XIX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HIDRÍCOS

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1 XIX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HIDRÍCOS ANÁLISE HIDRÁULICA E ENERGÉTICA NA APLICAÇÃO DE BOOSTERS E VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO PARA OTIMIZAR SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Paulo Sergio Oliveira de Carvalho 1 & Heber Pimentel Gomes 2 ; Nicolle de Belmont Sabino Rocha 3 ; Terezinha Guedes Torres 3 ; Allan Santos de Sousa 3 ; Gênnisson Batista Carneiro 4 ;Pedro Henrique Cardoso 3 ; Thiago Santos Almeida 3 Resumo Os sistemas de abastecimento urbano de água no Brasil necessitam ser readequados. Com a escassez do insumo água, devido ao adensamento populacional nas cidades, nunca foi tão importante estudar soluções que tornem esses sistemas mais eficientes. O controle da pressão na rede é fundamental para a redução do desperdício de água. O excesso de pressão onera os custos energéticos de bombeamento desnecessariamente provocando avarias nas tubulações e acessórios, além de reduzir a vida útil de válvulas de controle. Uma alternativa factível e que produz um excelente custo benefício é a setorização da rede associada a um sistema de controle automático, pois o consumo a ser controlado possui um caráter dinâmico, não linear, dificultando a sintonização. Este trabalho apresenta um estudo hidráulico e energético visando o controle das pressões de uma rede automatizada, modelada experimentalmente, dotada de dois pontos de consumo representando uma zona alta e uma baixa, com sistema de impulsão fracionado, indicadores de vazão e pressão e válvulas de controle. Abstract Systems of urban water supply in Brazil need to be improved. With the shortage of water input, due to population density in cities, was never so important to study solutions that make these systems more efficient. The pressure control on the network is fundamental to reducing water wastage. Excessive pressure increases the energy costs of pumping unnecessarily causing damage in the pipes and accessories, as well as shorten the life of control valves. An alternative feasible that produces an excellent cost-effective is the sectorization of the network associated with an automatic control system, because consumption to be controlled has a dynamic character, not linear, making it difficult to regulate. This work presents a study energetic and hydraulic aimed the pressures control of an automated network, modeled experimentally with two points of consumption that are representing high and low region, with system impulse divided, flow indicators and pressure control valves. Palavras-chave: Redes de Distribuição de Água, Eficiência Energética, Automação. 1 Doutorando em Engenharia Mecânica UFPB - Campus I CT CEP (83) r.28 psergio.pb@globo.com 2 Professor do Dep. de Engenharia Civil e Ambiental UFPB - Campus I CT CEP (83) r.27 heberp@uol.com.br 3 Graduando(a) em Engenharia Civil UFPB - Campus I CT CEP (83) r.27 heberp@uol.com.br 4 Graduando(a) em Engenharia Mecânica UFPB - Campus I CT CEP (83) r.27 heberp@uol.com.br

2 INTRODUÇÃO A ocorrência de um intenso processo de urbanização nas últimas décadas, tem exigido dos serviços públicos de abastecimento de água grandes esforços no âmbito técnico, organizacional e financeiro, na tentativa de atender satisfatoriamente às demandas Venturini et al. (2001). Isso faz crescer a quantidade de estações de bombeamento para transportar água até os pontos de consumo, resultando em elevadas demandas de energia elétrica provenientes de muitos motores de médio e grande porte em funcionamento. Os sistemas de abastecimento de água das cidades possuem características singulares quanto as suas topologias. Mesmo em cidades planas onde existem pequenos desníveis topográficos, para abastecer as áreas mais distantes do sistema de impulsão se faz necessário aumentar a altura manométrica, visando além vencer as perdas de carga durante o percurso, produzir uma pressão final adequada capaz de garantir o abastecimento nestes locais. Em cidades com topografia acidentada além do problema relatado anteriormente, existem áreas para serem abastecidas em cotas topográficas diferenciadas, exigindo que o sistema de impulsão possua uma elevada altura manométrica. Os efeitos causados pela má distribuição das pressões na rede, devido ao tipo de modelagem convencional utilizado na grande maioria dos sistemas de abastecimento no Brasil, que possui um único sistema de impulsão, promovem nas localidades baixas das cidades pressões elevadas desnecessárias. Estas pressões excedentes são desperdícios energéticos. Um sistema de abastecimento pode ser projetado para gerar pressões uniformes em toda a rede, reduzindo o consumo energético, sem comprometer quantitativamente e qualitativamente o fornecimento de água. Para possibilitar a introdução de novos equipamentos no sistema, destinados a promover a equalização das pressões, a rede deverá estar dividida previamente em zonas bem definidas, as quais serão formadas por critérios topográficos e/ou topológicos. As zonas devem possuir apenas um ponto de alimentação. Gomes et al. (2007) afirmam que apesar dos princípios físicos da hidráulica clássica voltados para condutos forçados permanecerem inalterados, é evidente que houve avanços significativos nas metodologias de dimensionamento, análise e operação de sistemas de distribuição já existentes; as técnicas de reabilitação de sistemas obsoletos com base em novos modelos de otimização; além dos processos de automação e controle, com o emprego de técnicas de controle inteligente, tais como: lógica fuzzy e redes neurais. 2

3 CONTROLE DAS PRESSÕESS NUMA REDE DE ABASTECI IMENTO DE ÁGUA Gopan et al. (2010) em estudo recente, utilizando uma rede experimental, mensuraram que os efeitos da relação entre a pressão e os vazamentos são exponenciai is, corroborando com Gonçalves e Lima (2007), quando na época afirmaramm que pesquisadores admitem a que exista uma estreita relação entre a pressão média da rede e a vazão do vazamento. A Equação E 1 expressa essa relação: (1)( Onde: Q 1 Q 0 p 1 P 0 N 1 = Volume do vazamento final f usar m³/dia; = Volume do vazamento inicial i usar m³/dia; = Pressão final usar mca; = Pressão inicial usar mca; = Coeficiente da relação pressão x vazamento. Os valores usuais utilizados para o coeficiente N 1, que vazamento, estão dispostos a seguir: representaa a relação pressão x VALOR 0,50 1,00 1,15 1,50 INDICAÇÃO - Em tubulações que não alteram as suas seções com o vazamentoo (F F e aço); - Para avaliações simplificadass significa que para cada 1% na redução no valor da pressão de um sistema, haveráá uma redução de 1% no n vazamento; - Nas condições gerais de um setor, onde se misturamm tubulaçõess de vários materiais; - Em tubulações que alteram ass suas seções com o vazamento (PVC e PEAD). Exemplo: Um setor da rede de distribuição de água composta por tuboss de ferro fundido (F F ) tem uma grande incidência de vazamentos, na ordem de 250 m³ ³/dia com pressão dee 50 mca. Se a pressão for reduzida para 40 mca, qual será o valor para o novo volume de água perdida nos vazamentos? Solução: Q 1 =250x(40/50) 0,5 =250x0,89=222,50 m³/dia Portanto, haverá uma redução estimada de 250 m³/dia para 222,502 m³/dia, representando uma redução nas perdas da ordem de 27,5 m³/dia. 3

4 Existem vários trabalhos publicados na literatura, que comprovam ser eficaz a utilização de conversores de frequência acoplados aos conjuntos de impulsão, para controle das pressões, em sistema de abastecimento de água. Camboim (2008) controlou a pressão de uma rede de distribuição de água através da aplicação de técnicas de controle fuzzy. A rede de abastecimento montada em laboratório possuía dois pontos de consumo e era composta por: um motor de indução trifásico, dotado de um conversor de frequência variável, válvulas de controle e transdutores de pressão. Ele concluiu que houve uma redução de 27,4% no consumo de energia elétrica, sem comprometer as características hidráulicas do sistema. Bezerra (2009) desenvolveu, modelou e aplicou um sistema fuzzy, desenvolvido no LabVIEW TM, para o controle piezométrico de sistemas de distribuição de água, por meio do uso simultâneo de válvulas de controle e conversor de frequência acoplado a um conjunto motorbomba, visando à economia de água e energia elétrica. O estudo apresentou resultados bastante satisfatórios, no que se refere à redução do consumo de água e energia elétrica. Conforme mostrado anteriormente, duas estratégias podem ser utilizadas de forma isolada ou em conjunto para controlar as pressões numa rede de abastecimento de água. A mais simples é instalar Válvulas Redutoras de Pressão VRP s nas zonas baixas do sistema. Com esta nova configuração as pressões nas zonas baixas da rede serão minimizadas. Entretanto, as zonas altas do sistema permanecerão com as suas pressões inalteradas. Outra estratégia é distribuir o sistema de impulsão. Neste caso, o sistema de impulsão principal tem a sua capacidade reduzida e as zonas altas da rede possuirão um sistema de impulsão auxiliar que é denominado booster - BST. A utilização das duas estratégias associadas produz uma solução racional para evitar as pressões excedentes e insuficientes na rede, minimizando os gastos energéticos. Para ilustrar o problema, foram desenvolvidos três desenhos esquemáticos, para destacar a aplicação de uma válvula redutora de pressão - VRP e um booster BST, bem como os impactos pertinentes provocados na rede. Os desenhos destacam duas zonas de consumo a serem abastecidas, sendo uma alta e outra baixa. A linha piezométrica do sistema é apresentada, destacando a evolução das pressões ao longo da rede. A Figura 1 mostra esquematicamente um sistema composto por duas zonas de consumo, uma alta e uma baixa. Neste caso inicial, existe apenas um conjunto de impulsão (CMB) abastecendo o sistema que poderá estar localizado a alguns quilômetros de distância do primeiro ponto de abastecimento da rede. Para que a zona alta de consumo seja abastecida, verifica-se a elevada altura manométrica necessária a ser fornecida pelo sistema de impulsão, bem como o excesso de pressão incrementado desnecessariamente na zona baixa. As setas indicam o set point de pressão desejado. 4

5 Zona Alta Pressão Mínima Requerida Linha Piezométrica Zona Baixa Excesso de Pressão Elevada Altura Manométrica Pressão Mínima Requerida CMB Figura 1 - Sistema de abastecimento de água com duas zonas de consumo bem definidas A Figura 2 apresenta uma modificação no comportamento do sistema provocado pela instalação de uma (VRP) que reduz a pressão na zona baixa, porém a altura manométrica continua elevada para atender ao nível de pressão requerido pela zona alta. Na Figura 3 são utilizadas as duas estratégias de controle ao mesmo tempo, ou seja, a utilização da (VRP) e do (BST). Observa-se uma redução significativa da altura manométrica do (CMB), uma vez que o sistema de impulsão foi dividido. Além disso, a (VRP) instalada convenientemente na zona baixa retira o excesso de pressão desnecessário. O (BST) instalado na rede, próximo à zona alta, produz um ganho de pressão extra, capaz de supri-la adequadamente. Linha Piezométrica Zona Alta Pressão Mínima Requerida Zona Baixa Elevada Altura Manométrica Pressão Mínima Requerida VRP CMB Figura 2 - Sistema de abastecimento de água com válvula redutora de pressão Caso os elementos de controle do sistema, CMB, BST e VRP possam ser ajustados ao longo do tempo, de forma automatizada, a rede de abastecimento poderá fornecer apenas a quantidade de água necessária. Na prática, o monitoramento da pressão em pontos estratégicos da rede, indicam 5

6 aos elementos de controle quais as ações a serem tomadas, visando manter sempre adequada a demanda fornecida. Zona Alta Pressão Mínima Requerida Zona Baixa Linha Piezométrica Altura Manométrica Reduzida Pressão Mínima Requerida VRP CMB BST Figura 3 - Sistema de abastecimento de água com válvula redutora de pressão Para melhor quantificar e avaliar a aplicação destas estratégias para o controle das pressões numa rede foi utilizado um sistema de abastecimento automatizado, montado em laboratório. CONVERSOR DE FREQUÊNCIA E BOOSTER A bomba centrífuga é um equipamento comumente utilizado para transportar líquidos nos sistemas de abastecimento. A bomba centrífuga funciona da seguinte maneira: uma fonte externa à bomba, geralmente um motor elétrico, gira um ou mais rotores dentro do corpo da mesma, movimentando o líquido e criando a força centrífuga que se transforma em energia de pressão e cinética. A velocidade de rotação é caracterizada pela velocidade que a máquina de acionamento imprime à bomba. No caso de motor elétrico, essa velocidade é função direta da frequência e do número de polos do motor. O ponto de trabalho de um sistema de bombeamento é definido por suas curvas características. São estas curvas matemáticas que descrevem a relação entre as variáveis: altura manométrica e vazão de bombeamento. Na Figura 4 é apresentado um exemplo em forma de gráfico, onde a curva da bomba descreve a altura manométrica fornecida por ela para diferentes valores de vazão, mantendo-se a rotação dela constante. A curva do sistema representa a altura manométrica solicitada pelo sistema de tubulação para que a água seja conduzida do ponto de sucção ao final da linha de recalque, que pode ser, por exemplo, um reservatório. 6

7 H H P H M Curva da bomba rotação n P Curva da bomba rotação n P M M Curva do sistema h Q M Q P Q Figura 4 - Determinação doo ponto de trabalho de bombas hidráulicas Sobre a curva o sistema, destaca-se que a altura manométrica é composta pela soma de duas componentes, ou seja, altura estática e altura dinâmica. A altura estática refere-se à diferença de cota entre o ponto de sucção e de recalque, sendo, portanto, uma altura geométrica. No caso da altura dinâmica, essa é composta pelo somatório das perdas de carga dos sistemas de tubulações e acessórios, tendo uma variação com o quadrado da vazão bombeada. Com a utilização de um booster na rede (ver Figura 5), pode ser reduzida a capacidade do sistema principal de impulsão, ntroduzindo este sistema de impulsão pontuall adicional, para a uma zona com insuficiência de pressão. Figura 5 - Booster instalado na rede experimental com entrada e saída emm linha Como a demanda de consumo numa rede de abastecimen nto varia aoo longo do tempo, t é de suma importância que este sistema de impulsão (booster) funcionee apenas naa proporção necessária. O sistema ideal seria, portanto, aquele em que o booster funcionaa em tempoo real de acordo com a curva de demanda. 7

8 Os conversores de frequência (Figura 6) são equipamentos elétricos que quando acoplados aos conjuntos motor-bomba, através da regulação da frequência, possibilitam modificar a velocidadee de rotaçãoo destes, variando a vazão e pressão a jusante. A utilização de conversores de frequência possibilita que o funcionamento dos conjuntos motor-bomba possa ser ajustado à curva de demanda do sistema, mantendo a pressãoo na rede sob controle, reduzindo, desta forma, os custoss energéticos de bombeamento e consumo de água. Figura 6 - Conversores de frequência VÁLVULAS DE CONTROLE Também conhecidas com a denominação de válvulas proporcionais, são registros com abertura/fechamento regulável, acionadas por um motor elétrico com tensão de alimentação normalmente de 24 V (ver Figura 7). O ângulo de abertura destas válvulas varia na faixa de 0 a 90. A maioria dos modelos pode ser configurada através de uma chave (no corpo de comando) para assumir a condição de normalmente aberta ou fechada (iniciar em 0 ouu 90 ), quando o sinal de comando emitir 2 V de tensão. Neste tipo de válvula, é importante optar por modelos que também informem o seu posicionamento de abertura. Figura 7 - Válvula de controle proporcional 8

9 TRANSDUTOR DE PRESSÃO É um equipamento capaz de medir a pressão efetiva numm ponto da rede convertendo e transmitindo este valor na forma de sinal elétrico. Normalmente dotado com sensores do tipo piezo- resistivo de silício (célula de carga) e com sinal de saída variando de 4 a 20 ma. A tensão de alimentação é de 24 V. Para equipamentos que são concebidos originalmente para transmitir o sinal elétrico na forma de corrente, como é o casoo dos utilizados no experimento, além da parametrização será necessário realizar a conversão da corrente em tensão, em nível de hardware, pois as placas de aquisição de dados da National Instruments só trabalham com tensão (ver Figura 8). Figura 8 - Transdutor de pressão TRANSDUTOR DE VAZÃO É um equipamento capaz de medir a vazão e transmiti-laa na forma a de sinal elétrico. Os transdutores do tipo eletromagnético, cujo princípio de funcionamento é baseado na Lei de Faraday, são os mais indicados. Eles provocam uma perda de carga equivalente a de um tubo liso. Existem muitos modelos no mercado, inclusive de PVC. A alimentação destes equipamentos é de 24 V, energizados de forma contínua e independente do sinal de mediçãoo que varia na faixa compreendida entre 2 e 10 V. O manual do fabricante deverá ser consultado para verificarr o fundo de escala do aparelho, bem como as conexões elétricas dee alimentação e comando (ver Figura 9). Figura 9 - Transdutorr de vazão eletromagnético de PVC 9

10 ANALISADOR DE ENERGIA ELÉTRICA É um equipamento destinado à medição e monitoramento das grandezas elétricas,, tais como: correntes, tensões, potência, fatorr de potência e distorção harmônica. Este equipamento foi f utilizado para avaliar o consumo energético do sistema experimental. Como o sistema é trifásico, todas as fases deverão informar ao aparelho suas respectivas tensões e correntes (ver Figura 10). Para medir a potência consumida pelo sistema em (kwh), foram realizadass aquisiçõess de 15 minutos, paraa avaliar o consumo, de cada pontoo de operação experimentado. Comm base nestes valores e nos dados de vazão obtidos, tornou possívell comparar e avaliar o desempenho o do sistema. Figura 10 - Analisador de energia elétrica SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA EXPERIMENTAL A planta experimental projetada (Figura 11 e Figura 12) possui doiss pontos de consumo, representados pelos ramais de descarga RD-1 (zona baixa) e RD-2 R (zonaa alta). Para prover a impulsão do sistema foi instalado um conjunto motor-bomba (CMB) de 2 cv e um booster (BST) de 1,5 cv. Para monitoramento do sistema foram instalados cinco transdutores de pressão (PT-1, PT-2sistema foram instaladas três válvulas de controle (CV-1, CV-22 e CV-3) e dois conversores de frequência, responsáveis pelo controle de rotação dos conjuntos de impulsão do sistema. PT-3, PT-4 e PT-5) e dois transdutores de vazão (FT-01 e FT-02). Para comandar o Dadaa a magnitude do experimento e dos equipamentos envolvidos, foi construída uma sala de apoio, com a função de ser o Centro de Controle Operacional (CCO). 10

11 RD-2 (zona alta) CCO PT-5 RD-1 (zona baixa) Figura 11 - Componentes da planta experimental Para gerenciamento de todos os elementos de monitoramentoo e controlee foram instalados dois módulos de aquisição de dados (DAQ) da National Instruments (ver Figura 13). Figura 12 - Foto panorâmica da planta experimental e CCO 111

12 Figura 13 - Módulos de aquisição de dados Para gerenciar os equipamentos foi construído um sistema supervisório em linguagem G utilizando o programaa LabVIEW TM, rodando num notebook comm sistema operacional Microsoft Windows 7, equipado com processador Intell Core 2 Duo e 2 GB dee memória RAM (ver Figura 14). Figura 14 - Notebook utilizado no experimento com o sistema supervisório desenvolvido Para facilitar o entendimento do sistema e representação dee todos os elementos de controle instalados, foi criadaa uma interface gráfica detalhada (ver Figura 15). A interfacee facilita a visualização dos indicadores e variáveis doo sistema, informando as variáveis de estado em tempo real. Existem outras guias disponibilizadas no sistema, que não serão tratadass neste artigo, pois são referentes às configurações e acompanhamento do sistema de controle automático. O sistema supervisório desenvolvido,, além de realizar a monitoração m do sistema, permite a aquisição de todas as variáveis do sistema,, que são organizadas em forma de tabela, em arquivo (.CSV), compatível com qualquer software comercial gerenciador de planilhas, porr exemplo: Microsoft Excel. 12

13 Figura 15 - Tela principal do sistema supervisório com todos os elementos de monitoramento e controle CONSUMO ENERGÉTICO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Em sistemas de abastecimento de água, medir simplesmen te o consumo de energia elétrica não é suficiente para a determinação do seu consumo energético, pois p o consumo de energia elétrica está relacionado com a produção de água. Portanto, a maneira usual para determinação do consumoo energético de um sistema se dá através do cálculo do Consumo Específico de Energia Elétrica CE. Este coeficiente é definido pela Equação 2, como sendo a relação entre o consumo de energia elétrica do sistema de impulsão em kwh e o volume produzido pelo sistema em m³. Entretanto, vale salientar que este coeficiente só é válido para análise do consumo energético de um mesmo sistema de abastecimento de água, que devido as suas especificidades é único. O CEE é um indicador capaz de mostrarr se uma modificação no sistema produziu ou não um melhor m custoo benefício no sistema. Por conseguinte, antes de intervir em qualquer sistema é fundamental que seja determinado o CE, ficando este valor como referência. CE = P t V 3 (kwh / m ) (2)( 13

14 Onde: P é a potência elétrica do sistema de bombeamento, medida em kw; t é o tempo de bombeamento em h; V é o volume produzido pelo sistema de bombeamento em m³. Apesar do consumo da energia elétrica ser muito variável, dependendo do sistema de abastecimento considerado, Tsutiya (2001) apresenta um índice médio de referência de 0,6kWh/m³ de água produzida. Segundo dados do Procel (2005) em termos econômicos, a energia elétrica representou em média 12,2% das despesas totais das empresas prestadoras de serviço de saneamento, sendo o segundo maior item de dispêndio. Diante desta realidade, sinaliza a necessidade de estudos e análises voltados para proporcionar aumento na eficiência dos sistemas de saneamento. METODOLOGIA Para comprovar que o sistema experimental de abastecimento de água reproduz fielmente o comportamento de um sistema real, inicialmente foi realizada uma análise hidráulica e energética da rede, para reproduzir, na prática, o que já se tem conhecimento. Após a validação do modelo, foi realizado um redimensionamento do sistema, através da simulação de três pontos de consumo para a rede: máximo, médio e mínimo. Os resultados obtidos com a regulação do sistema para obtenção das pressões desejadas, bem como as medições elétricas realizadas, possibilitou a avaliação da relação entre a potência elétrica consumida pelo sistema e o volume de água produzido. O redimensionamento foi necessário, pois para as condições estabelecidas para o modelo, a zona alta do sistema não estava atingindo a pressão dinâmica mínima de serviço estabelecida pela norma que deve ser de (10 mca). Ao final de cada experimento foram apresentados os dados obtidos e realizados os devidos destaques, considerações e comparações. Análise Hidráulica e Energética de uma Rede de Abastecimento de Água A primeira modelagem (Tipo 1) realizada consiste na configuração do sistema com apenas um conjunto de impulsão. Para a realização deste experimento, o CMB foi configurado na sua capacidade máxima de funcionamento, ou seja, com frequência de 60 Hz. Para esta configuração o sistema apresentou na prática, como já era esperado, uma elevada pressão no ramal que abastece a 14

15 zona baixaa (18,4 mca) e uma baixa pressão no ramal da zona alta ( 5,2 mca). Na segunda configuração (Tipo 2), a atuação da válvula de controle CV-1 pressurizou os doiss ramais de consumo com (5,2 mca). Comoo consequência, foi possível reduzir um pouco a frequência de operação do CMB para (58 Hz). (44 graus), retirou o excesso de pressão existente na zona baixaa (13,2 mca). O sistema Na terceira configuração (Tipo 3), houve a atuação do booster (56 Hz) ). Foi observado que o CMB (47 Hz) sofreu uma significativa redução na sua frequência de operação, indicando a redução da altura manométrica. Neste caso, a rede além de atingir ass pressões desejadas (5,2 mca), apresentou, também, a melhor relação custo x benefício. A Tabela 1 apresenta os valores das configurações de todos os elementos de controle para os três tipos de modelagens experimentais realizadas. Tabela 1 - Configurações dos elementos de controle e pressões p na rede Para fins de comprovação ou não daa viabilidade da distribuição do sistema impulsor e da utilização da válvula de controle, foram apresentados parâmetros que indicamm a economicidade do sistema, para cada configuração executada na rede experimentall de distribuição de água. Para o ponto de operação escolhido, a configuração do Tipo 3 apresentou o menor consumo energético (1.704 kwh) e o menor Consumoo Específicoo de Energia Elétrica CE (0,238). A Figura 16 e a Tabela 2 apresentam as três configurações executadas na planta experimental, para fins de comparação. Figura 16 - Gráfico do consumo elétrico do sistema para os três tipos de experimento 15

16 Tabela 2 - Consumo energético do sistema de produção de água TIPO CONS. ENERGÉTICO kwh kwh/mês 1 2, ,4 2 2, ,1 3 1, ,9 VAZÃO (m³/h) 9,76 7,07 7,16 CE 0,241 0,286 0,238 Redimensionamento do Sistema de Impulsão de uma Rede de AbastecimeA ento de Água As configurações anteriormente executadas serviram para comprovar a viabilidade da distribuição do sistema de impulsão de umaa rede de abastecimento de água e dos efeitos causadoss pela correta utilização de válvulas de controle, além de validar a correta modelagem do experimento, pois apresentou coerência nos resultados. Diante da observação de que a zona alta da rede possui uma pressão máxima de (5,2( mca) e que segundo a Norma Técnica NBR n (1994), da ABNT Associaçãoo Brasileira de Normas Técnicas, a pressão dinâmica mínima devee ser de (10 mca), foi realizada esta segunda proposta experimental, visando atingir o valor mínimoo normatizado na zonaa alta de consumo. Foram realizadas três situações de consumo: máximo, médio e mínimo (ver Tabela 3 e Tabela 4). Em todas as três modelagens, as pressões mínimas de (10 mca) exigidas para as zonas de consumo da rede foram atingidas. Com o aumento da capacidade de impulsão do sistema ficou evidente que, devido às dificuldades para vencer as perdas de carga do ramal da zona alta, o CE sofreu um acréscimo (aumentou de 0,238 para 0,391), considerand do a situaçãoo de demanda máxima (ver Figura 17). Tabela 3 - Configurações dos elementos de controle e pressões, para as três situações de consumo com o seguinte grau Para simular a demanda no sistema, ass válvulas de controle CV-2 C e CV-3, foram configuradas de fechamento: demanda máxima (45 ), demanda d média (55 ) e demandaa mínima (70 ). O sistema de funcionamento das válvulas é a seguinte: toda aberta (0 )( e toda fechada (90 ). 16

17 Tabela 4 - Consumo elétrico para as três situações de consumo CONS. CONS. ENERGÉTICO VAZÃO kwh kwh/mês (m³/h) CE MÁX 2, ,2 6,16 0,391 MÉD 1, ,4 3,66 0,372 MÍN 1, ,6 1,98 0,570 É importante registrar que das três condições de operação, a do consumo médio apresentou o melhor CE (0,372) e a de consumo mínimo o pior CE (0,570). Isso indica, de forma clara, que o sistema vai se tornando antieconômico na medida em que a demanda atinge valores baixos. A justificativa para este fato está na baixa rotação dos conjuntos de impulsão, para estes pontos de operação. Em outras palavras os conjuntos de impulsão do sistema saem das suas faixas de rendimento ótimo. PARÂMETROS ENERGÉTICOS 0,600 0,500 2,410 0,570 3,000 2,500 0,400 0,300 0,200 0,391 0,372 1,363 1,130 2,000 1,500 1,000 CE kwh 0,100 0,500 0,000 Máximo 1 Médio 2 Mínimo 3 0,000 NÍVEIS DE CONSUMO PARA O SISTEMA Figura 17 Gráfico do consumo energético do sistema, para as três situações de consumo CONCLUSÕES Este trabalho apresentou um estudo indicativo, que pode ser utilizado como subsídio para que os novos projetos e reabilitações voltadas para o setor de abastecimento de água considerem como uma alternativa viável à distribuição do sistema de impulsão, associado a válvulas de controle. Apesar dos valores obtidos serem provenientes de ensaio numa rede construída em laboratório, eles refletem o que realmente acontece nos sistemas reais, podendo este aprendizado ser extrapolado para outros experimentos com variações que podem vir a ser aplicadas na prática. Com o domínio do conhecimento energético da rede, a implementação de um sistema de controle automático tornará a rede ainda mais otimizada, pois proporcionará além do equilíbrio hidráulico nos pontos de consumo, uma melhor combinação dos conjuntos de impulsão, através dos diversos elementos de controle disponibilizados para este fim. 17

18 BIBLIOGRAFIA BEZERRA, S.T.M, (2009). Sistema fuzzy para controle piezométrico de sistemas de distribuição de água visando à economia de água e energia. Tese D. Sc., Universidade Federal da Paraíba, Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, João Pessoa, PB, Brasil. CAMBOIM, W.L.L., (2008). Aplicações de técnicas de controle fuzzy para sistemas de abastecimento de água. Dissertação Mc., Universidade Federal da Paraíba, Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, João Pessoa, PB, Brasil. GOMES, H.P., GARCÍA, R.P. e REY P.L.I. - Organizadores (2007). Abastecimento de água O estado da arte e técnicas avançadas. UFPB/Ed. Universitária, João Pessoa, PB, Brasil, 386p, ISBN: GONÇALVES, E., LIMA, C.V. (2007). Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água. Org. por Gomes, A.S., SNSA, Brasília, 365p. GOPAN, A; SUJA, R. e LETHA, J. (2010). Pressure control for leakage minimization in water distribution network. ICTT Civil Engineering Papers, Trivandrum, Kerala, India. Disponível em: < Acesso em: 19 de junho de NBR (1994). Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público - Procedimento. Rio de Janeiro, RJ. PROCEL, ELETROBRAS (2005). Plano de ação Procel Sanear. TSUTIYA, M.T. (2001). Redução do Custo de Energia Elétrica em Sistemas de Abastecimento de Água. ABES, VENTURINI, M.A.A.G.; BARBOSA, P.S.F. e LUVIZOTTO JUNIOR, E. (2001). Estudo de alternativas de reabilitação para sistemas de abastecimento de água in Anais XIV Simpósio, Aracajú: ABRH, 2001, 1 CD-ROM. 18