Manual Bombeamento

EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTOMANUAL PRTICO

CrditosTrabalho elaborado no mbito do contrato realizado entre a ELETROBRS/PROCEL e o consrcio EFFICIENTIA/FUPAI MME - 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 20090-004 - Rio de Janeiro RJ www.eletrobras.com/procel - [email protected] 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

CONSRCIO EFFICIENTIA/FUPAI EFFICIENTIA Av. Afonso Pena, 1964 7 andar Funcionrios CEP 30130-005 Belo Horizonte MG www.efficientia.com.br - [email protected] Diretor Presidente da Efficientia Elmar de Oliveira Santana Coordenador Geral do Projeto Jaime A. Burgoa / Tlio 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 [email protected] 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 AUTORES Marcelo Gaio Monachesi Marco Aurlio Guimares Monteiro Co-autor: Carlos Roberto Rocha

* Professores da Universidade Federal de Itajub

ApresentaoCriado em 1985, pelo Governo Federal, o Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica (PROCEL) coordenado pelo Ministrio de Minas e Energia e implementado pela ELETROBRS. O objetivo principal do PROCEL contribuir para a reduo do consumo e da demanda de energia eltrica no pas, por meio do combate ao desperdcio deste valioso insumo. A ELETROBRS/PROCEL mantm estreito relacionamento com diversas organizaes nacionais e internacionais cujos propsitos estejam alinhados com o citado objetivo. Dentre elas, cabe ressaltar o Banco Mundial (BIRD) e o Global Environment Facility (GEF), os quais tm se constitudo em importantes agentes financiadores de projetos na rea da eficincia energtica. Nesse contexto, o GEF, que concede suporte financeiro a 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. Dentre eles, destaca-se o projeto Disseminao de Informaes em Eficincia Energtica, concebido e coordenado pela ELETROBRS/PROCEL e realizado pelo Consrcio Efficientia/ Fupai, com o apoio do Programa das Naes Unidas para o Desenvolvimento (PNUD), que objetiva divulgar informaes sobre tecnologias de uso eficiente de energia para os profissionais dos setores industrial, comercial, prdios pblicos e saneamento, difundindo aspectos tecnolgicos e operacionais que permitam reduzir o desperdcio de energia eltrica. O objetivo deste manual instrumentalizar os interessados com informaes teis e prticas, capacitando-os para identificar oportunidades de reduo de custos e de consumo de energia em seu sistema.

SumrioINTRODUO ............................................................................................................... 9 Parte I - PLANO DE AO ............................................................................................. 13 1 - CARACTERIZAO DO SISTEMA E DA INSTALAO ONDE EST INSERIDO ....... 13 1.1 - Conhecimento de um sistema de bombeamento genrico ......................................... 13 1.2 - Conhecimento do sistema de bombeamento especfico da sua empresa .............. 15 2 - IDENTIFICAO E SELEO DAS OPORTUNIDADES DE MELHORIAS .................. 17 2.1 - Oportunidades para melhorar um sistema de bombeamento genrico ................. 17 2.2 - Oportunidades para melhorar um sistema especfico da sua empresa .................... 20 3 - IMPLEMENTAO DAS AES DEFINIDAS ............................................................ 21 3.1 - Implementao de melhorias em um sistema de bombeamento genrico .......... 21 3.2 - Implementao das aes definidas no sistema especfico da sua empresa ......... 21 4 - AVALIAO DOS RESULTADOS E REINCIO DOCICLO DO PLANO DE AES ...... 22 Parte II - OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICINCIA .................................... 27 1 - IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NO USO FINAL DA GUA ...................... 27 1.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia no bombeamento ....................... 27 1.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia no uso final da gua ................. 28 1.2.1 - Reduo de perdas por vazamento .................................................................................... 28 1.2.2 - Reduo do desperdcio de gua ........................................................................................ 29 1.3 - Exemplos ........................................................................................................................................... 30 2 - IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NA DISTRIBUIO DA GUA ................ 31 2.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia na distribuio da gua ............. 31 2.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia na distribuio da gua .......... 31 2.2.1 - Reduo da altura manomtrica .......................................................................................... 31 2.2.2 - Reduo de perda de carga pelo aumento do dimetro da tubulao ................ 32 2.2.3 - Melhoria da rugosidade e reduo na perda de carga ................................................ 36 2.2.4 - Aumento da capacidade dos reservatrios ...................................................................... 42 2.2.5 - Uso de reservatrios de jusante e abastecimento em marcha ................................. 46

2.2.6 - Uso de mais de um reservatrio ........................................................................................... 46 2.2.7 - Outras medidas ........................................................................................................................... 47 3 - IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NO BOMBEAMENTO DA GUA ............ 51 3.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia no bombeamento da gua ...... 51 3.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia no bombeamento da gua ... 51 3.2.1 - Melhoria do rendimento da bomba ................................................................................... 51 3.2.2 - Melhoria do rendimento do motor ..................................................................................... 59 3.2.3 - Reduo do peso especfico .................................................................................................. 60 3.2.4 - Reduo da vazo recalcada .................................................................................................. 61 3.2.5 Reduo pela variao da velocidade (rotao da bomba) ...................................... 62 3.2.6 - Associao adequada de bombas ....................................................................................... 64 3.2.7 - Eliminando os problemas de cavitao ............................................................................. 73 3.2.8 - Evitando a recirculao ............................................................................................................ 83 3.3 - Sugestes para identificao de oportunidades ............................................................... 83 4 - IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NO SISTEMA EM GERAL ........................ 84 4.1 - Automao ....................................................................................................................................... 84 4.2 - Outras medidas .............................................................................................................................. 85 Parte III - FONTES DE CONSULTA ................................................................................. 89 1 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 89 2 - LINKS TEIS ............................................................................................................. 90 3 - RGOS E INSTITUIES ........................................................................................ 91 ANEXOS ......................................................................................................................... 93

MANUAL PRTICO - EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO

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IntroduoO uso de bombas de gua indispensvel e, em conseqncia, o da energia eltrica utilizada para o acionamento dos motores que as fazem funcionar. Assim, se difcil evitar a degradao ambiental pela explorao irracional dos recursos hdricos, uma importante contribuio nesse contexto consiste em reduzir ao mximo o uso irracional da energia, se no pela conscientizao ambiental da necessidade de deixar para as futuras geraes um planeta em melhores condies de habitabilidade, ao menos para reduzir os custos dos servios, que, em ltima anlise, sero sempre pagos pela sociedade, no importando se o arranjo para a prestao desse benefcio venha a ser patrocinado pelo Poder Pblico ou pelo setor privado.

ObjetivoFornecer aos profissionais de empresas que possuem sistemas de bombeamento de gua informaes teis e prticas, capacitando-os para identificar oportunidades de reduo de custos e de consumo de energia em seu sistema.

Pblico alvoTcnicos, engenheiros e participantes de Comisses Internas de Energia (CICE) em cujas empresas existam sistemas de bombeamento de gua, consultores de engenharia e demais profissionais que trabalhem com esses sistemas.

Orientaes geraisEste Manual faz parte de um conjunto de publicaes editadas pela Eletrobrs/Procel. Apresenta, de forma sucinta, dicas para reduzir custos e o consumo de energia. Simultaneamente, a Eletrobrs/Procel publica o livro EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO, com contedo mais abrangente sobre este tema, para servir de material de consulta e suporte para aqueles profissionais que desejarem se aprofundar mais no assunto. As oportunidades de eficientizao energtica apontadas neste Manual constituem um extrato dos conceitos e fundamentos apresentados na referida publicao. Assim, ao apresentar as informaes neste Manual, procuraremos referenciar o texto original, caso o usurio queira obter mais informaes sobre o assunto.

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Procurando oferecer uma ferramenta de uso prtico e til, inclumos um CD contendo uma verso eletrnica deste Manual. O CD contm, ainda, programas, textos, planilhas e tabelas de auxlio, que servem para complementar as informaes e auxiliar no desenvolvimento de um programa de eficientizao. O Manual est dividido em quatro partes: 1. PLANO DE AO 2. OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICINCIA 3. FONTES DE CONSULTA 4. ANEXO Naturalmente, o foco do Manual ser a parte 2, Oportunidades para melhorar a eficincia. Para facilitar e agilizar a consulta a este Manual, no anexo constam as grandezas e unidades de medida, os fatores de converso e as frmulas aqui utilizadas e no texto base (EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO).

PARTE I PLANO DE AO

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PARTE I - PLANO DE AOPara as empresas interessadas em melhorar a eficincia energtica e o desempenho econmico de seu sistema de bombeamento, as etapas a seguir devem ser obedecidas.

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CARACTERIZAO DO SISTEMA E DA INSTALAO ONDE EST INSERIDO

Os componentes de um sistema de bombeamento so: captao/bombeamento; tratamento; armazenagem; distribuio; e uso final. Esses componentes seguem o trajeto do fluido (gua), desde a captao at os pontos de uso final.

1.1- Conhecimento de um sistema de bombeamento genricoO conhecimento de um sistema de bombeamento genrico caracterstico, com seus componentes bsicos e as respectivas condies operacionais, pode facilitar a caracterizao de um sistema de bombeamento em particular (por exemplo, o sistema da sua empresa). A Figura I.1 apresenta um croqui de um sistema tpico de bombeamento de gua, com seus principais componentes.

Figura I.1 - Sistema de abastecimento de gua e seus componentes

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Sistema de captao Pode ser o leito de um rio, um reservatrio, artificial ou no, ou um poo artesiano. Consiste de obras civis que direcionam a gua para o sistema de bombeamento. No consome energia aps sua concluso, mas, devido sua posio (elevao) e caractersticas, pode afetar o consumo do sistema. Sistema de bombeamento Pode ser uma bomba ou um conjunto de bombas. o sistema responsvel pela maior parte do consumo de energia de todo o sistema de abastecimento de gua. Pode localizar-se ao longo de todo o sistema, com o fim de bombear gua bruta ou gua tratada. No caso de boosters (bombeamento intermedirio), serve como estao de transferncia de energia potencial para a gua, dando lhe condio de atingir presses ou alturas mais elevadas. Sistema de tratamento Local onde a gua bruta tratada, tornando-a adequada para o consumo. Nele esto localizados sistemas de mistura, limpeza, laboratrios e instalaes administrativas que possuem equipamentos, de consumo de energia. Alm desses equipamentos as bombas de gua tratada podem estar localizadas nesse sistema. Sistema de armazenagem Consiste em reservatrios usados para regularizar o abastecimento. Conforme seu dimensionamento, auxilia na reduo do consumo de energia em horrios cujo consumo seja mais caro (horrio de ponta); isto , reduz o custo total da energia. Sistema de distribuio Formado por adutoras, que interligam os sistemas de captao e de tratamento com os reservatrios ou boosters. Enfim, interliga unidades da empresa, sem incluir as redes que abastecem os consumidores finais. Estas compem o sistema de distribuio juntamente com as adutoras. Como consiste de tubos, vlvulas, conexes e outros acessrios, no envolve consumo de energia, mas seu acabamento interno, posicionamento, comprimento, dimetro e obstrues presentes influem decisivamente no dimensionamento dos sistemas de bombeamento. Uso final Representa o conjunto de equipamentos consumidores de gua: torneiras, tanques, chuveiros, bacias sanitrias, lavadores, etc. o ponto final do sistema de abastecimento, sobre o qual a empresa de abastecimento no tem controle. exatamente sua demanda por gua que determina o dimensionamento de todo o sistema de abastecimento e o consumo de energia. Balano tpico de energia O conhecimento do balano energtico caracterstico deste sistema contribui para a identificao das perdas que reduzem a eficincia do sistema. Tambm, fornece um ponto


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de partida para reconhecer as oportunidades e selecionar e implementar aes de melhorias da eficincia. A Figura I.2 mostra um balano de energia caracterstico, com as perdas de um sistema de bombeamento e distribuio.

Figura I.2 - Diagrama de balano de energia com as perdas do sistema A Figura I.2 apresenta um balano simplificado e considera apenas uma bomba no sistema. As eficincias das bombas so multiplicadas quando colocadas em srie no sistema. No foram consideradas as perdas comerciais provenientes de erros de medio, fraudes, etc.

1.2 - Conhecimento do sistema de bombeamento especfico da sua empresaPara caracterizar um sistema de bombeamento especfico, sugerem-se os seguintes passos: a) Elaborar um diagrama de blocos das instalaes da planta ou dos processos industriais, indicando o fluxo da gua. b) Baseado no leiaute do sistema, indicar a localizao de seus componentes e as condies operacionais nominais ou de projeto (elevaes/alturas, presses, vazes). c) Criar um perfil dos parmetros operacionais (demanda de gua, consumo de energia eltrica, vazes na captao/bombeamnto e distribuio) do sistema ao longo do dia, semana, ms e ano, o que for necessrio para entender o funcionamento do sistema e verificar sazonalidades ou no.

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d) Levantar os dados reais (medies). A partir da instrumentao existente ou de medies instantneas, verificar os valores reais dos parmetros operacionais. Levantar o regime de funcionamento, os picos de carga, o consumo e as capacidades total e por perodo. Simultaneamente, deve-se contabilizar a populao ou as unidades atendidas no perodo de medio. Documentar, por meio de impressos e fotos, a situao do momento. e) Analisar os dados e estabelecer os valores de referncia. Com as informaes obtidas, estabelecer a linha de base ou condio de referncia da situao presente da instalao. Criar ndices relativos produo ou consumo (por exemplo, m/kW por 100 m de elevao ou kWh/m), ndices monetrios (valor da produo / kWh, faturamento / kWh). Esses valores e ndices sero usados no futuro para comprovar, ou no, o acerto nas medidas de eficientizao implantadas. Os indicadores de eficincia energtica usuais nos servios de abastecimento pblico so os de custo unitrio da energia adquirida da concessionria (custo especfico) e os que relacionam a energia consumida com o volume de gua bombeado (consumo especfico). O primeiro, normalmente formulado como R$/MWh, tem por finalidade aferir com que eficincia a empresa/servio est adquirindo energia, levando em conta que para elevatrias a partir de um certo porte (potncia instalada) as concessionrias de energia eltrica oferecem vantagens no preo para compromissos de desligamento ou reduo de consumo em determinadas horas do dia e/ou do ano. O segundo costuma ser expresso em kWh/m (quilowatt hora por metro cbico bombeado, ou metro cbico produzido, ou, em alguns casos, por metro cbico faturado). Este parmetro mede o desempenho dos equipamentos de bombeamento do sistema em termos de rendimento, alm da concepo do prprio sistema, uma vez que valores elevados deste indicador podem significar perdas de carga excessivas nas linhas de recalque ou m concepo de zonas de presso (excesso de bombeamentos), dentre outras possibilidades. Embora muito til no acompanhamento em sries temporais de uma determinada elevatria ou de um determinado sistema, presta-se pouco comparao entre sistemas de caractersticas fsicas diferentes. No caso de grandes alturas de recalque por insuficincia de mananciais em cotas favorveis (situao cada vez mais comum no nosso pas, infelizmente) no h como o indicador apresentar valor inferior a outro sistema em que as alturas sejam menores. Outros indicadores importantes so o custo da energia / m vendido e R$ faturados / m bombeado. Para este ultimo ndice, quanto maior o valor melhor o desempenho global. ndices de referncia (benchmarks) em sistemas de bombeamento devem ser cuidadosamente analisados, pois a localizao, o porte da instalao, o sistema tarifrio de


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energia e a densidade do consumo os influenciam. Assim, o estabelecimento de um valor de, por exemplo, 0,6 kWh/m, como um valor de referncia, deve ser acompanhado de todas as condies que envolveram o seu clculo.

Poderamos definir uma eficincia energtica do sistema se relacionssemos a somatria das energias necessrias para abastecer cada consumidor de um sistema com a energia efetivamente gasta, isto : Eficincia do Sistema = Em que: o peso especfico da gua transportada; Vi o volume de gua abastecido ao consumidor i; Hi a elevao ou altura onde entregue a gua do consumidor i; e ET a energia total consumida pelo sistema de abastecimento para atender o conjunto de consumidores. Mas esse um valor de difcil obteno, devido quantidade de consumidores e necessidade de cadastrar a elevao de cada um deles. . (Vi . Hi) ET

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IDENTIFICAO E SELEO DAS OPORTUNIDADES DE MELHORIAS

Quando se busca a melhoria da eficincia de um sistema de bombeamento especfico, a principal etapa a identificao das oportunidades.

2.1 - Oportunidades para melhorar um sistema de bombeamento genricoMuitas oportunidades para melhorar a eficincia de sistema de bombeamento so comuns em muitos sistemas de abastecimento de gua. Estas oportunidades podem ser classificadas de acordo com a parte do sistema na qual so implementadas. Oportunidades comuns de melhoria da eficincia para as reas de bombeamento, distribuio e uso final de um sistema de abastecimento de gua sero descritas na parte II deste Manual. As tabelas I.1 a I.3 apresentam um resumo delas.

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Tabela I.1 - Oportunidades para melhorar a eficincia no uso final

OPORTUNIDADE

DESCRIO Uso de vlvulas redutoras de presso. Setorizao da rede de distribuio.Deteco mais rpida das perdas, mediante a automao e o controle da rede e a atuao para sua correo. Pesquisa de vazamentos planejada e freqente. Uso de equipamentos de baixo consumo de gua.Campanhas educativas.Cadastro, capacitao e ce r t i f i c a o d e p ro f i s s i o n a i s. I n ce nt i vo re c i clagem ou reaproveitamento. Campanhas de caa aos vazamentos.

Reduzir as perdas por vazamento.

Reduzir o desperdcio de gua.

Tabela I.2 - Oportunidades de melhoria da eficincia na distribuioOPORTUNIDADE Reduzir a altura manomtrica. DESCRIO R e p o s i c i o n a m e n to o u d i v i s o d e re s e r atrios para atender por zona de presso. Uso de mais de um reservatrio. Seleo econmica do dimetro baseado n o c u s to to t a l ( i nve s t i m e nto i n i c i a l + custo operacional). Uso de materiais adequados.Limpeza do interior dos tubos com pig. Aumento da capacidade dos reservatrios. Uso de variadores de velocidade nos motores das bombas.Adequao do forn e c i m e n t o c o m o u s o d o r e s e r v a t r i o, evitando o uso no horrio de ponta. Uso de vlvulas e controladores de nvel. Programas de inspeo, operao e manuteno.

Reduzir a perda de carga pelo aumento do dimetro da tubulao. Melhorar a rugosidade e reduzir a perda de carga. Deslocar o consumo de energia do horrio de ponta. Usar reservatrios de jusante e abastecimento em marcha.

Reduzir vazamentos.


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Tabela I.3 - Oportunidades de melhoria da eficincia no bombeamento

OPORTUNIDADE Melhorar o rendimento da bomba.

DESCRIO Seleo adequada da bomba. Verificao do ponto de funcionamento e ajuste para a faixa de maior rendimento. Adequao do motor carga da bomba. Uso de motores de alto rendimento. Construo de reservatrios por zona de presso. Us o d e va r i a d o re s d e ve l o c i d a d e p a ra acionamento de bombas que trabalham com variao de carga ao longo do dia. A s s o c i a o e m s r i e, p a r a l e l a o u i n d i v i d u a l, p ro c u ra n d o o t i m i z a r o p o nto d e funcionamento do sistema. O N P S H d i s p o n ve l c a l c u l a d o d e ve s e r superior em 20% e no mnimo em 0,50 m ao NPSH requerido pela bomba em todos os pontos de operao. Uso de anis de desgaste ou outros d i s p o s i t i vo s d e ve d a o c o m a s fo l g a s corretas.

Melhorar o rendimento do motor. Reduzir a vazo recalcada.

Reduzir pela variao da velocidade.

Fazer a associao adequada de bombas.

Eliminar os problemas de cavitao.

Evitar a recirculao.

Tabela I.4 - Oportunidades de melhoria da eficincia no sistema em geral

OPORTUNIDADE Promover a automao.

DESCRIO Uso de controladores programveis, pressostatos, timers, chave -boia, programas de gerenciamento da rede. Contratao de energia com base no sistema tarifrio mais adequado ao regime de funcionamento e por te da empresa. Eficientizao do sistemas de iluminao, climatizao, equipamentos de tratamento e limpeza.

Fazer a adequao do contrato de energia.

Reduzir o consumo prprio de gua.

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Tabela I.5 - Oportunidades de economia em sistema de bombeamento REAS PARA MELHORIA Uso final da gua Reduo de vazamentos Melhoria da rugosidade Melhoria do rendimento do motor Melhoria do rendimento da bomba Variadores de velocidade ENERGIA ECONOMIZADA At 70% 15% 15% 5% 5% 27%

2.2 - Oportunidades para melhorar um sistema especfico da sua empresaCom o objetivo de identificar oportunidades de melhorar o sistema de bombeamento e de economizar energia, sugerem-se os seguintes passos: a) Obter valores de referncias (benchmark). Esses valores podem ser histricos ou de outras empresas com sistema semelhante. Cuidado com as condies de contorno, como alturas envolvidas, porte do sistema, tipo de tecnologia empregada e condies ambientais, que determinaram o consumo de referncia. Isto , no compare laranja com banana. Apesar de o ndice de perda no Brasil ser superior a 30%, considera-se que 15% seja aceitvel, incluindo-se neste ndice as perdas fsicas e comerciais. b) Estabelecer metas de reduo. No estabelea metas para valores absolutos. Isto , no se deve procurar reduzir kWh ou m, mas, sim, ndices especficos, como: kWh/m produzido (consumido) e custo da energia/m. c) Identificar as oportunidades de melhoria. (Para obter mais detalhes, consulte a parte II deste Manual). d) Estabelecer as aes necessrias para converter uma oportunidade identificada em melhoria concreta ou realizada. e) Levantar a relao custo/benefcio para cada ao. Considerar os custos de investimento, manuteno e operacionais, e o ciclo de vida da medida. Compare com os benefcios tangveis (reduo de custos de energia, insumos e mo-de-obra) e qualitativos (impacto ambiental, melhoria da imagem, maior conforto e mais segurana). (Ver anexo B do


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livro EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO) f) Selecionar as aes a serem priorizadas. Inicialmente, estabelea critrios e pr-requisitos compatveis com a realidade da empresa, tais como: disponibilidade de recursos, prazo de implantao, influncia sobre a produo ou servio prestado epatrocinadores. Classifique as aes em: de pouco, mdio ou alto investimento; com ou sem parada de produo; curto, mdio ou longo prazo; abrangncia (no uso final, na distribuio, recuperao e/ou na gerao); aquelas que podem ser desenvolvidas por equipe prpria ou por terceiros; complexas ou no; e de baixo ou alto impacto. A partir dos critrios e classificaes, priorize e escolha as aes/medidas que sero implementadas, primeiramente.

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IMPLEMENTAO DAS AES DEFINIDAS

3.1 - Implementao de melhorias em um sistema de bombeamento genricoComo referncia de implementao de melhorias, podem ser estudados casos publicados na literatura ou consultar os fornecedores de equipamentos e/ou componentes a serem utilizados sobre as melhores prticas a serem adotadas.

3.2 - Implementao das aes definidas no sistema especfico da sua empresaa) Planejar todas as atividades necessrias. b) Confirmar a disponibilidade de recursos (materiais, financeiros, humanos e de tempo). c) Implementar a medida. d) Documentar as atividades e custos. e) Medir as melhorias obtidas (medir o sucesso da implantao). Do mesmo modo que no incio (1.c), faa o levantamento dos dados da nova situao, estabelea novos ndices e rendimentos, e ajuste os ndices para as condies atuais, caso elas tenham se modificado ao longo da implantao da medida (aumento de produo, novos consumidores, poca do ano, etc.). f) Comparar com a meta estabelecida, justifique ou ajuste o que no estiver em conformidade. g) Corrigir as dificuldades que surgiram.

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AVALIAO DOS RESULTADOS E REINCIO DO CICLO DO PLANO DE AES

O resultado de qualquer ao implementada deve ser avaliado, e seu impacto no sistema deve ser analisado, determinando se a ao j pode ser considerada concluda. Depois reiniciar o ciclo do plano de ao para outras oportunidades identificadas.

Figura I.3 - Ciclo de implementao do plano de ao A Figura I.3 exemplifica o processo. Primeiramente, uma comisso deve ser criada para responsabilizar-se pelo gerenciamento do Programa de Eficincia Energtica. Seu primeiro passo ser identificar e selecionar as oportunidades. Identificadas as oportunidades a serem desenvolvidas, selecionam-se quais aes sero tomadas, criando-se um plano de ao para cada uma. O plano implementado, e seus resultados so avaliados. Caso os resultados obtidos ainda no tenham atingido o esperado ou novas aes sejam identificadas, novo plano criado, e o ciclo permanece at que todas as aes tenham sido executadas.


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Ento, recomea-se a tarefa maior de identificar e selecionar oportunidades ainda no exploradas anteriormente. A abordagem sistmica A abordagem sistmica analisa todos os lados do sistema, da demanda ao fornecimento, e como se interagem, essencialmente, transferindo o foco dos componentes individuais para a ateno no desempenho global do sistema. Muitas vezes, os operadores esto to focados nas demandas imediatas dos equipamentos que no tm conhecimento de como os parmetros do sistema afetam o equipamento. Similarmente, a abordagem comum da engenharia consiste em explodir (subdividir) o sistema em seus componentes bsicos, ou mdulos; otimizar a escolha (seleo) do projeto ou de seus componentes; e montar estes componentes para formar o sistema. Uma vantagem desta abordagem que ela simplifica os problemas. Entretanto, uma desvantagem que, freqentemente, negligencia a interao entre os componentes. Por outro lado, a abordagem sistmica avalia o sistema de forma global para determinar como as necessidades de uso final podem ser mais efetiva e eficientemente servidas. O aperfeioamento e a manuteno do sistema de bombeamento no seu melhor desempenho requerem no somente a ateno nos componentes individuais, mas tambm a anlise de ambos os lados do sistema, do suprimento e da demanda, e do modo como eles interagem. A aplicao da abordagem sistmica, usualmente, envolve os tipos de aes relacionadas neste Manual.

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PARTE II OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICINCIA

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PARTE II - OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICINCIAO foco deste Manual a eficincia energtica. Porm, ao se estudar ou planejar uma medida de eficientizao em uma parte do sistema, os impactos nas demais partes devem ser avaliados, bem como as conseqncias sobre outros parmetros, como mo de obra, outros insumos (qumicos, por exemplo) e manuteno. Esses impactos devem ser quantificados e considerados nas avaliaes econmicas. Assim, o planejamento das aes deve ser sistmico, tanto na abordagem de todo os componentes do sistema como na composio do grupo que ir estudar a oportunidade. Isto , as reas de engenharia, manuteno, produo, comercial e financeira devem estar representadas ou ser consultadas a respeito de qualquer interveno no sistema. Para a identificao de oportunidades de melhorar a eficincia energtica e o desempenho econmico de sistema de bombeamento, este Manual sugere a metodologia descrita a seguir.

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IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NO USO FINAL DA GUA

Sugere-se que antes de atuar no bombeamento, onde o consumo de energia realmente se d, devem-se priorizar as aes de melhorias na utilizao final da gua e nos sistemas de distribuio, nessa ordem, pois os ganhos nessas reas sero refletidos de modo ampliado no bombeamento. Caso contrrio, corre-se o risco de o bombeamento ficar sobredimensionado.

1.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia no bombeamentoAo se procurar identificar as oportunidades de eficincia energtica, a ateno deve estar focada nas equaes de potncia e consumo de energia:

P=em que:

Q HMT b M

e

C=P.t

P - potncia absorvida da rede eltrica; - peso especfico;

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Q - vazo bombeada; HMT - altura manomtrica total; b- rendimento da bomba; M - rendimento do motor eltrico; C - consumo de energia; e t - tempo. Verifica-se que so cinco os elementos interferentes no clculo da potncia eltrica, sendo que dois - o rendimento da bomba e o rendimento do motor -, influem de forma inversamente proporcional e os outros trs - peso especfico, vazo bombeada e altura manomtrica total - afetam diretamente no resultado da potncia necessria para realizar tal trabalho. As aes empreendidas devem focar na reduo de P, , Q, HMT e t, e no aumento de b e M. Isso implicar, ao menos a reduo do consumo de energia e, espera-se, dos custos. Como salientado na parte I, a eficincia deve ser medida por indicadores especficos; por exemplo, kWh/m faturado. Logo, as medidas a serem adotadas devem, nesse caso, ou reduzir o numerador dessa relao (kWh) ou aumentar o denominador (m faturado), semelhantemente para os demais indicadores. Sem perder a viso sistmica, e de acordo com as reas relacionadas acima, descrevem-se, a seguir as principais oportunidades de melhorias no uso final da gua.

1.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia no uso final da gua1.2.1 - Reduo de perdas por vazamentoSendo a maioria dos sistemas de abastecimento de gua bombeados, bvio que a reduo da perda de gua se traduz em reduzir o consumo de energia eltrica. O cruzamento das informaes do volume disponibilizado para a rede de distribuio com a somatria dos volumes apurados nos medidores dos clientes permite, de forma sistemtica, conhecer o valor dessa perda. No entanto, deve ser observado o seguinte ponto: nem toda perda fsica, isto , pode ser traduzida como vazamento ou consumo prprio. Uma parte importante deve-se impreciso dos prprios medidores taquimtricos (as normas NBR 8194 e 8009 da ABNT regulam esse tipo de medidor); outra parte deve-se aos consumidores clandestinos; e outra parte deve-se queles que violam o medidor, de vrias formas. Assim, parte da perda, se corrigida ou minimizada, no representar reduo de consumo de energia eltrica, mas reduo ou aumento de faturamento do servio de gua considerado.


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Para a reduzir as perdas fsicas, sugerem-se as seguintes medidas: Reduzir a presso da rede pelo uso de vlvulas redutoras de presso.

Promover a setorizao da rede de distribuio conforme faixa de HMT. Fazer a automao e o controle da rede, visando detectar mais rapidamente as perdase providenciar sua correo.

Realizar pesquisas de vazamentos de forma planejada e freqente.Para a reduzir as perdas no fsicas, sugerem-se as seguintes medidas:

Promover campanha de aferio de medidores. Realizar instalao de macromedio para setorizar as perdas e identificar reas crticas. Fazer o monitoramento e cadastramento de consumidores em regies de maioresperdas (favelas) e de consumidores desativados.

1.2.2 - Reduo do desperdcio de guaA gua usada para diversos fins (limpeza, alimentao, diluio). O questionamento da real necessidade daquela utilizao ou daquele montante deve ser a fonte de inspirao para promover seu uso adequado e eficiente. Empresas ticas e com responsabilidade social e ambiental devem apoiar e incentivar o uso racional desse recurso natural precioso, a gua, principalmente se ela tiver sido tratada ou beneficiada, mesmo que isso signifique uma perda momentnea e de curto prazo de receita. As empresas de saneamento devem se conscientizar de que a reduo do desperdcio, apesar de significar menos faturamento tambm implica reduo do custo operacional, do investimento (ao custo marginal de expanso) em sistemas de abastecimento e de esgoto, e aumento do custo unitrio da energia por consumidor, uma vez que, devido ao mecanismo tarifrio, a gua economizada a ltima a ser consumida e a que tem a tarifa mais baixa. Do ponto de vista do consumidor, toda gua economizada representa mais poupana ou lucro, a despeito do benefcio ambiental. As principais medidas sugeridas so:

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Incentivar o uso de equipamentos de baixo consumo de gua (bacias, duchas e vlvulascom restritores ou reguladores de vazo).

Promover campanhas educativas com orientaes sobre procedimentos adequados,processos ou equipamentos alternativos, para reduzir o tempo de uso e/ou a quantidade usada.

Indicar aos usurios bons profissionais para executarem projetos eficientes oumanuteno adequada, por meio de cadastros, capacitao e certificao desses profissionais.

Promover a compatibilizao do uso com a qualidade da gua (gua bruta, industrial,tratada), incentivando a reciclagem ou reaproveitamento.

Realizar campanhas de caa aos vazamentos. Incentivar a captao de gua pluvial e seu uso em substituio gua beneficiada. Estabelecer polticas tarifrias que penalizem o uso abusivo da gua. Criar cdigos ou leis de incentivo ao uso eficiente e restritivas a projetos e instalaes ineficientes. adequado da gua e da disposio da rede de distribuio.

Participar da criao ou alterao dos cdigos de ocupao do solo com vistas ao uso Realizar programas e projetos que visem a reduo do consumo prprio de gua,gerando menos esgoto.

1.3 - ExemplosA reduo do consumo final de gua implica tambm a reduo do tratamento de esgotos. Assim, considerando uma perda mdia de 20% nos sistemas de abastecimento do Brasil (valor conservador), a economia de 1 litro de gua no consumo final evita a captao, bombeamento e tratamento de 1,25 litro, bem como reduz um litro de tratamento de esgoto. Atualmente, existem bacias sanitrias com volume de descarga reduzido (6 l/descarga) que economizam de 40% a 50% da gua tratada que as bacias usuais gastam (10 a 12 l/ descarga). Do mesmo modo, o uso de restritores ou reguladores de vazo em duchas e torneiras pode levar a redues de at 70% do consumo de uma torneira/ducha normal, principalmente se h uma elevada presso de carga (altura manomtrica).


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IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NA DISTRIBUIO DA GUA

Considerando o enfoque nos parmetros que atuam na reduo do consumo e potncia, as oportunidades de eficientizao nas instalaes de distribuio de gua so relatadas a seguir.

2.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia na distribuio da guaOs fatores que afetam a eficincia energtica na distribuio da gua so os mesmos apresentados no captulo 1, isto a equao de potncia e consumo, particularmente as variveis vazo e altura manomtrica. No anexo, apresentam-se as principais equaes que relacionam essas variveis, sendo as principais a equao da HMT (= HG + h + hL) e seus componentes (altura geomtrica, perda de carga distribuda e perda de carga localizada). V-se pelas equaes que a perda de carga proporcional ao estado de conservao da tubulao (rugosidade), ao comprimento e ao quadrado da vazo que flui por ela, e inversamente proporcional ao dimetro da tubulao elevado quinta potncia. So essas variveis que devem ser observadas no sistema de distribuio, procurando identificar quais aes podem ser empreendidas para que, otimizando seus valores, menos energia seja necessria no sistema de bombeamento.

2.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia na distribuio da gua2.2.1 - Reduo da altura manomtricaA altura manomtrica total composta de duas parcelas: a altura geomtrica e a perda de carga. Pode-se atuar nas duas de forma diferenciada. O exemplo mostrado na Figura II.1 ilustra a possibilidade de dividir-se a altura geomtrica em duas partes, em que se procura racionalizar o porte da estao elevatria, restringindoa regio alta e reduzindo-se a potncia total do sistema. Esta soluo implica uma elevatria de porte menor, com menor custo de implantao e menor custo operacional, em funo

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do custo com a energia eltrica. uma atuao na parcela da altura manomtrica total, denominada altura geomtrica.

Figura II.1: Proposta de soluo para abastecimento de uma zona alta Para o estudo das outras oportunidades de atuao na altura manomtrica total relacionadas com a parcela da altura manomtrica, denominada perda de carga, preciso abrir a expresso da perda de carga para o estudo de cada uma de suas componentes (ver frmula no anexo).

2.2.2 - Reduo de perda de carga pelo aumento do dimetro da tubulao enorme a influncia do dimetro no valor da perda de carga, seja a distribuda, seja a localizada. Dessa forma, nos sistemas de bombeamento, em geral, cabe sempre estudar o arranjo mais econmico, pois para um dimetro menor (de menor custo) corresponder uma perda de carga maior, uma bomba maior (de maior custo) e um custo operacional maior, em funo da maior potncia necessria para vencer essa perda de carga. Ao contrrio, adotando-se um dimetro maior tm-se menor perda, custos de aquisio dos conjuntos moto-bomba menores (menor potncia, em funo da menor perda de carga a ser vencida) e, igualmente, menor consumo de energia ao longo do alcance do projeto, tudo isso dever compensar o maior custo da tubulao de maior dimetro. preciso sempre, tendo o conhecimento de todos os fatores intervenientes, ter uma viso de conjunto do sistema de abastecimento de gua para se chegar ao arranjo mais econmico, seja do ponto de vista da eficincia energtica, seja do ponto de vista geral,


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em que o custo com mo-de-obra ou eventuais automaes tambm devero ser considerados. Exemplo: Estudo do dimetro mais econmico para a substituio de uma adutora existente Neste exemplo prtico, procura-se mostrar o efeito do custo operacional com energia eltrica no estudo para definir o dimetro mais econmico para uma determinada obra de reforo de uma adutora. Este caso aborda uma pequena localidade, com cerca de 3000 habitantes, situada a uma distncia de aproximadamente 12 km da fonte de produo. Embora o desnvel geomtrico seja praticamente nulo (a diferena de cota entre o nvel da gua no ponto de tomada e na chegada Estao de Tratamento de apenas 3 metros), esta carga no suficiente para a vazo necessria, mesmo se utilizados dimetros consideravelmente grandes. Em resumo, necessrio bombeamento. A questo est em escolher um par de conjunto moto-bomba e o dimetro da adutora que ser substituda de modo a produzir o menor custo econmico durante a vida til do sistema projetado - no caso, de 30 anos. A escolha do conjunto moto-bomba e do dimetro feita por meio da sobreposio das curvas de sistema e de bomba. Esta seleo no ser aqui apresentada, por constar no livro texto. O que interessa, no caso, que os conjuntos selecionados tm potncias diferentes para trabalhar nos pontos de operao correspondentes s curvas de sistema para as tubulaes de 100 mm, 150 mm e 200 mm, que foram as alternativas escolhidas a princpio. De acordo com a projeo populacional (pop), o nmero de habitantes (hab), o consumo percapita (cpc), em l/hab.dia, e o coeficiente do dia de mximo consumo (k1), calcula-se a demanda mxima diria para o final de plano (Dmax), em m/dia. Foram selecionados os conjuntos possveis. Dmax = pop . k1 . cpc / 1000 Para cada conjunto selecionado capaz de atender produo no ltimo ano do projeto (final de plano) do dia de maior consumo, verifica-se o ponto de funcionamento em relao curva de sistema para cada um dos dimetros inicialmente selecionados, tomando-se como vazo de funcionamento a correspondente demanda mdia diria. Com esse ponto, l-se, na prpria curva fornecida pelo fabricante, o valor do consumo de energia eltrica, funo do rendimento da bomba e do motor a ela associado.

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Tendo-se a capacidade de produo (ponto de funcionamento) diria para cada situao, basta calcular o tempo de funcionamento mdio para cada ano (funo da demanda mdia diria e da capacidade de produo). Com esse valor, e de acordo com a forma de tarifao selecionada para a elevatria, calculase o custo da energia eltrica para cada ano do projeto. Neste caso, tratando-se de um consumo baixo, a nica forma de tarifao possvel a da classe B-3. Para essa srie de valores, calcula-se o Valor Presente Lquido (VPL) desse fluxo de caixa, que, somado ao custo dos investimentos iniciais (material da adutora, obra de assentamento e custo do conjunto moto-bomba), dar a opo mais econmica do projeto. A Tabela II.1 mostra a metodologia para a determinao do custo mdio anual com energia eltrica e o fluxo para o clculo do valor presente lquido:


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Tabela II.1: Determinao do custo mdio anual com energia eltrica e o fluxo para o clculo do VPLVARIVEL Ano Populao Consumo percapita (l/habxdia) Demanda mdia diria (m/dia) K1 Demanda mxima diria (dia de mximo consumo m/dia) Cap. Nominal bomba alt 1 (m/dia) Cap. Nominal bomba alt 2 (m/dia) Cap. Nominal bomba alt 3 (m/dia) Func. Mdia (horas/dia) alt. 1 Func. Mdia (horas/dia) alt. 2 Func. Mdia (horas/dia) alt. 3 Consumo (Kwh/ano) alt 1 Consumo (Kwh/ano) alt 2 Consumo (Kwh/ano) alt 3 Custo (R$/ano) alt. 1 Custo (R$/ano) alt. 2 Custo (R$/ano) alt. 3 PERODO 2007 2008 2.755 2.823 125 344,375 1,2 413,25 636,77 640,22 691,2 12,98 12,91 11,96 79.543 9.471 1.135 125 352,875 1,2 423,45 636,77 640,22 691,2 13,30 13,23 12,25 81.507 9.705 1.163

2005 2.622 125 327,75 1,2 393,3 636,77 640,22 691,2 12,35 12,29 11,38 75.703 9.014 1.080

2006 2.687 125 335,875 1,2 403,05 636,77 640,22 691,2 12,66 12,59 11,66 77.580 9.237 1.107

.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

2034

29.137,00 29.859,32 30.614,97 31.370,62 3.469,31 3.555,32 3.645,29 3.735,27 415,67 425,97 436,75 447,53

Repetindo-se os clculos para os anos subseqentes, calcula-se o VPL para cada alternativa (seqncia de valores em cada linha). Adicionando-se ao VPL do custo de energia eltrica o custo do material, obra e bombas (investimento inicial), pode-se, enfim, comparar as alternativas e fazer a opo pela mais econmica. A Tabela II.2 mostra os valores desse caso especfico, indicando como a opo mais econmica do ponto de vista da eficincia energtica a tubulao de 150 mm para essa linha adutora.

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Tabela II.2: Escolha da opo mais econmica do ponto de vista da eficincia energtica

Alternativa VPL - Energia Custo Obra Custo Material Custo Bomba Total

Alt. 1 (100 mm) R$ 272.682,25 R$ 153.500,00 R$ 230.000,00 R$ 10.000,00 R$ 666.182,25

Alt. 2 (150 mm) R$ 32.467,70 R$ 185.300,00 R$ 394.000,00 R$ 3.000,00 R$ 614.767,70

Alt. 3 (200 mm) R$ 3.890,07 R$ 207.800,00 R$ 638.280,00 R$ 1.200,00 R$ 851.170,07

O que se observa que, a princpio, poder-se-ia optar pela tubulao de menor dimetro, em funo do seu custo mais baixo. No entanto, quando se leva em conta o custo operacional (neste caso, o custo da energia eltrica), a situao muda, e a opo mais econmica passa a ser uma tubulao com custo inicial mais elevado. Na planilha apresentada, esto mostrados apenas os principais custos interferentes nessa deciso. Considerando o porte pequeno da elevatria, os custos com a construo foram os mesmos para as trs alternativas.

2.2.3 - Melhoria da rugosidade e reduo na perda de cargaA rugosidade interna, ou o estado de conservao da tubulao de recalque, influencia a perda de carga distribuda na altura manomtrica total e, conseqentemente, na potncia eltrica que compe o consumo de energia. Quanto maior a rugosidade, maiores as perdas e o consumo de energia para o transporte da gua. Os materiais que constituem a tubulao influenciam a rugosidade. Em linhas gerais, podem-se separar os tubos em: metlicos e no-metlicos. Os primeiros (ao, ao galvanizado e ferro fundido), em geral, so utilizados quando se trabalha com presses maiores ou quando se trabalha com dimetros de maior dimenso (caso do ao). Caso contrrio, eles no concorrem em preo com os no-metlicos. Enquanto os tubos de ao no tm revestimento interno, as tubulaes de ferro fundido so, normalmente, cimentadas internamente. Encontram-se muitas linhas antigas de tubulaes de ferro fundido sem cimentao, o que lhes confere uma rugosidade maior. As tubulaes no-metlicas, normalmente, no tm qualquer revestimento, uma vez que a caracterstica do material (bastante liso) j lhes confere um valor de C significativamente


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alto (da ordem de 140 PVC ou 150 PEAD e outros). Apareceram no mercado, mais recentemente, tubulaes de PVC revestidas com fibra de vidro cuja caracterstica hidrulica assemelha-se do PVC comum. Exemplo: Reduo da rugosidade interna de uma adutora, pela utilizao de PIG No caso ora relatado, as caractersticas geomtricas da adutora para o traado das curvas do sistema esto na Tabela II.3 Tabela II.3: Caractersticas geomtricas da adutora para traado das curvas do sistemaNVEL DA GUA (NA) NA SUCO Mnimo 232,70 Mximo 234,46 NA RESERVATRIO 327,90 ALTURA GEOMTRICA - HG Mximo 95,20 Mnimo 93,44

Essa linha adutora era formada por uma tubulao de 400 mm, com 3.425 metros de extenso. As perdas localizadas na vazo de projeto no passavam de 1,5 m.c.a., razo por que no esto explicitadas aqui, considerando a altura geomtrica de quase 100 metros. Aps alguns anos de uso, em funo da caracterstica qumica da gua no local, o coeficiente de rugosidade foi diminuindo, chegando a um valor extremo de C igual a 78, quando a operao de limpeza foi executada. Com esse valor de C, a curva do sistema est apresentada na Figura II.2.

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Figura II.2: Curva do sistema x curva da bomba (c=78) A estao elevatria funcionava com dois conjuntos Worthington 6-L13, operando simultaneamente, com um de reserva. A curva dessa bomba est na Figura II.3. As curvas de sistema e a curva da associao das duas bombas em paralelo para este valor de C (78) esto mostradas na Figura II.2. Pelo diagrama, observa-se que a vazo do sistema para esse valor de C no passava de cerca de 140 l/s, correspondendo a aproximadamente 70 l/s por bomba, trabalhando cada uma na faixa de rendimento bastante baixo da ordem de 68%. Aps a limpeza da tubulao, atravs da passagem do PIG, o coeficiente C medido em campo passou para o valor de 126, passando a vazo mdia do sistema para cerca de 175 l/s, como mostrado na Figura II.4.


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Figura II.3: Curvas de dois conjuntos operando simultaneamente, com um de reserva

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Figura II.4: Curva do sistema x curva da bomba (c=126) Para esse ponto de operao (cada bomba contribuindo com cerca de 87,5 l/s), o rendimento de cada bomba passou a ser de aproximadamente 75%, valor lido no grfico de rendimento da bomba deste sistema. Em termos de economia energtica, como depois de limpa a tubulao a bomba passou a trabalhar num ponto mais direita na curva isso significa uma potncia requerida maior. Seja P1 a potncia para o valor de C igual a 78 e P2 a potncia requerida aps a limpeza (C = 126), consideremos as duas situaes, antes e depois da passagem do PIG.


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Tabela II.4: Simulao do rendimento de cada bomba

Grandeza Vazo Altura Rendimento da Bomba Rendimento do Motor

C = 78 situao (1) 70 120 68 -

C = 126 situao (2) 120 112 75 -

Variao (2)/(1) 1,25 0,93 1,10 -

Admitindo que a variao no rendimento do motor no significativa, a potncia requerida na situao de adutora limpa (P2) pode ser expressa em funo da potncia requerida na situao de adutora com rugosidade alta, da seguinte forma:

P

2

=

1,25 Q 0,93 H 1 1,10 b1 1 m

=

1,25 0,93 P1 = 1,057 P1 1,10

Isto , a bomba passou a trabalhar em um ponto que requer uma potncia ligeiramente superior (5,7%). Em compensao passou a bombear uma vazo 25% superior, fazendo com que o consumo especfico (kWh/m) reduzisse em quase 15%, para um mesmo tempo de funcionamento.

, P 2 1057 P1 P1 = = 0,85 Q 2 1,25 Q1 Q1Resumindo: A operao de limpeza, que durou aproximadamente 12 horas, consumindo apenas equipamento e pessoal do prprio sistema, propiciou uma economia de energia para os meses que se seguiram de 15%. importante ressaltar que no caso de bombeamento de gua para abastecimento pblico a paralisao de algumas horas para a realizao de um determinado servio no implica perda de faturamento na mesma proporo, pois os clientes, quando avisados, procuram acumular gua para uso imediato em vasilhas, postergando outros usos para quando o sistema voltar normalidade. Os prprios clientes fazem um deslocamento do consumo do dia paralisado para as horas imediatamente anteriores paralisao e para o dia posterior, no representando assim uma perda de faturamento que devesse ser considerada no custo da operao, que se resume, basicamente, no custo do PIG.

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Se do ponto de vista hidrulico vantajoso obter maior vazo em funo de uma menor perda de carga, do ponto de vista energtico devem-se observar as caractersticas do equipamento, que pode no estar mais nas proximidades do ponto de melhor rendimento.

2.2.4 Aumento da capacidade dos reservatriosO dimensionamento dos reservatrios um dos fatores cruciais para uma boa economia energtica, pois com base na sua operao que se podem modular cargas ou utilizar a estao de bombeamento nos horrios mais favorveis, evitando as horas de pico. No se trata de uma reduo do consumo de energia, mas, apenas, de seu deslocamento para horrios em que o custo da energia mais barato. Considerando a variao diria da demanda (variao no ciclo de 24 horas), os reservatrios devem ser capazes de armazenar um volume suficiente para fazer face aos horrios em que a demanda maior do que a capacidade de bombeamento. Com o auxlio dos simuladores hidrulicos, podem-se ensaiar paralisaes do bombeamento e verificar como o sistema se comporta analisando a convenincia da realizao de investimentos em aumento de capacidade de reservao ou aumento de capacidade de bombeamento, de modo a otimizar o sistema. Em tese, um reservatrio pequeno implica uma estao de bombeamento para uma vazo grande. Ao contrrio, a um bombeamento de vazo menor deve corresponder um reservatrio de maior capacidade, de modo que este no esvazie enquanto a demanda est maior que a oferta. Exemplo: Uso de reservatrio para a retirada de carga do horrio de ponta O objetivo desta operao racionalizar a utilizao de demanda de potncia no horrio de ponta na unidade do sistema de produo de gua tratada EEAB / EEAT I (Estao Elevatria de gua Bruta / Estao Elevatria de gua Tratada) e Booster (Unidade de pressurizao) de uma cidade. Consiste em implementar a capacidade adicional de reserva de gua tratada, fazendo uso da ociosidade das instalaes de bombeamento durante as horas fora de ponta do sistema eltrico e armazenando, nestes horrios, volumes de gua a serem distribudos durante o horrio de ponta, sem a utilizao do bombeamento de modo a reduzir o custo de energia eltrica. O projeto compreende, basicamente:

implantao de reservatrio de 300 m; e reduo da demanda de potncia no horrio de ponta na unidade consumidora


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denominada EEAB/EEAT 1 e no Booster, atendidos em 13,8 kV. Situao anterior

EEAB - dois motores de 8,54 kW, sendo uma de reserva, funcionando em sistema derodzio;

EEAT-1 - dois motores de 106,72 kW, sendo uma de reserva, funcionando em sistemade rodzio;

EEAB/EEAT-1 funcionamento, em mdia, de 0,91 hora/dia no horrio de ponta e 13,9horas/dia no horrio fora de ponta;

a capacidade de reservao montante do booster era de 600 m3, insuficiente paraatender simultaneamente regio e ao booster, sem que o sistema funcionasse no horrio de ponta;

as elevatrias funcionam automatizadas com o reservatrio; Booster - dois motores de 51,23 kW, sendo um de reserva, funcionando em sistema derodzio, vazo de 33 l/s;

funcionamento, em mdia, de 1,53 hora/dia no horrio de ponta; funcionamento, em mdia, de 13,20 horas/dia no horrio fora de ponta; a reservao atual na rea atendida pelo booster de 366,5 m3, insuficientes parasuprir a demanda nos horrios de ponta; e

o booster est automatizado com os reservatrios.Situao posterior

As EEAB e EEAT-1 e o booster no funcionam no horrio de ponta. Com o booster deixando de funcionar no horrio de ponta, automaticamente, a guado reservatrio de 600 m3 no recalcada e, conseqentemente, no so ligados os conjuntos de moto-bombas das EEAB e EEAT-1.

O sistema continua automatizado.Clculo do volume de reservao

volume = 1,53 hora x 3.600 segundos x 33 l/s = 181.764 litros. Foi projetado ocrescimento vegetativo, para 10 anos, de 22,78%;

volume necessrio = 1,2278 x 181.764 litros = 223.169 litros; e como se trata de uma regio com grandes possibilidades de crescimento, optou-sepela implantao de um reservatrio de 300.000 litros ou 300m3; e o booster mantmse automatizado com os reservatrios.

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Os principais resultados so listados a seguir: Para o sistema eltrico:

reduo de 163 kW de potncia no horrio de ponta; transferncia de 47,4 MWh/ano de consumo de energia eltrica do horrio de pontapara o horrio fora de ponta; e

reduo de 1 MWh/ano, em funo de melhoria do rendimento dos conjuntosmotobombas. Clculo dos resultados Para o clculo comparativo do consumo de energia nas duas situaes foi feito um levantamento de cargas, que permitiu as seguintes concluses: a) Reduo de demanda no horrio de ponta Para chegar a esse valor de demanda, tomou-se por base a mdia dos valores de demanda registrada dos ltimos seis meses.

demanda atual da EEAB/EEAT 1: 112 kW; demanda atual do Booster: 51 kW; demanda atual total: 163 kW; e demanda futura: 0 kW. Reduo de demanda na ponta: 163,0 kW

Economia de energia projetada com a melhoria da eficincia dos conjuntos moto-bombas, em funo do melhor carregamento dos mesmos: 1 MWh/ano (estimativa) Modulao do consumo mensal Considerando que o projeto, por meio da implantao de uma capacidade de reservao adicional de 300 m, usando a ociosidade das instalaes de bombeamento durante as horas fora de ponta do sistema eltrico, armazena neste horrio a gua tratada a ser distribuda durante o horrio de ponta, sem a utilizao do bombeamento. Isso acarreta uma transferncia de parte do consumo de energia eltrica do perodo de ponta para o perodo de fora da ponta.


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b) Consumo na ponta Booster

Nmero de horas de operao por ano no horrio de ponta: 403,9 h/ano. Demanda dos conjuntos moto-bombas: 51 kW = 0,051 MW. Consumo anterior no horrio de ponta: 403,9 x 0,051 = 20,59 MWh/ano. Consumo posterior no horrio de ponta: 0 MWh/ano.

EEAB/EEAT I

Nmero de horas de operao por ano, no horrio de ponta: 240,24 h/ano. Demanda dos conjuntos moto-bombas: 112 kW = 0,112 MW. Consumo anterior no horrio de ponta: 26,9 MWh/ano (240,24 x 0,112 = 26,9 MWh/ano). Consumo posterior no horrio de ponta: 0 MWh/ano.

Consumo total no horrio de ponta: 47,4 MWh/ano (20,59MWh/ano + 26,9MWh/ano)

Booster

Reduo de consumo na ponta: 47,4 MWh/ano

c) Consumo fora da ponta

Nmero de horas de operao por ano no horrio fora de ponta: 4.752 h/ano. Demanda dos conjuntos moto-bombas: 51 kW. Consumo fora do horrio de ponta: 4.752 x 0,051 = 242,35 MWh/ano.EEAB/EEAT I

Nmero de horas de operao por ano no horrio de ponta: 4924 h/ano. Demanda dos conjuntos moto-bombas: 112 kW = 0,112 MW. Consumo anterior no horrio de ponta: 4.924 x 0,112 = 551,49 MWh/ano.Consumo total no horrio fora de ponta: 793,84 MWh/ano (242,35 + 551,49) Economia de energia com a melhoria da eficincia dos conjuntos moto-bombas, em funo do melhor carregamento dos mesmos: 1 MWh/ano.

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Consumo posterior fora do horrio de ponta: 840,24 MWh/ano (793,84 + 47,4 -1) Transferncia de consumo do horrio de ponta para o horrio fora de ponta = 840,24MWh/ano - 793,84 = 46,4 MWh/ano

Transferncia de consumo: 46,4 MWh/ano

Observao: importante ressaltar que o grande ganho do projeto est na retirada total de demanda no horrio de ponta e na transferncia de parte do consumo de energia do horrio de ponta para fora de ponta. d) Custos e benefcios

Custo total = R$ 150.000,00. Diferena tarifria (ponta - fora de ponta) = 110 R$/MWh. Tarifa de ponta = 36 R$/kW. Benefcio anual = 46,4 x 110 + 163 x 36 x 12 = R$ 75.520,00. Retorno simples = 2 anos. VPL (taxa = 12%, 10 anos) = 247.057,896. TIR = 49%.

2.2.5 - Uso de reservatrios de jusante e abastecimento em marchaUm arranjo muito comum em projetos com vistas obteno de economia consiste na utilizao de reservatrios de jusante ou de sobra. So reservatrios dimensionados para receber o excedente de consumo durante o perodo em que a produo o supera e para abastecer quando o consumo supera a produo. A diferena bsica para o reservatrio de montante, mais comum entre ns no Brasil, que o consumo se d entre o bombeamento e a reservao. Isto , a bomba trabalha com o ponto de funcionamento mvel, percorrendo sua curva caracterstica conforme a demanda aumenta ou diminui. O clculo das perdas de carga ao longo da tubulao que distribui em marcha feito considerando que quando o consumo igual ao mximo a perda de carga se aproxima de 1/3 da perda que existiria para a mesma vazo se no houvesse consumo em marcha.

2.2.6 - Uso de mais de um reservatrioUm reservatrio apoiado ao lado de um reservatrio elevado um arranjo em que se procura promover maior eficincia energtica, bombeando para o reservatrio elevado


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somente a vazo necessria para a parte superior da regio a ser abastecida, isto , utilizando os conceitos de zonas de presso. A opo por um dos dois tipos se faz de acordo com a concepo de projeto, procurando, sempre que possvel, utilizar os reservatrios apoiados, pois so de custo estrutural mais baixo. Do ponto de vista da economia de energia, o arranjo correto das zonas de presso, seja com reservatrios elevados ou com reservatrios enterrados, que far com que o sistema apresente maior ou menor eficincia energtica em funo do volume de reservao e da capacidade das bombas, e no propriamente do tipo de reservatrio. Alm disso, o reservatrio deve oscilar entre seus nveis mximo e mnimo, de modo a otimizar a potncia instalada das elevatrias. Eventualmente, quando se trata de elevatrias acima de uma certa potncia instalada, em que se torna possvel optar pela tarifao horosazonal, vale a pena sempre estudar um possvel aumento da capacidade de reservao, de modo a poder fazer uso dessa alternativa dada pelas concessionrias. Convm lembrar que a curva de demanda horria para o consumo de gua, embora seja mais ou menos constante ao longo do tempo, varia nos feriados, bem como nos dias chuvosos, e funo dos clientes e seus hbitos de vida. Cidades com apelo turstico, por exemplo, tm suas curvas de demanda horria fortemente influenciadas pelos finais de semana, no s na magnitude das vazes como na forma de distribuio ao longo do dia. Assim tambm as cidades-dormitrio tm curvas de demanda diria com formato diferente das demais, no havendo um padro a adotar. Deve sempre ser obtida de medio de campo.

2.2.7 - Outras medidasUso de vlvulas

Redutoras de presso. Estas so de grande utilidade no campo do abastecimento degua. Tm como utilidade principal reduzir a presso a jusante do ponto de instalao, evitando as presses excessivas indutoras de maiores perdas fsicas nas redes de distribuio, indstrias, prdios altos, etc.

Controladoras de nvel. Tm seu campo de atuao preferido na preveno deextravasamentos. Quando associadas a um controlador programvel, podem comandar a operao das bombas da elevatria ou de outra vlvula que limite a vazo, por exemplo, ou atuar no variador de velocidade, se este for o caso.

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Programas de inspeo, operao e manuteno No existem nos sistemas de gua no Brasil inspees de tubulaes para a preveno de rompimentos, a no ser uma inspeo visual nas linhas de maior responsabilidade, muito mais para prevenir problemas estruturais (taludes com ameaa de deslizamento, pilares de sustentao trincados ou com recalques diferenciais, etc.) do que para prevenir fadiga do material, o que seria, de certa forma, praticamente inexeqvel. mediante o controle de presses que se pode atuar no preventivamente mas correlativamente de modo mais gil quando da ocorrncia de vazamentos. A queda de presso o fator indicador de vazamento, embora o dano causado por ele, quando se trata de vazamento de grande porte, alagamento de ruas, buracos no pavimento, etc. no sejam evitveis. Existem, sim, programas de manuteno preditiva (preferencialmente, quanto aos programas de manuteno preventivas) para as unidades de bombeamento, sendo realizadas inspees eltricas e mecnicas para acompanhar as grandezas indicativas de exausto (basicamente, no caso das grandezas eltricas a temperatura; e, no caso de grandezas mecnicas, a vibrao). O uso de equipamentos de deteco de vazamentos deve estar inserido em uma estratgia de controle de perdas. Segue uma estratgia adaptada de Tsutiya (2001). A) Implantar modelo de gerenciamento da rotina do trabalho da operao. B) Democratizar as informaes para criao de conscincia. C) Bloquear as causas predominantes. A estratgia C deve englobar obrigatoriamente as seguintes aes: C1) Controle das perdas fsicas. C2) Controle das perdas no fsicas. C3) Plano de ao para controle das perdas. A ao C1, por sua vez, pode ser desdobrada em: C1.1) Controle das presses. C1.2) Pesquisa de vazamentos. C1.3) Reduo no tempo de reparo dos vazamentos. C1.4) Gerenciamento da rede. A ao C1.2, ainda, deve ser subdividida em: C1.2.1) Pesquisa de vazamentos visveis. C1.2.2) Pesquisa de vazamentos no visveis.


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somente nesse ltimo caso que se faz uso dos equipamentos de deteco de vazamentos. Dentre os mais utilizados, a haste de escuta destaca-se, pelo seu preo mais acessvel e pela facilidade de uso. Tambm so usados o geofone eletrnico e o correlacionador de rudos. Deve-se observar que todos esses equipamentos baseiam-se nas vibraes acsticas causadas pelos vazamentos e que seu uso costuma sofrer as interferncias dos rudos urbanos. costume trabalhar-se com a haste de escuta nos perodos noturnos para evitar essas interferncias. Exemplo: Eliminao do funcionamento de um booster Este caso de uma pequena localidade (cerca de 20.000 habitantes), em que, ao assumir a operao do sistema de gua, o operador se deparou com um problema crnico de intermitncia de abastecimento numa regio da cidade, como mostrado na Figura II.5, que um dos relatrios de sada do EPANET. A soluo para a pequena regio com problema de falta d gua foi a instalao de um booster. Aps o modelamento do sistema distribuidor dessa localidade, verificou-se que as presses esperadas para a rea do booster eram bastante superiores s medidas em campo, como mostra a Figura II.6.

Figura II.5: Problema crnico de intermitncia de abastecimento de energia eltrica

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Figura II.6: Apurao das presses para a rea do booster aps o modelamento do sistema distribuidor Iniciou-se, assim, a anlise do que poderia estar causando a queda de presso na regio. Checaram-se as cotas e mediram-se as presses durante a noite (consumo teoricamente nulo) para checar a possibilidade de entupimento. Chegou-se concluso que somente um consumo significativamente maior do que o esperado poderia estar causando tamanha queda de presso. Por meio da rotina de pesquisa de vazamentos, foi encontrada uma perda da ordem de 2 l/s, que, quando reparada, fez o sistema voltar normalidade, eliminando a necessidade do booster. Neste caso, embora o consumo de energia seja muito pequeno, pois tratava-se de um booster de apenas 5 cv, interessante notar como as grandezas hidrulicas so interrelacionadas.

A anlise das causas da queda de presso, embora aparentemente simples, , na verdade, um quebra-cabea, pois pode variar desde um vazamento, como foi o caso, at um erro de cadastramento de unidades ou, mesmo, um erro de levantamento de cotas topogrficas. A utilizao do simulador hidrulico, nesses casos, de extrema utilidade, principalmente em sistemas maiores.


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IDENTIFICAO DAS OPORTUNIDADES NO BOMBEAMENTO DA GUA

Nessa parte do sistema, encontramos vrias oportunidades, pois aqui que se d o consumo de energia.

3.1 - Identificao dos fatores que afetam a eficincia no bombeamento da guaConsiderando o enfoque nos parmetros que atuam para a reduo do consumo e potncia, conforme as equaes: . Q . HTM b . M

P=

e

C=P.t

As oportunidades de eficientizao nas instalaes de bombeamento de gua so relatadas a seguir.

3.2 - reas de oportunidade para melhorar a eficincia no bombeamento da gua3.2.1 - Melhoria do rendimento da bombaOs catlogos dos fabricantes de bombas apresentam os seus diversos produtos com as respectivas curvas de rendimento associadas s curvas de performance, facilitando a escolha do equipamento com melhor rendimento total da bomba em funo da curva do sistema. A Figura II.7 mostra a seleo de uma determinada bomba para trabalhar no ponto de vazo igual a 100 m/h contra uma altura de cerca de 42 m.c.a. A bomba selecionada trabalhar nesse ponto com um rendimento de aproximadamente 70%.

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Figura II.7: Curva da bomba x curva do sistema Na Figura II.8, tem-se a seleo de uma outra bomba do mesmo fabricante, porm de outro modelo, que, trabalhando no mesmo ponto de operao, apresenta um rendimento um pouco melhor, de cerca de 75%.


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Figura II.8: Curva da bomba x curva do sistema IMBIL ITA 80.160 rotor 160 mm usinado 3500 rpm Seleo adequada da bomba Em geral, motores de baixa rotao apresentam menor custo de manuteno (menor desgaste das peas mveis em funo da menor rotao) e menor rudo. Em reas urbanizadas, costumam ser a melhor soluo, embora tenham um custo geralmente superior s bombas de alta rotao (3500 rpm) que ofeream as mesmas caractersticas. A Figura II.9 ilustra o campo de aplicao das bombas, segundo Macintyre (Bombas e Instalaes de Bombeamento):

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Figura II.9 - Campo de aplicao das bombas

Tipos de bombas e suas aplicaes O livro texto EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO descreve os diversos tipos de bombas e suas aplicaes. A tabela II.5 apresenta uma sntese.


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Tabela II.5 Bombas e suas aplicaesTIPO DE BOMBA APLICAES

Bomba centrfuga radial De baixa potncia para pequenas vazes. monobloco e monoestgio Bomba centrfuga radial com acoplamento e nico estgio A mais comum nos sistemas de abastecimento de gua. Vazes da ordem de 5 a 100 l/s (18 a 360 m/h) a alturas manomtr icas totais que var iam de 40 a quase 200 m.c.a. Em casos extremos, atendem a alturas manomtricas maiores, da ordem de 100 m.c.a.

como bomba em srie, propiciando grandes presses, Bomba centrfuga radial de porm separadas em faixas (estgios). Evita problemas mltiplos estgios d e de s g a s te d a s p e a s d e ve d a o ( a n i s, b u c h a s, gaxetas, etc...). construda de modo a ter dimenses externas reduzidas, para que possa ser utilizada nos poos profundos, cujo dimetro da ordem de 150 mm, sendo e s s e v a l o r e xc e d i d o q u a n d o s e t r a t a d e p o o s c o m vazes maiores. Para regies remotas, pequenos vilarejos onde a energia eltrica ainda no est disponvel pela rede de d i s t r i b u i o d a c o n c e s s i o n r i a . Te m c u s t o i n i c i a l superior s solues convencionais.

Bomba submersa (poos)

Bombas submersas com fonte de energia alternativa

A p l i c a d a e m re a s i n u n d ve i s, o n d e s e r i a n e c e s s r i a uma obra de grande porte para a proteo da elevatria, ou uma altura de suco muito grande. De eixo vertical, Bomba centrfuga radial de o motor est protegido acima da cota de inundao, e coluna a bomba no est obrigada a trabalhar com alturas de a s p i r a o e l e v a d a s, e m q u e o N P S H d i s p o n ve l s e r i a baixo. Primordialmente, utilizada para guas mais abrasivas, com maior quantidade de slidos em suspenso, como e s g o t o s, l a m a s d e f u n d o s d e v a l a . Po r t a n t o, s u a a p l i c a o p r i n c i p a l o c o r re n a s o b r a s d e d re n a g e m e e s g o t a m e nto d e f u n d o s d e va l a , c a i x a s co l e to ra s d e esgoto em cota abaixo da rede pblica, etc. De maior porte, destinada a bombeamentos de maiores v a z e s . Te m a v a n t a g e m d e e q u i l i b r a r m e l h o r o s empuxos, sendo esta uma caracterstica que interessa mais equipe de manuteno.

Bomba submersvel destinam

Bomba bipartida

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Critrios para a escolha do melhor equipamento Em primeiro lugar, deve-se estar atento finalidade do bombeamento. necessrio observar a qualidade da gua que se quer recalcar. A altura e as vazes a bombear vo indicar o tipo de bomba a procurar nos catlogos dos diversos fabricantes. Por fim, as curvas caractersticas, observando os pontos de trabalho o mais prximo possvel daqueles de melhor rendimento, levaro escolha do equipamento de maior eficincia energtica disponvel no mercado. Outros fatores tambm precisam ser analisados pelo projetista, como dimenses do equipamento, tipo de entrada e sada para escolher o melhor arranjo da elevatria (construo civil), o NPSH requerido pela bomba, o NPSH disponvel na instalao e o histrico de manuteno de equipamento semelhante. Devem-se sempre procurar informaes de outros usurios dos equipamentos em anlise para obter dados de custo de manuteno. A composio de um quadro levando em conta o custo da aquisio do equipamento, seu rendimento hidrulico e, conseqentemente, o custo com energia eltrica ao longo da sua vida til naquele projeto, alm dos custos de manuteno durante o perodo de estudo, que levaro escolha do equipamento mais econmico. Seleo de bombas usando softwares Cada vez mais o uso de softwares de modelamento hidrulico de sistemas de abastecimento de gua se torna a ferramenta indispensvel do engenheiro ligado ao assunto. Nesses softwares, pode-se fazer o ensaio de vrias alternativas e verificar aquela de melhor rendimento energtico. As Figuras II.10 e II.11 ilustram a comparao entre duas bombas do mesmo fabricante usando um software especfico. A Figura II.10 mostra as definies das caractersticas hidrulicas do sistema (tubulaes, peas, vazo necessria e altura geomtrica) para o qual se deseja escolher uma bomba.


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Figura II.10: Definio das caractersticas hidrulicas do sistema A Figura II.11 mostra as opes oferecidas pelo software, naturalmente dentre aquelas da sua linha de fabricao. Observa-se, tambm, a anlise comparativa da energia consumida em funo do rendimento da bomba e do motor, conforme as especificaes do fabricante, alm do clculo da energia especfica para cada modelo, operando-se no sistema imaginado no exemplo.

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Figura II.11: Opes de bombas oferecidas pelo software As Figuras II.12 e II.13 mostram as curvas caractersticas dos dois modelos selecionados.

Figura II.12: Curva do modelo 1


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Figura II.13: Curva do modelo 2 claro que o software em questo limita-se ao fabricante que o disponibiliza. , no entanto, uma ferramenta muito til na escolha da bomba com melhores caractersticas de eficincia energtica. O mesmo tipo de procedimento pode ser adotado utilizando os modelos hidrulicos. A vantagem nesse caso est em no ficar preso a um determinado fabricante. No entanto, h o trabalho adicional de editar os dados das curvas caractersticas da bomba pr-selecionada que se quer comparar.

3.2.2 - Melhoria do rendimento do motorIncide na expresso para o clculo da potncia da mesma forma que o rendimento da bomba; ou seja, inversamente proporcional. Caso o motor esteja sub ou sobredimensionado para a bomba que aciona, deve-se estudar sua substituio por motores mais adequados. Motores trabalhando com cargas inferiores a 50% so os principais candidatos a esse estudo.

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Outra opo a utilizao de motores de alto rendimento, que, embora mais caros, eventualmente podem compensar o investimento incremental inicial com um menor custo operacional. Depender do tempo de funcionamento dirio previsto ao longo da vida til do equipamento ou do alcance do projeto - o que ocorrer primeiro. A economia anual de energia por causa do uso do motor de alto rendimento dada por: e = 0,735 x H x P x (1/ - 1/ ) em que: P = Potncia nominal do motor, em cv; H = horas de funcionamento por ano; = rendimento do motor padro potncia nominal; e = rendimento do motor de alto rendimento potncia nominal. Motores, ao serem rebobinados, perdem rendimento. Logo, compare a eficincia entre motores (novo padro, novo de alto rendimento ou rebobinado) para verificar se a economia obtida no investimento para rebobin-lo no ser compensada pelo maior custo operacional. A Eletrobrs / PROCEL dispe de guia especfico sobre motor de alto rendimento, o qual deve ser consultado para mais detalhes.

3.2.3 - Reduo do peso especficoNo numerador da expresso da potncia, o primeiro fator o peso especfico do lquido bombeado. No caso em anlise neste guia, a gua. A chance de atuao para reduzir a potncia necessria seria optar, quando da concepo do sistema, por bombeamentos de menor potncia na gua bruta, deixando as maiores elevaes para a gua tratada. No entanto, a variao do peso especfico da gua tratada em relao gua bruta irrelevante, sendo o estudo dessa opo de projeto mais voltado para os custos operacionais com a manuteno da bomba do que com o consumo energtico propriamente. Basicamente, no existem diferenas significativas do ponto de vista da economia de energia, j que a densidade da gua bruta no difere de maneira aprecivel da densidade da gua tratada. O que ocorre so desgastes nos rotores quando do bombeamento de gua bruta, principalmente quando contm muita quantidade de areia. Neste caso, devese optar por bombas especiais ou limitar a altura manomtrica, bombeando gua bruta somente para um ponto prximo captao, uma caixa de areia, da qual a vazo total ser recalcada para a estao de tratamento, na altura manomtrica total. Assim, se o desgaste


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no for evitvel, escolha outro ponto para a captao, trabalhando-se com bombas menores, para reduzir o custo de manuteno. So particularmente comuns as captaes do tipo balsa, seguidas de uma caixa de areia na margem ou, at mesmo, da prpria estao de tratamento.

3.2.4 - Reduo da vazo recalcadaQuando se reduz a vazo bombeada, reduz-se diretamente a potncia requerida e, conseqentemente, o consumo de energia. No entanto, a vazo a ser bombeada funo da populao a ser abastecida e de seus hbitos de consumo. O que pode ser feito pelo operador do sistema , quando do projeto, procurar a melhor setorizao possvel, de modo a evitar bombeamentos desnecessrios, alm de procurar minimizar as perdas reais, que so inerentes ao tipo de material utilizado nas redes, qualidade construtiva e ao comportamento piezomtrico do sistema ao longo do ciclo dirio de consumo. Na Figura II.9, representa-se um problema de abastecimento de uma zona alta. Uma possvel soluo seria elevar toda a vazo necessria para a regio. Eventualmente, alm de o bombeamento de toda a vazo implicar um custo maior, em funo da maior potncia necessria, pode haver problema de presses excessivas na regio mais prxima estao de bombeamento. O exemplo da Figura II.14 sintetiza a oportunidade de aumentar a eficincia energtica de um sistema de abastecimento de gua atuando na otimizao das zonas de presso para reduzir a vazo a ser bombeada.

Figura II.14:Representao de um problema de abastecimento de uma zona alta

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A Figura II.15 ilustra outra possvel soluo, em que se procura racionalizar o porte da estao elevatria, restringindo-a regio onde havia problemas no abastecimento. Esta soluo implica uma elevatria de porte menor, com menor custo de implantao e menor custo operacional em funo do custo com a energia eltrica. Embora esta segunda soluo possa parecer bvia, outros fatores de ordem local, como interferncias com a urbanizao, podem dificult-la, sendo sempre necessria a realizao de estudos de viabilidade de modo a fazer a melhor opo pelo arranjo no projeto.

Figura II.15: Proposta de soluo para um problema de abastecimento de uma zona alta

3.2.5 Reduo pela variao da velocidade (rotao da bomba)Nos bombeamentos em marcha, o ponto de funcionamento da bomba varia ao longo da sua curva, de acordo com a variao da curva do sistema, cuja perda de carga aumenta ou diminui conforme a demanda se reduz ou tende ao mximo, respectivamente (Figura II.16). Conseqentemente, o rendimento da bomba estar variando tambm, ora para melhor, ora para pior, dependendo do ponto de funcionamento do sistema. A eficincia energtica, neste caso, pode ser buscada procurando-se manter o rendimento o mais prximo possvel do PMR (Ponto de Mximo Rendimento), variando a curva de performance da bomba por meio da variao da sua rotao (velocidade) para compensar a variao da curva do sistema.


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Figura II.16: Curvas de sistema x curva de bomba com abastecimento em marcha O equacionamento se faz utilizando as leis de similaridade (ver anexo) que relacionam a rotao com a vazo, com a altura manomtrica e com a potncia. Q1 = (n1/n) x Q H1 = (n1/n)2 x H e P1 = (n1/n)3 x P

Assim, quando se varia a rotao de uma bomba centrfuga varia-se tambm sua curva caracterstica (curva de performance Q x H), conforme a Figura II.17. Das frmulas acima, verifica-se que, reduzindo a rotao e, conseqentemente, a vazo em 10%, a nova potncia ser 27% menor. P1 = P x ( n1 / n )3 = P1 x ( 0,9 x n / n )3 = 0,73 P Conseqentemente, ao se utilizar uma bomba de rotao varivel num abastecimento com curva de sistema varivel, procura-se compensar a variao do ponto de funcionamento

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com a variao da curva da bomba (variando sua rotao), de modo a que este ponto esteja sempre o mais prximo possvel do PMR da bomba.

Figura II.17: Variao da rotao de uma bomba centrfuga com a variao de sua curva caracterstica Deve-se observar que pequenas variaes na rotao da bomba no interferem significativamente na curva de rendimento. Entretanto, grandes variaes podem fazer cair o rendimento. Embora esta seja uma situao freqentemente encontrada nos sistemas de abastecimento de gua, o uso dos variadores de velocidade ainda no uma prtica corriqueira, principalmente em funo do seu custo, que nem sempre compensado pela reduo de custo conseguido em decorrncia da economia de energia. Mas essa situao vem se modificando com o desenvolvimento das tecnologias de variadores de velocidade ou conversores de freqncia e o aumento da competitividade dos fabricantes dessa tecnologia.

3.2.6 - Associao adequada de bombasa) Associaes em srie Diz-se que uma bomba est associada em srie com outra quando o recalque da primeira coincide com a suco da seguinte (como se a bomba de jusante fosse um booster). Assim, para cada vazo, as alturas manomtricas sero a soma das alturas individuais de cada bomba.


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A Figura II.18 ilustra como fica a curva da associao de duas bombas em srie. A curva da associao de vrias bombas em srie obtida da mesma maneira, somando-se, para cada vazo, as alturas manomtricas de cada bomba individualmente, sejam elas iguais ou diferentes. claro que no usual fazer a associao de bombas de caractersticas diferentes. No entanto, se este for o caso, a curva obtida da forma como est mostrado na Figura II.18 para duas bombas. Se for colocada a curva do sistema juntamente com a curva da associao, torna-se possvel verificar os pontos de funcionamento de cada bomba quando trabalhando na associao. A Figura II.18, relativa associao das duas bombas em srie, ilustra o ponto de funcionamento da associao:

Figura II.18: Curva da associao x curva do sistema duas bombas iguais em srie

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Neste diagrama, observa-se que as bombas, quando trabalhando associadas, funcionam, cada uma, fornecendo uma altura manomtrica de cerca de 43 metros de coluna de gua, na vazo de pouco mais de 225 m/h (em torno de 230). Se apenas uma bomba estivesse instalada no sistema mostrado na Figura II.18, ela estaria fornecendo uma vazo de 150 m/h contra uma altura manomtrica de 50 m.c.a. Um diagrama como este permite analisar se as bombas associadas dessa forma trabalham em um ponto de melhor rendimento ou no. b) Associaes em paralelo Diz-se que duas ou mais bombas esto associadas em paralelo quando bombeiam em uma nica tubulao simultaneamente. A curva desse tipo de associao (no caso em que a distncia entre as bombas e o ponto de juno pequena - menos de 10 metros) obtida somando-se, para cada altura manomtrica, as vazes indicadas nas curvas individuais de cada bomba. A Figura II.19 ilustra a associao em paralelo de duas bombas iguais. Exemplo: Associao em paralelo Imagine um sistema com tubulao de recalque de 200 mm, na extenso de 1000 metros, com coeficiente C de Hazen-Williams igual a 130, uma tubulao de suco de 10 metros de extenso com dimetro de 250 mm e o mesmo coeficiente C, consideradas as peas normais de uma montagem de uma elevatria (ts, curvas, registros e vlvulas), bombeando contra uma altura geomtrica de 40 metros. A curva deste sistema est mostrada na Figura II.19, juntamente com a associao de duas bombas iguais.


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Figura II.19: Associao em paralelo x curva do sistema (bombas iguais) Nesta Figura, os pontos de interseo das linhas mostram o funcionamento deste sistema em diversas situaes: O cruzamento da curva do sistema com a curva de associao das bombas em paralelo mostra o ponto de funcionamento deste sistema quando se opera com as duas bombas em paralelo ligadas. Isto , a vazo recalcada ser igual a cerca de 27,0 l/s, com cada bomba contribuindo com a metade desse valor, cerca de 13,5 l/s. O cruzamento da curva do sistema com a curva de uma bomba mostra o ponto de funcionamento deste sistema quando somente uma das bombas estiver em operao, com a outra desligada, com vazo de aproximadamente 17 l/s, maior que quando funcionando em paralelo. Essa Figura capaz por si s de mostrar as diversas opes de funcionamento de uma elevatria, mostrando ainda com qual rendimento cada bomba trabalhar em cada situao, uma vez que o rendimento varia com a vazo recalcada.

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MANUAL PRTICO - EFICINCIA ENERGTICA EM SISTEMAS DE BOMBEAMENT

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