O dimensionamento de um gerador diesel consiste em somar os kW de funcionamento de todas as cargas, considerar a corrente adicional absorvida pelos motores no arranque, converter para kVA com o fator de potência de 0.8 do gerador e depois escolher um grupo cuja potência de emergência ou principal, segundo a ISO 8528-1, cubra essa procura com uma margem razoável. Por exemplo, 100 kW de carga mista com um motor de grande dimensão exigem normalmente um grupo de pelo menos 125 kVA, e frequentemente maior quando se incluem o arranque do motor e uma margem de 10–25 por cento.
Pontos essenciais
- kVA é a potência aparente e kW é a potência ativa; num grupo gerador trifásico, kVA é igual a kW dividido pelo fator de potência, normalmente 0.8, pelo que 100 kW equivalem a 125 kVA.
- Segundo a ISO 8528-1, a potência de emergência está limitada a cerca de 200 horas por ano com uma carga média não superior a 70 por cento; a potência principal permite um número ilimitado de horas com carga variável cuja média não exceda 70 por cento.
- Os motores de indução com arranque direto absorvem normalmente cerca de seis vezes a sua corrente de funcionamento durante o arranque, o que muitas vezes determina a dimensão do grupo gerador mais do que a carga de funcionamento.
- O funcionamento de um grupo gerador diesel durante longos períodos abaixo de aproximadamente 30 por cento de carga implica o risco de acumulação de combustível não queimado no escape, pelo que o sobredimensionamento tem custos.
- A altitude e a temperatura ambiente elevada reduzem a potência disponível; consulte sempre a tabela de redução de potência na ficha técnica.
kW e kVA: qual é a diferença?
kW (quilowatts) é a potência ativa que realiza trabalho, enquanto kVA (quilovolt-amperes) é a potência aparente total que o alternador tem de suportar, incluindo a corrente reativa absorvida por motores e transformadores. As duas estão relacionadas pelo fator de potência (PF): kW = kVA × PF.
Os geradores trifásicos são quase sempre classificados com um PF de 0.8, pelo que um grupo de 500 kVA fornece 400 kW. As unidades portáteis monofásicas são frequentemente classificadas com um PF de 1.0, razão pela qual os seus valores em kW e kVA coincidem. O motor é dimensionado em função dos kW, pois é essa a potência mecânica que tem de fornecer, enquanto o alternador é dimensionado em função dos kVA e da corrente.
Nos sistemas trifásicos, a corrente calcula-se da seguinte forma: amperes = kVA × 1000 ÷ (1.732 × tensão entre fases). A tabela apresenta potências habituais de geradores com um PF de 0.8.
| Potência nominal (kW) | Potência nominal (kVA com PF de 0.8) | Amperes à plena carga a 400 V | Amperes à plena carga a 480 V | Utilização habitual |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 25 | 36 | 30 | Pequena loja, instalação de telecomunicações, estação de bombagem |
| 50 | 62.5 | 90 | 75 | Pequeno edifício comercial, módulos de estaleiro |
| 100 | 125 | 180 | 150 | Oficina, armazém frigorífico, pequena linha de produção |
| 200 | 250 | 361 | 301 | Fábrica de média dimensão, hotel, estaleiro de construção |
| 400 | 500 | 722 | 601 | Grande edifício comercial, instalação de pedreira |
| 600 | 750 | 1,083 | 902 | Ala hospitalar, instalação de processamento industrial |
| 2,000 | 2,500 | 3,608 | 3,007 | Módulo de centro de dados, mina, apoio à rede elétrica |
Emergência, principal ou contínua: de que classificação de potência preciso?
Escolha a classificação de potência em função do número de horas de funcionamento do gerador e da estabilidade da carga. A ISO 8528-1 define as categorias abaixo; cada fabricante pode acrescentar as suas próprias categorias, como uma classificação para centros de dados, pelo que deve ler a definição na ficha técnica.
| Classificação de potência ISO 8528-1 | Horas anuais | Perfil de carga | Sobrecarga | Utilização habitual |
|---|---|---|---|---|
| Potência de emergência (ESP) | Até cerca de 200 h/ano | Variável, média até 70% ao longo de 24 h | Nenhuma | Reserva durante interrupções da rede elétrica |
| Potência de funcionamento por tempo limitado (LTP) | Até cerca de 500 h/ano | Constante, até 100% | Nenhuma | Redução de picos de consumo, interrupções planeadas |
| Potência nominal principal (PRP) | Ilimitadas | Variável, média até 70% ao longo de 24 h | Normalmente 10% durante 1 h em 12 h | Locais sem ligação à rede, construção, minas |
| Potência de funcionamento contínuo (COP) | Ilimitadas | Constante, até 100% | Nenhuma | Centrais de carga de base, funcionamento em paralelo com a rede |
O mesmo grupo apresenta um valor de potência de emergência superior ao de potência principal, frequentemente cerca de 10 por cento. Um grupo de "100 kW" de emergência é, por isso, uma máquina mais pequena do que um grupo de "100 kW" de potência principal. Ao comparar propostas, compare sempre a mesma classificação de potência.
Como se dimensiona um gerador diesel, passo a passo?
Um dimensionamento rigoroso segue a mesma sequência, quer se trate de um gerador elétrico de 20 kW ou de uma central de 2000 kW:
- Liste todas as cargas com os respetivos kW ou kVA nominais, tensão, número de fases e fator de potência. Utilize as placas de características ou dados medidos, em vez dos calibres dos disjuntores.
- Separe as cargas de funcionamento das cargas de arranque. Motores, compressores, bombas e elevadores precisam de kVA adicionais durante o arranque; a iluminação, os aquecedores e os equipamentos eletrónicos não.
- Determine quais as cargas que funcionam em simultâneo. Aplique um fator de simultaneidade realista, mas considere as cargas de segurança de pessoas e as cargas críticas do processo como estando sempre ligadas.
- Planeie a sequência de entrada das cargas. Se o comutador de transferência ou o controlador puder ligar as cargas por etapas, o grupo gerador só precisa de absorver de uma só vez o maior escalão, e não a carga total.
- Verifique o maior escalão face ao desempenho transitório. O grupo deve recuperar a tensão e a frequência dentro dos limites tolerados pelas cargas. Para este efeito, a ISO 8528 define as classes de desempenho G1 a G4, sendo a G2 habitual para alimentação de instalações comerciais e a G3 para cargas sensíveis.
- Tenha em conta as cargas não lineares. Os sistemas UPS, os variadores de frequência (VFD) e os controladores LED geram harmónicas; os alternadores são frequentemente sobredimensionados para estas cargas.
- Aplique a redução de potência correspondente ao local em função da altitude, da temperatura ambiente e da qualidade do ar.
- Acrescente uma margem de aproximadamente 10–25 por cento para crescimento futuro e depois escolha a categoria de potência adequada ao serviço.
O software de dimensionamento do fabricante executa detalhadamente os passos 2 a 7. Uma estimativa manual aproximada é útil, mas, para instalações críticas, utilize o software ou recorra a um engenheiro eletrotécnico.
Como influenciam as cargas de arranque dos motores a dimensão do grupo gerador?
O arranque dos motores é frequentemente o fator decisivo no dimensionamento de um gerador diesel. Um motor de indução com arranque direto absorve normalmente cerca de seis vezes a sua corrente de plena carga no arranque, com um fator de potência baixo, pelo que um motor de 50 kW pode exigir momentaneamente várias centenas de kVA. Se o gerador não conseguir fornecê-los, a tensão cai acentuadamente, os contactores desarmam e o motor pode bloquear.
Formas de reduzir a dimensão do grupo gerador necessária para motores:
- Utilize arrancadores suaves ou variadores de frequência, que podem reduzir significativamente os kVA de arranque.
- Arranque primeiro o motor de maior dimensão, enquanto o grupo está com pouca carga.
- Escalone os arranques dos motores com temporizadores no controlador.
- Escolha um alternador com maior capacidade de arranque de motores; é frequentemente a dimensão da carcaça do alternador, e não a dimensão do motor diesel, que limita os kVA de arranque.
Gerador trifásico ou monofásico?
A maioria dos grupos geradores industriais e comerciais acima de cerca de 20 kW é trifásica. Um gerador trifásico fornece energia de forma mais uniforme, utiliza menos cobre para a mesma potência e aciona diretamente motores trifásicos. Os grupos monofásicos adequam-se a habitações, pequenas lojas e ferramentas ligeiras.
As tensões trifásicas comuns são 400/230 V a 50 Hz na Europa, na China e em grande parte da Ásia e de África, e 480/277 V ou 208/120 V a 60 Hz na América do Norte. Um gerador de 480 V para uma fábrica nos EUA e um gerador de 400 V para exportação podem partilhar o mesmo motor, mas necessitar de enrolamentos do alternador, regulações de velocidade e ajustes de tensão diferentes, uma vez que um grupo de quatro polos funciona a 1500 rpm para 50 Hz e a 1800 rpm para 60 Hz.
Como produz eletricidade um gerador?
Um gerador produz eletricidade por indução eletromagnética. O motor diesel faz girar o rotor do alternador, que transporta um campo magnético alimentado por uma excitatriz; à medida que este campo passa pelos enrolamentos do estator, induz neles uma tensão alternada. Num alternador trifásico, os três enrolamentos do estator estão espaçados 120 graus entre si, produzindo três ondas de tensão sobrepostas. O regulador automático de tensão ajusta a excitação para manter a tensão estável, e o regulador de velocidade do motor mantém a velocidade e, consequentemente, a frequência estáveis à medida que a carga varia.
Porque é que um gerador diesel sobredimensionado constitui um problema?
Um grupo sobredimensionado custa mais a adquirir e pode sofrer danos por funcionar com carga demasiado baixa, pelo que um bom dimensionamento de um gerador diesel procura um grupo que trabalhe com carga adequada na maior parte do tempo. Os motores diesel que funcionam durante longos períodos abaixo de aproximadamente 30 por cento de carga podem não atingir a temperatura de combustão plena, levando à acumulação de combustível não queimado e fuligem no escape, um fenómeno conhecido como wet stacking. Isto provoca acumulação de carvão, diluição do óleo e obstrução dos sistemas de pós-tratamento.
Se as cargas variarem muito, podem funcionar dois ou mais grupos em paralelo, por vezes designados conjunto duplo, ajustando-se à procura. Em regime principal, é habitual procurar que o grupo funcione com cerca de 50–80 por cento da sua potência principal na maior parte do tempo.
Escolher o motor para a potência pretendida
Os fabricantes de grupos geradores selecionam primeiro o motor pela sua potência principal e de emergência a 1500 ou 1800 rpm. Motores de seis cilindros, como o motor 6BTA para grupos geradores com potência nominal de 92 kW ou a família 6CTA8.3, são comuns em grupos de aproximadamente 100–250 kVA, enquanto motores maiores, como a plataforma KTA19 de 19 litros, constituem uma base comum para grupos de maior potência. Confirme a potência específica para grupos geradores, e não uma classificação para construção ou aplicações marítimas, antes de selecionar um alternador compatível. Consulte mais informações na página de motores diesel, no nosso guia de geradores diesel industriais e no guia de dimensionamento de geradores marítimos para embarcações.
A MARS fornece motores para grupos geradores com ensaio de funcionamento, relatório escrito e vídeo antes da expedição. Para obter ajuda na seleção de um motor adequado à sua lista de cargas, envie os detalhes.
Perguntas frequentes
Como converto kW em kVA para um gerador?
Divida os kW pelo fator de potência. Com o fator de potência padrão de 0.8, 100 kW equivalem a 125 kVA e 400 kW equivalem a 500 kVA.
De que potência de gerador preciso para alimentar um motor de 3 fases?
Depende do método de arranque do motor. Para arranque direto, o grupo gerador precisa frequentemente de uma capacidade de duas a três vezes os kW do motor, ou mais, enquanto um arrancador suave ou um VFD reduz consideravelmente essa necessidade; confirme com software de dimensionamento.
Posso utilizar um gerador de emergência como fonte principal de energia?
Não à sua potência de emergência. Se o grupo for funcionar durante muitas horas, utilize a sua potência principal, normalmente cerca de 10 por cento inferior, e mantenha a carga média dentro dos limites do regime principal.
Qual é a potência de gerador mais comum para uma pequena empresa?
Muitos pequenos edifícios comerciais utilizam grupos na gama de 20–100 kW, mas a potência correta só pode ser determinada a partir de uma lista de cargas. Dimensionar pela área do edifício ou por estimativa intuitiva conduz normalmente a sobredimensionamento ou subdimensionamento.
A altitude afeta a potência de um gerador diesel?
Sim. O ar menos denso reduz a potência do motor, pelo que a maioria das fichas técnicas indica a potência total apenas até determinada altitude e temperatura ambiente, especificando uma redução de potência acima desses valores.
