Download - Pedro Leite; [email protected]
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Pedro Leite; [email protected]
POTENCIAL DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE SISTEMAS ELEVATÓRIOS DE ÁGUAS RESIDUAIS
Fernando Ferreira; [email protected]
Luís Tentúgal Valente; [email protected]
Eduardo Vivas; [email protected]
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Enquadramento
Em sistemas de drenagem de águas residuais a eficiência energética dependerá da capacidade de adaptação do sistema às reais necessidades de bombeamento.
2005 2006 2007 2008 2009 2010 20110.06
0.07
0.08
0.09
0.10
Custo Energia - Consumidores Industriais
Cust
o de
elé
ctric
idad
e (€
/kW
h)
EUROSTAT (2012) US-DOE et al (2001)
Crescimento do custo de energia (€/kWh)
Importância dos custos de energia Sistemas Elevatórios
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Enquadramento
Acima do valor indicativo de
sustentabilidade (0,33 kWh/m3)
Indicador de sustentabilidade ambiental [kWh/m3 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
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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/m3) Volume bombeado
EER (Energy Efficiency Rating)
Avaliação por indicadores específica
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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 (Es) = Energia Consumida (kWh/m3) Volume bombeado
Avaliação por indicadores específica
EERES
EERES
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PUMP 3EPump 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/m3)
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
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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
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Caso de estudo de otimização energética
Espírito Santo Afurada ValadaresConduta elevatória
FFD DN700 (L = 3.562 m) FFD DN700 (L = 1.878 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/s Q = 161 l/s Q = 246 l/s
Hman = 22,7 mca Hman = 21,5 mca Hman = 12,9 mca
Pot = 175 kW Pot = 41 kW Pot = 33 kW
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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%.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Caud
al (l
/s)
Horas
Curva de caudais classificados (tempo seco)
EE Espírito Santo
Q BOMB = 483 l/s
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Caso de estudo de otimização energéticaAnálise do funcionamento atual
EE AfuradaEE Valadares
78 l/s60 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 = 84 l/s(GE Nº2 /GE Nº3)
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Caso de estudo de otimização energéticaAnálise do tempos de funcionamento e do número de arranques
Estação Elevatória Tempo de funcionamento diário (h)
Nº arranques/h
Tempo médio de funcionamento (min)
Espírito Santo 7,40 (31%) 8,0 2,32
Valadares 22,23 (93%) 7,3 7,58
Afurada 19,06 (79%) 4,2 8,23
• 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
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Caso de estudo de otimização energéticaAnálise do ponto de funcionamento
• EE Espírito Santo = 2,9% (77,9% → 75,0%)
EE ValadaresEE 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 ES = - 46%Δ ES = - 55%
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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 3300€.
EquipamentoValor Faturado
Médio mensal Total anual
Espírito Santo 3.111,96€ 37.344,50€
Afurada 3.282,88€ 39.394,52€
Valadares 2.197,07€ 26.364,80€
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Caso de estudo de otimização energéticaVariadores 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
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Caud
al (l
/s)
Horas
Q = 125 l/sHman = 9.7 mcaη = 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.
EE Espírito Santo
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Caso de estudo de otimização energética
2 3 4 5 6 7 8
-20%
-15%
-10%
-5%
0%
Período de substituição do impulsor (Anos)
Var
iaçã
o do
cus
to to
tal
Análise da degradação da eficiência dos impulsoresREDUÇÃO LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR
REDUÇÃO BILINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR
2 3 4 5 6 7 8
-10%
-5%
0%
5%
Período de substituição do impulsor (Anos)
Var
iaçã
o do
cus
to to
tal
17% - 1º ano
10% - 1º ano
EE Valadares
2 3 4 5 6 7 8
-20%
-10%
0%
10%
20%
Período de substituição do impulsor (Anos)
Var
iaçã
o do
cus
to to
tal
40% - 1º ano
10% - 1º ano
REDUÇÃO TRI-LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR
Δ ES = - 46%Δ ES - 20%
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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
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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