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VIII Seminário Ibero-americano Alterações climáticas e gestão da água e energia em sistemas de abastecimento e drenagem 1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO ENERGÉTICO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA P. Duarte * , H. Alegre, D. I. C. Covas * Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) – Av. do Brasil, 101 – 1700-066 Lisboa – Tel: +351 21 8443842 – Fax: +351 21 8443032 – e-mail: [email protected] RESUMO Esta comunicação tem como objectivo o estabelecimento de critérios e de medidas de desempenho para a avaliação da eficácia de processos de gestão de energia em sistemas de abastecimento de água. Identificam-se os principais objectivos que geralmente motivam a implementação de medidas de gestão de energia em sistemas de abastecimento de água, estabelecem-se critérios de avaliação para cada objectivo e recomendam-se as respectivas medidas de desempenho a utilizar. São propostos e aplicados a casos de estudo três novos índices de avaliação da eficiência energética dos sistemas, analisando a informação neles contida, as suas vantagens e as suas limitações. PALAVRAS-CHAVE: Gestão de energia, uso eficiente de energia, sistemas de abastecimento de água, indicadores de desempenho, índices de desempenho ABSTRACT The current paper aims at the establishment of criteria and performance measures for the assessment of the effectiveness of energy management processes in water supply systems. The main objectives that generally motivate the implementation of energy management strategies are identified, assessment criteria for each objective and the corresponding performance indicators to be used are recommended. Three new performance indices for evaluating energy efficiency of systems are proposed and tested, and information provided and advantages and shortcomings of each indicator are discussed. KEYWORDS: Energy management, efficient use of energy, water supply systems, performance indicators INTRODUÇÃO O protocolo de Kyoto e os compromissos assumidos pelos países de reduzir as emissões de dióxido de carbono, bem como de outros gases que contribuem para o efeito de estufa, estão a ter um forte efeito de alavancagem na implementação de planos e programas de gestão de energia um pouco por todo o mundo. Portugal não é excepção. Verificou-se desde 1990 um crescimento acentuado do consumo energético, embora nos últimos anos essa tendência tenha sido invertida e ainda se verifique um desvio significativo em relação à média europeia. A comparação é feita com base num indicador de “intensidade energética” expresso em TEP/M€ de PIB 1 (MEI, 2008) e, ao ritmo dos últimos anos, Portugal demoraria cerca de 15 anos a atingir o nível europeu actual. Para acelerar esta redução, vai ter início um “Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética – Portugal Eficiência 2015”, onde são definidos 12 programas de actuação que incluem diversas medidas de incentivo à utilização de novas tecnologias, à melhoria de processos organizativos e à mudança de comportamentos e de valores que conduzam a hábitos de consumo mais sustentáveis. A promoção da eficiência energética dos sistemas de abastecimento de água enquadra-se neste plano de acção, podendo inclusive vir a beneficiar de medidas de apoio, como incentivos tarifários e regimes de amortizações aceleradas para investimentos que conduzam ao aumento da eficiência energética, entre outros. 1 Toneladas Equivalentes de Petróleo por milhão de euros de PIB

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Page 1: AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO ENERGÉTICO EM SISTEMAS … · (iii) equipamento elevatório utilizado (por exemplo, bombas de velocidade fixa/variável, eficiências das bombas para os

VIII Seminário Ibero-americano

Alterações climáticas e gestão da água e energia em sistemas de abastecimento e drenagem 1

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO ENERGÉTICO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

P. Duarte*, H. Alegre, D. I. C. Covas * Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) – Av. do Brasil, 101 – 1700-066 Lisboa – Tel: +351 21 8443842 – Fax: +351 21 8443032 – e-mail: [email protected] RESUMO

Esta comunicação tem como objectivo o estabelecimento de critérios e de medidas de desempenho para a avaliação da eficácia de processos de gestão de energia em sistemas de abastecimento de água. Identificam-se os principais objectivos que geralmente motivam a implementação de medidas de gestão de energia em sistemas de abastecimento de água, estabelecem-se critérios de avaliação para cada objectivo e recomendam-se as respectivas medidas de desempenho a utilizar. São propostos e aplicados a casos de estudo três novos índices de avaliação da eficiência energética dos sistemas, analisando a informação neles contida, as suas vantagens e as suas limitações. PALAVRAS-CHAVE: Gestão de energia, uso eficiente de energia, sistemas de abastecimento de água, indicadores de desempenho, índices de desempenho ABSTRACT

The current paper aims at the establishment of criteria and performance measures for the assessment of the effectiveness of energy management processes in water supply systems. The main objectives that generally motivate the implementation of energy management strategies are identified, assessment criteria for each objective and the corresponding performance indicators to be used are recommended. Three new performance indices for evaluating energy efficiency of systems are proposed and tested, and information provided and advantages and shortcomings of each indicator are discussed. KEYWORDS: Energy management, efficient use of energy, water supply systems, performance indicators INTRODUÇÃO

O protocolo de Kyoto e os compromissos assumidos pelos países de reduzir as emissões de dióxido de carbono, bem como de outros gases que contribuem para o efeito de estufa, estão a ter um forte efeito de alavancagem na implementação de planos e programas de gestão de energia um pouco por todo o mundo. Portugal não é excepção. Verificou-se desde 1990 um crescimento acentuado do consumo energético, embora nos últimos anos essa tendência tenha sido invertida e ainda se verifique um desvio significativo em relação à média europeia. A comparação é feita com base num indicador de “intensidade energética” expresso em TEP/M€ de PIB1 (MEI, 2008) e, ao ritmo dos últimos anos, Portugal demoraria cerca de 15 anos a atingir o nível europeu actual. Para acelerar esta redução, vai ter início um “Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética – Portugal Eficiência 2015”, onde são definidos 12 programas de actuação que incluem diversas medidas de incentivo à utilização de novas tecnologias, à melhoria de processos organizativos e à mudança de comportamentos e de valores que conduzam a hábitos de consumo mais sustentáveis. A promoção da eficiência energética dos sistemas de abastecimento de água enquadra-se neste plano de acção, podendo inclusive vir a beneficiar de medidas de apoio, como incentivos tarifários e regimes de amortizações aceleradas para investimentos que conduzam ao aumento da eficiência energética, entre outros.

1 Toneladas Equivalentes de Petróleo por milhão de euros de PIB

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Alterações climáticas e gestão da água e energia em sistemas de abastecimento e drenagem 2

Os custos de energia consumida, em conjunto com os custos de pessoal, tendem a representar uma das rubricas mais representativas dos custos de operação dos sistemas de abastecimento de água. Por esta razão, o uso eficiente da energia é crítico para a eficiência económica global das entidades gestoras. Além disso, assume uma relevância cada vez maior em termos ambientais. Devem ser implementadas soluções de projecto e de operação que reduzam as perdas de energia, atenuem os picos de consumo e minimizem as emissões de poluentes para o meio ambiente. A promoção de projectos que tenham por objectivo a optimização dos recursos energéticos e dos seus custos é cada vez mais comum nas entidades gestoras. Avaliar a eficiência energética é importante para estabelecer prioridades de intervenção e para controlar a eficácia das medidas implementadas. No entanto, esta tarefa está longe de ser trivial. É aconselhável a utilização de indicadores de desempenho ou de índices de desempenho técnico. A selecção das medidas de desempenho a adoptar deverá seguir os princípios genéricos de avaliação do serviço estabelecidos nas normas ISO 24500 publicadas recentemente (ISO, 2007a e ISO, 2007b): devem identificar-se os objectivos, para cada objectivo devem ser estabelecidos os critérios de avaliação e para cada critério de avaliação devem escolher-se as medidas de desempenho mais adequadas (Duarte et al., 2008). Esta abordagem foi seguida nesta comunicação. Considera-se que o consumo de energia depende de aspectos relacionados com:

(i) procedimentos de operação que influenciem a quantidade de energia consumida ou os períodos de maior consumo e os respectivos custos;

(ii) procedimentos de manutenção, incluindo a manutenção do equipamento de bombeamento e das redes (por exemplo, nível de perdas reais, tuberculização de condutas);

(iii) equipamento elevatório utilizado (por exemplo, bombas de velocidade fixa/variável, eficiências das bombas para os caudais bombeados);

(iv) topologia do sistema, dependendo das opções de projecto; (v) contexto externo, independente das políticas de gestão (por exemplo, topografia da área servida,

localização das origens de água e dos pontos de consumo). As tácticas adoptadas para reduzir o consumo de energia (i.e., kWh) ou o custo (i.e., € poupados) podem ser dirigidas para estes aspectos, com excepção do último, relativo a informação de contexto. Pode ser relativamente fácil avaliar o efeito de medidas de operação e manutenção adoptadas, apenas comparando os consumos de energia antes e depois da sua implementação. O desafio principal em termos de avaliação prende-se com a fase do diagnóstico (Quão eficiente é o meu sistema actualmente? Qual é o meu subsistema menos eficiente? Qual é o potencial de melhoria do meu sistema?) e com a análise de soluções alternativas de intervenção, em particular se envolverem alterações na topologia do sistema. Esta comunicação dirige-se a cada um destes aspectos. São apresentados de uma forma sistematizada os principais objectivos que geralmente levam à implementação de estratégias de gestão de energia, sugestões de critérios de avaliação possíveis e as medidas de avaliação correspondentes. Associam-se aos indicadores da IWA, novos indicadores e índices, discute-se a sua aplicabilidade, a informação que fornecem, os procedimentos de avaliação e as suas limitações. São analisados índices de desempenho que comparam a energia utilizada num cenário em análise com a energia mínima teórica necessária no contexto externo verificado. Apresentam-se casos de estudo para ilustrar a utilização das medidas de desempenho propostas. OBJECTIVOS DA ENTIDADE GESTORA, MOTIVAÇÕES PARA A GESTÃO DE ENERGIA E MEDIDAS DE DESEMPENHO

A actividade das entidades gestoras de sistemas de abastecimento de água é orientada pela definição de objectivos em três níveis: ao nível estratégico, de longo prazo, onde são identificados os objectivos globais da organização e as respectivas metas, normalmente pela gestão de topo; ao nível táctico, mais sectorial, que estabelece as vias para atingir os resultados pretendidos, ou seja, as tácticas a adoptar para o cumprimento dos objectivos estratégicos; e, por fim, ao nível operacional, que estabelece e programa as acções a desenvolver a curto prazo.

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Entre os objectivos estratégicos deste tipo de actividade, destacam-se os que figuram como exemplo na norma ISO 24512, relativa à gestão e avaliação do desempenho dos serviços de abastecimento de água (ISO, 2007b):

garantir a protecção da saúde pública; corresponder às solicitações e às expectativas dos utilizadores do serviço; garantir o fornecimento do serviço em condições normais e de emergência; garantir a sustentabilidade da entidade gestora; promover o desenvolvimento sustentável da comunidade; proteger o ambiente.

As motivações que levam ao estabelecimento de medidas de gestão de energia são diversas. Em primeiro lugar, surge a motivação imperativa de “garantir o fornecimento do serviço em condições normais e de emergência”, que envolve a disponibilização de água nos pontos de entrega com as pressões mínimas requeridas, e constitui a motivação principal para o consumo de energia em bombeamento de água. Não menos importantes são a necessidade de racionalizar os consumos de energia e os custos associados, que, como se referiu anteriormente, representam frequentemente uma grande parte dos custos operacionais das entidades gestoras. Estes dois aspectos estão associados aos objectivos de garantia de sustentabilidade da entidade gestora, de promoção do desenvolvimento sustentável da comunidade e de protecção do ambiente. Recentemente, as crescentes preocupações com o meio ambiente e com as emissões de gases que contribuem para o aquecimento global levam a que a gestão de energia contemple também preocupações com os tipos de energia utilizados, de forma a reduzir o chamado carbon footprint. Existe ainda alguma indefinição sobre este conceito, relativamente aos gases que devem ser considerados (EPLCA, 2007; Wiedmann e Minx, 2007). No contexto dos sistemas de abastecimento de água, esta falta de consenso não impede que a gestão da energia reflicta preocupações com as emissões gasosas que contribuem para o efeito de estufa e com o tipo de recursos energéticos utilizados. Em muitas entidades gestoras, incluindo em Portugal, já é prática corrente reportar indicadores de sustentabilidade que quantificam o consumo directo e indirecto de energia, os esforços para reduzir consumos energéticos, as emissões de gases que contribuem para o efeito de estufa e as respectivas iniciativas de redução (GRI, 2006b; GRI, 2006a; EPAL, 2007; Águas do Douro e Paiva, 2007). Há a considerar dois tipos de emissões: directas e indirectas. Considerando as emissões mais relevantes, e começando pelas indirectas, é de referir o consumo de energia eléctrica produzida a partir de fontes de energia não renováveis (caso em que energia eléctrica provém de centrais termoeléctricas ou de geradores). As emissões directas resultam do consumo de combustíveis fósseis pela frota automóvel utilizada pela entidade gestora. Está em curso uma Acção COST com o objectivo de investigar como é que se pode conseguir reduzir as emissões de carbono através do projecto e da gestão adequadas das construções, o que envolverá aspectos como a minimização do uso de energia e das emissões associadas e a avaliação de impactos energéticos indirectos relacionados com a evolução das construções (ESF, 2008). Dos objectivos atrás referidos, os mais importantes em termos da gestão de energia, considerando as motivações mais comuns, são os apresentados no Quadro 1. Para cada objectivo estratégico, apresentam-se os critérios de avaliação mais relevantes neste contexto. Apresentam-se também exemplos de medidas de desempenho adequadas aos critérios de avaliação escolhidos. As medidas de desempenho sugeridas no Quadro 1 foram seleccionadas do sistema de indicadores de desempenho propostos pela IWA para serviços de abastecimento de água (Alegre et al., 2006). O indicador Ph4 refere-se à margem existente em termos de capacidade de bombeamento enquanto os indicadores Ph5, Ph6 e Ph7 exprimem a eficiência de utilização de energia. O indicador “recuperação de energia” (Ph7) é relevante quando existem escoamentos gravíticos com excedentes significativos de energia que possam ser recuperados. O indicador “custos de energia eléctrica” (Fi10) fornece informação sobre o peso relativo destes custos nos custos correntes da entidade gestora. O indicador tradicional “energia consumida por m3” não foi incluído no sistema da IWA porque não permite comparações entre sistemas. Contudo, a IWA reconhece que este indicador pode ser útil para o registo da evolução de um sistema. Estes indicadores são um bom ponto de partida, mas nem sempre são suficientes para estabelecer diagnósticos, comparar alternativas, definir prioridades de actuação e monitorizar a implementação de planos, de programas ou de medidas de gestão de energia. Apesar de permitirem à entidade gestora avaliar se o equipamento de elevação está a funcionar eficientemente, não dão informação sobre o potencial de

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poupanças de energia que resultem do controlo de outros aspectos (e.g., controlo de perdas de águas, gestão de pressões). Além disso, nenhum destes indicadores permite avaliar a eficiência energética do sistema como um todo.

Quadro 1: Objectivos estratégicos, critérios de avaliação e indicadores de desempenho do sistema da IWA relativos à gestão de energia.

Objectivo estratégico Critério de avaliação Medidas de desempenho

Assegurar o fornecimento do serviço em condições normais e de emergência

Manutenção de pressões adequadas nas redes de adução e distribuição

QS10 - Adequação da pressão de serviço na distribuição (%) Percentagem dos pontos de entrega (em ramais) onde as pressões na hora de maior consumo são iguais ou superiores aos valores requeridos.

Garantir sustentabilidade da entidade gestora

Dimensão adequada das infra-estruturas

Ph4 - Utilização da capacidade de bombeamento (%) Percentagem máxima de capacidade de bombeamento (que pode ser utilizada em simultâneo) e que foi efectivamente utilizada.

Sustentabilidade económico-financeira

Fi10 - Custos de energia eléctrica (%) Percentagem de custos correntes correspondentes a energia eléctrica

Proteger o ambiente Redução das quantidades de energia consumida

Ph5 - Consumo de energia normalizado (kWh/m3/100m) Consumo médio de energia de bombeamento de 1 m3 a 100 m de elevação.

Ph6 - Consumo de energia reactiva (%) Percentagem do consumo total de energia de bombeamento que corresponde ao consumo de energia reactiva

Ph7 - Recuperação de energia (%) Percentagem do consumo total de energia de bombeamento que é recuperada pelo uso de turbinas ou por bombas de eixo reversível

Utilização de energias renováveis (não contemplado)

As entidades gestoras também utilizam correntemente indicadores de consumo específico de energia (expressos em kWh/m3), para além dos indicadores do sistema da IWA referidos. Estes indicadores devem ser calculados com base em denominadores direccionados para os aspectos que estão a ser avaliados. Quando a avaliação se refere à globalidade do sistema, costuma usar-se como denominador o volume de água entrada, ou seja, adopta-se o indicador consumo específico de energia por volume de água entrada no sistema (expresso em kWh/m3 de água entrada no sistema). Quando a aplicação incide apenas num grupo electrobomba ou num conjunto de grupos, por exemplo para avaliar a respectiva eficiência energética, adopta-se como denominador o volume de água bombeada, ou seja, utiliza-se o consumo específico de energia por unidade de volume de água bombeada (expresso em kWh/m3 de água bombeada). Em alternativa ao indicador de consumo específico de energia por volume de água entrada no sistema, recomenda-se a utilização de um outro, ainda não muito utilizado, correspondente ao consumo específico de energia por volume de água facturada (expresso em kWh/m3 de água facturada). Este indicador tem a vantagem adicional de permitir avaliar os efeitos de medidas tomadas no âmbito de programas de controlo de perdas ou de uso eficiente da água. Qualquer destes indicadores pode ainda ser decomposto por tipo de energia (e.g., de origem fóssil, energia renovável), para melhor avaliação do impacto das medidas de gestão de energia em termos ambientais. Pode também ser expresso em termos de custo (e não de unidades de energia) e ser declinado por período tarifário (e.g., horas de cheia, de ponta e de vazio) para avaliar a eficiência financeira da organização. Estes indicadores não foram incluídos no sistema da IWA porque não permitem a comparação da eficiência energética entre sistemas diferentes, limitando-se a permitir comparações de cenários para um único sistema, ou a comparar eficiências médias normalizadas de equipamentos de bombeamento. No entanto, são úteis e aplicáveis neste contexto. No Quadro 2 faz-se a correspondência entre os objectivos e critérios atrás definidos e os indicadores de consumo específico de energia considerados mais relevantes.

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Quadro 2: Exemplos de outros indicadores de desempenho de eficiência energética. Objectivo estratégico Critério de avaliação Medidas de desempenho

Garantir sustentabilidade da entidade gestora

Sustentabilidade económico-financeira

Consumo específico por unidade de volume de água facturada (€/m3 de água facturada)

Consumo específico em hora de ponta por unidade de volume de água facturada (€/m3 de água facturada) Consumo específico em hora de cheia por unidade de volume de água facturada (€/m3 de água facturada) Consumo específico em hora de vazio por unidade de volume de água facturada (€/m3 de água facturada)

Idem anteriores, expresso em €/ m3 de água bombeada Proteger o ambiente Redução das

quantidades de energia consumida

Consumo específico por unidade de volume de água facturada (kWh/m3 de água facturada) Consumo específico por unidade de volume de água bombeada (kWh/m3 de água bombeada)

Utilização de energias renováveis

Percentagem do consumo de energia com origem em combustíveis fósseis (%)

Idem, para outras origens de energia (%), caso existam

NOVAS MEDIDAS PARA A AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO SISTEMA

O consumo específico de energia depende da topografia do terreno, que dita em grande parte a necessidade de energia que é necessário introduzir no escoamento para garantir o serviço aos consumidores. É esta a razão que inviabiliza a utilização destes indicadores para comparar sistemas entre si, com vista a estabelecer prioridades de intervenção. É pois relevante estabelecer medidas de eficiência energética que permitam ultrapassar esta limitação e identificar os sistemas como maior potencial de melhoria em termos energéticos. As novas medidas de desempenho que se propõem seguidamente neste artigo procuram contribuir para colmatar esta lacuna. Constituem um desenvolvimento dos conceitos de energia mínima e de energia supérflua propostos por Alegre (1992). Comparam a energia fornecida a um sistema com a energia mínima teórica necessária para satisfazer os consumos em todos os nós à pressão mínima requerida em cada caso. A energia mínima teórica corresponde à situação ideal de inexistência de perdas de carga no sistema. Convenciona-se que, em cada sistema, a cota topográfica de referência (zero) corresponde à do ponto de consumo com menor cota. Por facilidade de exposição, e dado que os consumos nos nós são em geral variáveis no tempo, começa-se por explicar o cálculo das energias por unidade de tempo, ou seja, o cálculo das potências. Por definição, a potência do escoamento numa secção de um sistema em pressão é dada por (Quintela, 2000):

HQγPe (1)

sendo Pe : potência do escoamento (W); : peso volúmico da água (9800 Nm-3); Q : caudal escoado (m3/s); H : carga hidráulica na secção em relação a um dado referencial (m c.a.) Na Figura 1, representam-se os vários tipos de potência do escoamento a considerar num sistema de abastecimento de água, nomeadamente:

potência fornecida, que quantifica toda a potência efectivamente fornecida ao sistema no instante em análise (nas diversas origens), medida em relação à cota de referência adoptada;

potência mínima (teórica), que resulta da soma das potências necessárias em todos os pontos de consumo para satisfazer as respectivas pressões mínimas (pi

min), medidas em relação à cota de referência adoptada;

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potência em excesso (teórica), que corresponde à diferença entre a potência fornecida e a potência mínima;

potência dissipada, que quantifica a potência dissipada no escoamento (i.e., nas perdas de carga); potência disponível, que é dada pela diferença entre a potência fornecida e a potência dissipada; potência supérflua, que corresponde à potência fornecida ao sistema para além da soma da potência

mínima com a potência dissipada.

Figura 1: Representação dos vários tipos de potência num sistema de abastecimento de água

Para que o consumidor localizado na cota mais desfavorável seja abastecido de acordo com os requisitos mínimos de pressão, os outros consumidores receberão provavelmente potência superior à necessária, dado que cada unidade caudal de uma dada origem é fornecida com a mesma potência para todos os pontos de consumo que essa origem abastece. Se se subtrair à potência fornecida ao sistema (Pforn) a potência mínima necessária (PminPi

min), obtém-se a potência em excesso teórica (Pexc = Pforn-Pimin).

Considerando que a energia fornecida ao sistema é proveniente de uma origem (e.g., reservatório) com carga hidráulica H, a potência fornecida, no instante t, é dada por:

tH(t)Qγ(t)P fornforn (2)

sendo Pforn (t) : potência fornecida ao sistema no instante t (W); Qforn(t) : caudal entrado no sistema no instante t (m3/s); H(t) : carga hidráulica na origem no instante t medida em relação ao referencial adoptado (e.g., cota do

nível de água no reservatório) (m c.a.). Caso exista mais do que uma origem de água no sistema de abastecimento (i.e., reservatórios, estações elevatórias ou derivações de condutas adutoras), a potência total fornecida corresponderá à soma das potências parciais relativas a cada origem, todas medidas em relação ao mesmo referencial de cotas. De salientar que o caudal fornecido (i.e., o caudal entrado no sistema) inclui todas as parcelas do balanço hídrico, ou seja, o caudal facturado e não facturado (incluindo as perdas e o consumo autorizado não facturado).

z0

Hi - Himin potência

fornecida (×H×Qforn)

z1

z2

zi

Himin

Q1 Q1+Q2

zn

potência supérflua

potência dissipada

potência mínima

Q1+...+Qi Qforn

pimin

Caudal consumido acumulado Qacum

H

potência em excesso

Energia H(m)

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Por outro lado, a potência mínima a disponibilizar ao sistema no instante t, Pmin(t), corresponderá ao somatório das potências mínimas requeridas em cada nó, de modo a satisfazer os respectivos consumos (que não incluem perdas de água na rede pública) e os requisitos mínimos de pressão. A potência mínima é dada por (adaptada de Alegre, 1992):

n

1i

imin

in

1i

iminmin H(t)Qγ(t)P(t)P (3)

sendo Pi

min(t) : potência mínima a garantir no nó i no instante t (W); Qi (t) : caudal consumido no nó i no instante t (m3/s); Hi

min : cota piezométrica mínima requerida no nó i medida em relação ao referencial adoptado (m c.a.); n : número de pontos de consumo. Em situações em que há recuperação de parte da energia fornecida ao escoamento (i.e., através da instalação de turbinas), a potência recuperada (teórica) no instante t, Prec(t), é dada por:

TT N

1k

krec

kN

1k

krecrec (t)H(t)Qγ(t)P(t)P (4)

sendo Pk

rec(t) : potência recuperada teórica no nó k no instante t (admitindo rendimentos das turbinas de 100%) (W); Qk (t) : caudal turbinado no nó k no instante t (m3/s); Hk

rec(t) : carga hidráulica recuperada (queda útil) no nó k no instante t (m c.a.); NT : número de nós com recuperação de energia. A potência em excesso (teórica) no instante t, dada pela diferença entre o balanço das potências fornecida e recuperada e a potência mínima, é:

Pexc(t) = [Pforn (t) - Prec (t)] - Pmin (t) (5)

Note-se que, quanto maiores os desníveis topográficos, maior será o valor da parcela Pmin. Ao retirar da potência fornecida a parcela que depende dos desníveis topográficos (Pmin), a variável resultante já permite efectuar comparações entre sistemas. Por outro lado, a potência em excesso tem ainda a vantagem de ser independente do referencial adoptado para a medição das cotas. Poder-se-ia considerar a possibilidade de utilizar a potência disponível em vez da potência em excesso. No entanto, esta depende da topologia do sistema, dos diâmetros e das rugosidades das condutas. Uma vez que uma das formas de melhorar a eficiência energética é alterar qualquer destas características, e se pretende que a medida a usar seja independente de características que possam ser alteradas pelo gestor, a potência disponível não é uma variável adequada ao estabelecimento de comparações. Da forma como foi definida, a potência em excesso (Pexc) depende apenas da carga hidráulica na origem, da topografia, dos consumos e dos requisitos de pressão. Esta variável destina-se a permitir avaliar o potencial de melhoria de um sistema em termos de consumo de energia e compará-lo com o de outros sistemas, de modo a permitir estabelecer prioridades de intervenção. Dado que os caudais variam no tempo, a energia correspondente a qualquer uma das potências atrás referidas obtém-se pela integração das mesmas no intervalo de tempo em análise. A partir das equações anteriores, foram definidos três índices de desempenho energético global do sistema:

E1 - energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema); E2 - energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada); E3 - rácio de energia em excesso (adimensional).

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E1 - Energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema)

dttQ

dttPVEE1

forn

exc

forn

exc

(6)

Caso o caudal seja constante no tempo, este índices poderá ser simplificado para:

forn

n

1i

imin

iN

1k

krec

kforn

forn

minrecforn

forn

exc

Q

HQHQHQγ

QPPP

QPE1

T

(7)

Para que E1 seja expresso em kWh/m3, todas as variáveis deverão ser expressas em unidades do sistema internacional e o resultado da Equação (6) dividido por 3,6 106 (i.e., 1000 W/kW 3600 s/h). Este índice é sempre superior a zero, dado que em qualquer sistema real existe energia dissipada. No entanto, será desejável que o valor de E1 seja tão reduzido quando possível. Este índice traduz o potencial teórico de redução de energia por m3 de água entrada no sistema. O índice é adequado para avaliar o impacto de medidas de gestão de energia tais como a utilização de grupos electrobomba com velocidade de rotação variável (caso o caudal varie no tempo), a redução da carga hidráulica fornecida na origem ou a instalação de micro-turbinas em sistemas com energia em excesso. No entanto, não é adequado para avaliar o efeito de medidas de controlo de perdas de água na eficiência energética do sistema, dado que estas se traduzem na redução do caudal fornecido (Qforn), que intervém não só no numerador mas também no denominador, não sendo evidente o sentido da variação do índice. Pelos mesmos argumentos também não adequado para comparar sistemas com diferente níveis de perdas de água. Neste contexto, sugere-se o índice seguinte. E2 - Energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada)

dttQ

dttP

VEE2

fact

exc

fact

exc

(8)

Caso o caudal seja constante no tempo, este índice poderá ser simplificado para:

fact

n

1i

imin

iN

1k

krec

kforn

fact

minrecforn

fact

exc

Q

HQHQHQγ

QPPP

QPE2

T

(9)

Para que E2 seja expresso em kWh/m3, todas as variáveis deverão ser expressas em unidades do sistema internacional e o resultado da Equação (8) dividido por 3,6 106 (i.e., 1000 W/kW 3600 s/h). Este índice também é sempre superior a zero, sendo desejável que seja tão reduzido quando possível. Traduz o potencial teórico de redução de energia por m3 de água facturada. O objectivo de utilizar como denominador a água facturada é permitir que o índice traduza o reflexo, em termos energéticos, de medidas de controlo de perdas. Se houver redução das perdas reais, o índice terá um valor inferior (i.e., melhor), uma vez que o numerador diminui (por Qforn ser menor) e o denominador se mantém. Este índice é importante porque faz com que a entidade gestora se aperceba de que os custos das perdas de água se reflectem também em termos da energia gasta para elevar esses volumes de água. Medidas que levem a uma redução da dissipação de energia (e.g., intervenções de reabilitação) não se reflectem directamente na energia consumida pelo sistema nem nos índices E1 ou E2, a não ser que permitam reduzir a carga hidráulica na origem (i.e., a potência fornecida). Medidas que conduzam à redução de perdas aparentes, quase sempre associadas a um aumento do consumo facturado, têm um efeito directo na redução do valor do índice E2, não só porque fazem aumentar o

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denominador, mas também porque o numerador diminui (a potência fornecida mantém-se, mas a potência mínima aumenta). E3 - Excedente de energia no sistema (-)

dttP

dttPEEE3

min

forn

min

forn

(10)

Caso o caudal seja constante no tempo, este índice poderá ser simplificado para:

n

1i

imin

i

N

1k

krec

kforn

min

forn

HQ

HQHQ

PPE3

T

(11)

Este índice quantifica de uma forma muito directa o excesso teórico de energia que é fornecido ao sistema. À semelhança dos dois índices anteriores, a potência fornecida inclui sempre uma parcela de energia para cobrir as perdas de carga no sistema, pelo que o valor deste índice nunca pode ser 1. Tem como desvantagem depender do referencial adoptado para as cotas. Por esta razão é importante adoptar a convenção antes referida para a cota de referência. APLICAÇÃO A ALGUNS CASOS DE ESTUDO

Considerem-se três sistemas de adução fictícios, A, B e C, de acordo com as características indicadas no Quadro 3. Na Figura 2 ilustram-se as representações esquemáticas dos respectivos perfis altimétricos.

Figura 2: Representação dos perfis altimétricos dos sistemas de abastecimento A, B e C

Quadro 3: Características dos sistemas A, B e C.

Sistema A B C

Nó 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

Cota (m) 0 0 0 0 0 5 10 8 17 0 35 25 28 10 0

Pmin (m) 20 15 15 25 30 20 15 15 25 30 10 15 10 15 10

Consumo (m3/h) 180 90 400 54 72 180 90 400 54 72 180 90 54 400 72

O sistema A tem os nós todos situados à mesma cota. As pressões mínimas variam entre 15 e 30 m c.a., sendo as mais elevadas requeridas nos dois nós mais a jusante, responsáveis por apenas 15% do consumo. Há um grande consumidor no terceiro nó que representa cerca de metade das solicitações de consumo e onde a pressão requerida é a mínima do sistema.

1 2 3 4 5 1

2 3 4

5

Sistema A Sistema B Sistema C

1

2 3

4

5

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O sistema B apenas difere do sistema A nas cotas topográficas dos nós, que fazem com que as cotas piezométricas requeridas tenham valores diferentes. O grande consumidor mantém-se no nó 3 e continua a haver um requisito de pressão superior a jusante. No caso do sistema C, o terreno tem uma topografia diferente das anteriores, com as cotas piezométricas mínimas a decrescerem à medida que os nós estão mais afastados da origem. O grande consumidor situa-se no nó 3. Para todos os sistemas A, B e C, o caudal não facturado (correspondente às perdas no sistema, admitindo que não há consumo autorizado não facturado) representa 30% do caudal total fornecido ao sistema. Admite-se que metade do volume de água não facturada corresponde a perdas reais e que estas variam linearmente com a altura piezométrica. Em qualquer dos sistemas, a água é fornecida à cota 50 m. Na secção seguinte procede-se à comparação entre o potencial de melhoria em cada um dos sistemas A, B e C (cenários 1) e analisam-se diferentes soluções de intervenção (cenários 2 e 3) e os respectivos efeitos em termos da poupança de energia. Como hipótese simplificativa admitiu-se nos casos em que foram colocadas válvulas redutoras de pressão ou turbinas que a distribuição inicial das perdas reais, antes da instalação destes órgãos, era proporcional ao consumo a montante e a jusante dos mesmos. As soluções de intervenção que se propõem pretendem apenas ilustrar o uso dos índices propostos no âmbito de programas de gestão de energia. Admitiu-se um custo de energia eléctrica de 0,10 €/kWh. Comparação entre os sistemas A, B e C Representam-se na Figura 3 os três sistemas A, B e C, assumindo uma cota de referência comum, coincidente com a dos pontos de consumo mais baixos, e admitindo que a carga hidráulica na origem é 50 m.

Sistema A - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m)

Altu

ra (m

)

Sistema B - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Sistema C - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Cota do terreno Cota piezométrica mínima, Hmin Carga hidráulica fornecida, H

Figura 3: Representação das linhas de energia fornecida e das cotas piezométricas mínimas para os sistemas A, B e C.

Considerando para os sistemas A, B e C o cenário 1 definido pelas características dos sistemas indicadas no Quadro 3, calcularam-se os três índices anteriormente descritos, cujos resultados se indicam no Quadro 4. Para este cenário, o sistema A é aquele que apresenta a menor eficiência energética, resultado evidente pela carga hidráulica na origem ser muito superior à cota piezométrica mínima mais elevada. O resultado de E3 indica que a energia que está a ser fornecida ao sistema A é mais de 4 vezes superior à mínima necessária e os índices E1 e E2 revelam excessos de energia consideráveis que, a serem evitados, poderão traduzir-se na poupança de mais de 100 000 €/ano.

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Nos sistemas B e C, a cota de 50 m é necessária para satisfazer as pressões requeridas mais elevadas, mas há também excedentes de energia consideráveis. No caso do sistema B, onde para os três primeiros nós a que estão afectos cerca de 85% dos consumos, as cotas piezométricas mínimas não excedem os 25 m c.a., o fornecimento da água a uma cota de 50 m representa um desperdício de energia considerável. Neste caso, o índice E3 demonstra que a energia fornecida é quase três vezes superior à necessária e o potencial teórico de poupança energética também é muito significativo. No caso do sistema C, embora seja necessário satisfazer cotas piezométricas mais elevadas nos três primeiros nós, há um decréscimo acentuado das cotas piezométricas mínimas nos dois nós mais a jusante, responsáveis pela maior parte do consumo (cerca de 60%). Mais uma vez, neste caso os índices E1, E2 e E3 permitem concluir que há um potencial de poupança de energia muito motivador para fazer alterações ao sistema.

Quadro 4: Índices de energia em excesso para o cenário actual dos sistemas A, B e C e estimativa dos respectivos potenciais teóricos de poupança de energia.

Índices Cenários

A-1 B-1 C-1

E1 - Energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema)

0,103 0,087 0,078

E2 - Energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada) 0,147 0,125 0,111

E3 - Excedente de energia no sistema (-)

4,14 2,79 2,32

Potencial teórico de poupança energética (admitindo caudais constantes)

kWh/ano 1 028 200 869 906 772 278 €/ano 102 802 86 991 77 228

Pelas diferenças assinaladas entre os casos de estudo descritos, propõem-se em seguida soluções alternativas diferentes para estes três sistemas e faz-se a sua avaliação recorrendo aos índices propostos. Solução alternativa para o sistema A A solução que se afigura mais evidente para o sistema A é a redução da energia inicial fornecida. Previu-se o cenário 2, que consiste em diminuir a carga hidráulica fornecida ao sistema para o valor de 30 m c.a., que permite satisfazer a pressão em todos os nós (Figura 4). Em termos práticos, isto poderia conseguir-se de múltiplas formas, em função da situação concreta.

Sistema A - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m)

Altu

ra (m

)

Sistema A - Cenário 2

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m)

Cota do terreno Cota piezométrica mínima, Hmin Carga hidráulica fornecida, H

Figura 4: Representação das linhas de energia fornecida e das cotas piezométricas mínimas para os cenários 1 e 2 do sistema A.

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No Quadro 5 apresentam-se os resultados dos índices. De notar que os três índices sofreram uma redução muito significativa, reflexo da potência fornecida ao sistema no cenário 2 ser cerca de metade da fornecida no cenário inicial. Há ainda um potencial teórico de poupança de energia importante no cenário 2, mas a implementação desta solução permitiria uma poupança de quase 600 000 €/ano em relação ao cenário 1 (caso seja viável que a redução da potência fornecida corresponda efectivamente a uma poupança ou a uma recuperação de energia).

Quadro 5: Índices de energia em excesso para os cenários 1 e 2 do sistema A e estimativa dos respectivos potenciais teóricos de poupança de energia.

Índices Cenários

A-1 A-2

E1 - Energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema)

0,103 0,047

E2 - Energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada) 0,147 0,063

E3 - Excedente de energia no sistema (-)

4,14 2,33

Potencial teórico de poupança energética (admitindo caudais constantes)

kWh/ano 1 028 200 437 048 €/ano 102 802 43 705

Redução da potência fornecida ao sistema - 44 % Solução alternativa para o sistema B No sistema B, como já foi referido, os requisitos mais exigentes de cota piezométrica observam-se nos nós 4 e 5, responsáveis por apenas 15% do consumo. A solução que se afigura mais vantajosa para este sistema consiste na diminuição da carga hidráulica inicial fornecida, à semelhança do que foi proposto para o cenário 2 do sistema A, e na instalação de uma sobrepressora (S) a montante do nó 4 para satisfazer as exigências de pressão a jusante (cenário 2). Neste cenário, a carga hidráulica fornecida é 20 m c.a. inferior à inicial para cerca de 85% do caudal a fornecer e 5 m c.a. inferior para os restantes 15%, relativamente ao cenário 1 (Figura 5).

Sistema B - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Altu

ra (m

)

Sistema B - Cenário 2

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m)

Cota do terreno Cota piezométrica mínima, Hmin Carga hidráulica fornecida, H

Figura 5: Representação das cotas piezométricas e das cotas piezométricas mínimas para os cenários 1 e 2 do sistema B.

Do cálculo dos índices propostos, obtiveram-se os resultados que constam do Quadro 6. O cenário 2 representa uma redução de 43% da potência fornecida ao sistema. O índice E3 também sofre uma redução muito acentuada, passando a haver um excesso teórico de energia no sistema de cerca de 72% em vez dos quase 179% anteriores. Recorde-se que este excesso é teórico e nunca será nulo devido à parcela de energia correspondente às perdas de carga na rede, pelo que E3 nunca será igual a 1.

S

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Quadro 6: Índices de energia em excesso para os cenários 1 e 2 do sistema B e estimativa dos respectivos potenciais teóricos de poupança de energia.

Índices Cenários

B-1 B-2

E1 - Energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema)

0,087 0,037

E2 - Energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada) 0,125 0,050

E3 - Excedente de energia no sistema (-)

2,79 1,72

Potencial teórico de poupança energética (admitindo caudais constantes)

kWh/ano 869 906 347 969 €/ano 86 991 34 797

Redução da potência fornecida ao sistema - 38%

Soluções alternativas para o sistema C No sistema C, as cotas piezométricas mínimas decrescem com o afastamento do reservatório. O grande consumidor está localizado no nó 4, onde a cota piezométrica requerida (25 m) é metade da carga hidráulica fornecida ao sistema (50 m). O caudal a fornecer antes de chegar ao grande consumidor representa apenas cerca de 40% dos consumos, dos quais mais de metade estão afectos ao primeiro nó, onde a carga hidráulica fornecida é adequada. Embora os nós 2 e 3 recebam um excesso de pressão que poderia ser reduzido, como os seus consumos são relativamente reduzidos entendeu-se que seria mais vantajoso propor uma intervenção única a jusante destes nós, correspondente a uma maior redução de pressão. Propõem-se para análise duas soluções alternativas (Figura 6):

colocar uma válvula redutora de pressão (VRP) a montante do grande consumidor (cenário 2); colocar uma turbina (T) a montante do grande consumidor, com aproveitamento da energia (cenário 3).

Sistema C - Cenário 1

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Altu

ra (m

)

Sistema C - Cenário 2

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Sistema C - Cenário 3

0

10

20

30

40

50

0 1 000 2 000 3 000 4 000

Distância (m )

Cota do terreno Cota piezométrica mínima Diferença entre as cargas hidráulicasfornecida e recuperada

Figura 6: Representação das cotas piezométricas e da diferença entre as cargas hidráulicas fornecida e

recuperada para os cenários 1, 2 e 3 do sistema C.

Os cenários 2 e 3 aparentam ser iguais em termos de resultados, uma vez que as pressões resultantes nos nós 4 e 5 serão idênticas. No entanto, em termos de eficiências energéticas os resultados são bastante diferentes, como se pode concluir pela análise dos resultados dos índices E1, E2 e E3, apresentados no Quadro 7.

VRP T

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Quadro 7: Índices de energia em excesso para os cenários 1, 2 e 3 do sistema C e estimativa dos respectivos potenciais teóricos de poupança de energia.

Índices Cenários

C-1 C-2 C-3

E1 - Energia em excesso por volume de água entrada no sistema (kWh/m3 água entrada no sistema)

0,078 0,075 0,044

E2 - Energia em excesso por volume de água facturada (kWh/m3 água facturada) 0,111 0,104 0,060

E3 - Excedente de energia no sistema (-)

2,32 2,24 1,72

Potencial teórico de poupança energética (admitindo caudais constantes)

kWh/ano 778 278 724 039 421 745 €/ano 77 228 72 404 42 175

Redução da diferença entre a potência fornecida ao sistema e a recuperada - 4 % 26 %

No cenário 2, a redução da potência fornecida (4%) decorre exclusivamente da redução de perdas reais que ocorre a jusante da VRP, em resultado da redução da pressão a jusante. A dissipação de energia provocada pela VRP perde-se na totalidade e a carga hidráulica fornecida ao sistema mantém-se, alterando-se apenas o volume total de água entrada no sistema. Consecutivamente, os índices E1, E2 e E3 sofrem uma ligeira redução e o potencial teórico de poupança energética tem uma variação insignificante. No cenário 3, os índices E1, E2 e E3 reflectem a conjugação dos efeitos da redução das perdas reais a jusante da turbina e da recuperação de energia por esta. Desta forma recuperam-se teoricamente 0,044 kWh/m3 de água facturada, energia teoricamente recuperada pela turbina. Neste cenário, a redução da potência fornecida ao sistema é de cerca de 26% e os resultados dos índices revelam que a energia em excesso sofre uma redução superior a 40%, reflectindo-se numa poupança de cerca de 35 000 €/ano relativamente ao cenário 1. ANÁLISE DOS NOVOS ÍNDICES PROPOSTOS

Análise da eficácia dos índices

Qualquer dos índices propostos (E1, E2 e E3) cumpriu os objectivos para que foram concebidos, ou seja, todos permitiram comparar sistemas diferentes, identificar os que têm maior potencial de poupança de energia e, deste modo, estabelecer prioridades de intervenção. Qualquer dos índices identificou o sistema A como tendo o maior potencial de poupança, seguido do sistema B e finalmente do C. Os resultados após as intervenções validaram estas conclusões, tendo-se observado reduções da potência fornecida (deduzida da recuperada) de 44%, 38% e 26%, respectivamente para os sistemas A, B e C. Permitem também comparar cenários alternativos para um dado sistema, e avaliar o respectivo potencial de poupança de energia. Observando por exemplo o sistema C, verifica-se que qualquer dos índices identificou o cenário 3 como uma solução significativamente melhor do que o 1 e o 2, e os resultados de redução de potência fornecida (deduzida da recuperada) comprovaram esta indicação (reduções de 4% e de 26% dos cenários 2 e 3, respectivamente, relativamente ao cenário 1). Os três índices possibilitaram ainda concluir que os sistemas apresentam algum potencial remanescente de melhoria após as alterações previstas nos vários cenários explorados. Caberá ao engenheiro, comparando os custos de amortização e de exploração dos investimentos com o potencial de poupança energética, decidir qual a melhor solução a implementar em cada caso. Estes índices podem complementar as medidas de desempenho dos Quadros 1 e 2. Contribuem para a avaliação do critério de sustentabilidade económico-financeira, relativo ao objectivo estratégico “Garantir a

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sustentabilidade da entidade gestora” e também do critério de redução das quantidades de energia consumida, relativo ao objectivo estratégico “Proteger o ambiente”. Análise comparativa dos índices

A informação que estes índices contêm não é exactamente a mesma, mas é em parte redundante, pelo que não se justifica o uso simultâneo dos três indicadores. O índice E1, ao ser definido em função do volume de água entrada no sistema, não traduz o efeito do controlo de perdas reais. No entanto reflecte, de algum modo, a redução de perdas aparentes, dado que o numerador diminui e o denominador se mantém. A redução do numerador é devida ao aumento da potência mínima, decorrente do aumento do consumo autorizado nos nós. O índice E2, ao ser definido em função do volume de água facturado, traduz o efeito, em termos energéticos, de medidas de controlo de perdas de água, tanto reais como aparentes. Ao reduzir as perdas reais, o índice diminui porque o consumo facturado e a potência mínima se mantêm, mas a potência fornecida diminui por o caudal entrado no sistema ser menor. Ao reduzir as perdas aparentes, o índice E2 diminui por diminuir o numerador (tal como E1) e, simultaneamente, aumentar o denominador, razão por que E2 traduz melhor o efeito da redução de perdas aparentes do que E1. Assim, o índice E2 apresenta vantagens relativamente ao E1. Os índices E1 e E2, ao serem expressos por unidades de energia por volume de água, dão informação sobre o potencial teórico de poupança de energia que se pode obter por unidade de volume. Contudo, os resultados podem não ser de interpretação intuitiva para o utilizador, que poderá não ter sensibilidade aos valores obtidos. O índice E3 tem, deste ponto de vista, a vantagem comparativa de ter uma interpretação mais intuitiva, dado que traduz o rácio entre a energia que se está a gastar e a mínima necessária. Em termos de perdas de água, o índice E3 reflecte os impactos tanto das perdas reais como das perdas aparentes, sendo deste ponto de vista equivalente a E2. A principal fragilidade deste indicador prende-se com a sua dependência do referencial em que são medidas as cargas hidráulicas. Daí a importância de se convencionar que, em cada sistema, a cota topográfica de referência (zero) corresponde à do ponto de consumo com menor cota. Os índices E1 e E2 não têm esta fragilidade porque, ao serem definidos por uma diferença de energias, o efeito do referencial desaparece. O facto destes índices não terem em conta a energia dissipada no escoamento traz-lhes vantagens e inconvenientes. A principal limitação prende-se com o facto de não traduzirem de forma directa o potencial real de poupança e apenas o potencial teórico. Assim, não reflectem, por exemplo, o efeito resultante de alterações da configuração do sistema ou de outras intervenções de reabilitação (e.g., substituição de condutas por outras de menor perda de carga), que permitem potencialmente reduzir a energia fornecida, quando associadas a outras medidas. Desta forma, cenários que impliquem alteração da energia dissipada devem ser avaliados incluindo desde logo as medidas associadas de redução de energia fornecida. As principais vantagens são a objectividade do cálculo e o facto da energia mínima necessária para satisfazer as necessidades dos consumidores não ser calculada com base num layout pré-definido, o que introduziria enviezamento nos valores obtidos e na análise resultante. A limitação referida abre caminho a eventuais desenvolvimentos posteriores, que possam apontar para outros índices ou indicadores complementares que lhe dêem resposta. CONCLUSÕES

Nesta comunicação aborda-se a questão da avaliação da eficiência energética dos sistemas de abastecimento de água de modo sistemático, relacionando os objectivos das entidades gestoras como os critérios de avaliação a adoptar e as medidas de desempenho correspondentes, segundo os princípios estabelecidos nas normas

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ISO 24500, recentemente publicadas. Analisam-se as medidas de desempenho habitualmente usadas que dão resposta a algumas necessidades de avaliação e identificam-se lacunas. Propõe-se a subdivisão de indicadores já hoje utilizados em função do tipo de energia e do tarifário, de forma a dar resposta a algumas destas lacunas. Propõem-se ainda três novos índices. Estes índices permitem quantificar a eficiência energética dos sistemas, determinar o potencial de poupança de energia e comparar cenários diferentes do mesmo sistema, facilitando a comparação de soluções de intervenção. Permitem ainda fazer comparações entre sistemas com condições de funcionamento diferentes. Apresenta-se a sua definição e a aplicação a casos de estudo ilustrativos, de modo a demonstrar a sua utilidade prática e a forma de os aplicar, e a fundamentar uma análise crítica das vantagens e limitações que apresentam. A proposta apresentada nesta comunicação pretende ser uma contribuição para a avaliação de desempenho energético em sistemas de abastecimento de água, que deverá ser ainda sujeita a desenvolvimentos futuros. Em particular, é relevante testar a facilidade de aplicação em sistemas reais mais complexos, e analisar a robustez dos resultados para estes casos. Será também interessante vir a analisar a utilidade prática de índices que avaliem o potencial real de poupança associado ao layout existente (topologia, diâmetros e localização e carga hidráulica nas origens). É também importante desenvolver novas medidas que permitam avaliar, com maior profundidade, objectivos como o aumento da utilização de fontes de energia renovável, a redução do consumo de energias fósseis pela entidade gestora, a utilização de tecnologias com baixos consumos energéticos (mais amigas do ambiente) e a produção própria de energia. SIMBOLOGIA

Eforn : energia fornecida ao sistema num intervalo de tempo (e.g. kWh); Emin : energia mínima a fornecer ao sistema num intervalo de tempo (e.g. kWh); H : carga hidráulica na secção em relação a um dado referencial (m c.a.); Hi

min : altura piezométrica mínima requerida no nó i (m c.a.); Hk

rec : carga hidráulica recuperada no nó k (m c.a.); n : número de pontos de consumo; NT : número de nós com recuperação de energia; Pe : potência do escoamento (W); Pexc : potência em excesso (W); Pforn : potência fornecida ao sistema (W); Pi

disp : potência no nó i (W); Pi

min : potência mínima a garantir no nó i (W); Pmin : potência mínima a disponibilizar ao sistema; Prec : potência recuperada (W); Q : caudal escoado (m3/s); Qforn : caudal entrado no sistema (m3/s); Qi : caudal consumido no nó i (m3/s); Qk : caudal turbinado no nó k (m3/s); Vfact : volume de água facturado no sistema num intervalo de tempo (m3); Vforn : volume de água fornecido ao sistema num intervalo de tempo (m3); zi : cota do terreno, relativa a um referencial z0 coincidente com o ponto de consumo com menor cota (m); : peso volúmico da água (9800 Nm-3). AGRADECIMENTOS

Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil e à Fundação para a Ciência e a Tecnologia pela atribuição de uma bolsa de doutoramento à primeira autora (Ref.ª SFRH/BD/8293/2002). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Águas do Douro e Paiva (2007). Relatório de sustentabilidade de 2006. Águas do Douro e Paiva, S.A., (72 pág.).

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Alterações climáticas e gestão da água e energia em sistemas de abastecimento e drenagem 17

Alegre, H. (1992). Instrumentos de apoio à gestão técnica de sistemas de distribuição de água. Tese apresentada ao concurso para doutoramento no Instituto Superior Técnico e para acesso a Investigador Auxiliar do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Teses e Programas de Investigação LNEC, Lisboa, ISBN 972-49-1608-1 (590 pág.).

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