Eficiencia Energ©tica em Sistemas de Bombeamento

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EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO

ELETROBRS Centrais Eltricas Brasileiras Praia do Flamengo, 66 - Bloco A - 14 andar - Flamengo CEP 22210-030 - Rio de Janeiro - RJ Tel.: (21) 2514-5151 - Fax: (21) 2507-2474 PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica Av. Rio Branco, 53 - 20 andar - Centro CEP 20090-004 - Rio de Janeiro - RJ Tel.: (21) 2514-5197 - Fax: (21) 2514-5155

F I C H A C ATA LO G R F I C A

CENTRAIS ELTRICAS BRASILEIRAS, FUPAI/EFFICIENTIA Eficincia Energtica em Sistemas de Bombeamento. Rio de Janeiro: Eletrobrs, 2005. 272p. ilust. (Contm CD) 1.Conservao de Energia Eltrica.2.Racionalizao no Uso da Energia Eltrica. 3.Bomba.4.Bomba Hidrulica.5.Bomba Centrfuga.I.Ttulo.II.Gaio, Marcelo Monachesi. CDU: 621.3.004 621.3.004.14.004.1 621.65 621.651 621.67

Trabalho elaborado no mbito do contrato realizado entre a ELETROBRS/PROCEL e o consrcio EFFICIENTIA/FUPAIMME - MINISTRIO DE MINAS E ENERGIA Esplanada dos Ministrios Bloco U - CEP. 70.065-900 - Braslia - DF - www.mme.gov.br Ministra Dilma Rousseff ELETROBRS/PROCEL Av. Rio Branco, 53 - 20 andar - Centro - CEP 20090004 - Rio de Janeiro - RJ www.eletrobras.com/procel - procel@eletrobras.com Presidente Silas Rondeau Cavalcante Silva Diretor de Projetos Especiais e Desenvolvimento Tecnolgico e Industrial e Secretrio Executivo do PROCEL Alosio Marcos Vasconcelos Novais Chefe de Departamento de Planejamento e Estudos de Conservao de Energia e Coordenador Geral do Projeto de Disseminao de Informaes de Eficincia Energtica Renato Pereira Mahler Chefe da Diviso de Suporte Tcnico de Conservao de Energia e Coordenador Tcnico do Projeto de Disseminao de Informaes de Eficincia Energtica Luiz Eduardo Menandro Vasconcellos Chefe da Diviso de Planejamento e Conservao de Energia Marcos de Queiroz Lima Chefe de Departamento de Projetos Especiais George Alves Soares Chefe da Diviso de Desenvolvimento de Projetos Setoriais de Eficincia Energtica Fernando Pinto Dias Perrone Chefe da Diviso de Desenvolvimento de Projetos Especiais Solange Nogueira Puente Santos EQUIPE TCNICA Coordenador Geral Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro Apoio Tcnico Brulio Romano Motta Marco Aurlio R. G. Moreira Michel Gonalves Pinheiro* Professores da Universidade Federal de Itajub UNIFEI

C O N S R C I O E F F I C I E N T I A / F U PA I EFFICIENTIA Av. Afonso Pena, 1964 - 7 andar - Funcionrios CEP 30130-005 - Belo Horizonte - MG www.efficientia.com.br efficientia@efficientia.com.br Diretor Presidente da Efficientia Elmar de Oliveira Santana Coordenador Geral do Projeto Jaime A. Burgoa/Tulio Marcus Machado Alves Coordenador Operacional do Projeto Ricardo Cerqueira Moura Coordenador do Ncleo Gestor dos Guias Tcnicos Marco Aurlio Guimares Monteiro Coordenador do Ncleo Gestor Administrativo-Financeiro Cid dos Santos Scala FUPAI - Fundao de Pesquisa e Assessoramento Indstria Rua Xavier Lisboa, 27 - Centro - CEP 37501-042 Itajub - MG www.fupai.com.br - fupai@fupai.com.br Presidente da FUPAI Djalma Brighenti Coordenador Operacional do Projeto Jamil Haddad* Luiz Augusto Horta Nogueira* Coordenadora do Ncleo Gestor Administrativo-Financeiro Heloisa Sonja Nogueira EQUIPE TCNICA Apoio Tcnico Adriano Jack Machado Miranda Maria Aparecida Morangon de Figueiredo Micael Duarte Frana Fotografia Eugnio Paccelli

Autor: Marcelo Gaio Monachesi

SUMRIO

Apresentao Consideraes Iniciais Siglas e Abreviaturas 1 Introduo 2 Conceitos Bsicos2.1 2.2 2.3 Sistema de unidades Converso de unidades Conceitos bsicos e propriedades da gua

13 1616 17 19

3 Sistemas de Bombeamento de gua3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.8.1 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Modelos hidrulicos Tipos de bomba Como selecionar uma bomba Curvas de desempenho das bombas centrfugas Curva: altura x vazo Curva: potncia x vazo Curva: rendimento x vazo Curva: npsh x vazo Leis de similaridade Boosters Poos profundos (alturas esttica e dinmica) Medies e parmetros de controle Medidores de presso, de nvel e de vazo Reservatrios Automao Vlvulas Clculo da economia de energia e reduo de demanda Programas de inspeo, operao e manuteno

6363 66 68 68 69 73 74 75 76 79 80 81 82 87 94 95 98 99

4 Aplicaes4.1 4.2 Utilizao das bombas Velocidade especfica

101101 101

4.3 4.4 4.5

Classificao das bombas quanto ao tipo de rotor Vantagens e desvantagens para cada tipo de bomba Critrios para a escolha do melhor equipamento

103 107 118

5 Oportunidades de Uso5.1 5.2 5.3 5.4 Variaes do ponto de funcionamento das bombas Associaes em srie Associaes em paralelo Seleo de bombas otimizadas com auxlio de software fornecido por fabricantes

123123 130 135 145

6 Problemas na Instalao (cavitao) 7 Medidas de Economia7.1 7.2 Indicadores de eficincia Eficincia energtica conseguida a partir da interferncia nos elementos hidrulicos 7.2.1 Rendimento da bomba 7.2.2 Rendimento do motor 7.2.3 Peso especfico 7.2.4. Vazo recalcada 7.2.5 Altura manomtrica 7.2.6 Velocidade (rotao da bomba) 7.3 Deslocamento da carga para fora das horas de pico 7.4 Perdas e reduo de desperdcio com energia eltrica

148 166167 169 169 171 172 172 174 183 186 188

8 Casos Prticos8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 Caso prtico N 1 Caso prtico N 2 Caso prtico N 3 Caso prtico N 4 Caso prtico N 5 Resumo

191192 199 202 204 210 217

9 Bibliografia 10 Links teis Anexo AA - Gesto energtica

218 219 220220

Anexo BB - Viabilidade econmica

240240

APRESENTAOEm 1985, o Governo Federal criou o Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica (PROCEL), coordenado pelo Ministrio de Minas e Energia e implementado pela Eletrobrs, com o objetivo principal de contribuir para a reduo do consumo e da demanda de energia eltrica no pas, mediante o combate ao desperdcio desse valioso insumo. A Eletrobrs/Procel mantm estreito relacionamento com diversas organizaes nacionais e internacionais cujos propsitos estejam alinhados com o citado objetivo, destacando-se o Banco Mundial (BIRD) e o Global Environment Facility (GEF), que tm se constitudo em importantes agentes financiadores de projetos na rea da eficincia energtica. O GEF, que concede suporte financeiro s atividades relacionadas com a mitigao de impactos ambientais, como o uso racional e eficiente da energia, doou recursos Eletrobrs/Procel, por intermdio do Bird, para o desenvolvimento de vrios projetos, com destaque para Disseminao de Informaes em Eficincia Energtica , tema deste trabalho. Concebido e coordenado pela Eletrobrs/Procel, este projeto foi realizado pelo Consrcio Efficientia/Fupai, com o apoio do Programa das Naes Unidas para o Desenvolvimento (PNUD). Objetiva, basicamente, divulgar informaes sobre tecnologias de uso eficiente de energia para profissionais de setores diretamente envolvidos, como o industrial e o comercial, bem como para aqueles vinculados a prdios pblicos e rgos de saneamento, relativos a aspectos tecnolgicos e operacionais que permitam reduzir o desperdcio de energia eltrica. Este projeto tambm engloba a elaborao de casos de sucesso e treinamentos especficos que retratem os conceitos do uso racional e eficiente da energia.

C O N S I D E R A E S

I N I C I A I S

Em 2001, o Brasil vivenciou uma crise de abastecimento no setor eltrico. Duas conseqncias positivas sobressaram desta crise: a forte participao da sociedade na busca da soluo; e a valorizao da eficincia no uso de energia. Em decorrncia desse processo involuntrio de aprendizagem, vem se formando uma conscincia de que a eficincia energtica no pode estar vinculada apenas a questes conjunturais. Deve, sim, fazer parte, de forma definitiva, da poltica energtica nacional, mediante a valorizao das iniciativas j em andamento no Pas, o desenvolvimento de produtos e processos mais eficientes e a intensificao de programas que levem mudana nos hbitos de consumo. A energia um insumo fundamental para assegurar o desenvolvimento econmico e social de um pas. A racionalizao de seu uso apresenta-se como alternativa de baixo custo e de curto prazo de implantao. Em alguns casos, significativas economias podem ser obtidas apenas com mudanas de procedimentos e de hbitos, alm de impactar positivamente o meio ambiente. Dentre os aspectos econmicos envolvidos na atividade de racionalizao do uso de energia, deve-se destacar a valorizao da imagem e da viso estratgica da empresa. Hoje, o mercado est cada vez mais orientado a dar preferncia a produtos de empresas comprometidas com aes de proteo ao meio ambiente. Uma empresa que deseja alcanar uma estrutura de custos racionalizada e tornar-se mais competitiva no pode admitir o desperdcio ou usar a energia de forma ineficiente e irresponsvel. necessrio, pois, incentivar todos os empregados a obter o mesmo produto ou servio com menor consumo de energia,eliminando desperdcios e assegurando a reduo dos custos. Espera-se que as informaes contidas neste Livro sejam teis aos tcnicos das empresas brasileiras, capacitando-os a implementar melhorias que resultem no uso responsvel dos recursos naturais e energticos, bem como no aumento da competitividade dos setores produtivos e de servios do Pas. A Eletrobrs / Procel e o Consrcio Efficientia / Fupai agradecem os esforos de todos aqueles que participaram dos vrios estgios da elaborao deste documento, incluindo as fases de concepo inicial e de reviso final do texto. Registramos as contribuies, notadamente, de Paulo da Silva Capella, Osvaldo Luiz Cramer de Otero e Edson Szyszka (Cepel); Prof. Augusto Nelson Carvalho Viana (Unifei); Ayrton Sampaio Gomes (Ministrio das Cidades); Carlos Henrique Moya, Anglica da Silva Sobral, Marcos Luiz Rodrigues Cordeiro e Rose Pires Ribeiro (Consultores).

SIGLAS E ABRE VIATURAS

ABNT ANEEL AT BHP BT CD CICE CNTP ESCO FC FP FS FU HFP HP ICMS IWA MME MT NHFP NHP NPSH PGE PMR Procel PS PU S SI THS TIR U VPL

Associao Brasileira de Normas Tcnicas Agncia Na