SUBSTITUIÇÃO DE TRECHO DE ADUTORA RESULTA EM ECONOMIA DE 50% NA CONTA DE ENERGIA ELÉTRICA CORSAN / SÃO LOURENÇO DO SUL - RS

Transcrição

1 SUBSTITUIÇÃO DE TRECHO DE ADUTORA RESULTA EM ECONOMIA DE 50% NA CONTA DE ENERGIA ELÉTRICA CORSAN / SÃO LOURENÇO DO SUL - RS João Ferreira Almeida 1 ; Antonio Comunello Accorsi 2 Resumo Em um sistema de adução pressurizada, de um total de 2.100m, o assentamento de nova tubulação PVC/DEFoFo/-DN300mm em um trecho desta num total de 1.740m em substituição de parte de duas tubulações antigas, uma em F F e outra em cimento-amianto, ambas com nominal 200mm, no sistema de bombeamento de água bruta para tratamento na cidade de São Lourenço do Sul, no Rio Grande do Sul na região Sul do Brasil, resultou na redução média nos custos mensais da conta de energia elétrica em aproximadamente 50%. Graças à diminuição da carga dinâmica obtida com a nova tubulação os dois motores de 125CV II Pólos foram substituídos por motores de 75CV IV Pólos, além da substituição das bombas centrífugas. O rendimento dos novos equipamentos instalados está bem próximo de seu ponto de máxima eficiência. Neste trabalho é demonstrado e comprovado o bom desempenho e a economia obtida. Um ótimo indicador é o índice de consumo de energia elétrica kwh/m³. Doravante, objetiva-se implementar esse tipo de projeto nos demais sistemas de bombeamento existentes na CORSAN cujas características apresentem situações semelhantes. Todas as informações deste trabalho foram originadas, durante a condução do projeto e durante a obra, pelas equipes da CORSAN-RS na Superintendência Regional da Região Sul (SURSUL) e Superintendência de Manutenção e Operação (SUMOP). Abstract In the raw water supply pressurized pumping system located in São Lourenço do Sul city, Rio Grande do Sul state, south region of Brazil, from a total of 2.100m, after changed a distance of 1.740m of two old 200mm Cast Iron and Asbestos in parallel pipes by a single new 1.740m 300mm PVC/DEFoFo pipe. It has provided reduction in energy costs. The monthly average electricity bill amount did decrease 50%. The pumping is now operating near the maximum efficiency point and, in this case, it can demonstrate the savings and the gains in the kwh/m³ specific number because of the new pumping equipments performance (new 75CV - II pole instead of the old 125CV - IV pole, and new pumps as well). From now on CORSAN intend to use this kind of project in other similar water lifting and supply systems. All data here in used are from project department and CORSAN s South Region Superintendence (SURSUL) and Operation & Maintenance Superintendence (SUMOP) team. Palavras-Chave: eficiência energética, economia de energia elétrica, água. 1 Engenheiro Civil Superintendente de Manutenção e Operação / Diretoria de Operações 2 Engenheiro Eletricista Coordenador do Programa de Gestão de Energia Elétrica / Diretoria de Operações CORSAN Cia. Riograndense de Saneamento Diretoria de Operações / Rua Caldas Jr., 120 P. Alegre RS CEP: Tel.: (0xx51) Fax: (0xx51) dop@corsan.com.br

2 INTRODUÇÃO Visando esclarecer os motivos do baixo desempenho do sistema de bombeamento com o objetivo de resolver problemas de baixa vazão para produção de água bruta para o sistema de tratamento e abastecimento da cidade de São Lourenço do Sul RS, verificou-se que o desempenho da bomba utilizada nesse sistema, tipo KSB ANS - 100/200 e rotor de 219mm (máx.) acoplada a motor elétrico de 125CV II Pólos, não era satisfatório. Estava operando em condições de baixa performance. A conclusão inicial foi de que a bomba existente deveria, portanto, ser substituída, e um motor elétrico de maior potência deveria ser instalado. Entretanto, ficou comprovado que o desempenho do conjunto de bombeamento estava prejudicado, na realidade, pelas condições de incrustação e diâmetro interno comprometido das adutoras do sistema. DESEMPENHO COM AS TUBULAÇÕES ANTIGAS As tubulações que compunham esse sistema de adução, operando em paralelo, em uma distância total de 2.100m eram: uma em F F DN 200mm ( interno teórico 211,2mm) e outra em Cimentoamianto DN 200mm. O desnível geométrico original é igual a 30m. As condições internas dessas tubulações antigas, bem como das peças especiais, resultava em grande perda de carga localizada. A altura manométrica total era de aproximadamente 90mca e, portanto, uma perda de carga total de aproximadamente 60mca. Na Fig. 1 são apresentadas as linhas piezométricas das linhas de recalque pressurizadas em São Lourenço do Sul. Condições de operação das tubulações antigas: Htm = ~90mca e Vazão = 70 l/s. Como a conclusão do estudo demonstrou que o desempenho da bomba estava sendo prejudicado pelas condições das adutoras e das suas peças especiais tais como curvas e registros além de outros acessórios, mudou-se totalmente a idéia de se buscar equipamentos de bombeamento mais potentes em substituição aos antigos instalados. Concluiu-se em substituir as tubulações existentes. Optou-se por realizar obra para assentamento de uma única nova tubulação num trecho de 1.740m, em material DEFOFO/PVC-DN 300mm, trecho este em que as adutoras antigas estavam mais comprometidas. Um aspecto importante diz respeito ao desempenho dos novos equipamentos, os grupos motor&bomba. Foram substituídos dois motores elétricos de 125CV II Pólos por motores elétricos de 75CV IV Pólos (um operativo e um reserva). As novas bombas centrífugas são marca Mark, modelo , todos disponíveis no estoque da companhia. Os novos equipamentos operam próximo de seu ponto de máxima eficiência o que resulta em ganho de energia elétrica.

3 Fig. 1. Esquema do recalque São Lourenço do Sul - RS A partir dos dados de perda de carga unitária presumidos, das vazões e pressões reais medidas, pela fórmula empírica de Hazen-Williams (1) (dado como J m/m em Abastecimento de água, Milton Tomoyuki Tsutyia e h f em Sistemas de abastecimento de água: dimensionamento econômico e operação de redes e elevatórias, Heber Pimentel Gomes), apenas por curiosidade, foi verificado o comportamento teórico estimado do coeficiente C de rugosidade. Utilizando planilhas de cálculo (Tabela 1) e, com um diâmetro presumido das duas adutoras operando em paralelo igual a interno 267mm chegou-se ao resultado C=51. Esse resultado, transcrito abaixo pelas planilhas de cálculo, mostra como o sistema estava comprometido. Na Tabela 2 o cálculo comprova a potência do antigo sistema, original, a partir dos dados reais de vazão e pressão. J = 10,65. Q 1,85. C 1,85. D 4,87 (m/m) (1) Tabela 1. Hazen-Williams Hazen Williams - Cálculo do C Qcalc= 0,0700 m3/s C= 51 J= 0,03355 m/m D= 0,267 m A= 0,056 m2 V= 1,25 m/s COTA1= 88,38 COTA2= 30,00 58,38 m L= 1740,00 m J= 0,03355 m/m HG(Hplinaer)=

4 Tabela 2. Potência requerida no sistema antigo Bombeamento A= 0,056 m2 Somat. de K= 0 V= 1,25 m/s hps= 0,00 m Hp total= 58,51 m Lreq= 1740,00 m Q= 252,00 m3/h hpl= 58,51 m HG= 30,00 m AMT= 88,51 m Pôtencias rend motor= 0,955 POT= 113,81 cv POT inst= 125,20 cv rend bomba= 0,76 Outro dado que pode demonstrar a alta perda de carga nas tubulações antigas e também localizadas, operando de forma combinada, é o cálculo teórico do diâmetro equivalente. Para um coeficiente de rugosidade C=130 em tubulações novas, para as pressões e vazões reais medidas, a tubulação de F F teria um interno de 135mm e a de Cimento-amianto interno de 140mm. O diâmetro equivalente seria igual a 178mm. DESEMPENHO DO SISTEMA COM A NOVA TUBULAÇÃO Após o assentamento do trecho de 1.740m de nova tubulação tipo PVC/DEFoFo DN 300mm, em substituição às duas antigas adutoras, os valores de pressão e vazão foram otimizados, conforme abaixo. Condições de operação da nova tubulação: Htm = ~40mca e Vazão = 85 l/s. Nova tubulação PVC/DEFoFo DN 300mm: R$ ,00 (R$89,00/m) Movimentação de terra e mão-de-obra: R$ ,00. Locação de máquina escavadeira: R$ ,00. Total investido na obra: R$ ,00. Economia mensal a valores de março/06: R$ 6.900,00 Tabela 3. Hazen-Williams com auxílio das planilhas de cálculo, tubulação nova Hazen Williams - Cálculo do C Qcalc= 0,0850 m3/s C= 130 J= 0,00476 m/m D= 0,300 m A= 0,071 m2 V= 1,20 m/s COTA1= 40,00 COTA2= 30,00 10,00 m L= 2100,00 m J= 0,00476 m/m HG(Hplinaer)= Na Tabela 3 acima planilhas de cálculo dos novos valores de perda de carga do sistema. Na Tabela 4 abaixo o cálculo por meio de planilha que nos auxilia a comprovar a potência requerida no novo

5 sistema de bombeamento indicando a sensível diminuição a partir dos novos dados reais de vazão e pressão. Os novos motores são de 75CV IV Pólos. Tabela 4. Nova Potência requerida do motor elétrico A= 0,071 m2 Somat. de K= 0 V= 1,20 m/s hps= 0,00 m Hp total= 10,00 m Lreq= 2100,00 m Q= 306,00 m3/h hpl= 10,00 m HG= 30,00 m AMT= 40,00 m Pôtencias rend motor= 0,95 POT= 63,62 cv POT inst= 69,99 cv rend bomba= 0,75 Bombeamento ENERGIA ELÉTRICA Todo o trabalho foi realizado tendo como diretriz as metas do Programa de Gestão de Energia da CORSAN, com vistas a redução do custo do insumo energia elétrica. Atualmente toda a CORSAN consome em média de kwh/mês e o valor total da conta está próximo de R$ ,00/mês. É a segunda maior conta de despesa depois de pessoal. A estação de recalque de água bruta é alimentada pelo sistema de distribuição em Alta Tensão da concessionária CEEE RS e possui uma subestação de energia onde o contrato de fornecimento foi firmado com tarifa A4-Convencional. As tarifas atuais são (Mar/06) : energia elétrica R$ 0,20/kWh, e, demanda de potência R$ 26,6/kW. O sistema opera em média 580h mês. Na Tabela 5 são apresentados dados mensais de volume aduzido e consumo de energia elétrica, além de outros. O custo mensal da energia na coluna kwh R$ Fat é o valor histórico faturado. Tabela 5. Dados diversos do sistema de Jan/05 até Mar/06 Volume aduzido m³ Vazão média l/s Fat Pot kwh Fat kwh R$ Fat Mês/ano , ,04 jan/ , ,34 fev/ , ,88 mar/ , ,47 abr/ , ,58 mai/ , ,73 jun/ , ,95 jul/ , ,08 ago/ , ,70 set/ , ,51 out/ , ,28 nov/ , ,72 dez/ , ,47 jan/ , ,39 fev/ ,66 0, ,60 mar/06

6 Na Tabela 6 estão os custos mensais (atual. Mar/2006) de energia e demanda de potência. A coluna TOTAL R$ Fat kw + kwh demonstra a evolução do custo total final da fatura de energia para consumo e demanda. Nota-se o momento em que a obra foi implementada e concluída, em Agosto/2005. O custo mensal médio foi reduzido em aproximadamente 50%. A média de Set/05 a Março/06 caiu para R$ 6.914,00/mês quando a média de Jan a Agosto/05 era de R$ ,60. Mês/ano Tabela 6. Dados atualizados para março/2006 kwh R$ Faturado kwh kw Fat KW R$ Fat TOTAL R$ Fat kw + kwh jan/05 R$ , R$ 2.846,20 R$ ,52 fev/05 R$ , R$ 2.660,00 R$ ,50 mar/05 R$ , R$ 2.660,00 R$ ,15 abr/05 R$ , R$ 2.793,00 R$ ,57 mai/05 R$ 9.998, R$ 2.739,80 R$ ,98 jun/05 R$ 9.285, R$ 2.739,80 R$ ,43 jul/05 R$ 9.034, R$ 2.686,60 R$ ,73 ago/05 R$ 8.331, R$ 2.660,00 R$ ,92 set/05 R$ 4.014, R$ 2.660,00 R$ 6.674,88 out/05 R$ 4.840, R$ 2.660,00 R$ 7.500,31 nov/05 R$ 4.483, R$ 1.463,00 R$ 5.946,83 dez/05 R$ 5.441, R$ 1.463,00 R$ 6.904,80 jan/06 R$ 5.844, R$ 1.463,00 R$ 7.307,48 fev/06 R$ 5.922, R$ 1.463,00 R$ 7.385,10 mar/06 R$ 5.214, R$ 1.464,00 R$ 6.678,60 Média mensal Jan 2005 a Ago 2005 R$ ,60 Média mensal Set 2005 a Mar 2006 R$ 6.914,00 Na Tabela 7 temos, além da energia e volume mensais, dados das demandas de potência lida e faturada. Verifica-se que foi possível reduzir o contrato com a concessionária de 100kW para 55kW a partir de Nov/05 (vide Fig. 5). Além disso, temos também o índice de consumo de energia (2), relação entre o consumo de energia e o volume produzido, ou aduzido, em metros cúbicos, durante o período mensal, neste caso. Comprovadamente o índice caiu aproximadamente 50%, ou seja, para o mesmo volume aduzido utiliza-se agora 50% da energia em comparação com o sistema anterior, antigo. Índice de Consumo = Consumo de Energia/ Volume produzido (kwh / m³) (2)

7 Tabela 7. Nova demanda contratada 55kW (kw Fat) e Índice de Consumo mensal Mês/ano Volume aduzido kwh Fat kw Lida kw Fat kwh/m³ m³ jan/ ,31 fev/ ,44 mar/ ,37 abr/ ,39 mai/ ,35 jun/ ,34 jul/ ,32 ago/ ,30 set/ ,15 out/ ,17 nov/ ,14 dez/ ,16 jan/ ,17 fev/ ,19 mar/ ,17 Vide Figura 7 para a evolução do Índice de Consumo de Jan/05 a Mar/06. Abaixo estão nove gráficos que demonstram a evolução e o comportamento das variáveis e dados da Tabela 7, acima, onde podemos notar a sensível diminuição do consumo de energia, dos custos, do índice de consumo, das demandas contratadas. R$ ,00 Valores atualizados R$ do Consumo de Energia mensal Bombeamento de Água Bruta - São Lourenço do Sul Custo Total kwh Linear (Custo Total kwh) R$ ,00 R$ ,00 R$ 8.000,00 R$ 6.000,00 R$ 4.000,00 R$ 2.000,00 R$ 0,00 jan/05 fev/05 mar/05 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mar/06 Mês / Ano Fig. 2. Gráfico dos valores em R$ do custo apenas com energia kwh kwh jan/05 fev/05 Consumo de Energia Elétrica em kwh Bombeamento de Água Bruta - São Lourenço do Sul mar/05 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 Mês / Ano out/05 nov/05 dez/05 Fig. 3. Gráfico dos consumos mensais de energia elétrica Consumo de Energia Elétrica Linear (Consumo de Energia Elétrica) jan/06 fev/06 mar/06

8 R$ R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 8.000,00 R$ 6.000,00 R$ 4.000,00 R$ 2.000,00 R$ 0,00 jan/05 Valorores atualizados TOTAL R$ kw+kwh / Bombeamento de Água Bruta São Lourenço do Sul fev/05 mar/05 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 Mês / ano set/05 out/05 nov/05 Valor TOTAL R$ kw + kwh Linear (Valor TOTAL R$ kw + kwh) dez/05 jan/06 fev/06 mar/06 Fig. 4. Gráfico do custo total com energia e demanda de potência kw Demandas de Potência kw Lidas / mensal Bombeamento de Água Bruta - São Lourenço do Sul kw - Demanda Lida jan/05 fev/05 mar/05 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 Mês / Ano out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mar/06 Fig. 5. Gráfico das demandas de potência lidas mensalmente R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 8.000,00 R$ 6.000,00 R$ 4.000,00 R$ 2.000,00 R$ 0,00 Diferença na Fatura de Energia - São Lourenço do Sul / Rec. Água bruta Valores R$ para as componentes kw + kwh R$ ,60 R$ 6.914,00 Média mensal Jan 2005 a Ago 2005 Média mensal Set 2005 a Mar 2006 Períodos Fig. 6. Gráfico das médias do custo total com energia e demanda kwh/m³ Índice de Consumo de Energia Elétrica - kwh/m³ São Lourenço do Sul / Rec. Água Bruta 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 jan/05 0,31 fev/05 0,44 mar/05 0,37 0,39 0,35 0,34 0,32 0,30 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 Mês / Ano 0,15 0,17 0,14 0,16 0,17 0,19 0,17 Fig. 7. Gráfico da evolução do Índice de Consumo kwh/m³ out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mar/06

9 Fig. 8. assentamento da tublação Fig. 9. detalhe da ancoragem, curva 90º Fig. 10. chegada da ETA/Tub. antiga Fig. 11. espera para interligação na ETA Fig. 12. espera pronta para tub. nova Fig. 13. preparação da interligação à espera

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GOMES, HEBER PIMENTEL. Sistemas de Abastecimento de Água: Dimensionamento Econômico e Operação de Redes e Elevatórias. 2ª Edição. 242p Editora Universitária/UFPB TSUTIYA, MILTON TOMOYUKI, Abastecimento de água Milton Tomoyuki Tsutiya 1ª Edição - São Paulo - Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, XIII 643p.