22

3.2.2 SENSOR DE PRESSO DO LEO................................................................................................................. 23

3.2.3 SENSOR DENVEL DE GUA DO RADIADOR........................................................ ...................................... 24

3.3 ROTAO........................................................ ................................................................. ........................... 24

3.4 SISTEMA DE ARREFECIMENTO........................................................ ........................................................... 26

3.4.1 GUA /AR............................................................... ................................................................. ................ 26

3.4.2 GUA /GUA........................................................................................................................................... 27

3.4.3 CRITRIOS DE ESCOLHA DOS SISTEMAS DE ARREFECIMENTO................................................................... 283.5 ESCAPAMENTO........................................................... ................................................................. ................ 28

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3.5.1 SEGUIMENTO ELSTICO................................................................ ............................................................ 29

3.5.2 CATALISADOR.......................................................... ................................................................. ................ 30

3.5.3 SILENCIOSO.............................................................. ................................................................. ................ 31

3.5.4 TAMPA OSCILANTE............................................................. ................................................................. ..... 32

3.6 TANQUE DE COMBUSTVEL........................................................................................................................ 32

3.6.1 ALIMENTAO DE COMBUSTVEL POR GRAVIDADE.................................................................................. 35

3.6.2 ALIMENTAO DE COMBUSTVEL POR ELETROBOMBA............................................................. ................ 35

3.7 ARMAZENAMENTO DE COMBUSTVEL....................................................................................................... 36

3.8 DIMENSIONAMENTO DO MOTOR DIESEL ESTACIONRIO......................................................... ................ 37

3.8.1 CLCULO DA CORRENTE E POTNCIA DE PARTIDA........................................................ ........................... 39

3.8.2 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO............................................................................................ ................ 40

4 CONCLUSO ................................................................................................................... 42

5 REFERNCIAS ................................................................................................................ 43

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1 INTRODUO

No Brasil, existem vrios fabricantes de motor diesel. Grandes empresas multinacio-

nais como Cummins, Scania, Mercedes, MWM, abastecem o mercado automobilstico brasi-

leiro com seus produtos.

Embora no tenha o mesmo volume de vendas dos veculos automotores, o mercado

de motores estacionrios vem crescendo a cada ano. Segundo Eder Rodrigues, gerente de pro-

duto da Distribuidora Cummins Minas Ltda. que faz parte da rede de distribuidores da Cum-

mins Power Generation, o ano de 2011 teve um aumento expressivo no volume de vendas de

grupos geradores, a empresa aumentou em 84% o nmero de unidades vendidas, impulsiona-

da pela Copa do Mundo 2014 e vrias obras pblicas em andamento. [6]

1.1MotivaoDesenvolver um projeto no qual viesse complementar o conhecimento adquirido no

decorrer do curso com a experincia profissional exercida dentro do mercado de trabalho.

1.2ObjetivoMostrar o funcionamento do motor diesel utilizado como motor estacionrio.

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2 HISTRICO DO MOTOR DIESEL

2.1Histria do Motor DieselA histria do Diesel iniciou aps a criao do motor de combusto gasolina criado

por Nikolaus August Otto, em 1876. Este motor utilizava o princpio de 4 tempos, tambm

conhecido como Ciclo Otto, e foi a premissa dos motores utilizados atualmente. [1]

Quando estava prestando o Colegial Politcnico da Alemanha (Polytechnic High S-

chool of Germany) em 1878,Rudolf Dieselaprendeu sobre as ineficincias dos motores utili-

zados na poca como o motor a vapor e o prprio motor de combusto interna criado por Otto

no qual apenas 10% do combustvel eram utilizados para locomover o veculo e o restante

produzia apenas calor desnecessrio. Este evento o inspirou a desenvolver um motor com um

grande desempenho e, em 1892, obteve a patente do que posteriormente seria conhecido como

motor Diesel. [1]

Em teoria, motor a diesel e motor a gasolina so bem similares uma ao outro. Ambos

foram desenvolvidos para transformar energia qumica disponvel nos respectivos combust-

veis em energia mecnica. A principal diferena entre essas duas tecnologias o momento dacombusto. No motor a gasolina, o combustvel misturado com o ar (tempo de Admisso),

comprimido pelos pistes do motor (tempo de Compresso) e incendiado pelas velas de igni-

o (tempo de Combusto). No caso do motor a diesel, o ar comprimido a uma alta presso

antes de o combustvel ser injetado desta forma o calor gerado pelo ar comprimido ser o ca-

talisador do combustvel tornando as velas de ignio desnecessrias. (Figura 1) [2]

Figura 1: Combusto Diesel [3]

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2.2Os Quatro Tempos do Motor Diesel

O ciclo diesel composto pelos seguintes estgios:

Tempo de Admisso, no qual o ar admitido atravs das vlvulas de admissoe impulsiona o pisto para o ponto morto inferior. (Figura 1)

Tempo de Compresso, no qual o pisto volta para o ponto morto superiorcomprimindo o ar existente no cilindro. (Figura 2)

Figura 2: Tempo de Admisso [1]

Figura 3: Tempo de Compresso [1]

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Tempo de Combusto, medida que o pisto alcana o ponto morto superior,o combustvel injetado que por sua vez entra em combusto forando o pisto para o ponto

morto inferior. (Figura 3)

Tempo de Exausto, o pisto volta para o ponto morto superior liberando osgases de escape pelas vlvulas de escape. (Figura 4)

Figura 4: Tempo de Combusto [1]

Figura 5: Tempo de Exausto [1]

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2.3Campos de AplicaoO motor diesel um motor para trabalhos pesados. Normalmente encontrado em ve-

culos como caminhes, nibus, tratores, trens, guindastes etc. Antigamente os motores die-seis eram associados a grandes maquinrios, no quais eram sujos, lentos, barulhentos e com

um pssimo cheiro. Esta imagem no se aplica para os dias atuais, mesmo considerando que

as aplicaes continuam praticamente as mesmas, hoje o motor diesel possui uma eficincia

de 45% (maior do que o motor a gasolina que possui apenas 30%), porm no Brasil ainda no

so utilizados em veculos de passeio. [3]

Uma das diferentes aplicaes dos motores a diesel utiliz-lo como motor estacion-

rio. O motor estacionrio utilizado quando desejamos manter uma rotao contnua de um

determinado equipamento.

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3 MOTOR DIESEL ESTACIONRIO

Os motores dieseis acoplados aos alternadores de energia do origem ao que chama-

mos de GMGGrupo moto-gerador. Utilizam os mesmos motores dos veculos automotores

utilitrios (caminhes, tratores, etc.), fabricados pelas mesmas montadoras, porm h uma

grande diferena no que se refere ao sistema de funcionamento, escapamento, armazenamento

de diesel, tanque, rotao, sensores, emisso de gases e dimensionamento. [4]

Embora possua os mesmos componentes mecnicos, tais peas so projetadas para

trabalharem somente em 1800 RPM, independentemente da carga aplicada, enquanto que em

um veculo automotor essa rotao varia em funo do motorista ao pisar no pedal do acelera-

dor. [ 4 ]

Figura 6: GMG Grupo Moto Gerador [4]

Figura 7: Composio do Motor Diesel [4]

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3.1Unidade de Superviso de Corrente Alternada (USCA)A Unidade de Superviso de Corrente Alternada (USCA) um mdulo microproces-

sado, o qual tem a funo de monitorar os sinais enviados pelos sensores do motor estacion-rio, as anomalias da rede eltrica e controlar a partida e parada do grupo gerador tanto em

modo manual como em modo automtico. Possui uma interface IHM ( Interface Homem

Mquina ) com display de cristal lquido que permite ao operador do equipamento visualizar

parmetros de tenso ( V ) de fase e de linha, freqncia ( Hz ), corrente das fases ( A ), po-

tncia ativa ( Kw ), reativa ( KVAr ) e aparente ( KVA ), fator de potncia, presso de leo

lubrificante, rotaes por minuto do motor ( RPM ), energia ativa ( Kwh ) e reativa ( KVArh

), temperatura da gua de arrefecimento ( C ), nmeros de partidas, tempo de funcionamento

, tempo para manuteno, tenso na bateria do motor ( V ) , protees ( ANSI ) bem como

cdigos de erro se o GMG vier a apresentar alguma falha.

Protees ANSI ( American National Standard Institute ) incorporadas ao mdulo mi-

croprocessado ( USCA ) - modo gerador:

Subtenso (ANSI 27) Sobretenso (ANSI 59) Subfreqncia (ANSI 81) Sobrefreqncia (ANSI 81) Sobrecarga (ANSI 32O) Sobrecorrente Instantnea (ANSI50) Baixa Presso de leo (ANSI 63) Alta Temperatura (ANSI 26) Nvel da gua do radiador (ANSI71) Sobrevelocidade (ANSI 12) Baixa Temperatura dgua (ANSI26L) Seqncia de Fase (ANSI 47) Check de Sincronismo (ANSI 25)

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Protees ANSI incorporadas ao mdulo microprocessado ( USCA ) - modo rede

Subtenso (ANSI 27) Sobretenso (ANSI 59) Subfreqncia (ANSI 81) Sobrefreqncia (ANSI 81) Sobrecarga (ANSI 32O) Sobrecorrente Instantnea (ANSI50) Seqncia de Fase (ANSI 47) Check de Sincronismo (ANSI 25)

3.1.1 Partida e Parada do GMGUm GMG nada mais do que um motor diesel estacionrio, acoplado a um alternador.

um equipamento adquirido com o intuito de trabalhar em condio de emergncia,

ou seja, somente na falta de energia, no horrio de ponta ou continuamente, independente-mente de haver ou no energia.

Figura 8: Usca ST2160 [4]

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A partida de um GMG est vinculada a uma anormalidade da rede eltrica seja por fal-

ta de no mnimo uma das fases da concessionria local, um pico de corrente, uma queda de

tenso, ou qualquer problema que venha a ser detectado pelas protees ANSI incorporadas

ao mdulo referente rede. A USCA identifica a falha atravs dos seus bornes de referncia

nos quais conectada a rede eltrica trifsica, manda um sinal de tenso ao circuito de co-

mando eltrico o qual ir abrir a chave de rede (fig 8) e enviar ao mesmo tempo atravs de

rels a tenso da bateria para o motor de arranque e solenoide responsvel pela liberao do

combustvel, colocando em funcionamento o equipamento. Ao entrar em operao e somente

aps estabilizar a sua rotao, fechada a chave de grupo (fig 8) e assumida a carga.

Para que o motor estacionrio apresente um melhor desempenho na partida, instalada

na galeria de gua uma resistncia de pr-aquecimento, a qual permanece constantemente

ligada enquanto o GMG est parado e tem a funo de aquecer o bloco do motor para minimi-

zar o tempo de resposta de estabilidade do equipamento.

A resistncia de pr-aquecimento desativada assim que o motor estacionrio entra

em operao e atinge a temperatura de 55C.

A parada do GMG acontece quando a USCA detecta que a rede eltrica foi reestabele-

cida e estabilizada. Nessas condies aberta a chave de grupo (fig 8), fechada a chave de

rede (fig 8) e a carga volta a ser alimentada pela concessionria. Embora a energia tenha re-

tornado, o GMG no desligado imediatamente, o mesmo permanece em funcionamento por

aproximadamente 3 minutos, tempo necessrio para sua auto refrigerao e desligamento.

Figura 9: Resistncia de Pr Aquecimento [4]

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3.2SensoresOs sensores so componentes de suma importncia para o perfeito funcionamento do

GMG, pois so eles que identificam para a USCA qualquer tipo de problema com o motor noque diz respeito rotao, temperatura, presso de leo e nvel de gua do radiador.

A principal diferena na atuao dos sensores entre um motor estacionrio e um motor

automotivo que no GMG, quando acionados, implicam na parada do equipamento enquanto

que no veculo automotor temos apenas um sinal de alerta para o motorista atravs de uma

lmpada acesa no painel de instrumentos.

3.2.1 Sensor de TemperaturaSua funo proteger o equipamento contra temperaturas elevadas. Este sensor possui

2 terminas, os quais so denominados de thermoswitchestermocontactos e correspondem a

uma chave NA ( normalmente aberta ). [10]

Quando a temperatura ultrapassa o valor mximo de trabalho do sensor, o contato NA

fechado enviando para a USCA um sinal negativo (). A USCA identifica a mudana de

nvel de tenso no seu borne de entrada, desliga o equipamento e gera um cdigo de erro cor-

respondente sobre aquecimento.

Figura 10: Sensor de Temperatura [4]

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3.2.2 Sensor de Presso do leoSua funo evitar que o motor opere com baixa presso de leo e consequentemente

venha a fundir por falta de lubrificao no sistema. Este sensor possui apenas 1 terminal paraconexo de cabo, porm ao contrrio do sensor de temperatura, possui um contato NF (nor-

malmente fechado).

Enquanto o motor est inoperante, a presso na galeria de leo baixa e o contato NF

do sensor est fechado. Como o sensor est fixado ao bloco do motor e este aterrado, o mes-

mo manda constantemente um sinal negativo USCA.

Ao entrar em operao, a presso interna na galeria de leo do motor aumenta e quan-

do atinge o valor de trabalho do sensor, o contato NF se abre, o sinal negativo retirado e aUSCA identifica que a presso na galeria de leo est normal. Porm se o motor entrar em

operao e a presso de leo no for atingida dentro do tempo parametrizado na USCA, o

mesmo desligado e gerado um cdigo de erro referente baixa presso de leo.

Obs.: O tempo parametrizado e o valor de presso de acionamento do sensor so esta-

belecidos pelo fabricante e variam de acordo com o modelo do motor.

Figura 11: Sensor de Presso do leo [4]

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3.2.3 Sensor de Nvel de gua do RadiadorEste sensor no instalado em todos os tipos de motores estacionrios. Quando pre-

sente, normalmente fixado na parte superior esquerda do radiador. Sua funo evitar obaixo nvel de gua, impedindo o superaquecimento do equipamento.

O seu princpio de funcionamento praticamente o mesmo do sensor de temperatura.

Possui uma haste com bia e dois terminais que tambm correspondem um contato NA.

Enquanto o radiador est com o nvel de fluido correto a bia se mantm na parte superior da

haste do sensor e os contatos permanecem abertos, mas se o lquido de arrefecimento baixar, a

bia desloca-se para a parte inferior da haste fechando os contatos. Com os contatos fechados

enviado USCA um sinal negativo, a mesma identifica a mudana de nvel de tenso no seu

terminal correspondente, desliga o equipamento e gera um cdigo de erro correnspondente

baixo nvel de gua no radiador.

3.3RotaoO controle constante da rotao realizado atravs de um sensor de relutncia magn-

tica denominado (pick-up) instalado no bloco do motor, o qual atravs dos dentes da crema-

lheira, tem a funo de gerar os pulsos ( PWM ) que serviro de referncia ao mdulo micro-

processado ( USCA ) para estabilizar a rotao em 1800 RPM.

Figura 12: Sensor de Nvel de gua [4]

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O circuito de controle de rotao trabalha em malha fechada. medida que acres-

centada carga no equipamento, h uma tendncia na diminuio da velocidade do motor. Com

a diminuio da velocidade h um maior intervalo de tempo entre os pulsos gerados pelo sen-

sor. O mdulo microprocessado ( USCA ) identifica a alterao no PWM e manda um co-

mando para atuar diretamente na entrada de diesel, atravs do acionamento de um solenoide

ou do regulador eletrnico de velocidade ( servo mecanismo ), que por sua vez esto interli-

gados ao brao atuador da bomba injetora (motor mecnico) ou ao sistema de injeo eletr-

nica (motor eletrnico). Com um maior fluxo de diesel o motor aumenta a rotao, o interva-

lo dos pulsos gerados pelo sensor diminuem, a USCA percebe novamente a alterao na lar-

gura de pulso e corrige a rotao.

Figura 13: Controle de Rotao [4]

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3.4Sistema de ArrefecimentoO Sistema de arrefecimento responsvel pelo controle da temperatura do motor.

Quando o motor trabalha em sua temperatura ideal (80 ~ 85C), o mesmo apresentar um

melhor desempenho, menor desgaste de componentes, maior durabilidade e menor emisso de

poluentes.

Para um motor estacionrio, temos dois tipos de sistema de arrefecimento: gua / Are gua / gua.

3.4.1 gua / ArApesar do sistema de arrefecimento do motor estacionrio possuir as mesmas caracte-

rsticas ao de um veculo automotor, ambos trabalham de formas distintas. Em um veculo

automotor, o ventilador acionado somente quando o lquido de arrefecimento atingir a tem-

peratura do sensor e o fluxo de ar direcionado do radiador para o motor ao passo que em um

Figura 14: Sensor de Relutncia Magntica para o Controle de Rotao [4]

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motor estacionrio o ventilador entra em operao no momento da sua partida e o fluxo de ar

direcionado do motor para o radiador.

Uma vez que o motor entrou em operao, a vlvula termosttica manter o lquido de

arrefecimento circulando apenas no bloco do motor enquanto o mesmo no alcanar a tempe-

ratura ideal de trabalho. Ao atingir esta temperatura, a vlvula desviar parcialmente o fluxo

do lquido de arrefecimento para o radiador e caso a temperatura atinja o valor mximo esti-

pulado, a mesma permanecer totalmente aberta, desviando todo o lquido de arrefecimento

para o radiador, trocando calor e proporcionando a estabilidade de temperatura. [4]

3.4.2 gua / guaO sistema gua /gua possui um circuito interno e um circuito externo de arrefecimen-

to. O circuito interno composto pelo prprio lquido de arrefecimento do bloco do motor e o

circuito externo composto por uma torre de gua, um trocador de calor e uma bomba, a qual

pode ser eltrica ou acoplada correia do motor diesel.

Este sistema possui o mesmo princpio de funcionamento que o sistema gua / ar, dife-

renciando apenas que a troca de calor no ocorre no radiador e sim em um trocador de calor

(gua quente / gua fria) externo. [4]

Figura 15: Sistema de Arrefecimento em um Motor Estacionrio [4]

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3.4.3 Critrios de Escolha dos Sistemas de ArrefecimentoO sistema de arrefecimento tipo gua / Ar o mais utilizado, pois a sua instalao

simples, rpida e com baixo custo, devido a todos os componentes j estarem instalados no

motor (radiador e ventilador). O requisito necessrio para sua utilizao apenas um fluxo de

ar suficiente para o arrefecimento do equipamento.

Obs.: A vazo de ar necessria para o arrefecimento do GMG fornecida pelo fabri-

cante do motor e depender da potncia do equipamento, ou seja, quanto maior a sua potncia

maior ser o fluxo de ar.

O sistema de arrefecimento tipo gua / gua utilizado quando o GMG instalado

dentro de uma sala e no h vazo de ar suficiente para a refrigerao do equipamento. A sua

instalao requer um espao de sala maior devido aos componentes adicionais a serem insta-

lados (torre de arrefecimento, bomba e trocador de calor) e, portanto possui um custo maiordo que o sistema gua / Ar.

3.5EscapamentoAs principais normas internacionais para emisses de motores estacionrios so elabo-

radas pela EPA (Environmental Protection Agency), agncia norte- americana que estabelece

os nveis mximos de poluentes que podem ser liberados na atmosfera e tais nveis so desig-nados por TIER. Embora em outros pases haja um controle e uma preocupao com o ndice

Figura 16: Funcionamento do Sistema gua / gua [4]

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de poluentes, o mesmo no acontece no Brasil para motores estacionrios. As providncias a

serem tomadas variam de Estado para Estado. Por exemplo, no caso de So Paulo deve-se

respeitar o DECRETO N 52.209, DE 24 DE MARO DE 2011 estabelecido pela Prefeitura

de So Paulo. [7]

O sistema de escapamento de um motor estacionrio difere ao de um veculo automo-

tor. O seu dimensionamento varia em funo da potncia do equipamento, comprimento e

quantidade de curvas da tubulao. Por exemplo: se o grupo gerador instalado a cu aberto,

no temos prolongamento de escape e ser adotado para a tubulao o comprimento padro de

3 m e 1 curva [4], mas se for instalado em ambiente fechado, devemos levar em considerao

o comprimento total da tubulao, ou seja, do motor at o local escolhido para a sada dos

gases.

Quanto maior for o percurso de escape, maior ser o dimetro da tubulao utilizada,

pois caso contrrio haver perda de carga no motor em vista de um maior esforo para a eli-

minao dos gases.

O sistema de escape de um motor estacionrio composto por:

Seguimento Elstico Catalizador Silencioso Tubulao de Ao Industrialtubo DIN 2440 Tampa Oscilante

3.5.1 Seguimento ElsticoMola em ao inox instalada na posio vertical entre a sada de exausto do motor e o

incio da tubulao do escapamento.

Sua funo absorver as vibraes do motor, evitando que as mesmas passem para a

tubulao do escape.

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3.5.2 CatalisadorTem a funo de reduzir os gases poluentes emitidos pelo escapamento, reter pequena

quantidade de particulados e de reduzir parte do rudo gerado pelo escapamento, de fcil

instalao, flangeado ao escapamento, logo aps o seguimento elstico.

Figura 17: Seguimento Elstico [4]

Figura 18: Catalisador [4]

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3.5.3 SilenciosoDispositivo montado aps o catalizador, utilizado para suprimir o nvel de rudo pro-

duzido, podendo ser fabricado em trs modelos diferentes que so:Industriais: Utilizado para GMGs no atenuados.

Hospitalares: Utilizado para GMGs atenuados 85dB(A).

Crticos: Utilizado para GMGs atenuados 75dB(A)

Utilizadopara GMGs atenuados 65dB(A),(2 em srie);

O tipo de silencioso adotado depender do local de instalao do equipamento, con-

forme tabela de nvel de critrio de avaliao (NCA) NBR 10151. [8]

Tabela 1: Nvel de critrio de avaliao NCA em dB(A) [8]

Figura 19: Silencioso [4]

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3.5.4 Tampa OscilanteFixada no final do escapamento e tem como funo evitar a entrada de qualquer mate-

rial slido ou lquido dentro da tubulao.

3.6Tanque de CombustvelSe o motor for utilizado apenas em situao de emergncia (na falta de energia) utili-

za-se somente um tanque de combustvel, mas se for trabalhar em horrio de ponta ou de for-

ma contnua, h um tanque principal com grande capacidade de armazenamento (mnimo de

2000 litros ) e um tanque dirio de baixa capacidade de armazenamento , variando entre 125 e

250 litros.

A interligao entre os tanques feita atravs de tubo DIN 2440 e tambm utilizado

um dispositivo chamado de torneira-bia (atuao mecnica) ou solenoide (atuao eletrome-

cnica), a qual tem a funo de controlar o fluxo de diesel do tanque principal ao dirio. Esse

sistema chamado de sistema automtico de abastecimento.

O funcionamento da torneira- bia bem simples, como uma bia de caixa dgua.

medida que o nvel de diesel do tanque dirio baixa, a bia desce liberando combustvel do

tanque principal. Como a presso do tanque principal maior que a do tanque dirio, o nvel

Figura 20: Tampa Oscilante [4]

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de diesel no tanque dirio completado, a bia volta a posio inicial e fecha-se novamente o

fluxo de combustvel.

No caso do solenoide, instalado um sensor de nvel mximo e mnimo de combust-vel no tanque dirio, o qual tem a funo de enviar um sinal (contato seco NA ou NF) a um

circuito de comando que por sua vez ir acionar a mesma.

Uma vez enviado o sinal de nvel mnimo, a solenoide acionada e libera a passagem

do diesel do tanque principal ao tanque dirio. O tanque dirio comea a encher e para quando

atinge o nvel identificado pelo sensor de nvel mximo, que manda um novo sinal ao circuito

de comando desacionando a solenoide e fechando o fluxo de diesel.

Para instalao do(s ) tanque(s ) deve se respeitar as normas vigentes que so :

NBR 17505 NR 20 IT 27

Existem vrios tipos de tanques de combustvel quando falamos em motor diesel esta-

cionrio. Dentre eles podemos citar:

Tanque de polietileno autoportante:so de uso dirio, possuem baixa capacida-de de armazenamento de combustvel (125 a 250 litros) e fornecem combustvel

por gravidade.

Figura 21: Tanque Autoportante [4]

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Tanque de polietileno na base: de uso dirio, possui uma capacidade de arma-zenamento de combustvel entre 125 a 500 litros, utiliza a prpria presso existente

na bomba injetora para o fornecimento do combustvel e instalado entre as longa-

rinas de fixao do motor.

Tanque metlico cilndrico horizontal ou vertical areo: utilizado como tan-que principal, seu funcionamento para reabastecer o tanque dirio pode ser tanto

por gravidade quanto por eletrobomba. So utilizados quando o GMG dimensio-

nado para trabalhar em horrio de ponta ou de forma contnua.

Figura 22: Tanque na Base [4]

Figura 23: Tanque Metlico [4]

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Tanque enterrado jaquetado: fabricado em ao carbono com jaquetamentoem fibra de vidro. Entre e o ao e a fibra instalado um sensor que permite o mo-

nitoramento constante de um possvel rompimento da fibra e o mesmo est ligado

diretamente ao quadro de comando da eletrobomba.

Atualmente no mercado so comercializados nas capacidades de: 6000, 10000,

11000, 15000, 16000, 20000 e 30000 litros.

Obs.: Todos os tipos de tanque com exceo do enterrado, quando instalados, devem

ter bacia de conteno contra vazamentos e a sua capacidade devem ser iguais ao volume total

do tanque + 10%. [4]

Existem duas formas de interligarmos o tanque ao motor:

Mangueira translcida (somente GMGs at 450 KVA) Tubo DIN 2440 (qualquer potncia)O tubo DIN 2440 um tubo de ao carbono, com ou sem costura, para uso comum na

conduo de fluidos no corrosivos ( NBR 5580 ). DIN a norma de regulamentao alem

que significa ( Deutsches Institut fr Normung )

A alimentao de combustvel para o motor pode ser feita por 2 modos:

Por gravidade Por eletrobomba

3.6.1 Alimentao de Combustvel por GravidadeA prpria presso interna gerada pelo combustvel armazenado dentro do tanque ser

responsvel pelo envio de diesel ao motor. Esse tipo de alimentao a mais comum, sendo

utilizado quando o tanque de combustvel instalado prximo ao GMG.

3.6.2 Alimentao de Combustvel por EletrobombaEsse sistema utilizado quando o tanque de combustvel instalado distante do GMG

ou est enterrado e a presso interna do mesmo no suficiente para o abastecimento do mo-

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tor, desta forma necessrio utilizar uma eletrobomba , a qual tem a funo de bombear o

combustvel para o motor, mantendo o fluxo de diesel constante.

3.7Armazenamento de CombustvelUm dos principais problemas pelo mau funcionamento de um motor estacionrio o

armazenamento incorreto do combustvel. O consumo de combustvel de um grupo gerador

no o mesmo de um veculo utilitrio. Uma vez que o equipamento trabalha em condies

de emergncia, ou seja, na falta de energia, o diesel pode ficar estocado no tanque por meses e

ser contaminado.A contaminao proveniente da condensao da umidade gerada dentro do tanque de

combustvel formando gua dentro do recipiente. Nesse caso o fluido em questo perde a vis-

cosidade e a ao da gua misturada ao mesmo oxida o sistema de alimentao. Os principais

componentes prejudicados pela contaminao so a bomba injetora e os bicos injetores, j que

durante o funcionamento do motor o leo diesel responsvel pela lubrificao e ajuda na

refrigerao de todo o sistema.

A presena de gua no tanque de combustvel pode levar ao desenvolvimento e multi-plicao de micro-organismos como bactrias e fungos que se alimentam do leo diesel ge-

rando um material com aspecto de lama conhecido popularmente como borra.

Na composio qumica do diesel temos o enxofre, que responsvel pela formao

de gases como o SO2(dixido de enxofre) e SO3(trixido de enxofre). O calor dentro do tan-

que de combustvel faz com que a gua evapore e condense, misturando-se aos gases de enxo-

fre e levando a formao de cido sulfrico (H2SO4), o que altamente corrosivo e prejudici-

al ao sistema de alimentao (bomba injetora, alimentadora, bicos injetores e unidades injeto-ras).

Uma forma simples de se evitar o acmulo de gua abastecer o motor com leo die-

sel de qualidade em postos de confiana, manter o tanque de combustvel cheio, drenar perio-

dicamente os filtros, tanque de combustvel e fazer as revises de acordo com o plano de ma-

nuteno e recomendaes do fabricante.

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3.8Dimensionamento do Motor Diesel EstacionrioPara o dimensionamento do motor estacionrio com aplicao para GMG so necess-

rias as seguintes informaes: Especifcao da Rede Eltrica: Identificar se a rede eltrica trifsica ou bi-

fsica e qual a tenso da mesma.

Regime de Potncia:Estabelece o perodo no qual o gerador ir operar.

Horrio de ponta de acordo com a AES Eletropaulo composto por um perodo de

trs horas consecutivas incluindo feriados, com exceo dos sbados e domingos e

vigora no Estado de So Paulo entre 17h30min e 20h30min. [5]

Quantidade de transformadores (quando existente):Deve-se levar em con-siderao no apenas a potncia do transformador mas tambm se o mesmo est aliviado ou

com sobrecarga.

Relao de cargas: Deve-se estabelecer uma relao entre a carga total insta-lada (potncia contnua - KW) e um fator de utilizao ( % ), ou seja, qual o percentual da

carga total instalada que efetivamente estar sendo alimentada pelo GMG. Caso haja algum

tipo de motor eltrico deve-se informar a potncia e o tipo de partida do mesmo.

Tabela 2: Regime de Potncia [9]

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Medies de energia: atravs da medio que pode se constatar o consumoreal de carga, porm deve se observar no momento da medio se o cliente em questo est

com seu ritmo de funcionamento normal para que o GMG no seja super ou sub dimensiona-

do.

Contas de energia: So requisitadas as ltimas 12 contas de energia paracomparar a demanda contrata pelo cliente junto concessionria com o comportamento da

carga consumida durante o ano.

Tabela de modelo de motores do fabricante: Contm as informaes de po-tncia que cada modelo de motor fornece e suas especificaes.

Aps obter as informaes acima iniciado o dimensionamento.

Tabela 3: Modelos de Motores Scania [4]

Tabela 4: Modelos de Motores Cummins [4]

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3.8.1 Clculo da Corrente e Potncia de PartidaPara calcularmos o modelo ideal do motor estacionrio que atender as especificaes

fornecidas, necessrio utilizar as seguintes frmulas:

KIIn

p

I

I

np */*

Equao 1: Corrente de Partida [4]

pI : Corrente de partida

nI : Corrente Nominal da maior carga

n

p

I

I/ : Relao entre a somatria das correntes de pico pela somatria das correntes

nominais das demais cargas

K: Coeficiente de reduo de corrente de partida

)*( ipt InII

Equao 2: Corrente Total [4]

tI : Corrente total

pI :Corrente de partida

nI : Corrente nominal das demais cargas

i : Variao da corrente nominal das demais cargas

Aps determinarmos a corrente total a ser atendida, efetuaremos o clculo para defini-

o da potncia efetiva necessria ao motor diesel.

Equao 3: Potncia de Partida [4]

CosfU

ItPp xx

x )1000

3(

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40

Pp : Potncia de Partida

tI : Corrente total

U: Tenso da rede eltrica

Cosf: Fator de potncia ( fornecido pelo fabricante )

Aps determinada a potncia de partida e a instalada (contnua), selecionamos a maior.

3.8.2 Exemplo de Dimensionamento

Relao de Carga Tipo de Partida Consumo

01 motor de 50 CV estrela / tringulo 40,09 Kw

02 motores de 25 CV estrela / tringulo 41,00 Kw

02 motores de 20 CV estrela / tringulo 33,40 Kw

02 motores de 10 CV partida direta 17,60 Kw

04 motores de 5 CV partida direta 17,72 Kw

02 motores de 3 CV partida direta 5,54 Kw

05 motores de 1 CV partida direta 5,00 Kw

Iluminao comum 40,00 Kw

Potncia total instalada em

Kw200,35 Kw

Potncia total instalada em

KVA200,35 0,8 250,43 KVA

Tabela 5: Exemplo de dimensionamento: [4]

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Ip = 123 A * 7,6 * 0,33

Ip = 308,48 A

It = 308,48 A + ( 369,5 A * 0,38 ) = 448,8 A

Potncia de partida em Kw = 108,2 Kw

Potncia de partida em KVA: 108,2 0,8 = 135,2 KVA

Obs.: Os dados de corrente de partida, corrente nominal e potncia dos motores apre-

sentados so apenas para demonstrao das equaes.

Aps realizados todos os clculos temos:

- Potncia instalada = 250,43 KVA

- Potncia de partida =108,2 KVA

Como a potncia instalada calculada maior que a potncia de partida e conforme os

dados da tabela , o motor escolhido para suprir tal demanda o motor Scania modelo DC9 65

cuja potncia em regime stand-by 305 KVA, pois teremos uma sobra de potncia de apro-

ximadamente 20 % no GMG para um possvel aumento futuro de carga. O motor Scania mo-

delo DC9 65 fornece a mesma potncia do motor Cummins modelo NT855 G6, porm com

um menor consumo de combustvel.

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4 CONCLUSO

Para um pas em que a busca por combustveis alternativos (Etanol, biogs e biodiesel)

cada vez mais comum, ainda nota-se que o uso de combustveis fsseis est presente na

maioria dos veculos high-waye off-road. Prova disso o mercado de motores estacion-

rios a diesel para gerao de energia que a cada ano vem crescendo devido a deficincia ener-

gtica no s do Brasil mas tambm com a de outros pases.

Os motores estacionrios (GMGs) podem ser empregados nos mais diversos segui-

mentos, desde um imvel residencial at um grande complexo como hospital ou Shopping

Center.

Hoje em dia, devido ao grande consumo eltrico, cada vez mais o mercado de trabalho

vem buscando solues em gerao de energia atravs dos motores estacionrios, pois estes

asseguram que suas atividades comerciais no sejam interrompidas.

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5 REFERNCIAS

http://www.howstuffworks.com/diesel.htm(2006) [1]

http://library.thinkquest.org/C006011/english/sites/diesel.php3?v=2(2002) [2]

http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/basics/jtb_diesel_engine.pdf

(2010) [3]

Stemac S/A Grupos Geradores (2007) [4]

http://www.aeseletropaulo.com.br/clientes/PoderPublico/Informacoes/Paginas/Sistema

sdeTarifacao.aspx(2012) [5]

www.cumminspower.com.br(2011) [6]

http://www.cogen.com.br/legislacao/mambiente/2011/Decreto_Municipal_Sao_Paulo

_52.209_24032011.pdf(2012) [7]

http://www.semace.ce.gov.br/wp-

con-

tent/uploads/2012/01/Avalia%C3%A7%C3%A3o+do+Ru%C3%ADdo+em+%C3%81reas+H

abitadas.pdf(2012) [8]

Cummins Power Generation (2010) [9]

http://www.mte-thomson.com.br/site/wp-content/uploads/2012/06/Catalogo-Linha-

Diesel-MTE-2012-20131.pdf(2012) [10]