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Eficiência energética em estações elevatórias: Diagnóstico hidroenergético de uma instalação fornecedora de água bruta para posterior tratamento e distribuição de água tratada para dois municípios
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Eficiência energética em estações elevatórias: Diagnóstico hidroenergético de uma instalação fornecedora de água bruta para posterior tratamento e distribuição de água tratada para dois municípios
Steffens, Daniel Rocha
Data da Defesa:
2019-08-26
Orientador:
Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Resumo:
Este trabalho tem por objetivo avaliar a situação operacional/financeira atual de uma estação elevatória de água bruta, que faz parte de um sistema integrado de abastecimento de água tratada para dois grandes municípios do sul do Brasil – diagnóstico hidroenergético. A instalação é composta de cinco conjuntos motobombas, potência nominal 560 kW cada, que são acionados em função das sazonalidades operacionais. Na configuração de projeto, dois conjuntos motobombas eram reservas operacionais e, portanto, até três equipamentos eram acionados de maneira paralela, conectados em um mesmo barrilete. A partir de janeiro de 2016, por uma necessidade operacional de maior vazão disponibilizada ao sistema de abastecimento, um dos dois equipamentos reservas foi colocado em operação totalizando, portanto, até quatro equipamentos acionados de maneira conjunta. Com esse aumento do volume captado de água bruta, no qual o quarto equipamento foi colocado em operação sem uma análise mais detalhada do impacto dessa atividade frente às perdas de carga e, em função dos valores relativamente elevados das faturas de energia elétrica, decidiu-se por realizar um estudo multidisciplinar (hidráulica, mecânica, elétrica, operação e simulação) visando a diminuição dos valores pagos à companhia de energia elétrica. O diagnóstico hidroenergético se concentrou, basicamente, na busca de informações cadastrais (projeto e campo) dos equipamentos e instalações; nos ensaios de desempenho e nos testes em sequenciamentos dos conjuntos motobombas; e na compilação e na análise dos dados anuais operacionais. O estudo realizado permitiu que se chegassem a diferentes resultados, tais como: determinação dos rendimentos de cada um dos conjuntos motobombas e da instalação como um todo, bem como dos sequenciamentos mais eficientes frente às configurações operacionais aplicáveis; compilação de informações operacionais durante o período de um ano e que resultaram na determinação de indicadores de desempenho da instalação; avaliação das perdas de carga e das velocidades operacionais do sistema; construção de um modelo em software de simulação hidráulica, calibrado em campo, que permitiu analisar o enquadramento tarifário da instalação frente à resolução normativa n° 414, de 09 de setembro de 2010, da ANEEL e simulação de cenários operacionais para o estabelecimento de possíveis ganhos operacionais/financeiros com e/ou sem investimentos. Como exemplos de resultados facilmente alcançáveis, de cunho apenas administrativo/contratual, entre outros, pode-se destacar: 52.327,00 R$ ano-1 (-0,96 % do consumo energético total) – apenas realizando o desacionamento do quarto equipamento no horário de ponta; 201.312,00 R$ ano-1 (-18,60 % da demanda contratada) – ao se alterar a demanda contratada no horário de ponta de 2.150 kW para 1.750 kW; e, 156.728,52 R$ ano-1 (-2,89 % do consumo energético total) – ao se realizar a escolha otimizada dos grupos motobombas para as combinações mais eficientes. Partindo para a área dos investimentos significativos, ficou diagnosticado que a instalação possui uma considerável parcela de energia desperdiçada em perdas de carga nas tubulações, que vão bem além do considerado inevitável/econômico. Isso é explicado, pois o diâmetro equivalente das adutoras do sistema possui um valor de 931,2 mm frente a um ótimo/econômico, provável, obtido através da equação de Bresse, de 1.350 mm. Além disso, também, os valores inadequados de rugosidade das tubulações, em função dos anos de uso, impactam significativamente nos valores de perdas de carga. Dessa maneira, com R$ 289.036,23 (substituição das sucções dos cinco grupos motobombas, usinagem de quatro rotores de bombas e recuperação da rugosidade das adutoras, com o uso de pigs), 449.685,45 R$ ano-1, ou então, 8,28 % do consumo total da instalação são estimados como sendo possíveis de serem economizados, mantendo-se os valores de vazão atuais do sistema e com um retorno de investimento inferior a um ano. Já com relação aos equipamentos eletromecânicos, esses possuem os rendimentos dentro do esperado. No entanto, os tipos de bombas instaladas atualmente nunca atingem a condição de rendimento máximo em nenhum dos pontos operacionais. Ao se propor a substituição dos grupos motobombas por outros modelos, os rendimentos, nos valores de alturas manométricas médias estabelecidas via diagnóstico hidroenergético estariam, nas diferentes condições operacionais, sempre muito mais próximos aos máximos possíveis. Para essas alterações, o retorno do investimento foi estimado em, aproximadamente, cinco anos considerando a substituição de três bombas e de três motores elétricos, sendo isso, viável economicamente.
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