Instruções do grupo gerador

Instruções do grupo gerador
Um gerador é um equipamento capaz de converter energia mecânica ou outra forma de energia renovável em energia elétrica. Geralmente, os geradores mais comuns são os de turbina a vapor, acionados por turbinas ou motores de combustão interna (a gasolina, a gasóleo e outros), mas, nos últimos anos, têm surgido novas fontes de energia renovável, incluindo a nuclear, a eólica, a solar, a biomassa e a energia oceânica, entre outras. À medida que a capacidade dos grupos geradores a gasóleo aumenta, estas máquinas podem funcionar durante longos períodos, garantindo um fornecimento contínuo de energia, e também operar de forma independente, sem funcionar em paralelo com a rede elétrica regional, o que as torna imunes a falhas na rede e lhes confere elevada fiabilidade. Particularmente comuns em algumas áreas onde o fornecimento de eletricidade não é muito fiável, os geradores a gasóleo desempenham um papel importante tanto como fonte de energia de reserva como de emergência; além disso, através da otimização racional por meio de um sistema de baixa pressão, são normalmente utilizados para alimentar as cargas mais importantes durante cortes de energia, pelo que têm sido amplamente utilizados em projetos. A seguir, serão apresentados os princípios básicos e a estrutura dos geradores mais comuns:
1 Conjuntos de turbinas e turbogeradores. Para obter uma elevada eficiência, são geralmente constituídos por turbinas de alta velocidade, normalmente a 3000 r/min (frequência de 50 Hz) ou 3600 r/min (frequência de 60 Hz). Nas centrais nucleares, a velocidade da turbina é baixa, mas ainda assim atinge 1 500 rpm ou mais. Nos turbogeradores de alta velocidade, para reduzir a força centrífuga gerada devido ao esforço mecânico e diminuir a abrasão do vento, costuma-se utilizar um rotor com diâmetro relativamente pequeno e comprimento relativamente grande, ou seja, um rotor fino. Especialmente nas unidades de alta velocidade e grande capacidade, com 3000 r/min ou mais, devido à relação com a resistência do material, o diâmetro do rotor é estritamente limitado, não ultrapassando normalmente 1,2 metros. O comprimento do corpo do rotor que determina a velocidade crítica foi limitado. Quando o comprimento do corpo é superior a 6 vezes o diâmetro, a segunda velocidade crítica do rotor aproxima-se da velocidade de funcionamento do motor, podendo ocorrer uma vibração significativa durante o funcionamento. Por conseguinte, as dimensões do rotor de um turbogerador de alta velocidade de grande porte estão severamente limitadas. No caso de turbogeradores de cerca de 100 000 quilowatts com refrigeração a ar, as dimensões do rotor do motor já atingiram os limites máximos; para aumentar ainda mais a potência do motor, tal só é possível através do aumento da carga eletromagnética. Por isso, é necessário reforçar o arrefecimento do motor. Assim, para turbogeradores de 5 a 10 milhões de kW, as tecnologias de arrefecimento por hidrogénio ou por água apresentam bons resultados. Desde a década de 1970 que as unidades de turbogeradores atingiram a capacidade máxima de 130 a 150 milhões de quilowatts.Desde 1986, a investigação sobre materiais supercondutores de alta temperatura crítica registou um avanço significativo. Espera-se que a tecnologia supercondutora seja aplicada nas turbinas e nos geradores de turbina, o que representará um novo salto histórico.
2. Unidade de produção hidroelétrica acionada por grupos turbina-gerador. Devido às diferentes condições naturais da energia hidroelétrica, a capacidade e a velocidade da unidade de produção hidroelétrica variam consideravelmente. Normalmente, as pequenas centrais hidroelétricas e as centrais de impacto de alta velocidade acionadas por turbinas apresentam uma estrutura mais horizontal, enquanto as centrais de grande e média velocidade com geradores de produção multifuncionais apresentam uma estrutura vertical. Como, na maioria dos casos, as centrais estão afastadas da cidade, a carga nas linhas de transmissão de energia demora normalmente mais tempo; por conseguinte, a operação do sistema hidroelétrico deve cumprir requisitos de maior estabilidade: os parâmetros do motor têm de ser cuidadosamente selecionados; o momento de inércia do rotor deve ser elevado. Por conseguinte, o aspeto do turbogerador hidráulico distingue-se pelo diâmetro do rotor e pelo comprimento reduzido. O arranque da unidade hidroelétrica e a sua entrada em funcionamento demoram menos tempo, o que confere flexibilidade à programação; para além da sua potência geral, é particularmente adequada como unidade de pico e unidade de reserva em caso de avarias. A capacidade máxima das unidades hidroelétricas atingiu os 70 milhões de quilowatts.
3 grupos geradores a gasóleo
Os geradores acionados por motores a diesel, que convertem a energia do diesel em eletricidade, podem ser divididos, de acordo com as suas diferentes finalidades, em grupos geradores a diesel terrestres e marítimos; Se considerarmos as diferentes marcas, os grupos geradores a gasóleo podem ser divididos em grupos geradores nacionais e importados; quanto à velocidade, podem ser divididos em grupos geradores de baixa velocidade e grupos geradores de alta velocidade.
3.1 Gerador acionado por motor diesel: princípios básicos de funcionamento, que convertem a energia do diesel em eletricidade. No cilindro do motor diesel, o ar limpo, filtrado pelo filtro de ar, mistura-se com o jato de diesel pulverizado por um bico de alta pressão; a compressão do pistão para cima reduz o volume, a temperatura aumenta rapidamente, levando à ignição do diesel. Após a ignição do combustível diesel, a mistura de gases de combustão sofre uma expansão intensa e rápida do volume, empurrando o pistão para baixo, num processo denominado ‘fase de trabalho’. O cilindro gera uma determinada potência, cujo impulso, atuando na biela, se transforma em força motriz que faz girar o virabrequim, impulsionando assim a rotação do mesmo. O gerador síncrono de corrente alternada sem escovas e o virabrequim do motor a gasóleo estão instalados coaxialmente; é possível utilizar a rotação do rotor do gerador, acionado pelo motor a gasóleo, com base no princípio da ‘indução eletromagnética’, de modo que a força eletromotriz induzida na saída do alternador, ao fechar o circuito de carga, gere corrente. Descreve-se aqui apenas o princípio de funcionamento mais básico do grupo gerador. Para que seja utilizável e tenha uma saída de potência estável, são necessários também uma série de controlos do motor a diesel e do gerador, bem como dispositivos de proteção e circuitos.
3.2 Análise estrutural de grupos geradores a gasóleo
Um tipo comum de grupo gerador a gasóleo, composto principalmente pelo motor a gasóleo, pelo gerador e pelo sistema de controlo, é constituído por três partes. Os motores a gasóleo e os geradores têm duas ligações: uma para ligação flexível, ou seja, o acoplamento entre as duas partes, e outra para ligação rígida, com parafusos de alta resistência que ligam a chapa de aço do gerador ao disco do volante do motor a diesel. Atualmente, no mercado, os geradores a diesel utilizam ligações mais rígidas; em alguns casos, os motores a diesel e os geradores são ligados após a instalação na extremidade pública da plataforma e, em seguida, acoplados com o efeito protetor de vários sensores, tais como sensores de temperatura, estes sensores permitem apresentar visualmente o funcionamento do motor ao operador e, com estes sensores, é possível definir um limite superior; quando esse limite for atingido ou excedido, o sistema de controlo emitirá um pré-alarme, nesse momento, se o operador não tomar medidas, o sistema desligará automaticamente a unidade; os grupos geradores a diesel, desta forma, ativam o seu mecanismo de autoproteção. O sistema de controlo do gerador a diesel é responsável por receber o feedback de vários sensores, processar a informação, apresentar os dados e executar a proteção efetiva; o painel de controlo é normalmente instalado no gerador, sendo conhecido como painel de controlo tipo «mochila», existindo uma parte independente com um ecrã colocada na sala de controlo, denominada painel de controlo separado; o painel de controlo, através de cabos, liga-se aos geradores e aos sensores, respetivamente, apresentando os parâmetros elétricos e os parâmetros de funcionamento do motor. Além disso, os geradores possuem o chassis, os acoplamentos, o radiador, o depósito de combustível e alguns estão equipados com silenciador e carcaça.
4 turbinas eólicas
A energia eólica das turbinas eólicas é convertida em trabalho mecânico para acionar máquinas, também conhecidas como moinhos de vento. Em termos gerais, trata-se do sol como fonte de calor para aquecer a atmosfera, que serve de meio de trabalho para o motor. A ligação mecânica para transmitir a potência das pás da turbina eólica de eixo horizontal é feita através de uma caixa de velocidades de alta velocidade e de um eixo universal com um acoplamento flexível, que transfere o binário para o eixo do gerador; o acoplamento deve possuir boas características de amortecimento e absorção de vibrações, bem como um bom desempenho na absorção de deslocamentos radiais, axiais e do ângulo de desvio, e deve incluir dispositivos mecânicos para prevenir sobrecargas. Existe ainda o tipo de turbina eólica com acionamento direto, em que as pás estão ligadas diretamente ao motor, sem passar pela caixa de velocidades.