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Manual de Engenharia – Sistemas de Pressurização - Página 1 O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMO FACTOR DE ECONOMIA ÍNDICE 1. Introdução ................................................................................................................................. 2 2. O que é o Custo do Ciclo de Vida? ......................................................................................... 3 3. Razões para a utilização do CCV ............................................................................................ 4 4. Determinação do Custo de Ciclo de Vida .............................................................................. 6 5. Implementação da metodologia ............................................................................................ 13 o 5.1. - Na fase de projecto ....................................................................................... 13 o 5.2. – Aplicação a sistemas existentes ................................................................ 15 6. Exemplos de aplicação do “Custo de Ciclo de Vida” ......................................................... 16 6.1 - Sistema de bombagem existente com uma válvula de controlo de caudal. .. 16 6.2 - Escolha do sistema de pressurização na fase de projecto .............................. 19 a) Elevar a água para um reservatório superior. ........................................................ 20 b) Instalar uma central hidropneumática de velocidade fixa; ................................... 20 c) Instalar um sistema sobrepressor com variador de frequência, junto ao reservatório inferior ....................................................................................................... 22 7. Referências bibliográficas ..................................................................................................... 25

LCC - Custo Ciclo de ViLCC - Custo Ciclo de Vidada

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Como calcular o ciclo de vida de um equipamento

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Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina1 O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMOFACTOR DE ECONOMIA NDICE 1.Introduo ................................................................................................................................. 2 2.O que o Custo do Ciclo de Vida?......................................................................................... 3 3.Razes para a utilizao do CCV............................................................................................ 4 4.Determinao do Custo de Ciclo de Vida .............................................................................. 6 5.Implementao da metodologia............................................................................................ 13 o5.1. - Na fase de projecto ....................................................................................... 13 o5.2. Aplicao a sistemas existentes ................................................................ 15 6.Exemplos de aplicao do Custo de Ciclo de Vida ......................................................... 16 6.1 - Sistema de bombagem existente com uma vlvula de controlo de caudal. .. 16 6.2 - Escolha do sistema de pressurizao na fase de projecto .............................. 19 a) Elevar a gua para um reservatrio superior. ........................................................ 20 b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade fixa; ................................... 20 c) Instalar um sistema sobrepressor com variador de frequncia, junto ao reservatrio inferior ....................................................................................................... 22 7.Referncias bibliogrficas ..................................................................................................... 25 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina2 1.Introduo Os sistemas de pressurizao representam por vezes custos no desprezveis no mercado da construo para habitao, sendo principalmente onerosos em grande parte dos sistemas industriais. Como qualquer investimento, a escolha dos elementos que constitui o sistema (construo civil, equipamentos, acessrios e os decorrentes da explorao) devem obedecer a consideraes de eficcia e economia. Estima-se que o elevado nmero de sistemas de bombagem existentes a nvel mundial, nas suas mais variadas aplicaes (abastecimento pblico e predial de gua potvel; colecta, transporte e tratamento de guas residuais; Instalaes de rega; Industrial, etc.), consomem cerca de 20% da energia elctrica global (Europump, 2000). Figura 1 Consumo mundial de energia elctrica Trata-se portanto de um consumo significativo, principalmente numa altura em que a questo energtica assume um importante papel na economia nacional, mas tambm mundial. A correcta escolha de todos os componentes de um sistema de bombagem apresenta-se assim como uma oportunidade para uma reduo nos custos globais da instalao, ao longo da sua vida til. A avaliao dos custos do sistema ao longo da sua vida til, pode ser realizado por vrias metodologias. Consumo mundial de energia elctrica Outras Aplicaes(80%) Sistemas de Bombagem (20%) Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina3 Um dos grandes objectivos duma metodologia desta natureza dever ser o rigor e a iseno, pois s assim poder ser utilizada, no s para optar entre diferentes solues do mesmo fabricante, mas tambm servir para comparar solues de fabricante diferentes. No presente documento optou-se por seguir a metodologia proposta pelas seguintes entidades: O Instituto Hidrulico (HI), fundado em 1917, a maior associao de produtores e de fornecedores da Amrica do Norte. Estabelece padres e organiza fruns para a troca de informaes tcnicas h mais de 80 anos. O Europump, estabelecido em 1960, age como porta-voz dos 15 principais fabricantes de bombas e representa mais de 400 fabricantes. O Europump serve e promove a indstria europeia da indstria das bombas hidrulicas. O Departamento de Energia dos Estados Unidos, promove parcerias com indstrias e grupos de comrcio, para a implementao de sistemas de elevada eficincia de energia, energias renovveis, e preveno da poluio tecnologias para aplicaes industriais. 2.O que o Custo do Ciclo de Vida? O Custo do Ciclo de Vida (CCV) uma ferramenta de gesto que pode ajudar a minimizar os desperdcios e a maximizar o rendimento para variados tipos de sistemas, incluindo sistemas de bombeamento. Uma viso global descrita no artigo Pump Life Cycle Costs desenvolvido pelo Hydraulic Institute e Europump de modo a facilitar a aplicao da metodologia do CCV a sistemas de bombagem. O custo do ciclo de vida (CCV) de qualquer sistema de pressurizao o custo total durante o seu perodo de vida til. Representa assim os custos de aquisio, instalao, ensaios, energticos, operao, manuteno (preventiva e correctiva), paragens, Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina4 ambientais, desmontagem e desmantelao do equipamento. A identificao de todas as parcelas envolvidas apresenta-se como uma etapa fundamental nesta metodologia. Quando o CCV utilizado como uma ferramenta de comparao entre diferentes alternativas, o processo de clculo do CCV indicar, de forma isenta, a soluo que apresenta menor custo global, com base nas informaes disponveis. 3.Razes para a utilizao do CCV Os sistemas de pressurizao so compostos por um conjunto de obras de construo civil, equipamento elctrico e electromecnico, tubagens e acessrios. Como exemplo, os grupos electrobomba embora sejam geralmente adquiridas como componentes individuais, eles so parte integrante de um sistema indissocivel entre si. A minimizao dos custos globais nem sempre uma tarefa fcil. Enquanto algumas partes do sistema apresentam praticamente todo o seu custo durante a construo, nos equipamentos electromecnicos o custo de aquisio poder representar apenas 10% dos custos globais associados a esses equipamentos. O investimento inicial geralmente uma pequena parte do custo do ciclo de vida para sistemas de pressurizao A energia consumida e os materiais utilizados por um sistema dependem das caractersticas da bomba, da instalao e do modo como o sistema ir operar. Adicionalmente todos os componentes do sistema devero ser cuidadosamente seleccionados para combinarem entre si e manter no global um conjunto fivel assegurando os mais baixos custos energticos e de manuteno, assim como uma longa durabilidade. Uma maior compreenso de todos estes pormenores constituir uma oportunidade para a reduo dramtica dos custos energticos, de explorao e de manuteno, factores determinantes no custo de ciclo de vida (CCV) da instalao. A reduo e o desperdcio energtico representam ainda um papel importante em benefcios ambientais. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina5 Sistemas de bombagem - Custos globaisCustos de Manuteno ( 10% )Custos do Investimento ( 5% )Custos de Explorao ( 85% ) Figura 2 Repartio dos custos globais em sistemas de bombagem Muitos sistemas so concebidos considerando apenas o investimento inicial, originando sistemas que apresentam grandes custos de manuteno e explorao. A crescente competitividade dos mercados nacionais e internacionais obriga a um esforo contnuo de modo a aumentar a competitividade. As empresas devem procurar solues que visem a reduo dos custos globais e o aumento dos rendimentos operacionais. A operao, principalmente no sector fabril, continua a merecer uma particular ateno como fonte de poupana de custos, especialmente pela via da minimizao dos consumos energticos e dos tempos de paragem da produo. Alguns estudos mostram que 30% a 50% da energia consumida pelos actuais sistemas de bombeamento podem ser poupados atravs da alterao dos controlos dos sistemas (Europump, 2000). Os sistemas existentes podem contribuir com uma maior fatia na reduo da energia consumida atravs da utilizao da metodologia do clculo do CCV por duas razes: A primeira porque existem pelo menos 20 vezes mais sistemas em operao do que os colocados anualmente em operao e, em segundo lugar porque muitos dos sistemas em operao possuem bombas ou controlos que no esto ajustados s necessidades actuais, talvez motivado pela grande evoluo tecnolgica verificada nos ltimos anos. Adicionalmente s razes econmicas para justificar a utilizao da metodologia do CCV, muitas empresas comeam a estar cada vez mais sensveis ao impacto ambiental nos Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina6 seus negcios, e consideram o rendimento energtico como uma via contribuinte para a reduo de emisses de gases e deste modo preservar os recursos naturais. A anlise do CCV, quer em novos empreendimentos quer em remodelaes requer sempre uma avaliao de sistemas alternativos. Para a maioria de empreendimentos os custos energticos e/ou de manuteno dominaro os custos do ciclo de vida. portanto de extrema importncia a forma precisa de determinar os custos energticos actuais, o escalonamento esperado nos anos vindouros, assim como os custos de mo-de-obra e dos materiais ao longo do ciclo de vida do equipamento. Outros custos como por exemplo os de paragens, desmontagem e desmantelao final do equipamento e os de origem ambiental, sendo de difcil quantificao, podem muitas das vezes ser estimados com base em dados histricos. Em alguns casos os custos de indisponibilidade podem ser mais significantes que os custos energticos ou de manuteno. Consideraes adicionais devero ser tomadas em relao s perdas de produtividade devido aos tempos de paragem. 4.Determinao do Custo de Ciclo de Vida O processo do CCV um mtodo que permite a comparao de solues alternativas, em termos de custos. O processo em si basicamente matemtico, mas extremamente dependente da informao disponvel, logo os resultados do processo apresentam certamente um grau de fiabilidade similar ao dos dados de base. Os sistemas de bombagem tm muitas das vezes um perodo esperado de operao de 15 a 20 anos. A escolha destes equipamentos deve ser efectuada com base em clculos onde os detalhes do projecto do sistema devem ser tidos em conta. Deste modo a comparao deve ser efectuada entre diferentes tipos de sistema ou de controlo. O exerccio deve ser objectivo na anlise e mbito podendo no entanto ser lato nas alternativas analisadas. Com base nos estudos efectuados em problemas deste tipo, a metodologia proposta apresenta os custos do ciclo de vida, como sendo a soma das seguintes parcelas: Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina7 d a pp m o e in ciC C C C C C C C CCV + + + + + + + =(1) onde: CCV -Custo do Ciclo de Vida ciC-Custos iniciais (custos de construo civil, bombas, tubagens, acessrios, servios de apoio, etc.) inC-Custo de instalao e ensaios (arranque e formao do pessoal) eC-Custos energticos (operao do sistema incluindo controlos e quaisquer servios auxiliares) oC-Custos de operao (mo de obra e superviso normal do sistema) mC-Custos de manuteno e reparao (reparaes previstas e de rotina) ppC-Custos de paragens (perda de produo) aC-Custos ambientais dC-Custo de desmontagem e desmantelao (incluindo a restaurao ambiental do local e servios de destruio do equipamento) Os pargrafos seguintes examinam cada uma das parcelas e levantam sugestes para a determinao de cada parmetro. Dever-se- ter em ateno que este clculo no inclui a anlise a custos de segunda ordem como por exemplo as matrias-primas consumidas no fabrico de produtos. Detalhando: oCustos Iniciais oEste tipo de custos refere-se aos custos necessrios para a compra e instalao de equipamentos e obras de construo civil, necessrias ao arranque do sistema. Enquanto que nas restantes parcelas os custos associados a equipamentos electromecnicos so dominantes, neste o seu valor relativo pode vir diludo com o valor da construo civil. Este facto Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina8 pode originar a que seja menosprezado a sua importncia final nos custos globais. o determinante para estes custos o dimetro das tubagens e acessrios, a qualidade e fiabilidade do sistema seleccionado, os materiais utilizados, o seu comportamento com o fluido bombeado, os empanques instalados, os controlos integrados, etc. Estes detalhes, entre outros, podem originar custos iniciais mais elevados mas reduzirem o CCV de uma forma considervel. oOs custos iniciais incluem geralmente os seguintes itens: Servios de Engenharia (estudos, projecto, desenhos, especificaes etc.); Processo de aquisio; Construo civil; Inspeco e testes; Peas de reserva; Formao; Equipamentos auxiliares para sistemas de vedao ou arrefecimento. oCustos de Instalao e Ensaios oOs custos de instalao e ensaios (arranque) incluem os seguintes itens: Fundaes (projecto, preparao, beto etc.); Ligaes de tubagens de processo; Ligaes elctricas e de instrumentao; Ligaes a sistemas auxiliares; Avaliaes e regulaes no arranque. oUma instalao completa dos equipamentos electromecnicos envolve requisitos de operao e manuteno que sero assegurados por pessoal com formao para operar o sistema. oOs ensaios requerem uma especial ateno s instrues do fabricante para a execuo do arranque e operao. Dever ser seguida a lista de verificaes proposta pelo fabricante de modo a assegurar que os Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina9 equipamentos e o sistema possam operar dentro de parmetros especficos. oCustos energticos O consumo energtico frequentemente uma das parcelas com maiores custos e geralmente domina o valor final do CCV, especialmente quando o tempo de operao das bombas ultrapassa as 2000 horas de operao/ano. O consumo energtico calculado atravs dos dados colhidos no projecto do sistema. Se as solicitaes ao sistema so constantes, o clculo simples. Se as solicitaes so muito variveis no tempo, ento dever-se- utilizar um registo horrio das necessidades para se efectuar o respectivo clculo. A frmula do clculo da potncia requerida a seguinte: ( )m cH QkW P =(2) em que: ( )motor do Rendimentobomba da Rendimento. . a manomtric AlturaCaudal3 lquido do especfico PesoPotncia3mca) c (m H/s) (m Q) (kN/mkW P Logo, a energia ser: ( )( ) ( ) =1tt m codtt H t QkWh E (3) Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina10 Os custos energticos de servios auxiliares tambm devem ser includos. Estes custos podem ser referentes a circuitos de aquecimento ou arrefecimento de fluidos de processo. Nestes casos devem ser includos os custos do fluido, filtragem, circulao e/ou dissipao de calor etc. Os mtodos de clculo da energia so relativamente simples quando a bomba utilizada num nico ponto de funcionamento. A situao torna-se mais complexa com bombas em funcionamento paralelo ou se a bomba for utilizada com um conversor de frequncia. No funcionamento paralelo, devero ser efectuados clculos separados para os vrios pontos de funcionamento, aproximando em seguida os volumes bombados ou horas de funcionamento relativos a cada um destes. Uma bomba com conversor de frequncia tem um nmero infinito de pontos de funcionamento. Outro factor de incerteza para o clculo do consumo de energia de bombas com conversor de frequncia o facto do rendimento geral do sistema ser difcil de calcular com exactido. oCustos de operao Os custos de operao so os associados mo-de-obra relacionados com a operao do sistema. Estes podem variar muito dependendo da complexidade e funo do sistema. Por exemplo uma bomba instalada em ambientes corrosivos pode requerer verificaes dirias, enquanto um sistema semelhante com outro fluido pode apenas necessitar de supervises limitadas. Uma anlise peridica das condies de funcionamento do sistema pode alertar os operadores para eventuais perdas de desempenho do sistema. Os indicadores de desempenho incluem alteraes em vibraes, temperaturas, rudo, consumo energtico, gamas de caudais, presso etc. oCustos de manuteno e reparao O alcance da longevidade esperada para uma bomba, requer uma manuteno regular e eficiente. O fabricante aconselhar a Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina11 frequncia e a natureza da manuteno peridica. Os custos dependem do tempo e da frequncia do servio, mas tambm dos custos dos materiais. O projecto pode influenciar estes custos por indicao especfica de alguns materiais, seleco dos componentes e mesmo da facilidade de acesso aos componentes a serem intervencionados. O programa de manuteno pode ser cumprido com menor frequncia mas com maior ateno aos detalhes ou com maior frequncia mas com intervenes mais simples. As maiores actividades requerem frequentemente a remoo da bomba do local de instalao para as oficinas. Durante esse tempo a unidade est indisponvel podendo haver perda total na produo ou um custo de substituio temporria. Estes custos podem ser minimizados por uma programao cuidada e atempada da paragem. O custo total da manuteno de rotina o resultado do produto dos custos por interveno pelo nmero de intervenes esperadas durante o ciclo de vida da bomba. Embora as avarias no possam ser previstas, podem ser estimadas estatisticamente pelo clculo do tempo mdio entre avarias. oCustos de paragens e perdas de produo O custo de paragens imprevisveis e de perdas de produo so uma parcela muito significativa no valor CCV e pode rivalizar com os custos energticos ou com os custos de peas de substituio. Na maior parte das vezes os custos de paragem so inaceitveis por representarem custos superiores instalao de um equipamento de substituio ou reserva. Se for utilizado um equipamento de reserva, o custo inicial ser mais elevado mas os custos de manuteno no programada incluiro apenas os custos da reparao. O custo de perda de produo ou de indisponibilidade podem ser considerados dependente do tempo de paragem e devem ser analisados para cada caso especfico. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina12 Custos ambientais. O custo da destruio de fluidos contaminantes durante o tempo de vida de um sistema de bombeamento varia bastante dependendo da natureza do produto bombado. Exemplos de contaminao ambiental podem incluir: destruio da caixa do empanque, bombagem de produtos corrosivos, uso de peas contaminadas etc. Os custos de infraco ambiental devero ser includos, sob o risco de representarem externalidades. Custo de desmontagem e desmantelao Na maioria dos casos, o custo da desmantelao de um sistema de bombeamento tem pequenas variaes em relao a diferentes concepes. Existem procedimentos legais e regulamentares para lquidos txicos, radioactivos ou qualquer outro tipo agressivo. Quando a destruio tem um custo demasiado elevado, o CCV torna-se particularmente sensvel vida til do equipamento. oCustos Totais do Ciclo de Vida Os custos estimados para as vrias depois de somadas permitem uma comparao das diferentes solues analisadas.Existem tambm factores financeiros a serem tomados em considerao no desenvolvimento do CCV. Estes incluem: oPreos actuais da energia; oActualizao do valor anual da energia; oTaxa de inflao; oTaxa de juros; oVida til esperada para o equipamento. Adicionalmente o utilizador deve decidir quais os custos a inclurem, tais como a manuteno, paragens, ambiental, destruio e outros custos importantes. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina13 5.Implementao da metodologia o5.1. - Na fase de projecto A concepo e o projecto do sistema sero sempre o elemento mais importante na minimizao do CCV. O projecto deve considerar a interaco entre a bomba e o resto do sistema e o clculo do ponto de operao do sistema. As caractersticas da tubagem do sistema deve ser calculado a fim determinar o desempenho requerido da bomba. Isto aplica-se quer a sistemas simples quer a sistemas mais complexos. Ser importante analisar a sensibilidade ou adaptabilidade do sistema escolhido a situaes diferentes das previstas no projecto. Por exemplo, nos sistemas de distribuio de gua domstica existe a incerteza do crescimento populacional, da sua capitao ou mesmo da taxa de ligao ao longo do tempo. Um sistema mais flexvel na explorao pode apresentar uma mais valia acrescida. Os custos de aquisio e os custos operacionais totalizam o custo total de uma instalao durante sua vida, estando directamente dependentes do dimetro da tubagem e dos restantes componentes do sistema. Uma quantidade considervel das perdas da energia no sistema devido s perdas de carga contnua, mas tambm em singularidades. O dimetro da tubagem deve ento ser seleccionado com base nos seguintes factores:Economia da instalao (bombas e sistemas); Utilizao de velocidades econmicas, Considerar um dimetro interno mnimo quando se transportam lquidos com slidos; Considerar uma velocidade mxima de modo a minimizar a eroso na tubagem e acessrios; Considerar dimetros padro da tubagem em instalaes semelhantes. Diminuir o dimetro das tubagens tem os seguintes efeitos:diminuem os custos de aquisio de tubagens e acessrios da instalao; Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina14 aumentam os custos da instalao da bomba e de operao em consequncia do aumento da perdas de carga, resultando a necessidade de motores com maior potncia; aumentam os custos de energia elctrica; aumentam os custos de operao em consequncia do maior consumo energtico devido ao aumento de perdas por atrito. Analogamente, alguns custos aumentam com tamanho crescente da tubagem como por exemplo os de aquisio, mas outros diminuiro. As tubagens devem assim ser dimensionadas por critrios de minimizao dos custos globais. O ponto de funcionamento de um sistema determinado pela interseco da curva da instalao e da curva caracterstica do equipamento de pressurizao como mostrado em Figura 3.

Figura 3. Ponto de funcionamento de um sistema Um sistema pode necessitar de operar em diversos pontos de funcionamento, no qual o maior caudal ou altura manomtrica determinaro a escolha da bomba. Deve ser considerado com ateno a durao prevista para os diferentes pontos de funcionamento de modo a seleccionar correctamente o nmero das bombas a instalar e o comando e controle. Os longos e fastidiosos clculos associados ao clculo das perdas de carga podem hoje, graas capacidade de processamento, ser substitudos por programas informticos, facilitando significativamente o processo de clculo. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina15 o5.2. Aplicao a sistemas existentes As seguintes etapas indicam algumas tarefas que podem identificar pontos onde poder ser possvel melhorar um sistema de bombagem existente:Montar um inventrio completo do sistema de bombagem; Determinar os fluxos requeridas para cada carga no sistema; Equilibrar o sistema para encontrar os diferentes fluxos e cargas requeridas; Avaliar as perdas de carga no sistema; Efectuar mudanas bomba para minimizar a carga no sistema; Identificar bombas com custo de manuteno elevado. Dois mtodos podem ser usados na anlise de sistemas de bombagem existentes. O primeiro consiste em observar as condies de operao do sistema in-situ, e o segundo consiste em executar clculos usando as equaes da mecnica dos fluidos. O primeiro mtodo confia em observaes efectuadas no sistema (presses, presses diferenciais, e caudais), enquanto que no segundo cria-se um modelo matemtico, to exacto quanto possvel do sistema e depois simula-se as presses e os caudais dentro do modelo. Os dois modelos no so incompatveis, mas antes completam-se. Observar o sistema permite ver como o sistema se comporta, mas as exigncias operacionais do sistema limitam o mbito da experimentao. Desenvolvendo um modelo do sistema, podem-se facilmente simular vrias alternativas do sistema, mas antes o modelo deve ser validado para segurar que representa exactamente o sistema que se est a estudar. No obstante o mtodo usado, o objectivo ficar com uma ideia exacta de como as vrias partes do sistema operam e identificar onde as melhorias podem ser feitas e o sistema optimizado. A seguinte lista de verificao fornece alguns tpicos teis para reduzir o custo de ciclo de vida de um sistema de bombagem existente: o Considerar todos os itens com custos relevantes no custo de ciclo de vida; o Escolher bombas e sistemas novos usando consideraes de CCV; o Optimizar o custo total considerando custos operacionais e custos de aquisio; Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina16 o Considerar a durao dos diferentes pontos de funcionamento da bomba; o Combinar o equipamento s necessidades do sistema para o mximo rendimento; o Combinar o tipo da bomba solicitao pretendida; o No sobredimensionar a bomba; o Especificar motores de elevada eficincia; o Avaliar a eficcia do sistema; o Monitorizar a bomba e o sistema; o Considerar a energia desperdiada em vlvulas de controlo; o Optimizar a manuteno preventiva; o Seguir as normas do fabricante. 6.Exemplos de aplicao do Custo de Ciclo de Vida 6.1 - Sistema de bombagem existente com uma vlvula de controlo de caudal. Neste exemplo, um circuito de bombagem transporta um lquido contendo alguns slidos de um tanque de armazenamento para um tanque pressurizado. Um permutador de calor aquece o lquido, e uma vlvula de controlo regula o caudal no tanque pressurizado a 80 m3/h. Na figura seguinte apresenta-se um esquema simplificado do sistema. Figura 4 Sistema de bombagem estudado O sistema apresenta problemas na vlvula de controlo (VC) que falha devido eroso causada pela cavitao. A vlvula tem apresentado avarias a cada 10 a 12 meses com um custo mdio de 4 000 EUROS por reparao. Est a ser considerada a substituio da vlvula existente por outra que possa resistir cavitao. Antes da troca da vlvula de Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina17 controlo, foram consideradas outras opes e executada uma anlise de custo do ciclo de vida s solues alternativas. De modo a equacionar vrias alternativas analisou-se o actual funcionamento do sistema. Verificou-se que a vlvula de controlo opera actualmente com uma abertura de 15-20% e com um considervel rudo de cavitao. Parece que a vlvula no se encontra correctamente adaptada instalao. Aps a reviso dos clculos do projecto, descobriu-se que a bomba instalada estava sobredimensionada (110 m3/h em vez de 80 m3/h previstos), originando uma maior perda de presso atravs da vlvula de controlo do que inicialmente estimado. Em consequncia do grande diferencial de presso, a vlvula apresenta danos de cavitao em intervalos regulares, demonstrando que a vlvula de instalada no apropriada para este processo. As seguintes opes foram estudadas: a) Substituir a vlvula de controlo de modo a suportar o grande diferencial de presso; b) Alterar o impulsor da bomba para reduzir a altura manomtrica; c) Instalar um Variador de Frequncia (VF), e remover a vlvula de controlo; d) Manter o sistema actual, admitindo um reparo anual da vlvula. Na figura 5 so apresentados os pontos de funcionamento associados a cada uma das solues. Figura 5. Pontos de funcionamento de cada alternativa estudada. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina18 A substituio da vlvula de controlo apresenta um custo de aquisio e instalao de 5000.Alterando o dimetro do impulsor para 375 milmetros, a carga total da bomba reduzida a 42.0 m e 80 m 3/h. Esta perda de presso reduz a presso diferencial atravs da vlvula de controle em 10m, aproximando a vlvula do ponto para que foi projectada. O custo de energia anual com o impulsor menor 6 720 por o ano, aos quais deve ser acrescentado 2 250 para alterar o impulsor, valor que inclui o custo de desmontar e remontar a bomba.Um variador de frequncia de 30 kW tem um custo de 20 000 , acrescidos de 1 500 Euros adicionais para a instalao e 500 anuais para manuteno. Espera-se que no seja necessrio nenhuma reparao nos 8 anos seguintes.Mantendo o sistema inalterado resultar num custo anual de 4 000 para reparao da vlvula.Na anlise de CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critrios e suposies:O preo de energia actual actualmente 0.08 /kWh e a eficincia do motor de 90%; O processo operado em 80 m3/h em 6.000 horas/ano; O custo anual para a manuteno peridica das bombas de 500 por ano, com um custo da reparao de 2 500 cada segundo ano; No h nenhum custo de eliminao ambiental associada; Este projecto tem uma vida de 8 anos; A taxa de juro foi de 8% e uma taxa de inflao de 4% esperado. Os clculos do custo de ciclo de vida para cada uma das quatro opes so resumidos na Tabela 1. Tabela 1 Custos de Ciclo de Vida (CCV) das vrias solues estudadas Alternati va AAlternati va BAlternativa CAlternativa D Investimento inicial ()5 0002 25021 5000 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina19 Custo da energia (/kW)0.080.080.080.08 Horas por ano6 0006 0006 0006 000 Custo de Energia ()11 0886 7205 56811 088 Custos de Manuteno ()5005001 000500 Custos de Reparao ( ) ()2 5002 5002 5002 500 Outros custos anuais ()---4000 Custos Ambientais ()---- Custos de desmantelao ()---- Vida til8888 Taxa de juro (%)8888 Taxa de Inflao (%)4444 Valor de CCV ()91 82759 48174 313113 930 A opo B, alterar o impulsor, tem o custo de ciclo de vida mais baixo e apresenta-se como a soluo economicamente mais favorvel, com base nos pressupostas apresentados. 6.2 - Escolha do sistema de pressurizao na fase de projecto Neste exemplo ser analisado o custo do ciclo de vida para diferentes sistemas de pressurizao a um edifcio de habitao. De modo a simplificar a anlise considera-se que o sistema de pressurizao ser alimentado directamente de um reservatrio com nvel constante onde a gua mantida presso atmosfrica. Para garantir a presso residual mnima, com um caudal de ponta de 6 L/s, a altura manomtrica dever ser de 5.0 Bar. Foram comparadas as seguintes solues:a) Elevar a gua para um reservatrio superior, o qual abastecer graviticamente qual toda a rede domstica; b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade fixa; c) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade varivel. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina20 a) Elevar a gua para um reservatrio superior. Nesta opo, dever ser instalado um reservatrio superior a uma cota que permita uma presso residual, no aparelho mais desfavorvel. Existe portanto um nico ponto de funcionamento como demonstrado na figura seguinte: Figura 6 O funcionamento do sistema de pressurizao funcionar, por ciclos, em funo do volume do reservatrio superior. No final de um ciclo (dirio, semanal ou mensal) o volume de gua elevado ser igual ao volume de gua consumido. Para este sistema optou-se pela instalao de duas bombas do tipo CR 20-5, cujas parcelas de CCV so apresentadas na tabela 2. Considerou-se um perodo dirio de bombagem de 8 horas. b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade fixa; Nesta soluo, a pressurizao ser realizada por ciclos, entre a presso mxima e mnima (estabelecida em funo do caudal provvel e a presso residual no aparelho mais desfavorvel). Consequentemente o caudal na rede variar entre os valores estabelecidos para arranque e paragem dos grupos. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina21 Neste sistema existe um conjunto de pontos de funcionamento, ao longo da curva caracterstica da bomba. Assim, existe uma variao nos caudais bombados, conforme apresentado na figura 2. Optou-se pela instalao de uma central hidropneumtica de velocidade fixa do tipo Hydro 1000 composta por trs bombas CR 10-7. Os ciclos de funcionamento esto muito dependentes do consumo dos caudais na rede. Na anlise de custos considerou-se um funcionamento de 3300 horas anuais com o seguinte perfil de carga: Tabela 2 Perfil de carga considerado 12345 Caudal (%Qp)10075553512 Presso (%Pmx)100100100100100 Tempo (h)1503004509001500 Os valores do CCV so resumidos na tabela 2. Figura 7 - Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina22 c) Instalar um sistema sobrepressor com variador de frequncia, junto ao reservatrio inferior Neste sistema, embora de funcionamento mais simples, a anlise do sistema mais complexa uma vez que a bombagem ser directamente efectuada para a rede de distribuio, acompanhando portanto as flutuaes de caudais verificados nesta. Nas figuras seguintes so apresentadas as possveis alteraes s curvas caractersticas da bomba e da instalao, relativamente s situaes anteriores. Em primeiro lugar, para a mesma altura geomtrica, a curva caracterstica da instalao variar por aumento do caudal (Fig 8a). Por outro lado, existindo por vezes desfazamento entre os consumos dos aparelhos de diferentes pisos, h variao do termo independente do caudal, a altura geomtrica), logo a curva caracterstica da instalao varia conforme demonstrado na figura 8b. H ainda a considerar que num sistema desta natureza, a velocidade de rotao da bomba pode variar, logo a curva caracterstica da bomba toma as formas apresentadas na figura 8c. assim possvel responder a uma grande variabilidade de situaes. O sistema de pressurizao consegue assim satisfazer um grande nmero de solicitaes ou leis de consumo, dentro dos limites impostos pelo equipamento electromecnico e pela instalao. Na figura 8d apresentado a gama de pontos de funcionameno admitida por este sistema. Trata-se portanto de um sistema com grande flexibilidade.

Os gastos de energia so mais difceis de estimar porque a variabilidade real dos caudais tambm o . No presente exemplo foi estimado o mesmo perfil de carga definido para o sistema anterior. Trata-se de uma simplificao conservativa uma vez que em muitas situaes o consumo de energia ser inferior ao simulado. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina23 Figura 8 Curvas caractersticas Figura 9 - Na anlise de CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critrios e suposies:Os custos dos equipamentos electromecnicos so valores mdios de mercado O preo de energia actual 0.08 /kWh e a eficincia do motor de 90%.Foi desprezado o custo da energia a diferentes horas do dia. O custo anual para a manuteno peridica para bombas de 500 por ano, com um custo da reparao de 1 000 cada segundo ano. No h nenhum custo de eliminao ambiental associada.Este projecto tem uma vida de 15 anos.A taxa de juro e a taxa de inflao foram consideradas iguais a 3,5%; No foram considerados os custos decorrentes da construo do reservatrio superior e o acrscimo estrutural deste no edifcio. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina24 Os clculos do custo de ciclo de vida para cada uma das quatro opes so resumidos na Tabela 3. Tabela 3 Custos de Ciclo de Vida (CCV) das vrias solues estudadas Alternativa AAlternativa BAlternativa CInvestimento inicial (*)()6 6466 19610 406 Custo da energia (/kW)0.080.080.08 Consumo de Energia (kWh/ano)16 22311 8047 136 Custo de Energia ()19 46814 1658 563 Custos de Manuteno ()5005001 000 Custos de Reparao (cada 2 anos) ()1 0001 0001 000 Outros custos anuais ()300-- Custos Ambientais ()--- Custos de desmantelao ()--- Vida til151515 Taxa de juro (%)3,53,53,5 Taxa de Inflao (%)3,53,53,5 Valor de CCV ()41 41435 36133 969 (*) Nesta alternativa no foi considerado o custo do reservatrio superior e o acrscimo estrutural por incorporao de um reservatrio no telhado Nesta anlise, a instalao de uma central hidropneumtica de velocidade varivel mostra-se como a soluo mais flexvel e apesar de ser a soluo com maior investimento inicial apresenta os menores custos energticos (menos de metade dos custo da primeira soluo) sendo a soluo que apresenta o menor valor de CCV. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina25 7.Referncias bibliogrficas

Europump, Hydraulic Institute, US Department of Energy, Pump life cycle costs: A guide to LCC analysis for pumping systems, 2000. (ISBN 1-880952-58-0) European Commission, Study on improving the energy efficiency of pumps, February 2001 European Commission SAVE, Study on improving the efficiency of pumps, 2001. Stoffel, B. and Lauer, J ., Theoretically attainable efficiency of centrifugal pumps, VDMA project - Final report, Technical University of Darmstadt, 1994. Fuller, Sieglinde K., Petersen, Stephen R. Life-cycle costing manual, Federal Energy Management Program, 1995