Potência do grupo gerador para motores elétricos

Numa instalação alimentada por um grupo gerador, a maioria dos problemas não resulta da carga contínua, mas sim do momento de arranque dos motores. Uma bomba que em regime absorve 30 kVA pede várias vezes esse valor nos primeiros segundos. Se o grupo não conseguir responder a esta solicitação súbita, a tensão cai, os contactores desligam, o motor não arranca ou outros equipamentos da mesma linha param. Neste artigo explicamos, passo a passo, como verificar a potência do grupo gerador para cargas com motores. Para os passos gerais de soma de cargas, consulte o nosso artigo Que potência de grupo gerador preciso?.

O que acontece no arranque?

Quando um motor assíncrono está parado, o rotor está imóvel e os enrolamentos comportam-se quase como um curto-circuito. Por isso, no primeiro instante absorve uma corrente de 5 a 8 vezes a nominal. O fator de potência desta corrente é baixo (cerca de 0,3–0,4); ou seja, o que se pede ao grupo é, em grande parte, potência reativa. A potência reativa é fornecida pelo alternador; o motor diesel, por sua vez, tem de responder ao aumento brusco de carga para que a rotação não caia.

Em consequência, o arranque de um motor produz dois efeitos:

• Queda de tensão (voltage dip): depende do tempo de resposta do alternador e do regulador de tensão (AVR).
• Queda de frequência: depende da capacidade de aceitação de carga do motor diesel e do seu regulador de rotação.

Da chapa do motor aos kVA de arranque

Para o cálculo bastam três dados da chapa de características: potência (kW), rendimento e fator de potência. Os kVA de funcionamento obtêm-se aproximadamente assim:

kVA de funcionamento = kW ÷ (rendimento × fator de potência)

Por exemplo, para um motor de 22 kW com um rendimento de 0,92 e um fator de potência de 0,85, os kVA de funcionamento são aproximadamente 28 kVA. Os kVA de arranque são múltiplos deste valor, consoante o método de arranque:

Método de arranque	Corrente de arranque (face à nominal)	kVA de arranque aprox. para um motor de 22 kW
Direto (DOL)	6–7 vezes	170–200 kVA
Estrela-triângulo	aprox. 2–2,5 vezes	55–70 kVA
Arrancador suave	aprox. 2,5–3,5 vezes (consoante a regulação)	70–100 kVA
Variador de frequência (VFD)	aprox. 1–1,5 vezes	28–42 kVA

Estes valores são indicativos; o valor exato de arranque é retirado dos dados de rotor bloqueado fornecidos pelo fabricante do motor. O que sobressai na tabela é que, para o mesmo motor, o arranque direto exige ao grupo cerca de cinco vezes mais potência instantânea do que o variador.

Queda de tensão aceitável

Na escolha do grupo gerador, a pergunta não é «o motor arranca?», mas sim «quanto cai a tensão durante o arranque?». Os limites habituais na prática são:

• Cargas gerais com motores: 15–20%
• Elevadores e circuitos de comando com muitos contactores: cerca de 15%
• Motores que partilham o barramento com cargas eletrónicas sensíveis: 10% ou menos

Se a tensão cair mais de 25–30%, as bobinas dos contactores podem desligar; o motor não consegue arrancar e tenta ligar-se repetidamente. As fichas técnicas dos grupos geradores indicam os kVA de arranque (motor starting kVA) que o alternador consegue fornecer com uma determinada queda de tensão. Na seleção, este valor é comparado com os kVA de arranque do motor maior.

Arranque sequencial: o mesmo trabalho com um grupo mais pequeno

Se houver vários motores, não é necessário que arranquem todos ao mesmo tempo. Com relés temporizados acrescentados ao sistema de comando ou com as saídas do controlador, os motores podem ser ligados com 5–10 segundos de intervalo. A regra é simples:

1. Arranque primeiro o motor maior.
2. Ordene os restantes motores do maior para o menor.
3. Em cada passo, verifique a soma da carga já ligada ao grupo com os kVA de arranque do novo motor.

Exemplo: numa instalação de rega existem três bombas de 30 kW, 15 kW e 7,5 kW, todas com arranque direto. Se as três arrancarem ao mesmo tempo, surge uma solicitação instantânea superior a 400 kVA. Com arranque sequencial, o passo mais crítico é o arranque da bomba de 30 kW, cerca de 230–270 kVA. Se a bomba de 30 kW arrancar em estrela-triângulo, o passo mais crítico passa a ser o arranque da bomba de 15 kW com a de 30 kW em funcionamento, e a solicitação desce para cerca de 150–170 kVA. Assim, o grupo necessário reduz-se de forma significativa. Este cálculo é aproximado; no projeto deve ser confirmado com as chapas dos motores e a ficha técnica do grupo.

Cargas com variador e harmónicos

Os variadores de frequência resolvem em grande parte o problema do arranque, mas trazem outra questão: as correntes harmónicas. A corrente absorvida por um variador de seis impulsos não é sinusoidal. Como a impedância interna do grupo gerador é superior à da rede, os harmónicos distorcem mais a forma de onda da tensão. Pontos a ter em conta:

• Se mais de metade da carga total for alimentada por variadores, pode escolher-se um alternador de dimensão superior.
• Do lado do variador pode utilizar-se uma bobina de linha ou um filtro de harmónicos.
• Os alternadores com opção de excitação por ímanes permanentes (PMG) mantêm uma regulação mais estável com tensão distorcida.
• Em instalações com predominância de UPS e variadores, a regulação do AVR e a precisão de medição do controlador devem ser verificadas durante o comissionamento.

Lista de verificação para cargas com motores

• Foram listados a potência, o método de arranque e a ordem de funcionamento de cada motor?
• Os kVA de arranque do motor maior foram comparados com os kVA de arranque da ficha técnica do grupo?
• A queda de tensão aceitável foi definida em função do tipo de carga?
• O arranque simultâneo é realmente necessário ou é possível um arranque sequencial?
• Foi avaliada a percentagem de cargas com variador na carga total e o seu efeito harmónico?
• Foram verificados separadamente os requisitos da norma aplicável para motores críticos, como as bombas de incêndio?

Próximo passo

Introduza a sua lista de cargas na calculadora de potência para ver de imediato uma primeira estimativa. Em projetos com predominância de cargas com motores, se nos enviar as chapas dos motores e a ordem de funcionamento juntamente com o seu pedido de proposta, escolhemos a dimensão do alternador e o controlador do grupo em função dessas cargas. Para os modelos adequados, consulte as nossas páginas de grupos geradores abertos e insonorizados.