USO EFICIENTE DA ENERGIA ELÉTRICA

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1 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI JOSEMAR OZIMO DA SILVA USO EFICIENTE DA ENERGIA ELÉTRICA SÃO PAULO 2006

2 JOSEMAR OZIMO DA SILVA USO EFICIENTE DA ENERGIA ELÉTRICA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Professor Dr. Sidney Lazaro Martins SÃO PAULO 2006

3 JOSEMAR OZIMO DA SILVA USO EFICIENTE DA ENERGIA ELÉTRICA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho em: de de 2006 Prof. Dr. Sidney Lazaro Martins Nome do professor da Banca Comentários:

4 Dedico este trabalho aos meus pais Diva Martins da Silva e Teodorico Ozimo da Silva que me criaram e educaram com muito amor e compreensão sem nunca medirem esforços para que eu atingisse meus objetivos pessoais e profissionais de maneira honesta. Também dedico a minha esposa Erica Sganzela Reis que durante todos estes anos sempre esteve ao meu lado, me dando força em todos os momentos difíceis como também nos bons.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu professor e orientador Dr. Sidney Lazaro Martins por toda a sua contribuição em minha formação profissional durante os anos em que fui seu aluno e especialmente pela contribuição na elaboração deste trabalho onde me indicou os caminhos a serem seguidos além de emprestar seus conhecimentos profissionais para o esclarecimento de dúvidas que surgiram durante o seu desenvolvimento.

6 RESUMO No conteúdo a seguir estaremos falando sobre o Uso Eficiente de Energia Elétrica quanto a sua otimização junto a empresas de saneamento básico demonstrando que através da implantação de projetos que contemplam a substituição de motores e bombas antigos por outros novos e com melhor rendimento, instalação de painéis elétricos com inversores de freqüência, além do desenvolvimento de supervisórios e programações de automação destinados ao controle automático de Estações Elevatórias de Água Tratada e mudanças operacionais no sistema de distribuição destas estações é possível reduzir o consumo de energia elétrica fazendo com que o investimento realizado seja recuperado em poucos meses dependendo da redução conseguida com as implementações realizadas, sendo que após este período o retorno com a economia obtida passa a ser integral gerando desta forma conseqüentemente além da economia da energia que nos dias atuais é muito importante em razão do alto custo para sua geração também uma economia financeira para o consumidor. Palavras Chave: Eficiência; Energia Elétrica

7 ABSTRACT This report concerning on the efficient usage of electric power in treated water distribution company. The main focus is the substitution of old electrical motors and pumps for new equipment more efficient, installation of frequency converters, automation of the operation using supervisory software and central control units aiming the supervision of water distribution in the treated water distribution units. It was focus also the modification of operational procedures in order to allow the use of the equipment aiming the reduction of electrical demand and consuption in order to have the pay back of the investment in a few months. The economy reached with this implementation is of major importance, since the price o energy is high and the electrical power spared is fully returned to the owner. Key Words: Efficiency; Electric Power

8 LISTA DE FIGURAS Figura 5.1 Convênio SABESP/BANDEIRANTE (SABESP, 2003)...26 Figura 5.2 Fluxograma de Pressão (SABESP, 2003)...27 Figura 5.3 Pressões da Válvula (SABESP, 2003)...29 Figura 5.4 Barrilete da Elevatória (SABESP, 2003)...30 Figura 5.5 Região Abastecida pela Elevatória (SABESP, 2002)...31 Figura 5.6 Teste Operacional (SABESP, 2002)...32 Figura 6.1 Fluxograma de Distribuição (SABESP 2004)...37 Figura 6.2 Fluxograma de Distribuição Atual (SABESP, 2004)...39

9 LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 Informativo SABESP...22 Tabela 5.2 Consumo...24 Tabela 5.3 Convênio SABESP/BANDEIRANTE...25 Tabela 5.4 Investimento...33 Tabela 5.5 Economia...34 Tabela 5.6 RCB...35 Tabela 6.1 Característica dos Conjuntos...38 Tabela 7.1 RCB Final...44

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ANEEL CCO CLP CFP CP EEA Santa Ana EEAT FP KSB mca = mh 2 O P RFP RP RCB SABESP TCC VPB VPC WEG ZA Agência Nacional de Energia Elétrica Centro de Controle Operacional Controlador Lógico Programável Contratado Fora de Ponta Contratado na Ponta Estação Elevatória de Água Santa Ana Estação Elevatória de Água Tratada Fora de Ponta Fabricante de Bombas Metro de Coluna D Água Consumo na Ponta Registrado Fora de Ponta Registrado na Ponta Relação Custo Benefício Saneamento Básico do Estado de São Paulo Trabalho de Conclusão de Curso Valor Presente dos Benefícios Valor Presente dos Custos Fabricante de Motores Zona Alta

11 LISTA DE SÍMBOLOS CV kw kwh kwh/m³ m³/h mh 2 O R$/m³ Cavalo Vapor Quilowatt (Grandeza Elétrica de Potência) Quilowatt Hora Quilowatt Hora por Metro Cúbico Metro Cúbico por Hora Metro de Coluna D Água Reais por Metro Cúbico

12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivo Específico MÉTODO DE TRABALHO JUSTIFICATIVA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Introdução Descrição do Cliente Aplicação do Diagnóstico Projeto a ser Implantado Insumos de Energia Elétrica Entrada de Energia Histórico de Consumo Medidas de Eficientização Proposta Medições Realizadas Teste Operacional Investimento e Economia Investimento Economia Cálculo da Relação Custo Benefício ESTUDO DE CASO Descrição Geral das Instalações Sistema de Distribuição Características da Estação...37

13 6.1.3 Sistema Operacional Descrição Final das Instalações Medidas de Eficientização Realizadas Investimento e Economia Final Resultados Finais CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 45

14 14 1 INTRODUÇÃO O presente trabalho intitulado de Uso Eficiente de Energia Elétrica, tem como tema a otimização da utilização da energia elétrica junto ao consumidor, dando enfoque neste caso, a empresas de saneamento básico. Esta otimização se dá através da implementação de projetos, visando a substituição de equipamentos antigos por outros com melhor rendimento, desenvolvimento de supervisórios de automação, mudanças operacionais e recontratação tarifária junto as concessionárias de energia elétrica visando a redução do consumo de energia elétrica. As reformas introduzidas ao longo dos últimos anos no setor elétrico brasileiro procuraram preservar o apoio político e financeiro a ações de eficiência energética e em pesquisa e desenvolvimento. Durante o período de 1998 a 2000 a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL manteve resoluções que obrigavam as concessionárias a investirem o mínimo de 1% de sua receita anual líquida em programas de eficiência energética e pesquisa e desenvolvimento. A partir de meados de 2000 uma lei aprovada no Congresso Nacional deu um caráter mais definitivo a essas atividades através da criação do Fundo Setorial de Energia gerenciado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia e mantendo as obrigações de investimentos das concessionárias sob supervisão da ANEEL. Interessantemente, algumas das recomendações sugeridas neste trabalho estão presentes nessa nova lei, que destina maiores recursos para o desenvolvimento tecnológico do setor elétrico, como por exemplo, a Resolução 394 do Programa Anual de Combate ao Desperdício de Energia da ANEEL. Conforme RESENDE (2004) um mercado torna-se sustentável quando não requer apoio externo na forma de subsídios financiados por consumidores (os que pagam tarifas), por contribuintes (os que pagam impostos), ou outros. Embora a existência de apoio externo possa justificar-se no processo de implantação ou promoção do mercado de eficiência energética, entende-se que esse apoio externo deva ser

15 15 gradualmente reduzido na mesma proporção em que sejam ampliados os mecanismos orientados ao mercado. As ações e programas atuais de eficiência energética não são sustentáveis porque, embora equipamentos e tecnologias mais eficientes sejam introduzidos nos processos de produção e nas edificações e instalações, não há garantia de que sua reposição, no futuro, seja feita segundo o mesmo padrão de eficiência. Com isso, esses programas não garantem que se mantenha a oferta de produtos ou serviços eficientes, nem viabiliza o conjunto das interações requeridas para que exista o mercado de eficiência energética. Além disso, não afetam as condições em que são tomadas as decisões de compra e não influenciam as características e o número de agentes no mercado. A sustentabilidade significa que os diversos componentes do mercado de eficiência energética realizam seus objetivos próprios enquanto interagem na produção e no uso de produtos e serviços de eficiência energética. Para isto, é necessário que a eficiência energética exista como produto diferenciado, com características próprias, percebidas e identificadas tanto pelos consumidores, quanto pelos demais agentes de economia. Uma vez que os serviços energéticos (por exemplo, iluminação, climatização, força motriz) podem ser obtidos com produtos ineficientes, existe, de fato, uma concorrência entre produtos eficientes e produtos convencionais, tidos como mais ineficientes para a realização dos serviços energéticos. Segundo LUDMER (2002 e 2003) a sustentabilidade do mercado de eficiência energética requer que haja uma demanda e uma oferta de produtos e serviços energéticos eficientes. A autonomia requer que os agentes de mercado promovam os produtos eficientes como produtos que permitam a realização dos serviços energéticos em concorrência com os produtos convencionais. Enquanto não houver ações nesta direção não se pode considerar que haja autonomia em relação aos apoios externos, o que não permite, de fato, a realização de objetivos próprios, organizados pelos participantes do mercado.

16 16 De fato, a sustentabilidade dos mercados de eficiência energética é o resultado de um processo que envolve os seus diversos participantes (fabricantes, comerciantes, distribuidoras e consumidores) e permite que suas atividades tenham, como referência, a produção e o uso de equipamentos e serviços energéticos. Para que se atinja este resultado, tem papel relevante o processo regulatório e a promoção de incentivos visando o nivelamento gradual no acesso a produtos eficientes e produtos convencionais. De fato, a redução no custo dos produtos e serviços de eficiência energética dependerá da escala e da dimensão de sua demanda, o que pode ser estimulado por meio de programas institucionais orientados ao mercado de uso eficiente de energia (por exemplo, os programas de transformação de mercado). Essa orientação amplia a demanda por produtos e serviços eficientes e viabiliza um interesse crescente de novos participantes na consolidação do mercado, como instituições financeiras e investidores de risco. Além disso, estimula-se a inovação tecnológica ante a perspectiva de demanda e de benefícios advindos da introdução de novos produtos ou melhorias nos produtos já existentes. Este processo tem por referência os participantes do mercado de eficiência energética e a articulação entre eles pode ser determinante para a existência e sustentabilidade do mercado. Entre os mecanismos que contribuem para a gradual autonomia do mercado de eficiência energética, viabilizam a interação entre os seus participantes e permitem a consolidação de um produto diferenciado, cabe mencionar os seguintes: - Mecanismos institucionais; - Financiamento inovador; - Políticas de oferta de produtos e serviços de eficiência energética; - Ações de cooperação entre segmentos do mercado de eficiência energética.

17 17 2 OBJETIVOS O presente trabalho tem como objeto a avaliação e a discussão sobre a implantação de ações para a redução do Consumo, Demanda e Custos com energia elétrica, para bombeamento de água tratada em Estações Elevatórias. 2.1 Objetivo Geral O objetivo deste trabalho é demonstrar que é possível realizar a redução do consumo de energia elétrica em instalações atualmente em operação. 2.2 Objetivo Específico Obter a redução do consumo de energia elétrica em uma Estação Elevatória de Água Tratada (EEAT), após a análise do seu sistema operacional, características, levantamento de curva das bombas, entrada de energia, histórico do consumo de energia elétrica, medições de grandezas elétricas e testes operacionais. Realizando após estas análises, as implementações necessárias para a obtenção das economias previstas.

18 18 3 MÉTODO DE TRABALHO Para a realização deste trabalho serão utilizadas informações contidas em livros especializados, pesquisas bibliográficas, pesquisas de internet, manuais técnicos, estudos de casos executados, informações de equipes técnicas, documentos fornecidos pelos clientes e testes efetuados, juntamente com os resultados obtidos após às implementações.

19 19 4 JUSTIFICATIVA A importância deste trabalho vem da necessidade de se utilizar a energia com responsabilidade, sem desperdício, constituindo um novo parâmetro a ser considerado no exercício da Cidadania. Os instrumentos de combate ao desperdício de energia estão alicerçados na mudança de hábitos e na eficiência energética. Para essa mudança ocorrer, primeiramente temos que mudar nossos hábitos e nossas atitudes, para que o comportamento, que é associado aos grupos sociais, se consolide. A eficiência energética, como instrumento de combate ao desperdício de energia, cada vez mais se aproxima das necessidades do cidadão técnico brasileiro. Sendo assim é preciso que a tecnologia adequada a esse ferramental seja conhecida pelos técnicos que estarão direta ou indiretamente ligados a este setor. Segundo a ótica apresentada neste trabalho, a eficiência energética tem como definição a elaboração e a implementação de projetos e equipamentos, tanto na parte operacional como na parte física das instalações existentes, com o objetivo de reduzir o consumo de energia elétrica através de ajustes e mudanças nos processos operacionais como na instalação de equipamentos e dispositivos que propiciem a diminuição e controle do consumo de energia elétrica, como por exemplo a instalação de conjuntos moto-bombas mais eficientes, motores de alto rendimento, inversores de freqüência, supervisórios de automação, transmissores de pressão, níveis ultrassônicos e outros.

20 20 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este trabalho é fundamentado no contrato estabelecido entre a BANDEIRANTE ENERGIA e a SABESP Saneamento Básico do Estado de São Paulo, que visa, através da implementação de projetos de eficiência energética, a redução de energia elétrica. 5.1 Introdução O contrato firmado entre a BANDEIRANTE ENERGIA Concessionária de Energia Elétrica - e a SABESP, com base no Programa Anual de Combate ao Desperdício de Energia da ANEEL, resolução 394 de 17/09/2001, define a prestação de serviços técnicos para a Implementação de Projetos de Eficiência Energética em instalações da SABESP. A seleção das Instalações passíveis de estudo foi feita através de avaliações energéticas criteriosas de diversas estações elevatórias elencadas pela SABESP. A implementação dos projetos compreende a elaboração dos diagnósticos energéticos, o detalhamento dos projetos, o fornecimento de todos os equipamentos, materiais e mão-de-obra para implementação das intervenções. De acordo com TSUTIYA (2001) a primeira etapa dos trabalhos consistiu na elaboração de um Relatório de Diagnóstico Energético Preliminar. Assim, foi elaborado para cada uma das 24 (vinte e quatro) instalações selecionadas, com identificação dos principais pontos de consumo de energia elétrica, avaliando os potenciais para redução de Demanda, Consumo e gastos operacionais para cada uma das Estações Elevatórias. Após a elaboração dos Diagnósticos Preliminares das 24 (vinte e quatro) Instalações inclusas no trabalho, a SABESP juntamente com empresa contratada para

21 21 realização dos projetos, selecionaram 8 (oito) Estações com maiores potenciais de economia para realização dos Diagnósticos Detalhados, visando a viabilização das medidas propostas nos Relatórios de Diagnóstico Preliminar. Este trabalho constitui o Relatório do Diagnóstico Detalhado referente às instalações da EEAT Santa Ana, apresentando a descrição dos testes, medições, conclusões, economias e custos para a implantação das medidas analisadas. 5.2 Descrição do Cliente A SABESP - Saneamento Básico do Estado de São Paulo - é uma empresa de economia mista, de capital aberto, que tem como principal acionista o Governo do Estado de São Paulo. A empresa atua como concessionária de serviços sanitários municipais. Seu objetivo é atender às necessidades de saneamento ambiental: planejar, executar e operar sistemas de água potável, esgotos e efluentes industriais, melhorando a qualidade de vida da população e preservando o meio ambiente de maneira a não gerar impactos à natureza. Em se tratando de abastecimento público, com água tratada, os índices universalizados da SABESP superam os verificados em países do primeiro mundo, inserindo os municípios atendidos pela SABESP no ranking dos melhores índices mundiais em saneamento. A tabela 5.1 apresenta alguns dados referentes à SABESP onde podemos verificar a abrangência dos serviços prestados por ela, salientando como já dito anteriormente os índices de abastecimento público com água tratada.

22 22 Tabela 5.1 Informativo SABESP População Total Atendida 24,8 milhões de pessoas Produção de Água 87,8 mil l/s Número de Ligações 5,293 milhões de água 3,934 milhões de esgoto Municípios Atendidos diretamente 366 Laboratórios de controle sanitário 15 Extensão de Rede 49,493 mil km de água 32,877 mil km de esgoto Poços Reservatórios de Água Adutoras km Emissários de esgotos km Capacidade de Tratamento de Esgotos 34 mil l/s Estações de Tratamento 190 estações de água 412 estações de esgoto Fonte: SABESP, Aplicação do Diagnóstico O presente Diagnóstico Energético Detalhado tem como objeto a avaliação do potencial de redução de consumo, demanda e custos com energia elétrica para bombeamento de água na EEAT Santa Ana, visando a eficientização energética, com base no Plano de Eficiência Energética da ANEEL. Com base no levantamento efetuado, informações das equipes de manutenção, documentos fornecidos e testes efetuados, foram estudadas propostas e medidas de eficientização, ratificando a economia a ser obtida e detalhando o investimento necessário. As medidas de economia propostas são avaliadas segundo os parâmetros de RCB (Relação Custo-Benefício) definidos pela ANEEL.

23 Projeto a ser Implantado Será apresentado o desenvolvimento de um projeto para a redução do consumo, demanda e insumos de energia elétrica de um complexo de saneamento compreendendo Estação Elevatória de Água Tratada e Reservatórios de água de um dos sistemas de abastecimento público da Zona Norte da cidade de São Paulo. 5.5 Insumos de Energia Elétrica Para a avaliação do potencial de redução de energia da estação são levados em consideração os tipos de tarifação, a demanda contratada e o histórico de consumo Entrada de Energia O fornecimento de energia é realizado pela Concessionária ELETROPAULO em Tarifa A4 na modalidade Horossazonal Azul (diferenciação tarifária entre ponta e base). A Demanda Atual Contratada na Ponta é de 480 kw e Fora de Ponta de 500 kw. O fator de carga médio na Ponta é de 71% e o Fora de Ponta é de 60% Histórico de Consumo A tabela 5.2 apresenta um resumo do consumo, demanda e gastos com energia elétrica em função das últimas contas fornecidas.

24 24 Tabela 5.2 Consumo Consumo Médio (kwh) Mensal Anual Consumo Específico* (kwh/m 3 ) , ,00 0,186 Demanda Média Registrada (kw) Fora de Ponta Ponta Demanda Específica* (kw/m 3 /h) ,308 Valor Médio (com ICMS) Mensal (R$) Anual (R$) Custo Médio do MWh (R$/MWh) R$37.085,00 R$ , * Valores em função da vazão média bombeada pela estação: m 3 /h. Fonte: SABESP, 2003 A tabela 5.3 e a figura 5.1 apresentam os dados das últimas 24 (vinte e quatro) contas de energia elétrica fornecidas, no período adotado que foi de março de 2001 a fevereiro de 2003, onde são informados os registros de Consumo na Ponta (P), Fora de Ponta (FP) e Demanda Registrada na Ponta (RP), Contratada na Ponta (CP), Registrada Fora de Ponta (RFP) e Contratada Fora de Ponta (CFP).

25 Tabela 5.3 Convênio SABESP/BANDEIRANTE CONVÊNIO SABESP/BANDEIRANTE EEA SANTANA AT - A4 Nº ref. MTE AZUL Conc. ELETROPAULO 14/5/2003 Consumo Demanda Tarifa Multas Acresc. ICMS meses Ponta FP Total RP CP RFP CFP Consumo Demanda Reativo Ultr. Dem. Legais E.C.E. Conta kwh kwh kwh kw kw kw kw Ponta FP Ponta FP 18% R$ R$ R$ R$ R$ R$/MWh mar/ , , ,156 5, abr/ , , ,156 5, mai/ , , ,156 5, jun/ , , ,674 5, jul/ , , ,672 5, ago/ , , ,672 5, set/ , , ,672 5, out/ , , ,672 5, nov/ , , ,672 5, dez/ , , ,221 6, jan/ , , ,066 6, fev/ , , ,066 6, mar/ , , ,066 6, abr/ , , ,066 6, mai/ , , ,066 6, jun/ , , ,542 6, jul/ ,1425 0, ,7345 7, ago/ ,1425 0, ,7345 7, set/ ,1425 0, ,7345 7, out/ ,1425 0, ,7345 7, nov/ ,1319 0, ,7345 7, dez/ ,1319 0, ,7345 7, jan/ ,1319 0, ,7345 7, fev/ ,1319 0, ,7345 7, MÉDIA ,1319 0, ,7345 7, Tarifas sem ICMS Os valores financeiros médios foram calculados com base nas tarifa vigentes no mês de fevereiro de 2003, nos consumos médios e últimas demandas contratadas Fonte: SABESP,

26 Dem. Reg. Fora de Ponta Dem. Contr. Fora de Ponta fev/03 jan/03 dez/02 nov/02 out/ Demanda na Ponta Registrada e Contratada Consumo Total kwh mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 set/02 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 jan/02 fev/02 mar/02 abr/02 mai/02 jun/02 jul/02 ago/02 set/02 out/02 nov/02 dez/02 jan/03 fev/03 mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 jan/02 fev/02 mar/02 abr/ Dem. Reg Ponta Dem. Contr. Ponta 600 Demanda Fora de Ponta Registrada e Contratada mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 mai/02 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 jan/02 fev/02 mar/02 abr/02 mai/02 jun/02 jul/02 ago/02 set/02 out/02 nov/02 dez/02 jan/03 fev/03 mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 jan/02 fev/02 mar/02 abr/02 ago/02 jul/02 jun/02 fev/03 Valor da Conta R$ mai/02 jan/03 dez/02 nov/02 out/02 set/02 ago/02 jul/02 jun/ R$ / MWhora mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 jan/02 fev/02 mar/02 abr/02 mai/02 jun/02 jul/02 ago/02 set/02 out/02 nov/02 dez/02 jan/03 fev/03 Figura 5.1 Convênio SABESP/BANDEIRANTE (SABESP, 2003)

27 27 A partir da análise das contas, verifica-se: - Que não houve registro de ultrapassagem de demanda. - A incidência de multas por reativo excedente em todos os meses analisados (mar/2001 a fev/2003). 5.6 Medidas de Eficientização Proposta Nesta Estação, a pressão de entrada da elevatória é atualmente comprometida pela existência de uma válvula graduada e câmara de expansão na rede de sucção. Esta quebra de pressão é necessária para abastecimento da zona baixa do setor, porém obriga a elevatória a elevar a pressão no dobro do valor necessário se utilizasse a pressão disponível da rede de chegada. Desta forma, atualmente as pressões na elevatória podem ser assim representadas: Chegada à Estação: 21 a 25 mh 2 O Após válvula graduada: 1 a 5 mh 2 O Abastece Zona Baixa do Setor Nova Rede Proposta Saída da Elevatória: 41 a 45 mh 2 O Abastece Zona Alta do Setor Abastece a Elevatória Figura 5.2 Fluxograma de Pressão (SABESP, 2003) Com a separação das redes que abastecem as Zonas Alta e Baixa, a estação não mais precisará elevar em 40 mh 2 O (mca) as pressões da rede e sim em 20 mh 2 O (mca), para manter as mesmas pressões atuais de saída de estação. Desta forma, deverão ser trocados os conjuntos moto-bomba da estação, por grupos com menor potência. A nova configuração da Estação será com 4 (quatro) grupos, motores de 100 CV (73,6 kw), operando com 3 (três) efetivas e 1 (uma) reserva.

28 28 A implantação da nova rede para separação das entradas que abastecem as Zonas Alta e Baixa ficará por conta da SABESP. Uma das novas bombas será selecionada para atuar com inversor de freqüência, de forma que o controle da estação será em função da pressão na rede de recalque e não mais do nível da torre, que será desativada. A pressão de saída da elevatória passará a ser função das pressões requeridas pela distribuição e não dos limites impostos pela torre. A instalação de inversores possibilita uma redução no bombeamento no horário de ponta com garantia de abastecimento nos pontos críticos, que são monitorados através da automação do sistema. Outro benefício desta implantação é a redução das pressões noturnas, quando se verifica um considerável aumento de pressão nas redes em função da redução do consumo e conseqüente redução da perda de carga nas redes de distribuição do sistema. Desta forma, além da redução no consumo de energia, pode-se verificar uma redução de vazamentos e danos no sistema. Ainda como resultado destas intervenções, será possível o desligamento de um grupo da estação no horário de Ponta. Esta medida não contempla o deslocamento do consumo desta bomba, visto que ela já não é necessária neste horário. O procedimento será automático, sendo garantido com a implantação de sistema de controle operacional autônomo para monitoramento do sistema, com instalação de CLP (Controlador Lógico Programável) e utilização de sensor de pressão na rede, tendo como ferramenta de simulação a modelagem hidráulica. Em situações emergenciais, o CCO Centro de Controle Operacional - passará a operar o sistema, independentemente do sistema de automação implantado. Para o detalhamento da medida proposta foi efetuado o levantamento detalhado da operação da Estação e realizadas medições para verificação do sistema, com instalação de registradores de pressão (loggers) na elevatória e pontos críticos de

29 29 abastecimento da área e realizados testes operacionais para verificação da viabilidade das medidas propostas. A descrição das medições e testes é apresentada a seguir Medições Realizadas Para verificação do funcionamento da elevatória e do sistema abastecido, foram instalados registradores de pressão em diversos pontos do sistema. Num primeiro momento, para avaliação da pressão reduzida na válvula graduada na entrada da estação, foram instalados dois loggers (equipamento para registros de grandezas físicas como pressão e vazão), a montante e a jusante da válvula. A figura 5.3 apresenta os dados de pressão que mostram os valores obtidos antes e depois da válvula: mca = mh 2 O Figura 5.3 Pressões da Válvula (SABESP, 2003)

30 30 Também foram verificadas as pressões de entrada e saída da estação no barrilete das bombas. A figura 5.4 apresenta os valores da pressão obtidos nas tubulações de sucção e recalque do barrilete das bombas: mca = mh 2 O Figura 5.4 Barrilete da Elevatória (SABESP, 2003) Para verificação das pressões na área de abastecimento da elevatória, foram instalados loggers em 3 (três) pontos significativos da área: - Saída da estação: ponto de pressão localizado na R. Antônio Pereira de Souza. Esta rua localiza-se na saída da elevatória, ponto de interligação da rede que sai da estação. - Ponto crítico 1: ponto localizado na R. Brigadeiro Gomes Pereira, cota mais alta da área abastecida pela elevatória. Localiza-se numa região próxima ao reservatório, porém com deficiência de redes. - Ponto crítico 2: ponto localizado na R. Tarquínio de Souza, esquina com R. Jacob Hassessian, numa região mais distante da elevatória com cotas elevadas, próximo à divisa com o setor Cachoeirinha. Os dois pontos críticos monitorados apresentam histórico de reclamações por falta

31 31 d água. Segundo informações das equipes de operação da SABESP, o problema no abastecimento nesta região é ocasionado por motivos aleatórios à elevatória, visto que o primeiro ponto localiza-se numa região que apresentou grande crescimento vertical na última década, ocasionando deficiência de redes na área e o segundo ponto está numa região muito distante da elevatória, com histórico recente de vazamentos. A figura 5.5 apresenta os dados de pressão referentes aos pontos onde foram instalados os equipamentos: mca = mh 2 O Figura 5.5 Região Abastecida pela Elevatória (SABESP, 2002) Teste Operacional A partir dos dados levantados com os registros de pressão, questionou-se a possibilidade de desligamento de um segundo grupo no horário de ponta, com o sistema sendo abastecido por apenas um grupo. Para verificação da viabilidade desta alternativa, foi realizado teste operacional no sistema, com a simulação da condição proposta de desligamento de dois grupos.

32 32 Foram novamente instalados loggers na área para verificação do comportamento do sistema e foram obtidos os dados da Figura 5.6. mca = mh 2 O Figura 5.6 Teste Operacional (SABESP, 2002) O período assinalado com o pontilhado em vermelho corresponde ao teste realizado. A partir dos dados obtidos, verificou-se que esta alternativa não é viável, visto que as pressões no sistema caem a níveis comprometedores para o abastecimento da região. Conforme pode ser verificado na Figura 5.6, durante o horário de ponta, das 18h às 21h, a pressão de recalque cai a 13 mca com os dois conjuntos desligados, o que não é suficiente para garantir o perfeito abastecimento de água da região. 5.7 Investimento e Economia O investimento previsto para a realização do projeto e a economia prevista com sua implementação fornece através de uma relação direta o tempo de retorno do

33 33 investimento em razão da diminuição do valor da sua conta de energia elétrica, como poderá ser visto a seguir Investimento Para a implementação da medida, alteração e automatização do novo procedimento operacional, serão necessários os seguintes serviços e componentes: - Modelagem hidráulica do sistema. - Medições elétricas e hidráulicas. - Fornecimento e instalação de 4 (quatro) conjuntos moto-bomba, com adequação do barrilete da estação. - Fornecimento e instalação de inversor de freqüência e transmissor de pressão. - Automação do sistema, com fornecimento e instalação de CLP integrado ao sistema de monitoramento do Centro de Controle Operacional (CCO). - Implementação de software para coleta e processamento dos dados e comando automático das bombas. A tabela 5.4 apresenta a composição dos custos para a implementação da medida. Nela podemos observar todos os gastos de projeto desde a compra dos materiais e equipamentos até as horas gastas pela engenharia para sua elaboração e a mãode-obra para as rentagens. Tabela 5.4 Investimento INVESTIMENTOS SANTA ANA Atividade Custo (R$) % Diagnósticos e Gestão ,4 Gerenciamento / Coordenação / Planejamento / Projeto e Especificações Técnicas / Engenharia ,8 Medições Hidráulicas e Elétricas / Análise de Dados e Simulações ,1 Start Up / Testes / Monitoramento / Treinamento / Acompanhamento de economia / Relatórios ,8 Equipamentos / Automação / Montagem / Modelagem Hidráulica / Suprimentos / Fiscalização ,8 Total ,0 Fonte: SABESP, 2004

34 Economia A redução na conta de energia será referente a: - Troca dos conjuntos moto-bomba da estação, por grupos com menor potência. A nova configuração da Estação será com 4 (quatro) bombas, motores de 100 CV (73,6 kw), operando com 3 (três) efetivos e 1 (um) reserva. - Instalação do inversor de freqüência na estação, que passará a operar em função da pressão na rede de recalque e não mais do nível da torre, que será desativada. - Desligamento de um grupo da estação no horário de ponta. A redução é referente a demanda na ponta e não contempla o deslocamento do consumo desta bomba, visto que dificilmente ela é ligada neste horário. A tabela 5.5 apresenta a composição da economia. Tabela 5.5 Economia Parcelas da Economia kw kwh/mês Tarifas c/ ICMS (jan/2003) Economia Mensal (R$) Redução da Demanda na Ponta , ,68 Redução da Demanda Fora de Ponta 236-8, ,83 Redução do Consumo na Ponta , ,69 Redução do Consumo Fora de Ponta , ,60 Total ,80 Fonte: SABESP, 2004

35 Cálculo da Relação Custo Benefício Com base no programa de eficiência energética da ANEEL, o cálculo da Relação Custo Benefício (RCB) para as medidas de eficiência sugeridas neste TCC é apresentado a seguir. Tabela 5.6 RCB Premissas Valores Unidade Vida útil do projeto 10 anos Taxa de Juros anual 12 % Fator de recuperação de capital 0, Investimento da medida ,00 R$ Custo Unitário Evitado de Demanda 318 R$/kW ano Custo Unitário Evitado de Energia 77 R$/MWh Redução de Demanda na Ponta RDP 306 kw Redução de Consumo anual MWh/ano RCB 0,47 Fonte: SABESP, 2004 A Relação Custo Benefício (RCB) é dada da seguinte forma: RCB = VPC VPB Onde: VPC Valor Presente dos Custos VPB Valor Presente dos Benefícios O valor da RCB é o investimento em reais (R$) para cada R$1,00 (um real) de ganho na economia da energia, não podendo o valor do investimento ser superior a R$0,85 (oitenta e cinco centavos) por R$1,00 (um real) de retorno. A medida é válida para a ANEEL, pois o valor da RCB está abaixo de 0,85.

36 36 6 ESTUDO DE CASO Como estudo de caso estaremos analisando as implementações e os resultados obtidos no projeto de eficiência energética de uma Estação Elevatória de Água Tratada da Região Metropolitana de São Paulo. 6.1 Descrição Geral das Instalações A Estação Elevatória Santa Ana localiza-se na Avenida Voluntários da Pátria, nº 3.401, bairro de Santana, zona norte da cidade de São Paulo Sistema de Distribuição A Estação Elevatória Santa Ana é abastecida pelo Sistema Cantareira. Possui um reservatório semi-enterrado com capacidade para m 3, de forma retangular e composto por duas câmaras de igual tamanho. A elevatória é abastecida diretamente através da adutora, sendo o reservatório responsável pelo abastecimento da zona baixa do setor. Na configuração atual da Estação, o reservatório é abastecido com a sobra do volume consumido pelo sistema da Zona Baixa, que é abastecido pela pressão da adutora. Para que não haja alta pressão na adutora de abastecimento, uma válvula telecomandada opera graduada na entrada da Estação, reduzindo a pressão de sucção do sistema. A Estação possui um único sistema com cinco conjuntos moto-bomba, que alimentam a Zona Alta de Santana. A torre funciona como sobra do bombeamento

37 37 para a ZA. O monitoramento de pressão é realizado através de pressostatos instalados na torre. O sistema de distribuição é ilustrado na figura 6.1: R1 ETA Guaraú Válvula Telecomandada Zona Baixa Figura 6.1 Fluxograma de Distribuição (SABESP 2004) Características da Estação A Estação Elevatória possui 5 (cinco) grupos, sendo 4 (quatro) efetivos e 1 (um) reserva. Os motores dos grupos são alimentados em baixa tensão de 440 V, com potência nominal de 200 CV (147,2 kw) para os grupos 1 e 2 e 100 CV (73,6 kw) para os grupos 3, 4 e 5. A tabela 6.1 apresenta as características das bombas e motores da estação.

38 38 Tabela 6.1 Característica dos Conjuntos G1 G2 G3 G4 G5 Motor Marca GE GE GE GE GE Pot. (CV) Pot. (kw) Tensão (V) I nom (A) N/D N/D 135 Rotação (rpm) Bomba Marca WORTHINGT WORTHINGT FAIRBANK FAIRBANK FAIRBANKS ON ON S MORSE S MORSE MORSE Modelo 8 LN 14 8 LN 14 N/D NE S12E85812N E Vazão (m³/h) N/D 424 N/D Alt. Man. (mca) N/D 40 N/D Ø rotor (mm) N/D 222 N/D Fonte: SABESP, Sistema Operacional Sistema Operacional O Controle Operacional da Estação é automático, realizado através de pressostatos instalados na Torre. O Centro de Controle Operacional (CCO) possui todos os parâmetros para monitoramento da Estação. O monitoramento de status, pressões, níveis são realizados através de sensores de pressão e de nível no reservatório.

39 Descrição Final das Instalações Com a configuração antiga, a pressão de entrada da elevatória era comprometida pela existência de uma válvula graduada e câmara de expansão na rede de sucção. Esta quebra de pressão é necessária para abastecimento da zona baixa do setor, porém obrigava a elevatória a elevar a pressão no dobro do valor necessário se utilizasse a pressão disponível da rede de chegada. Foi então proposta a separação das redes que abastecem as Zonas Alta e Baixa. Desta forma, a estação não mais precisa elevar em 40 mh 2 O as pressões da rede, e sim em 20 mh 2 O para manter as mesmas pressões atuais de saída de estação. Desta forma, foram trocados os conjuntos moto bomba da estação, por grupos com menor potência. A nova configuração da Estação é com 4 (quatro) grupos, com bombas KSB e motores WEG de 100 CV, operando com 3 (três) efetivas e 1 (uma) reserva. O sistema de distribuição atual é ilustrado na figura 6.2: Figura 6.2 Fluxograma de Distribuição Atual (SABESP, 2004)

40 Medidas de Eficientização Realizadas Em função do comprometimento da pressão de entrada da elevatória pela existência de uma válvula graduada e câmara de expansão na rede de sucção, foi efetuada a separação das redes que abastecem as Zonas Alta e Baixa. Em função do aumento da pressão de sucção, foram trocados os conjuntos moto bomba da estação, por grupos com menor potência. Foram instalados 4 (quatro) grupos novos, com motores de 100 CV, operando com 3 (três) efetivas e 1 (uma) reserva. Uma das novas bombas foi selecionada para atuar com inversor de freqüência, de forma que o controle da estação passou a ser função da pressão na rede de recalque e não mais do nível da torre. A pressão de saída da elevatória passou a ser função das pressões requeridas pela distribuição, e não dos limites impostos pela torre. A instalação de inversores também possibilita uma redução no bombeamento no horário de ponta com garantia de abastecimento nos pontos críticos, que são monitorados através da automação do sistema. Outro benefício desta implantação é a redução das pressões noturnas, quando se verifica um considerável aumento de pressão nas redes em função da redução do consumo e conseqüente redução da perda de carga nas redes de distribuição do sistema. Desta forma, além da redução no consumo de energia, pode-se verificar uma redução de vazamentos e danos no sistema. Ainda como resultado destas intervenções, foi possível o desligamento de um grupo da estação no horário de Ponta. O procedimento é automático, sendo garantido com a implantação de sistema de controle operacional autônomo para monitoramento do sistema, com instalação de CLP (Controlador Lógico Programável) e utilização de sensor de pressão na rede.

41 Investimento e Economia Final Para a implementação das medidas dos novos procedimentos operacionais foram necessários os seguintes serviços e componentes: Medições elétricas e hidráulicas. Fornecimento e instalação de 4 (quatro) conjuntos moto-bomba, com adequação do barrilete da estação. Fornecimento e instalação de Inversor de Freqüência e transmissor de pressão. Implantação de um sistema de controle com CLP para acionamento das bombas em função de pressão na rede, com controle horário para desligamento de bomba no horário de ponta Resultados Finais A determinação do resultado da economia foi feita pela comparação com um base line com os dados das contas da estação, de Março de 2002 a Fevereiro de 2003, período onde a operação era em função dos níveis da torre. Os fatores que influenciaram a diminuição do valor da conta de energia foram: a redução da potência das bombas, que antes operavam com 4 (quatro) bombas efetivas, num total de 600 CV, e agora operam com 3 (três) efetivas, totalizando 300 CV. a redução do consumo em função da operação do variador de freqüência, com atuação em função da pressão na rede de recalque. o desligamento de um dos grupos efetivos no horário de ponta, com a operação dos grupos em função das pressões requeridas pela distribuição. Em função das intervenções efetuadas, foi reduzida a demanda na ponta em 222 kw e fora de ponta em 229 kw, comparando o valor médio de demanda na ponta do base line com a conta de Outubro de 2004.

42 42 No Cálculo de Economia foram observados os seguintes resultados: O preço médio da energia elétrica subiu de 0,2401 da média do base line para 0,2904 em outubro de 2004, em função da operação do terceiro grupo também no horário de ponta. Nos próximos meses, com a operação correta do sistema, que prevê 3 grupos fora de ponta e apenas 2 grupos na ponta, este valor tenderá a cair. A relação R$/m 3, que no base line foi de 0,0394, passou para 0,0173 em outubro de 2004 indicando uma diminuição de 56,1% no custo da transferência de água. O consumo específico kwh/m 3 médio do base line foi de 0,1640, passou para 0,0597 em outubro de 2004, indicando uma diminuição de 63,6%. Em função dos itens acima, o resultado da economia em outubro de 2004, com base nas tarifas de dezembro de 2002 é de R$ ,09, contra um valor inicialmente previsto de R$ ,80, representando um aumento de 9,4%. Vale ressaltar que estes valores ainda não refletem a economia total que será obtida, visto que operou o terceiro grupo do sistema no horário de ponta, o que não deverá ocorrer nos próximos meses. Outro ponto importante e que deve ser destacado, é que esta estação não possui medidor de vazão, e os valores do base line foram fornecidos pela Sabesp, com base em determinações empíricas, e portanto, o nosso calculo está levando em conta que isso não se alterou e a vazão de outubro de 2004 foi calculada com base na média do base line e no número de dias associados a conta de energia elétrica do mês em questão.

43 43 7 CONCLUSÕES Com a verificação dos resultados obtidos no Estudo de Caso das implementações realizadas na EEAT Santa Ana, a partir do diagnóstico energético detalhado da estação, foi possível verificar que a economia inicialmente prevista com base no cálculo da Relação Custo Benefício (RCB) foi atendida. Esta economia pode ser verificada pela comparação da redução das demandas na ponta e fora de ponta do base line das contas da estação entre Março de 2002 e Fevereiro de 2003 e a conta de Outubro de 2004 após a realização das implementações. As demandas contratadas na estrutura tarifária azul antes da implantação do projeto de eficientização eram de 480 KW na ponta e 500 kw fora da ponta, e foram alteradas para 180 kw na ponta e 270 kw fora de ponta. Desta forma, podemos concluir que o projeto atingiu seus objetivos e que a otimização da utilização da energia elétrica junto aos consumidores é uma ferramenta de grande importância para que possamos reduzir o desperdício e consolidarmos a sustentabilidade do mercado de eficiência energética que requer que haja uma demanda e uma oferta de produtos e serviços energéticos eficientes. Com base no programa de eficiência energética da ANEEL, o cálculo da Relação Custo Benefício (RCB) para as medidas de eficiência efetuadas é apresentado a seguir.

44 44 Tabela 7.1 RCB Final Premissas Valores Unidade Vida útil do projeto 15 anos Taxa de Juros anual 12 % Investimento da medida R$ Custo Unitário Evitado de Demanda 318 R$/kW Custo Unitário Evitado de Energia 77 R$/MWh ano Redução de Demanda na Ponta RDP 222 kw Redução de Consumo anual 1836 MWh/ano RCB 0,36 Fonte: SABESP, 2004 A medida é válida para a ANEEL, pois o valor da RCB está abaixo de 0,85.

45 45 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LUDMER, Paulo. Despropósitos Elétricos. São Paulo: Artliber, LUDMER, Paulo. Energia: Desconsertos e Impasse. São Paulo: Artliber, RESENDE, Ignácio. Dieta para Reduzir os Custos com Energia Elétrica. Rio de Janeiro: Studio Digital, SABESP Saneamento Básico do Estado de São Paulo Figuras e Tabelas Banco de Dados SABESP Departamento de Perdas, 2002, 2003 e TSUTIYA, Milton Tonoyuki. Redução de Custos de Energia Elétrica em Sistemas de Abastecimento de Água. 1 Ed. São Paulo: ABES, 2001.