Quantos geradores kVA são necessários para um motor de 7,5 HP? Um guia completo de dimensionamento

Se você está tentando descobrir quantos kVA um gerador precisa ter para operar um motor de 7,5 HP, provavelmente já percebeu que a Internet distribui meia dúzia de respostas diferentes. Um tópico do fórum diz 20 kVA. O gráfico de um fornecedor de bombas indica 3 kVA por cavalo-vapor, o que aponta para 22,5 kVA. Alguém jura que seu conjunto de 10 kVA dá partida em um motor semelhante sem soluços. Todas essas respostas podem ser verdadeiras ao mesmo tempo, porque a potência do motor é apenas uma das entradas. O que realmente decide a resposta é como o motor dá partida e o que mais está consumindo energia do conjunto.

Para um motor trifásico padrão de 7,5 HP (5,5 kW) iniciado diretamente na linha, a faixa prática é de cerca de 20 a 25 kVA. Adicione um soft starter ou um inversor de frequência e 10 a 15 kVA podem ser suficientes. O restante deste artigo explica de onde vêm esses números, para que você possa verificá-los em relação à placa de identificação do seu próprio motor, em vez de confiar em uma regra prática escrita para a máquina de outra pessoa.

A resposta curta: cerca de 20 a 25 kVA para partida direta on-line

A maioria dos gráficos de dimensionamento, incluindo aqueles que nossos próprios engenheiros utilizam ao fazer cotações, se resumem a três relações simples:

• Carga de funcionamento: um motor de indução trifásico consome cerca de 1 kVA por cavalo-vapor quando atinge a velocidade máxima, portanto, um motor de 7,5 HP precisa de cerca de 7,5 a 8 kVA simplesmente para continuar girando.
• Surto de partida: um motor ligado diretamente na linha puxa de seis a oito vezes sua corrente de carga total por um ou dois segundos, razão pela qual o valor de planejamento amplamente utilizado é de cerca de 3 kVA por cavalo-vapor, ou 22,5 kVA neste caso.
• Espaço livre: um gerador a diesel funciona melhor entre 60% e 80% de sua classificação, portanto, um conjunto de 20 a 25 kVA transporta confortavelmente uma carga de funcionamento de 8 kVA e ainda tem para onde ir quando o motor reinicia.

Essa é a resposta completa em miniatura. A próxima seção mostra a aritmética por trás disso, e as seções seguintes cobrem as situações em que 20 kVA é muito pequeno ou confortavelmente superdimensionado.

Trabalhando com os números passo a passo

Etapa 1: Potência em Quilowatts

Uma potência mecânica equivale a 0,746 kW, portanto, um motor de 7,5 HP fornece 5,6 kW de potência mecânica no eixo. Essa é a energia que sai do motor, não a energia elétrica que o gerador precisa fornecer.

Etapa 2: Potência do eixo para kVA elétrico

Um motor de indução trifásico padrão converte eletricidade em potência de eixo com eficiência de aproximadamente 85% a 90%. Dividir 5,6 kW por 0,87 dá cerca de 6,4 kW de entrada elétrica em plena carga. O fator de potência em plena carga é normalmente próximo de 0,8, então:

6,4 kW dividido por 0,8 equivale a aproximadamente 8 kVA

Essa é a demanda constante, e vale a pena lembrar porque é o número que mantém o conjunto vivo durante um longo turno de trabalho. Tanto a eficiência quanto o fator de potência caem quando um motor está levemente carregado, de modo que um motor em marcha lenta com meia carga consome proporcionalmente mais corrente do que um cálculo em linha reta sugeriria.

Etapa 3: Adicionando o impulso inicial

Começar é onde acontece a verdadeira decisão de dimensionamento. Um motor de 7,5 HP ligado diretamente na linha exige de seis a oito vezes sua corrente de carga total por uma fração de segundo enquanto o rotor acelera. Um grupo gerador a diesel pode fornecer cerca de duas vezes e meia a três vezes sua corrente nominal por alguns segundos antes que a tensão entre em colapso, limitada pela reatância do alternador e pela rapidez com que o motor aceita uma carga repentina. Trabalhando de trás para frente a partir de uma demanda de operação de 8 kVA, o conjunto recomendado chega a cerca de 24 kVA, que é exatamente onde chega a regra prática de 3 kVA por cavalo-vapor.

Tamanho recomendado do gerador por método inicial

Por que o método de partida é mais importante do que a classificação do motor

A tabela acima ilustra um ponto que surpreende muitos compradores de primeira viagem: o mesmo motor de 7,5 HP pode precisar de um conjunto de 25 kVA ou de 10 kVA, dependendo inteiramente da partida aparafusada nele. Os starters estrela-triângulo e soft starters aumentam a corrente gradualmente, para que o gerador nunca veja a partida total. Um conversor de frequência variável vai ainda mais longe e limita a corrente a pouco mais do que o valor de funcionamento, embora introduza harmônicos, razão pela qual uma instalação VFD é melhor combinada com um alternador enrolado para esse serviço.

Se você não tiver os dados da placa de identificação em mãos, existe um atalho útil. Peça a corrente do rotor travado do motor, multiplique pela tensão da linha e pela raiz quadrada de três para um motor trifásico, e você terá o kVA inicial que o gerador deve fornecer por um ou dois segundos.

O que mais muda a resposta

Altitude e temperatura ambiente

As classificações do gerador são cotadas em condições de referência, normalmente 40 graus Celsius ambiente e até 1.000 metros acima do nível do mar. Um conjunto instalado em uma sala quente ou a 2.000 metros perde capacidade. Como orientação aproximada, espere cerca de 1% de perda por 100 metros de altitude e alguns por cento para cada 5 graus acima da referência, portanto, um conjunto de 20 kVA funcionando nessas condições pode se comportar apenas como um conjunto de 17 ou 18 kVA.

Outros equipamentos no mesmo gerador

O motor raramente está sozinho. Luzes, um pequeno compressor, um conjunto de soldagem, um transportador ou uma bomba de transferência contribuem para a carga operacional e cada um deles pode trazer seu próprio surto inicial. Some os kVA em funcionamento de tudo o que provavelmente funcionará ao mesmo tempo e, em seguida, verifique se a maior partida individual do motor não empurra o conjunto além de sua capacidade de curta duração. Se dois motores puderem partir juntos, dimensione ambos os surtos acontecendo ao mesmo tempo.

Motores monofásicos se comportam de maneira diferente

Um motor monofásico de 7,5 HP funcionando com 230 V consome cerca de 30 a 35 A, e seu fator de potência é menor, geralmente entre 0,6 e 0,7, com menor eficiência também. O efeito prático é que um motor monofásico pode necessitar de 1,3 a 1,5 vezes a capacidade do gerador de uma máquina trifásica equivalente, o que eleva a recomendação para 30 kVA ou mais. Onde a escolha ainda está em aberto, um motor trifásico é quase sempre a carga mais fácil de alimentar.

Escolhendo o tipo certo de grupo gerador

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Quando o motor funciona perto de residências, escritórios, hotéis ou clínicas, o invólucro é o que mantém a instalação aceitável. Uma cobertura silenciosa também protege o aparelho contra poeira e chuva, o que prolonga os intervalos de manutenção em locais externos.

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Quando o motor se move

Cerca de motores de 7,5 HP circulam: uma bomba de canteiro, uma esteira temporária, um equipamento que se movimenta entre pátios. Nessa situação, um conjunto móvel silencioso num reboque é mais fácil de justificar do que uma instalação fixa, e pode ser reposicionado à medida que o trabalho se move, em vez de ser religado de cada vez.

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Erros comuns de dimensionamento que vemos

1. Dimensionamento apenas com base na carga em execução. O conjunto dá partida no motor apenas uma vez por turno, mas precisa sobreviver a esse momento toda vez que o motor é ligado.
2. Ignorando o starter. Uma citação que nunca menciona o método inicial é uma citação incompleta.
3. Esquecendo a redução de capacidade para calor e altitude, que silenciosamente remove a capacidade de um conjunto que parece dimensionado corretamente no papel.
4. Superdimensionamento por cautela. Um conjunto de 100 kVA transportando uma carga de 8 kVA queima combustível de forma ineficiente e pode sofrer empilhamento úmido, onde o combustível não queimado se acumula no escapamento.
5. Com vista para o reinício automático. Muitas máquinas reiniciam-se após uma falha de energia, pelo que o gerador tem de suportar esse pico repetidamente, e não apenas uma vez.

Obtendo o número certo para sua instalação

Se você puder fornecer ao fornecedor quatro informações, a classificação da placa de identificação do motor, sua corrente de carga total, o método de partida e o que mais funcionará no mesmo gerador, ele poderá dimensionar o conjunto corretamente, em vez de adivinhar. Essas são quase sempre as primeiras quatro perguntas que nossos engenheiros fazem e, após 26 anos construindo e configurando grupos geradores a diesel, elas se tornaram um filtro confiável para obter a resposta certa na primeira vez. Se você quiser trabalhar com a aritmética sozinho, nosso guia passo a passo para dimensionar um gerador a diesel cobre o método completo, incluindo como transformar os dados da placa de identificação em kVA iniciais.

Para a maioria dos motores de 7,5 HP com partida direta em linha, um gerador a diesel de 20 a 25 kVA é a resposta honesta: grande o suficiente para absorver o pico de partida, pequeno o suficiente para funcionar com eficiência quando o motor estiver em velocidade máxima. Se o seu motor usa um soft starter ou um drive, você pode olhar mais abaixo com segurança. Se for monofásico, instalado em altitude ou compartilhar o conjunto com outros equipamentos, planeje mais alto e deixe a decisão final seguir a corrente de partida real e não o valor da potência na placa.