Elétrica - Razões para se Utilizar Alta Tensão a Bordo de Navios

Razões para se Utilizar Alta Tensão a Bordo de Navios

Todos sabemos sobre as tensões usadas a bordo de navio. Normalmente é suprimento do tipo trifásica, 60Hz, 440 Volts sendo gerado e distribuído a bordo. Diariamente os proprietários e projetistas buscam por navios maiores no intuito de se obter maiores lucros. À medida que o tamanho do navio cresce, há uma ncessidade de se instalar motores mais potentes e outras máquinas.

O aumento no tamanho das máquinas e de outros equipamentos demandam mais potência elétrica e consequentemente requer-se o uso de tensões mais elevadas a bordo de um navio.

Qualquer Tensão usada a bordo de um navio se vor menor do que 1kV (1000 V) é então chamada de sistema de BT (Baixa Tensão) e qualquer tensão acima de 1kV é denominado de Alta Tensão (AT).

Sistemas AT marítimos típico operam normalmente em 3.3 ou 6.6kV. Navios de passageiros chegam a operar até com 10kV,

Porque a Alta Tensão?

Vamos supor que um navio esteja gerando 8MW de potência na tensão de 440V, a partir de 4 conjuntos diesel-geradores de 2MW, com fatores de potência em 0.8 cada.

Cada cabo de alimentação e disjuntor tem de lidar com uma corrente de carga total de

I = 2 * 10⁶/ (√3 * 440 * 0.8)

I = 3280.4 Amps i.e. Aproximadamente 3300 Amps.

Os dispositivos de proteção como disjuntores devem ser dimensionados para aproximadamente 90kA para cada cabo de alimentação.

Vamos agora calcular o mesmo se a tensão gerada for 6600Volts.

I = 2 * 10⁶ / (√3 * 6600 * 0.8)

I = 218.69 Amps, Aproximadamente 220 Amps. Assim os dispositivos de proteção podem ser dimensionados para valores tão baixo quanto   9 k Amps.

Também há a Perda de Potência = I² * r.

Onde I é a corrente transportada pelo condutor,

R é a resistência do condutor

Consequentemente a perda varia com o quadrado da corrente conduzida pelo condutor. Se a tensão de suprimento for 440V, então a corrente conduzida pelo condutor é 0.002P, e se a tensão for elevada para 6600V, então a corrente conduzida para a mesma potência será

 (1.515 *( 10^-4)) * P

Assim isto significa que a perda de potência é reduzida enormemente se a tensão for aumentada. Assim é sempre eficaz transmitir potência a alta tensão

Por outro lado, a perda de potência pode ser reduzido através da redução da resistência do condutor.

r = ρ * l/a.

Assim, aumentando-se a área da secção transversal do condutor (diâmetro), a resistência do condutor pode ser reduzida e, consequentemente, a perda de energia. Mas isso envolve grande aumento no custo e cabos pesados ​​com suportes. Assim, esta idéia não foi usada para reduzir a perda de potência durante a transmissão e utilização.

Um motor (vamos supor um bow thruster) também pode ser de tamanho menor, se concebido para funcionar com 6600 Volts. Para a mesma potência, o motor poderia ser de um tamanho menor se que é concebido para 6600Volts quando comparado com 440Volts.

Assim, estas são as principais razões pelas quais navios recentes mudaram para sistemas de alta tensão.

BÁSICO DE MOTORES - O ciclo quatro tempos

O BÁSICO DE MOTORES

Nickolaus Otto inventou o ciclo 4 tempos em 1862. Mais detalhes de como o ciclo 4 tempos funciona, juntamente com as fotos dos primeiros motores Otto podem ser vistos no próximo blog.

Em 1892  Rudolph Diesel inventou o motor de compressão por ignição, atualmente motor Diesel em homenagem ao mesmo. O primeiro motor a funcionar foi construído em Augsburg Maschinenfabrik (agora parte do grupo MAN B&W) em 1897. O motor de um único cilindro foi usado para potenciar uma máquina estacionária. Pesava cinco toneladas e produzia 20 hp a 172 rpm! O motor operava com uma eficiência de 26.2%.

Em 1912 o primeiro navio a ter motores diesel instados foi o Selandia. Eram motores de 8 cilindros a 4 tempos.

Imprima aqui uma cópia do original da patente da invenção de Rudolf Diesel (coloque em uma moldura e fixe na CCM).

O ciclo 4 tempo é assim denominado porque gasta-se quatro cursos do pistão para completar os processos necessários de conversão  da energia do combustível em trabalho. Pelo fato do motor ser recíproco, isto significa que o pistão deve mover-se duas vezes para cima e para baixo no interior do cilindro, e consequentemente o eixo de manivelas deve girar duas vezes.
Os quatro cursos do pistão são conhecidos como curso de admissão, compressão, expansão e descarga. 

1.        ADMISSÃO: O eixo de manivelas está girando no sentido horário e o pistão move-se no interior do cilindro. A válvula de admissão é aberta e uma carga de ar fresco  está sendo admitida ou empurrada para o interior do cilindro pelo turbosoprador.

2.    COMPRESSÃO: A válvula de admissão está fechada e a carga de ar está sendo comprimida pelo pistão à medida que se move para cima no interior do cilindro. Uma vez que se está transferindo energia para o ar, sua prssão e temperatura aumentam. Quando o pistão está se aproximando da parte superior (conhecido como Ponto Morto Superior – PMS) a prssão está acima de 100 bar e a temperatura ultrapassa facilmente os 500°C.

3.    EXPANSÃO: Pouco antes do PMS combustível é injetado no interior do cilindro pelo injetor de combustível. O combustível é atomizado na forma de gotículas. Pelo fato de serem diminutas estas gotículas se aquecem muito rapidamente e começam e entram em combustão à medida que o pistão passa sobre o PMS. O gás de expansão do combustível queimado no oxigênio força o pistão para baixo dentro do cilindro, consequentemente girando o eixo de manivelas. É durante este ciclo que a energia de trabalho está sendo carregada no motor; durante os outros três ciclos do pistão, o motor está despreendendo trabalho.

4.    DESCARGA: À medida que o pistão se aproxima da parte inferior do cilindro (conhecido como Ponto Morto Inferior – PMI) a válvula de descarga começa a abrir. Quando o pistão agora começa a se mover para cima no interior do cilindro, os gases quentes (consistindo na maioria de nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água e oxigênio não utilizado) são expelido do interior do cilindro. À medida que o pistão se aproxima do PMS novamente a válvula de admissão começa a abri e o ciclo se repete.