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Pedro Leite; POTENCIAL DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE SISTEMAS ELEVATÓRIOS DE ÁGUAS RESIDUAIS Fernando Ferreira;

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1 Pedro Leite; POTENCIAL DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE SISTEMAS ELEVATÓRIOS DE ÁGUAS RESIDUAIS Fernando Ferreira; Luís Tentúgal Valente; Eduardo Vivas;

2 Enquadramento Em sistemas de drenagem de águas residuais a eficiência energética dependerá da capacidade de adaptação do sistema às reais necessidades de bombeamento. EUROSTAT (2012) US-DOE et al (2001) Crescimento do custo de energia (/kWh) Importância dos custos de energia Sistemas Elevatórios

3 Enquadramento Acima do valor indicativo de sustentabilidade (0,33 kWh/m3) Indicador de sustentabilidade ambiental [kWh/m 3 de água facturada] Acima do valor indicativo de sustentabilidade (0,44 kWh/m3) Dados RASARP 2010 (ERSAR, 2011) AR19a – Utilização dos recursos energéticos (kWh/m3) SECTOR EM ALTA AR19b – Utilização dos recursos energéticos (kWh/m3) SECTOR EM BAIXA

4 Otimização energética 0,009 /m3 0,006 /m3 (-33%) 0,005 /m3 (-45%) EER = 67 % EER = 80 % EER = 82 % Custo de bombagem EER (Energy Efficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado Energia Específica = Energia Consumida (kWh/m 3 ) Volume bombeado EER (Energy Efficiency Rating) Avaliação por indicadores específica

5 Otimização energética SISTEMA CONTROLADO PELAS PERDAS DE CARGA SISTEMA CONTROLADO PELO DESNÍVEL GEOMÉTRICO EER (Energy Efficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado Energia Específica (E s ) = Energia Consumida (kWh/m 3 ) Volume bombeado Avaliação por indicadores específica EER ESES ESES

6 PUMP 3E Pump Energy Efficiency Evaluation Módulo de selecção dos grupos electrobomba EER (Energy Efficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado Energia específica (kWh/m 3 ) EER (Energy Efficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado Energia específica (kWh/m 3 ) Definição de cenários de caudais afluentes Identificação de possíveis soluções de eficiência energética Avaliação de soluções segundo dois parâmetros de eficiência energética: Simulação de funcionamento contínuo do sistema elevatório (intervalos de 60s) Selecção e caracterização do(s) grupo(s) electrobomba

7 Critérios de avaliação Parâmetros para seleção dos sistemas elevatórios que iriam ser alvo de uma avaliação energética específica: Fator hidráulico do sistema Relação entre o caudal máximo e o caudal médio Energia específica mensal Número de horas de funcionamento mensal dos grupos EE Espírito Santo EE Afurada EE Valadares

8 Caso de estudo de otimização energética Espírito SantoAfuradaValadares Conduta elevatória FFD DN700 (L = m)FFD DN700 (L = m)FFD DN500 (L = 430 m) Grupo electrobomba ABS AFP 3502 ME 1100/6 (2+1)ABS AFP 2001 ME 750/4 (3+1)ABS AFP 2001 ME 750/4 (2+1) Ponto de funcionamento Q = 420 l/sQ = 161 l/sQ = 246 l/s Hman = 22,7 mcaHman = 21,5 mcaHman = 12,9 mca Pot = 175 kWPot = 41 kWPot = 33 kW

9 Caso de estudo de otimização energética Análise do funcionamento atual O caudal de bombagem mínimo é aproximadamente 4 vezes superior ao caudal médio afluente Medição de caudal feita no coletor a montante da câmara de visita de entrada. Caudal máximo registado de cerca de 215 l/s e mínimo ligeiramente superior aos 25l/s; Valor mediano situa-se nos 110 l/s; Os valores de caudal superior a 150 l/s têm frequência de ocorrência ligeiramente superior a 5%. Curva de caudais classificados (tempo seco) EE Espírito Santo Q BOMB = 483 l/s

10 Caso de estudo de otimização energética Análise do funcionamento atual EE Afurada EE Valadares 78 l/s 60 l/s 25 l/s 107 l/s 82 l/s 6,4 l/s O caudal de bombagem é aproximadamente igual ao caudal médio afluente Q BOMB = 67 l/s (GE Nº2 /GE Nº3) Q BOMB = 67 l/s (GE Nº2 /GE Nº3) Q BOMB = 84 l/s (GE Nº2 /GE Nº3) Q BOMB = 84 l/s (GE Nº2 /GE Nº3)

11 Caso de estudo de otimização energética Análise do tempos de funcionamento e do número de arranques Estação ElevatóriaTempo de funcionamento diário (h) Nº arranques/h Tempo médio de funcionamento (min) Espírito Santo7,40 (31%)8,02,32 Valadares22,23 (93%)7,37,58 Afurada19,06 (79%)4,28,23 No período de arranque os grupos registaram valores de rendimento de, apenas, 15%. O consumo de energia no arranque, é de, aproximadamente, 30% do consumo total. O volume do poço de bombagem não é ajustado à capacidade de bombagem do sistema, com um consequente aumento do consumo de energia Os grupos electrobomba apresentam um funcionamento praticamente contínuo, sem implicações directas no consumo de energia

12 Caso de estudo de otimização energética Análise do ponto de funcionamento EE Espírito Santo = 2,9% (77,9% 75,0%) EE Valadares EE AfuradaEE Espírito Santo A redução do rendimento global no ponto de funcionamento, por sistema: EE Valadares = 38,8% (76,8% 38,0%) EE Afurada = 44,8% (76,3% 31,5%) Δ E S = - 46% Δ E S = - 55%

13 Caso de estudo de otimização energética Análise do consumo energético anual Custo energético para o período de Março de 2011 a Fevereiro de 2012 Nota: O custo médio de energia mensal varia entre aproximadamente 2200 e Nota: O custo médio de energia mensal varia entre aproximadamente 2200 e Equipamento Valor Faturado Médio mensalTotal anual Espírito Santo3.111, ,50 Afurada3.282, ,52 Valadares2.197, ,80

14 Caso de estudo de otimização energética Variadores de velocidade Redução do custo de energia é possível até à frequência de 40Hz (788 rpm). Não permite redução significativa do número de arranques; Redução do consumo de energia diário será no máx. 15%. O período de retorno é inferior a 21 meses Redução do consumo de energia diário será no máx. 15%. O período de retorno é inferior a 21 meses Q = 125 l/s Hman = 9.7 mca η = 78% Curva de caudais classificados (tempo seco) Instalação de uma bomba de menor capacidade Redução do nº de arranques dos grupos de maior potência; Possibilitaria dispensar a utilização dos grupos eletrobomba atuais em, aproximadamente, 75% do período em análise; A redução do consumo de energia diário pode atingir 40%. Período de retorno de 8 meses. A redução do consumo de energia diário pode atingir 40%. Período de retorno de 8 meses. EE Espírito Santo

15 Caso de estudo de otimização energética Análise da degradação da eficiência dos impulsores REDUÇÃO LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR REDUÇÃO BILINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR EE Valadares REDUÇÃO TRI-LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR Δ E S = - 46%

16 Principais conclusões A EE de Espírito Santo é eficaz na bombagem de caudais afluentes elevados associados a eventos de precipitação. Apresenta ineficiências na resposta à variação de caudal afluente e associado ao tempo de arranque dos grupos. No que toca às soluções de otimização, a instalação de uma bomba de pequena capacidade apresenta maiores vantagens exclusivamente do ponto de vista da eficiência energética. As vantagens de aplicação dos variadores de velocidade de forma isolada são limitadas. EE Espírito Santo

17 Principais conclusões As estações elevatórias de Valadares e Afurada apresentam um desgaste significativo dos impulsores, implicando um aumento dos custos energéticos. A substituição dos impulsores significa uma redução dos custos energéticos imediata de 46% no caso da EE de Valadares e 55% na EE da Afurada. Incorporando a lei de desgaste dos impulsores e os custos de operação e manutenção, a poupança ao longo do ciclo de vida, associada à substituição periódica dos impulsores, será no máximo de 20%. O desgaste acentuado do impulsor no período inicial da sua utilização pode inviabilizar a redução dos custos energéticos. Valadares e Afurada


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