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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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metadataTrad.dc.contributor.author Steffens, Daniel Rocha;
metadataTrad.dc.contributor.authorLattes http://lattes.cnpq.br/2620673014582255;
metadataTrad.dc.contributor.advisor Rocha, Luiz Alberto Oliveira;
metadataTrad.dc.contributor.advisorLattes http://lattes.cnpq.br/2535324018884724;
metadataTrad.dc.contributor.advisor-co1 Wander, Paulo Roberto;
metadataTrad.dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/3438508833347823;
metadataTrad.dc.publisher Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
metadataTrad.dc.publisher.initials Unisinos;
metadataTrad.dc.publisher.country Brasil;
metadataTrad.dc.publisher.department Escola Politécnica;
metadataTrad.dc.language pt_BR;
metadataTrad.dc.title 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;
metadataTrad.dc.description.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.;
metadataTrad.dc.description.abstract This work aims to evaluate the operational/financial current situation of a raw water lift station, wich is part of an integrated treated water supply system for two big cities in south of Brazil – hydropower diagnosis. The facility is composed of five motor-pump sets, 560 kW rated power each, wich are triggered according to the operational seasonality. In the project setup, two motor-pump sets were operational reserves and, therefore, even three machines were actionated in parallel, connected to the same output pipe. Since January 2016, because of a higher flow operational need available to the supply system, one of the two standby equipment was put into operation thus totaling up to four jointly operated equipment. With the increase of raw water captured volume, in which the forth equipment was put in operation without a detailed analysis of this activity impact facing to the head losses and, according to the relatively high electric power bills values, it was decided to carry out a multidisciplinary (hydraulic, mechanics, electric, operation and simulation) study aiming the decrease of the electric power bills. The hydropower analysis was focused, basically, looking for cadastre informations (project and field) of the equipment and facilities; in the performance tests and in the motor-pump sets sequencing tests; and in the compilation and in the operational annual data analysis. The study has made it possible to find distinct results, such as: performance determinations of each motor-pump sets and the facility as a whole, as well as the most effective sequencing according to the applicable operational configurations; operational data collection during a period of one year that resulted in the determination of the facility performance indicators; valuation of head losses and the system operational speed; the construction of a hydraulic simulation model in software, calibrated in field, wich allowed the taxes framework analysis as provided by the normative resolution nº 414, from september, the ninth, 2010, according to ANEEL and the operational scenario simulations to establish possible operational/financial gains with and/or without investments. As examples of easily reachable results, only administrative/contractual ones, among others, can be highlighted: 52.327,00 R$ year-1 (-0,96 % of the total energy consumption) – just switching off the fourth equipment at the high peak period; 201.312,00 R$ year-1 (-18,60 % of the contracted demand) – when the contracted demand is changed at the high peak period from 2.150 kW for 1.750 kW; and, 156.728,52 R$ year-1 (-2,89 % of the total energy consumption) – by the optimized selection of the motor-pump sets for the more efficient combinations. Talking about the significant investments, it was diagnosed that the facility has a considerable portion of wasted power, caused by head losses in the pipes, that go much beyond what is considered inevitable/economic. This is explained because the equivalent diameter of the system adductors has a value of 931,2 mm facing an optimal/economic, probable, obtained through the Bresse equation, of 1.350 mm. Moreover, the roughness inadequate values of the pipes, after years of usage, has significant impact in the head losses values too. Therefore, with R$ 289.036,23 (substitution of the five motor-pump sets suctions, four pump rotors machining and the adductor roughness repairs, using pigs), 449.685,45 R$ year-1, or 8,28% of the total facility consumption are estimated to be saved, maintaining the current system flow rates and with a return on investment less than one year. Regarding to the electromechanical devices, the performances occurred as expected. However, the pump types currently installed never reach the maximum sustainable yield conditions at any operational points. Proposing the replacement of the motor-pump sets for another models, the performances, in the manometric heights average values established through hydropower diagnosis would be, in different operational conditions, always closer to the maximum viable. For those alterations, the expected return has been estimated in, approximately, five years considering the replacement of three pumps and three electrical motors, wich is economically viable.;
metadataTrad.dc.subject Best Efficiency Point; Diagnóstico hidroenergético; Simulação hidráulica; Best Efficiency Point; Hydropower diagnosis; Hydraulic simulation; Hydraulic simulation;
metadataTrad.dc.subject.cnpq ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
metadataTrad.dc.type Dissertação;
metadataTrad.dc.date.issued 2019-08-26;
metadataTrad.dc.description.sponsorship Nenhuma;
metadataTrad.dc.rights openAccess;
metadataTrad.dc.identifier.uri http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9053;
metadataTrad.dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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