O que é um gerador de energia e como funciona?

Geradores de energia são basicamente pequenas usinas elétricas. Eles permitem que seus proprietários gerem eletricidade no local, para substituir ou complementar a eletricidade da rede elétrica. Geradores de energia e grandes usinas térmicas operam com o mesmo princípio: ambos queimam combustível para criar energia mecânica, ou de movimento, e a convertem em energia elétrica. Os geradores têm dois componentes principais: um motor de combustão interna e um alternador.

Assim como o motor de combustão interna de um carro, o motor de um gerador precisa de combustível para funcionar. Diesel, gás natural, propano, gasolina e biocombustíveis são opções comuns. A combustão é usada para criar um movimento de rotação em um virabrequim da seguinte maneira:

Ar e combustível são misturados e submetidos à ignição dentro de um cilindro. A combustão provoca uma pequena explosão que faz o pistão do cilindro subir e descer. O pistão é preso a um virabrequim, de modo que, à medida que o pistão se move, ele faz o virabrequim girar. Vários pistões trabalhando um após o outro criam um movimento giratório suave no virabrequim. Em um carro, esse movimento seria usado para impulsionar o carro. Em um gerador, ele é usado na geração de eletricidade.


Como um gerador produz eletricidade?

O movimento rotacional produzido pelo motor se estende até o segundo componente principal, o alternador. O alternador converte uma forma de energia, a energia cinética rotacional, em eletricidade, usando as propriedades da indução eletromagnética, o fenômeno físico pelo qual campos magnéticos variáveis criam correntes elétricas. O alternador é dividido em duas partes: o estator e o rotor. O estator é uma carcaça composta de várias bobinas de cobre e, à medida que o rotor gira dentro do estator, seu campo magnético também gira. O campo magnético giratório faz com que os elétrons fluam no estator, produzindo assim uma corrente elétrica.


Componentes de um gerador de energia

Além do gerador e do alternador, um gerador de energia contém outros componentes para garantir seu funcionamento correto. Um sistema de combustível garante que o motor do gerador receba um suprimento constante de combustível. Em geradores menores, o sistema de combustível pode ser tão simples quanto um tanque de combustível e um filtro de combustível. O gerador também precisa fornecer eletricidade na tensão correta e, por isso, um regulador de tensão é incluído para garantir que a tensão correta seja alcançada e mantida. Algumas partes do gerador esquentam durante a operação; portanto, para evitar superaquecimento, é necessário um sistema de resfriamento. Geradores menores tendem a ser refrigerados a ar; geradores maiores precisam ser refrigerados a água. Daí, existe o sistema de escape, que remove os gases de combustão quentes. Conversores catalíticos, filtros de poeira ou depuradores podem ser adicionados para limpar o escape. Em geradores maiores usados em aplicações de cogeração, os gases de escape podem ser usados para aquecer água, por exemplo, como parte de um esquema de aquecimento urbano. Isso significa que a energia do combustível é convertida tanto em energia elétrica como em energia térmica útil, otimizando a eficiência da máquina.

Além disso, normalmente existe um sistema de óleo para lubrificação, uma bateria para ignição, um mecanismo de carregamento da bateria, um painel de controle para monitorar os diferentes medidores e parâmetros da máquina e a estrutura em que todos os componentes da máquina são alojados.

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Geradores a diesel vs. propano vs. gás natural

Os geradores podem funcionar com diversos tipos de combustíveis, desde óleo combustível pesado até gás propano. A decisão de qual combustível usar depende de vários fatores: custo do gerador, preço do combustível, disponibilidade do combustível, armazenamento do combustível, perfil de emissões de cada combustível e restrições de ruído. Os geradores podem ser projetados para funcionar com uma ampla variedade de combustíveis, de nafta a biocombustíveis, mas alguns dos combustíveis mais usados são diesel, propano e gás natural.


O que são geradores a diesel, e como eles funcionam?

Assim como os motores de automóveis, os motores de geradores diferem quanto aos combustíveis que eles usam. Os motores a diesel são um tipo de motor de ignição por compressão. Esses motores inflamam o combustível por aquecê-lo acima de sua temperatura de autoignição. A temperatura de autoignição relativamente baixa do diesel de 410 °F o torna ideal para os motores a diesel. Normalmente, para iniciar motores a diesel menores, um motor de partida elétrico empurra os pistões do motor, comprimindo o ar localizado dentro dos cilindros do motor e aumentando sua temperatura. Isso é conhecido como dar partida no motor. Quando a temperatura dentro de um cilindro atinge a temperatura de autoignição, o combustível é injetado no cilindro e inflama imediatamente. Isso empurra o pistão para trás (com uma válvula de escape abrindo para expelir o gás) e move o virabrequim. Os outros cilindros também disparam, resultando no movimento de rotação necessário para gerar eletricidade e sustentar o ciclo de ignição por compressão do motor.

Em contraste, os motores a gasolina injetam ar e combustível em seus cilindros ao mesmo tempo e exigem uma faísca para a ignição. Por terem um mecanismo de ignição simples, os motores a diesel tendem a ser muito confiáveis e durar muito tempo. A ausência de velas de ignição também elimina a emissão de radiofrequências que podem interferir em equipamentos eletrônicos sensíveis. Os motores a diesel também são altamente eficientes, inclusive com cargas mais baixas, graças à sua alta taxa de compressão.

Você sabia que apenas veículos com motores a diesel são permitidos na Zona Nacional de Silêncio Radiofônico dos Estados Unidos? A Zona Nacional de Silêncio Radiofônico dos Estados Unidos é uma grande zona na Virgínia e na Virgínia Ocidental, onde as emissões de rádio são restritas a fim de evitar interferência com os radiotelescópios presentes na região. (Telefones celulares, Wi-Fi e fornos de micro-ondas também são proibidos.)



O que são geradores de propano, e como eles funcionam?

O propano é outra ótima opção para abastecer um gerador. Os motores a propano são muito parecidos com os motores a gasolina, pois ambos funcionam com base no princípio da ignição por faísca. Motores de propano injetam uma mistura de ar e combustível nos cilindros do motor, onde uma vela de ignição inflama a mistura.

O propano tem algumas vantagens que tornam os geradores de propano particularmente adequados para aplicações residenciais de alimentação elétrica de reserva. A gasolina e o diesel podem estragar depois de alguns anos, e guardar uma lata de qualquer combustível em casa pode produzir gases. Gasolina e diesel também podem ser derramados, o que resultaria em uma limpeza difícil. Em contraste, o propano pode ser guardado indefinidamente, sem risco de derramamento. Um aspecto importante é que muitos proprietários já têm um cilindro de propano em casa, eliminando a necessidade de manter um reservatório de combustível adicional.


O que são geradores de gás natural, e como eles funcionam?

Os geradores de gás natural são muito semelhantes aos geradores de propano. Ambos exigem velas de ignição e têm perfis limpos no que diz respeito às emissões. De modo geral, o uso de gás natural só é prático em locais atendidos por uma rede de distribuição de gás natural, e o autoarmazenamento raramente é uma opção. Esse nem sempre é o caso nas áreas rurais.

Os geradores de gás natural são adequados para aplicações comerciais e industriais em que há um fornecimento confiável de gás natural. Nos Estados Unidos, o gás natural tende a ser muito acessível e amplamente disponível. Em aplicações de grande escala em que grandes quantidades de combustível são usadas, não ter de armazenar combustível no local é uma grande vantagem. Além disso, como o gás natural queima de maneira bem limpa, as regulamentações ambientais para geradores de gás natural tendem a ser significativamente menos restritivas que as aplicadas a geradores de combustível líquido e, como resultado, eles às vezes podem ser usados de forma mais flexível que os geradores a diesel ou gasolina.
 

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Geradores de energia para emergências vs. energia primária vs. energia contínua

Um dos maiores critérios ao escolher um gerador depende do objetivo para o qual você deseja usá-lo. Os geradores são classificados de forma diferente para usos específicos e para funcionar em diferentes condições. Obter o gerador certo para a tarefa é como colocar as baterias certas em um veículo recreativo: uma bateria liga o motor, então ele precisa dar uma forte descarga de eletricidade, ao passo que a bateria de lazer que alimenta as luzes e a geladeira precisa liberar uma pequena quantidade de eletricidade por um longo tempo.

Os geradores podem ser considerados da mesma maneira: a necessidade de energia será muito alta por um curto período ou relativamente alta por um período mais longo, ou o gerador ficará em uso contínuo? Estas são as três categorias principais de uso de geradores: energia para emergências, energia primária e energia contínua.

Atualmente, muitos geradores são produzidos de forma modular, oferecendo a possibilidade de ter a melhor combinação de motor e alternador para corresponder à aplicação.

Um mesmo gerador pode ser usado para diferentes aplicações e apresentar diferentes classificações de saída na placa de identificação, dependendo da aplicação. Em outras palavras, o mesmo gerador poderia fornecer 100% de sua potência nominal máxima em uma aplicação, como uso de emergência, mas apenas 70% em operação contínua.

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O que é um gerador de energia para emergências, e como ele funciona?

Um gerador de energia para emergências é projetado para assumir o fornecimento de eletricidade a um local em caso de falha de energia, pelo tempo que levar até a energia ser restaurada. Hospitais, data centers, prédios do governo, escritórios e muitos outros edifícios precisam de geradores de energia para emergências a fim de garantir que os serviços essenciais sejam mantidos em caso de queda de energia. Além disso, serviços não essenciais, como iluminação de hotéis e ar-condicionado, também precisam ser mantidos. Os geradores de energia para emergências precisam entrar em funcionamento em questão de segundos ou minutos, dependendo da criticidade da aplicação. Eles são projetados para uso limitado e se destinam a partidas rápidas e potentes.


O que é um gerador de energia primária, e como ele funciona?

Os geradores de energia primária são projetados para carga variável e uso ilimitado. Eles são usados em situações em que a eletricidade é necessária, mas em quantidades flutuantes. Uma situação seria para atividades nas extremidades de um local onde não há energia, por exemplo, para alimentar um guindaste de pórtico de cais em um porto ou para fornecer energia extra a um edifício em horários de pico. Para usuários comerciais e industriais, o uso de geradores de energia primária nos períodos de pico de demanda pode ser uma maneira eficaz de reduzir ou eliminar cobranças de demanda da companhia de energia. Em alguns casos, os geradores de energia primária podem permitir que esses usuários aumentem suas atividades sem precisar fazer um upgrade dispendioso de sua infraestrutura de conexão à rede elétrica. As máquinas de energia primária não são projetadas para funcionar a plena velocidade 24 horas por dia, 7 dias por semana, mas sim para atender à demanda flexível em diferentes momentos do dia.


O que é um gerador de energia contínua, e como ele funciona?

Os robustos geradores de energia contínua são projetados para fornecer eletricidade de forma constante. Esses geradores são necessários em locais onde não há rede elétrica confiável, como operações de mineração remotas ou a bordo de navios.

Existem diferenças de design entre geradores feitos para diferentes usos. Por exemplo, os geradores de energia primária e de energia contínua têm sistemas de resfriamento maiores e tendem a operar em velocidades de revolução mais baixas para prolongar sua vida útil, ao passo que os geradores de energia para emergências precisam de velocidades mais rápidas para ligar rapidamente.


Geradores residenciais vs. comerciais vs. industriais

Como funciona um gerador residencial?

Os geradores residenciais são menores que os geradores usados em aplicações comerciais e industriais, mas funcionam da mesma maneira e têm os mesmos componentes. A melhor maneira de instalar um gerador residencial é conectá-lo ao quadro elétrico principal da casa, para que ele possa alimentar todos os circuitos elétricos da casa quando necessário. Isso é feito com um dispositivo conhecido como chave de transferência. A chave de transferência evita que a eletricidade saia do gerador e entre nas linhas de alimentação, de forma que os funcionários da companhia elétrica não corram o risco de tomar um choque elétrico do gerador residencial de alguém quando estiverem trabalhando nas linhas.

A maioria das casas usa geradores como energia para emergências. No caso de uma queda de energia, o gerador identifica a perda de energia e é acionado automaticamente, geralmente em questão de segundos.

Os geradores portáteis são versões reduzidas dos geradores residenciais e têm um motor com quase metade do tamanho de um motor de cortador de grama. Existem muitos geradores portáteis que pesam 50 libras ou menos. Sua portabilidade os torna adequados para acampamentos, piqueniques e projetos de construção.

Geradores portáteis modernos vêm com tomadas de CA padrão e portas de carregamento USB. Alguns até têm conectividade Bluetooth e um aplicativo que permite ao usuário monitorar o status do gerador em um smartphone. Outros têm baterias integradas que fornecem energia por algum tempo sem a necessidade de ligar o motor. Os geradores portáteis nunca devem ser usados dentro de casa, de um veículo ou de uma barraca, porque podem liberar o gás monóxido de carbono, que é mortal.


Qual é o tamanho do gerador residencial que eu preciso?

Mesmo um pequeno gerador geralmente é suficiente para alimentar todas as luzes, dispositivos eletrônicos e pequenos eletrodomésticos presentes na casa. Para continuar usando aparelhos que consomem muita energia, como fogões elétricos ou aquecedores de rodapé, um gerador maior talvez seja necessário. O tamanho de um gerador residencial depende de quanta eletricidade você usa. Você pode usar nossa calculadora de tamanho de gerador para avaliar suas necessidades.

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Como os geradores comerciais funcionam?

Os geradores comerciais funcionam conforme descrito acima e podem ser operados com diferentes combustíveis. Duas aplicações comerciais comuns são fornecer energia para emergências nos setores de serviços de saúde e data centers. Os hospitais precisam de uma geração de energia para emergências confiável, pois qualquer perda de energia pode significar a perda de vidas humanas, visto que os sistemas de suporte à vida e as salas de cirurgia precisam de energia contínua. Os data centers também precisam de uma fonte de alimentação confiável, pois uma queda de energia pode colocar em risco dados governamentais e empresariais importantes. Existem muitos outros setores comerciais que optam por instalar geradores como energia para emergências, de hotéis a escolas e prédios de escritórios comerciais.

Os geradores também são usados para fornecer energia contínua em ambientes comerciais e institucionais, por exemplo, em esquemas combinados de cogeração de calor e energia. Quando um grande edifício ou campus precisa de calor e também de eletricidade, faz sentido usar um gerador. Isso acontece porque, quando a energia do combustível é convertida em eletricidade em um gerador ou em uma usina elétrica, cerca de metade dela é perdida na forma de calor. Em vez de desperdiçar esse calor, os esquemas de cogeração o utilizam para manter o prédio aquecido, além de produzir eletricidade.


Qual é o tamanho do gerador comercial que eu preciso?

O tamanho do gerador depende da aplicação e da garantia de que a potência nominal corresponde ao uso para aplicações de energia para emergências, primária ou contínua. Você pode usar nossa solução líder do setor, a PowerSuite, para entender às suas necessidades de geração de energia.


Como os geradores industriais funcionam?

Os geradores industriais funcionam da mesma maneira que os comerciais, mas geralmente são projetados para serem mais robustos, de modo que possam funcionar em ambientes adversos. Os geradores usados em aplicações de mineração, por exemplo, podem ser expostos a condições de muita poeira e, portanto, exigem componentes aprimorados de filtragem de ar e de combustível. Os geradores usados em instalações químicas e petroquímicas podem funcionar em ambientes corrosivos ou explosivos e, portanto, exigem os recursos de segurança adequados. Além disso, os geradores industriais podem ter requisitos de confiabilidade aprimorados. As operações de perfuração de petróleo e gás, por exemplo, podem gerar perdas de dezenas, senão centenas, de milhares de dólares em um único dia se não há energia disponível no local. Nas operações de mineração, uma perda de energia pode significar uma perda de ventilação na mina, o que colocaria em risco a vida dos trabalhadores no subterrâneo. Os geradores industriais devem ser configurados para fornecer a combinação de energia necessária — para emergências, primária e contínua — a fim de garantir operações seguras e eficientes. Há uma enorme diferença entre um gerador que mantém as luzes acesas em um prédio de escritórios do Meio-Oeste dos Estados Unidos e um que aquece um prédio numa região congelada do Canadá.

As companhias de energia também podem usar geradores para alimentar a rede elétrica. Devido à sua grande flexibilidade e capacidade de inicialização rápida, os geradores são o complemento ideal para recursos de geração de energia solar e eólica em uma rede elétrica. Por exemplo, quando as nuvens aparecem e obscurecem o sol, os geradores podem rapidamente entrar em ação e coletar a carga anteriormente atendida por painéis solares. Os geradores também são ideais para alimentar a rede elétrica em ilhas, onde cada vez mais funcionam em conjunto com recursos solares, eólicos e de armazenamento de energia.

Às vezes, a distinção entre uso comercial, industrial e utilitário fica confusa. Algumas bases militares, por exemplo, possuem geradores que garantem a disponibilidade de energia em caso de perda do serviço elétrico externo, mas também exportam energia para a rede em tempos normais, servindo efetivamente como usinas para a companhia de energia. Da mesma forma, alguns data centers usam seus geradores de energia para emergências como minicentrais para atender à rede local quando não são necessários ao data center.


Qual é o tamanho do gerador industrial que eu preciso?

Cada caso é um caso. O tamanho certo depende do tipo de aplicação e também da eletricidade necessária. Você pode usar nossa solução líder do setor, a PowerSuite, para entender às suas necessidades de geração de energia.

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