Rodagem do grupo gerador

Rodagem do grupo gerador
Um grupo gerador é um equipamento capaz de converter energia mecânica ou outras formas de energia renovável em energia elétrica. Geralmente, os geradores mais comuns são acionados por turbinas a vapor, turbinas ou motores de combustão interna (a gasolina, a gasóleo e outros), mas, nos últimos anos, têm surgido novas fontes de energia renováveis, incluindo a energia nuclear, eólica, solar, da biomassa, das ondas, etc. À medida que a capacidade dos grupos geradores a gasóleo aumenta, estes 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 os protege de falhas na rede e lhes confere elevada fiabilidade. Particularmente comum em algumas áreas onde o fornecimento de eletricidade não é muito fiável, o gerador a gasóleo desempenha um papel tanto como fonte de energia de reserva como de emergência; além disso, através da otimização racional por meio de um sistema de baixa pressão, é normalmente utilizado para alimentar as cargas mais importantes durante cortes de energia, pelo que tem sido amplamente utilizado em projetos. A seguir, serão apresentados os princípios básicos e a estrutura de um gerador comum:
1 Conjunto de turbina e turbogerador. Para obter uma elevada eficiência, é geralmente composto por uma turbina de alta velocidade, normalmente a 3000 r/min (frequência de 50 Hz) ou a 3600 r/min (frequência de 60 Hz). Nas centrais nucleares, a velocidade da turbina é baixa, mas ainda assim atinge 1500 r/min 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 atingiram os limites máximos; para aumentar novamente a potência do motor, só é possível fazê-lo aumentando a carga eletromagnética. Por isso, é necessário reforçar o arrefecimento do motor. Assim, para turbogeradores de 5 a 10 milhões de kW com boa eficiência de arrefecimento, as tecnologias de arrefecimento a hidrogénio ou a água são adequadas. 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 hidroelétrica acionada pelo grupo gerador da turbina. Devido às diferentes condições naturais da energia hidroelétrica, a capacidade e a velocidade da unidade hidroelétrica variam consideravelmente. Normalmente, as pequenas centrais hidroelétricas e as centrais de impacto de alta velocidade acionadas por turbina apresentam uma estrutura mais horizontal, enquanto as de grande e média velocidade, com geração por gerador, apresentam uma estrutura vertical multiusos. Como, na maioria dos casos, as centrais estão afastadas da cidade, a carga nas linhas de transmissão de energia demora normalmente mais tempo; por isso, 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, a turbina-geradora hidráulica distingue-se pelo seu diâmetro de rotor e comprimento reduzido. A unidade hidrogeneradora arranca e atinge a potência nominal em menos tempo, o que lhe confere flexibilidade de 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
Funcionamento do grupo gerador a gasóleo: a energia do gasóleo é convertida em eletricidade. De acordo com as suas diferentes finalidades, os grupos geradores a gasóleo podem ser divididos em grupos geradores a gasóleo terrestres e marítimos.
3.1 Gerador acionado por motor a diesel — os princípios básicos de funcionamento, a conversão da energia do diesel em eletricidade. No cilindro do motor a 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, ao produzir uma determinada potência, transforma o impulso que atua na haste do pistão numa força motriz que aciona a rotação do 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 pelo 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, é necessária também uma série de controlos do motor diesel e do gerador, bem como dispositivos de proteção e circuitos.
3.2 Análise estrutural de um grupo gerador a gasóleo
Um tipo comum de grupo gerador a gasóleo é composto principalmente por três partes: o motor a gasóleo, o gerador e o sistema de controlo. No grupo gerador a gasóleo, existem duas ligações: uma ligação flexível, ou seja, o acoplamento entre as duas partes, e duas para a 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, na sua maioria, ligações rígidas; em alguns casos, os motores a diesel e os geradores são ligados após a instalação na extremidade pública da plataforma, sendo depois 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, permitindo que o grupo gerador a diesel entre em modo de autoproteção. O sistema de controlo do gerador a diesel é responsável por receber o feedback dos vários sensores, interpretar a informação, apresentar os dados e executar a proteção efetiva; o painel de controlo é normalmente instalado nas próprias unidades, sendo conhecido como painel de controlo tipo «mochila», bem como, em alguns casos, um ecrã independente colocado na sala de controlo, denominado painel de controlo separado, O painel de controlo, através da ligação por cabo e dos sensores, interage com o grupo gerador, os motores a diesel e os parâmetros elétricos, apresentando os parâmetros de funcionamento. Além disso, os geradores possuem o chassis, os acoplamentos, o radiador, o depósito de combustível e, em alguns casos, estão equipados com silenciador e carenagem.