Geradores Diesel, soluções, limitações, eficiência e mitigação das emissões

Os geradores diesel são muito aplicados em instalações elétricas em data-centers, hospitais, aeroportos e outras instalações no atendimento como fontes de continência na alimentação de cargas de missão crítica quando das interrupções de fornecimento pela distribuidora quando classificada como fonte principal. Em outros casos os geradores podem mesmo operar como fonte principal. Em sistemas de transporte marítimos são também bastante aplicados.

Apesar das controvérsias da aplicação de geradores a diesel, devido às falhas nas partidas e transferências, uso de combustíveis fósseis e emissão de gases de efeito estufa, redução da potência de curto em relação a fonte principal e algumas outras falhas operacionais relacionadas à operação e componentes associados, os geradores diesel são por enquanto as melhores alternativas para as aplicações citadas. Os sistemas de controle desses equipamentos têm se aperfeiçoado reduzindo a percepção das taxas de falhas e mesmo emissões.

O uso dos geradores diesel deve prever alguns cuidados sob aspectos de:

• Especificação, dimensionamento e operação tratados na ISO 8528 (1 a 12).
• Motores a diesel quando operam em baixa carga, apresentam pobre mistura na queima (combustível/ oxigênio) e consumo excessivo de combustível e maior emissão de gases devido ao acúmulo de fuligem nos sistemas de compressão e descarga, lubrificação inadequada e selagem deficiente de anéis, danos as camisas, entre outros. O fenômeno conhecido como ‘wet stacking” nos motores diesel ocorrem devido ao baixo carregamento e a recomendação dos fabricantes para que seja evitado esse fenômeno, considera operação mínima com 30% de carga em regime permanente.

A curva de capabilidade obtida de um fabricante reproduzida na Figura 1 define os pontos de operação adequados e cuidados com sobrecarga e cargas capacitivas como filtros de alguns UPSs devem ser tomados. Observa-se que a zona de superaquecimento se torna crítica na faixa indicada, ficando maior ainda à medida em que a carga diminui.

Algumas situações requerem cuidados, como o necessário atendimento à curva de capabilidade e a devida atenção à variação abrupta de carga com sistemas de compensação reativa, que não respondam imediatamente. A figura 2 [1] apresenta o comportamento da eficiência de geradores considerando o carregamento e o fator de potência.

Observa-se na figura 2 a impossibilidade de operar com carga menor que 30% e que a eficiência do equipamento varia com o fator de potência. Eficiência de 91% com fator de potência de 80% e de 93% com fator de potência de 100%.

Naturalmente o aumento da eficiência reduz o consumo de combustível e a redução de emissões.

Ainda, devido à instabilidade de redes de distribuição, operadores de DC mantem a operação por geradores em situações climáticas adversas quando a probabilidade de distúrbios na rede é aumentada, provocando maior consumo de combustível.

As estratégias plausíveis e factíveis para redução do consumo de combustível nos casos citados e por consequência redução das emissões são as mesmas aplicadas em projetos de eficiência energética nas instalações de consumidores, como:

• Acionamentos de motores com inversores de frequência e variação de velocidade em bombas, ventiladores e compressores associados a sistemas de automação.
• Utilização de sistemas de refrigeração e climatização mais eficientes observando-se o COP (coeficiente de performance) dos equipamentos.
• Adequação da tensão de operação das fontes e aplicação da técnica do CVR (conservation voltage reduction)
• Uso de sistemas de compensação estática de energia reativa para redução dos efeitos de VTCD em geradores com impedância normalmente menores que das distribuidoras e adequação da capacidade dos geradores para atendimento a picos de potência reativa  

Projetos devem atender não só as premissas de confiabilidade, mas também de eficiência energética e a consequente redução de consumo de combustíveis e emissões. Tecnologias disponíveis e conhecidas agregam valor e confiabilidade às instalações, mantendo robustez e implementando aspectos de sustentabilidade. [1] C. -L. Su, M. -C. Lin and C. -H. Liao, “A energy-savings evaluation method to justify automatic power factor compensators on marine vessels,” 2012 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2012, pp. 1-10, doi: 10.1109/IAS.2012.6373992