O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMO FACTOR DE ECONOMIA

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1 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 1 O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMO FACTOR DE ECONOMIA ÍNDICE 1. Intrduçã O que é Cust d Cicl de Vida? Razões para a utilizaçã d CCV Determinaçã d Cust de Cicl de Vida Implementaçã da metdlgia Na fase de prject Aplicaçã a sistemas existentes Exempls de aplicaçã d Cust de Cicl de Vida Sistema de bmbagem existente cm uma válvula de cntrl de caudal Esclha d sistema de pressurizaçã na fase de prject...19 a) Elevar a água para um reservatóri superir b) Instalar uma central hidrpneumática de velcidade fixa;...20 c) Instalar um sistema sbrepressr cm variadr de frequência, junt a reservatóri inferir Referências bibligráficas... 25

2 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 2 1. Intrduçã Os sistemas de pressurizaçã representam pr vezes custs nã desprezáveis n mercad da cnstruçã para habitaçã, send principalmente nerss em grande parte ds sistemas industriais. Cm qualquer investiment, a esclha ds elements que cnstitui sistema (cnstruçã civil, equipaments, acessóris e s decrrentes da explraçã) devem bedecer a cnsiderações de eficácia e ecnmia. Estima-se que elevad númer de sistemas de bmbagem existentes a nível mundial, nas suas mais variadas aplicações (abasteciment públic e predial de água ptável; clecta, transprte e tratament de águas residuais; Instalações de rega; Industrial, etc.), cnsmem cerca de 20% da energia eléctrica glbal (Eurpump, 2000). Cnsum mundial de energia eléctrica Outras Aplicações (80%) Sistemas de Bmbagem (20%) Figura 1 Cnsum mundial de energia eléctrica Trata-se prtant de um cnsum significativ, principalmente numa altura em que a questã energética assume um imprtante papel na ecnmia nacinal, mas também mundial. A crrecta esclha de tds s cmpnentes de um sistema de bmbagem apresenta-se assim cm uma prtunidade para uma reduçã ns custs glbais da instalaçã, a lng da sua vida útil. A avaliaçã ds custs d sistema a lng da sua vida útil, pde ser realizad pr várias metdlgias.

3 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 3 Um ds grandes bjectivs duma metdlgia desta natureza deverá ser rigr e a isençã, pis só assim pderá ser utilizada, nã só para ptar entre diferentes sluções d mesm fabricante, mas também servir para cmparar sluções de fabricante diferentes. N presente dcument ptu-se pr seguir a metdlgia prpsta pelas seguintes entidades: O Institut Hidráulic (HI), fundad em 1917, é a mair assciaçã de prdutres e de frnecedres da América d Nrte. Estabelece padrões e rganiza fóruns para a trca de infrmações técnicas há mais de 80 ans. O Eurpump, estabelecid em 1960, age cm prta-vz ds 15 principais fabricantes de bmbas e representa mais de 400 fabricantes. O Eurpump serve e prmve a indústria eurpeia da indústria das bmbas hidráulicas. O Departament de Energia ds Estads Unids, prmve parcerias cm indústrias e grups de cmérci, para a implementaçã de sistemas de elevada eficiência de energia, energias renváveis, e prevençã da pluiçã tecnlgias para aplicações industriais. 2. O que é Cust d Cicl de Vida? O Cust d Cicl de Vida (CCV) é uma ferramenta de gestã que pde ajudar a minimizar s desperdícis e a maximizar rendiment para variads tips de sistemas, incluind sistemas de bmbeament. Uma visã glbal é descrita n artig Pump Life Cycle Csts desenvlvid pel Hydraulic Institute e Eurpump de md a facilitar a aplicaçã da metdlgia d CCV a sistemas de bmbagem. O cust d cicl de vida (CCV) de qualquer sistema de pressurizaçã é cust ttal durante seu períd de vida útil. Representa assim s custs de aquisiçã, instalaçã, ensais, energétics, peraçã, manutençã (preventiva e crrectiva), paragens,

4 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 4 ambientais, desmntagem e desmantelaçã d equipament. A identificaçã de tdas as parcelas envlvidas apresenta-se cm uma etapa fundamental nesta metdlgia. Quand CCV é utilizad cm uma ferramenta de cmparaçã entre diferentes alternativas, prcess de cálcul d CCV indicará, de frma isenta, a sluçã que apresenta menr cust glbal, cm base nas infrmações dispníveis. 3. Razões para a utilizaçã d CCV Os sistemas de pressurizaçã sã cmpsts pr um cnjunt de bras de cnstruçã civil, equipament eléctric e electrmecânic, tubagens e acessóris. Cm exempl, s grups electrbmba embra sejam geralmente adquiridas cm cmpnentes individuais, eles sã parte integrante de um sistema indissciável entre si. A minimizaçã ds custs glbais nem sempre é uma tarefa fácil. Enquant algumas partes d sistema apresentam praticamente td seu cust durante a cnstruçã, ns equipaments electrmecânics cust de aquisiçã pderá representar apenas 10% ds custs glbais assciads a esses equipaments. O investiment inicial é geralmente uma pequena parte d cust d cicl de vida para sistemas de pressurizaçã A energia cnsumida e s materiais utilizads pr um sistema dependem das características da bmba, da instalaçã e d md cm sistema irá perar. Adicinalmente tds s cmpnentes d sistema deverã ser cuidadsamente seleccinads para cmbinarem entre si e manter n glbal um cnjunt fiável assegurand s mais baixs custs energétics e de manutençã, assim cm uma lnga durabilidade. Uma mair cmpreensã de tds estes prmenres cnstituirá uma prtunidade para a reduçã dramática ds custs energétics, de explraçã e de manutençã, factres determinantes n cust de cicl de vida (CCV) da instalaçã. A reduçã e desperdíci energétic representam ainda um papel imprtante em benefícis ambientais.

5 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 5 Sistemas de bmbagem - Custs glbais Custs de Explraçã ( 85% ) Custs de Manutençã ( 10% ) Custs d Investiment ( 5% ) Figura 2 Repartiçã ds custs glbais em sistemas de bmbagem Muits sistemas sã cncebids cnsiderand apenas investiment inicial, riginand sistemas que apresentam grandes custs de manutençã e explraçã. A crescente cmpetitividade ds mercads nacinais e internacinais briga a um esfrç cntínu de md a aumentar a cmpetitividade. As empresas devem prcurar sluções que visem a reduçã ds custs glbais e aument ds rendiments peracinais. A peraçã, principalmente n sectr fabril, cntinua a merecer uma particular atençã cm fnte de pupança de custs, especialmente pela via da minimizaçã ds cnsums energétics e ds temps de paragem da prduçã. Alguns estuds mstram que 30% a 50% da energia cnsumida pels actuais sistemas de bmbeament pdem ser pupads através da alteraçã ds cntrls ds sistemas (Eurpump, 2000). Os sistemas existentes pdem cntribuir cm uma mair fatia na reduçã da energia cnsumida através da utilizaçã da metdlgia d cálcul d CCV pr duas razões: A primeira prque existem pel mens 20 vezes mais sistemas em peraçã d que s clcads anualmente em peraçã e, em segund lugar prque muits ds sistemas em peraçã pssuem bmbas u cntrls que nã estã ajustads ás necessidades actuais, talvez mtivad pela grande evluçã tecnlógica verificada ns últims ans. Adicinalmente ás razões ecnómicas para justificar a utilizaçã da metdlgia d CCV, muitas empresas cmeçam a estar cada vez mais sensíveis a impact ambiental ns

6 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 6 seus negócis, e cnsideram rendiment energétic cm uma via cntribuinte para a reduçã de emissões de gases e deste md preservar s recurss naturais. A análise d CCV, quer em nvs empreendiments quer em remdelações requer sempre uma avaliaçã de sistemas alternativs. Para a mairia de empreendiments s custs energétics e/u de manutençã dminarã s custs d cicl de vida. É prtant de extrema imprtância a frma precisa de determinar s custs energétics actuais, escalnament esperad ns ans vindurs, assim cm s custs de mã-de-bra e ds materiais a lng d cicl de vida d equipament. Outrs custs cm pr exempl s de paragens, desmntagem e desmantelaçã final d equipament e s de rigem ambiental, send de difícil quantificaçã, pdem muitas das vezes ser estimads cm base em dads histórics. Em alguns cass s custs de indispnibilidade pdem ser mais significantes que s custs energétics u de manutençã. Cnsiderações adicinais deverã ser tmadas em relaçã ás perdas de prdutividade devid as temps de paragem. 4. Determinaçã d Cust de Cicl de Vida O prcess d CCV é um métd que permite a cmparaçã de sluções alternativas, em terms de custs. O prcess em si é basicamente matemátic, mas extremamente dependente da infrmaçã dispnível, lg s resultads d prcess apresentam certamente um grau de fiabilidade similar a ds dads de base. Os sistemas de bmbagem têm muitas das vezes um períd esperad de peraçã de 15 a 20 ans. A esclha destes equipaments deve ser efectuada cm base em cálculs nde s detalhes d prject d sistema devem ser tids em cnta. Deste md a cmparaçã deve ser efectuada entre diferentes tips de sistema u de cntrl. O exercíci deve ser bjectiv na análise e âmbit pdend n entant ser lat nas alternativas analisadas. Cm base ns estuds efectuads em prblemas deste tip, a metdlgia prpsta apresenta s custs d cicl de vida, cm send a sma das seguintes parcelas:

7 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 7 CCV = C + C + C + C + C + C + C + C (1) ci in e m pp a d nde: CCV - Cust d Cicl de Vida C ci - Custs iniciais (custs de cnstruçã civil, bmbas, tubagens, acessóris, serviçs de api, etc.) C in - Cust de instalaçã e ensais (arranque e frmaçã d pessal) C e - Custs energétics (peraçã d sistema incluind cntrls e quaisquer serviçs auxiliares) C - Custs de peraçã (mã de bra e supervisã nrmal d sistema) C m - Custs de manutençã e reparaçã (reparações previstas e de rtina) C - Custs de paragens (perda de prduçã) pp C - Custs ambientais a C d - Cust de desmntagem e desmantelaçã (incluind a restauraçã ambiental d lcal e serviçs de destruiçã d equipament) Os parágrafs seguintes examinam cada uma das parcelas e levantam sugestões para a determinaçã de cada parâmetr. Dever-se-á ter em atençã que este cálcul nã inclui a análise a custs de segunda rdem cm pr exempl as matérias-primas cnsumidas n fabric de prduts. Detalhand: Custs Iniciais Este tip de custs refere-se as custs necessáris para a cmpra e instalaçã de equipaments e bras de cnstruçã civil, necessárias a arranque d sistema. Enquant que nas restantes parcelas s custs assciads a equipaments electrmecânics sã dminantes, neste seu valr relativ pde vir diluíd cm valr da cnstruçã civil. Este fact

8 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 8 pde riginar a que seja mensprezad a sua imprtância final ns custs glbais. É determinante para estes custs diâmetr das tubagens e acessóris, a qualidade e fiabilidade d sistema seleccinad, s materiais utilizads, seu cmprtament cm fluid bmbead, s empanques instalads, s cntrls integrads, etc. Estes detalhes, entre utrs, pdem riginar custs iniciais mais elevads mas reduzirem CCV de uma frma cnsiderável. Os custs iniciais incluem geralmente s seguintes itens: Serviçs de Engenharia (estuds, prject, desenhs, especificações etc.); Prcess de aquisiçã; Cnstruçã civil; Inspecçã e testes; Peças de reserva; Frmaçã; Equipaments auxiliares para sistemas de vedaçã u arrefeciment. Custs de Instalaçã e Ensais Os custs de instalaçã e ensais (arranque) incluem s seguintes itens: Fundações (prject, preparaçã, betã etc.); Ligações de tubagens de prcess; Ligações eléctricas e de instrumentaçã; Ligações a sistemas auxiliares; Avaliações e regulações n arranque. Uma instalaçã cmpleta ds equipaments electrmecânics envlve requisits de peraçã e manutençã que serã assegurads pr pessal cm frmaçã para perar sistema. Os ensais requerem uma especial atençã ás instruções d fabricante para a execuçã d arranque e peraçã. Deverá ser seguida a lista de verificações prpsta pel fabricante de md a assegurar que s

9 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 9 equipaments e sistema pssam perar dentr de parâmetrs específics. Custs energétics O cnsum energétic é frequentemente uma das parcelas cm maires custs e geralmente dmina valr final d CCV, especialmente quand temp de peraçã das bmbas ultrapassa as 2000 hras de peraçã/an. O cnsum energétic é calculad através ds dads clhids n prject d sistema. Se as slicitações a sistema sã cnstantes, cálcul é simples. Se as slicitações sã muit variáveis n temp, entã dever-se-á utilizar um regist hrári das necessidades para se efectuar respectiv cálcul. A fórmula d cálcul da ptência requerida é a seguinte: P ( kw ) γ Q H = (2) η η c m em que: P Ptência ( kw ) γ Pes específic d líquid (kn/m3 ) 3 Q Caudal (m /s) H Altura manmétrica (m. c. a) η Rendiment da bmba c η Rendiment d mtr m Lg, a energia será: E ( kwh) t 1 γ Q t = η η t ( ) H ( t) c m dt (3)

10 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 10 Os custs energétics de serviçs auxiliares também devem ser incluíds. Estes custs pdem ser referentes a circuits de aqueciment u arrefeciment de fluids de prcess. Nestes cass devem ser incluíds s custs d fluid, filtragem, circulaçã e/u dissipaçã de calr etc. Os métds de cálcul da energia sã relativamente simples quand a bmba é utilizada num únic pnt de funcinament. A situaçã trna-se mais cmplexa cm bmbas em funcinament paralel u se a bmba fr utilizada cm um cnversr de frequência. N funcinament paralel, deverã ser efectuads cálculs separads para s váris pnts de funcinament, aprximand em seguida s vlumes bmbads u hras de funcinament relativs a cada um destes. Uma bmba cm cnversr de frequência tem um númer infinit de pnts de funcinament. Outr factr de incerteza para cálcul d cnsum de energia de bmbas cm cnversr de frequência é fact d rendiment geral d sistema ser difícil de calcular cm exactidã. Custs de peraçã Os custs de peraçã sã s assciads à mã-de-bra relacinads cm a peraçã d sistema. Estes pdem variar muit dependend da cmplexidade e funçã d sistema. Pr exempl uma bmba instalada em ambientes crrsivs pde requerer verificações diárias, enquant um sistema semelhante cm utr fluid pde apenas necessitar de supervisões limitadas. Uma análise periódica das cndições de funcinament d sistema pde alertar s peradres para eventuais perdas de desempenh d sistema. Os indicadres de desempenh incluem alterações em vibrações, temperaturas, ruíd, cnsum energétic, gamas de caudais, pressã etc. Custs de manutençã e reparaçã O alcance da lngevidade esperada para uma bmba, requer uma manutençã regular e eficiente. O fabricante acnselhará a

11 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 11 frequência e a natureza da manutençã periódica. Os custs dependem d temp e da frequência d serviç, mas também ds custs ds materiais. O prject pde influenciar estes custs pr indicaçã específica de alguns materiais, selecçã ds cmpnentes e mesm da facilidade de acess as cmpnentes a serem intervencinads. O prgrama de manutençã pde ser cumprid cm menr frequência mas cm mair atençã as detalhes u cm mair frequência mas cm intervenções mais simples. As maires actividades requerem frequentemente a remçã da bmba d lcal de instalaçã para as ficinas. Durante esse temp a unidade está indispnível pdend haver perda ttal na prduçã u um cust de substituiçã temprária. Estes custs pdem ser minimizads pr uma prgramaçã cuidada e atempada da paragem. O cust ttal da manutençã de rtina é resultad d prdut ds custs pr intervençã pel númer de intervenções esperadas durante cicl de vida da bmba. Embra as avarias nã pssam ser previstas, pdem ser estimadas estatisticamente pel cálcul d temp médi entre avarias. Custs de paragens e perdas de prduçã O cust de paragens imprevisíveis e de perdas de prduçã sã uma parcela muit significativa n valr CCV e pde rivalizar cm s custs energétics u cm s custs de peças de substituiçã. Na mair parte das vezes s custs de paragem sã inaceitáveis pr representarem custs superires à instalaçã de um equipament de substituiçã u reserva. Se fr utilizad um equipament de reserva, cust inicial será mais elevad mas s custs de manutençã nã prgramada incluirã apenas s custs da reparaçã. O cust de perda de prduçã u de indispnibilidade pdem ser cnsiderads dependente d temp de paragem e devem ser analisads para cada cas específic.

12 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 12 Custs ambientais. O cust da destruiçã de fluids cntaminantes durante temp de vida de um sistema de bmbeament varia bastante dependend da natureza d prdut bmbad. Exempls de cntaminaçã ambiental pdem incluir: destruiçã da caixa d empanque, bmbagem de prduts crrsivs, us de peças cntaminadas etc. Os custs de infracçã ambiental deverã ser incluíds, sb risc de representarem externalidades. Cust de desmntagem e desmantelaçã Na mairia ds cass, cust da desmantelaçã de um sistema de bmbeament tem pequenas variações em relaçã a diferentes cncepções. Existem prcediments legais e regulamentares para líquids tóxics, radiactivs u qualquer utr tip agressiv. Quand a destruiçã tem um cust demasiad elevad, CCV trna-se particularmente sensível á vida útil d equipament. Custs Ttais d Cicl de Vida Os custs estimads para as várias depis de smadas permitem uma cmparaçã das diferentes sluções analisadas. Existem também factres financeirs a serem tmads em cnsideraçã n desenvlviment d CCV. Estes incluem: Preçs actuais da energia; Actualizaçã d valr anual da energia; Taxa de inflaçã; Taxa de jurs; Vida útil esperada para equipament. Adicinalmente utilizadr deve decidir quais s custs a incluírem, tais cm a manutençã, paragens, ambiental, destruiçã e utrs custs imprtantes.

13 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página Implementaçã da metdlgia Na fase de prject A cncepçã e prject d sistema serã sempre element mais imprtante na minimizaçã d CCV. O prject deve cnsiderar a interacçã entre a bmba e rest d sistema e cálcul d pnt de peraçã d sistema. As características da tubagem d sistema deve ser calculad a fim determinar desempenh requerid da bmba. Ist aplica-se quer a sistemas simples quer a sistemas mais cmplexs. Será imprtante analisar a sensibilidade u adaptabilidade d sistema esclhid a situações diferentes das previstas n prject. Pr exempl, ns sistemas de distribuiçã de água dméstica existe a incerteza d cresciment ppulacinal, da sua capitaçã u mesm da taxa de ligaçã a lng d temp. Um sistema mais flexível na explraçã pde apresentar uma mais valia acrescida. Os custs de aquisiçã e s custs peracinais ttalizam cust ttal de uma instalaçã durante sua vida, estand directamente dependentes d diâmetr da tubagem e ds restantes cmpnentes d sistema. Uma quantidade cnsiderável das perdas da energia n sistema é devid às perdas de carga cntínua, mas também em singularidades. O diâmetr da tubagem deve entã ser seleccinad cm base ns seguintes factres: Ecnmia da instalaçã (bmbas e sistemas); Utilizaçã de velcidades ecnómicas, Cnsiderar um diâmetr intern mínim quand se transprtam líquids cm sólids; Cnsiderar uma velcidade máxima de md a minimizar a ersã na tubagem e acessóris; Cnsiderar diâmetrs padrã da tubagem em instalações semelhantes. Diminuir diâmetr das tubagens tem s seguintes efeits: diminuem s custs de aquisiçã de tubagens e acessóris da instalaçã;

14 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 14 aumentam s custs da instalaçã da bmba e de peraçã em cnsequência d aument da perdas de carga, resultand a necessidade de mtres cm mair ptência; aumentam s custs de energia eléctrica; aumentam s custs de peraçã em cnsequência d mair cnsum energétic devid a aument de perdas pr atrit. Analgamente, alguns custs aumentam cm tamanh crescente da tubagem cm pr exempl s de aquisiçã, mas utrs diminuirã. As tubagens devem assim ser dimensinadas pr critéris de minimizaçã ds custs glbais. O pnt de funcinament de um sistema é determinad pela intersecçã da curva da instalaçã e da curva característica d equipament de pressurizaçã cm mstrad em Figura 3. Figura 3. Pnt de funcinament de um sistema Um sistema pde necessitar de perar em diverss pnts de funcinament, n qual mair caudal u altura manmétrica determinarã a esclha da bmba. Deve ser cnsiderad cm atençã a duraçã prevista para s diferentes pnts de funcinament de md a seleccinar crrectamente númer das bmbas a instalar e cmand e cntrle. Os lngs e fastidiss cálculs assciads a cálcul das perdas de carga pdem hje, graças à capacidade de prcessament, ser substituíds pr prgramas infrmátics, facilitand significativamente prcess de cálcul.

15 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página Aplicaçã a sistemas existentes As seguintes etapas indicam algumas tarefas que pdem identificar pnts nde pderá ser pssível melhrar um sistema de bmbagem existente: Mntar um inventári cmplet d sistema de bmbagem; Determinar s fluxs requeridas para cada carga n sistema; Equilibrar sistema para encntrar s diferentes fluxs e cargas requeridas; Avaliar as perdas de carga n sistema; Efectuar mudanças à bmba para minimizar a carga n sistema; Identificar bmbas cm cust de manutençã elevad. Dis métds pdem ser usads na análise de sistemas de bmbagem existentes. O primeir cnsiste em bservar as cndições de peraçã d sistema in-situ, e segund cnsiste em executar cálculs usand as equações da mecânica ds fluids. O primeir métd cnfia em bservações efectuadas n sistema (pressões, pressões diferenciais, e caudais), enquant que n segund cria-se um mdel matemátic, tã exact quant pssível d sistema e depis simula-se as pressões e s caudais dentr d mdel. Os dis mdels nã sã incmpatíveis, mas antes cmpletam-se. Observar sistema permite ver cm sistema se cmprta, mas as exigências peracinais d sistema limitam âmbit da experimentaçã. Desenvlvend um mdel d sistema, pdem-se facilmente simular várias alternativas d sistema, mas antes mdel deve ser validad para segurar que representa exactamente sistema que se está a estudar. Nã bstante métd usad, bjectiv é ficar cm uma ideia exacta de cm as várias partes d sistema peram e identificar nde as melhrias pdem ser feitas e sistema ptimizad. A seguinte lista de verificaçã frnece alguns tópics úteis para reduzir cust de cicl de vida de um sistema de bmbagem existente: Cnsiderar tds s itens cm custs relevantes n cust de cicl de vida; Esclher bmbas e sistemas nvs usand cnsiderações de CCV; Optimizar cust ttal cnsiderand custs peracinais e custs de aquisiçã;

16 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 16 Cnsiderar a duraçã ds diferentes pnts de funcinament da bmba; Cmbinar equipament às necessidades d sistema para máxim rendiment; Cmbinar tip da bmba à slicitaçã pretendida; Nã sbredimensinar a bmba; Especificar mtres de elevada eficiência; Avaliar a eficácia d sistema; Mnitrizar a bmba e sistema; Cnsiderar a energia desperdiçada em válvulas de cntrl; Optimizar a manutençã preventiva; Seguir as nrmas d fabricante. 6. Exempls de aplicaçã d Cust de Cicl de Vida Sistema de bmbagem existente cm uma válvula de cntrl de caudal. Neste exempl, um circuit de bmbagem transprta um líquid cntend alguns sólids de um tanque de armazenament para um tanque pressurizad. Um permutadr de calr aquece líquid, e uma válvula de cntrl regula caudal n tanque pressurizad a 80 m3/h. Na figura seguinte apresenta-se um esquema simplificad d sistema. Figura 4 Sistema de bmbagem estudad O sistema apresenta prblemas na válvula de cntrl (VC) que falha devid à ersã causada pela cavitaçã. A válvula tem apresentad avarias a cada 10 a 12 meses cm um cust médi de EUROS pr reparaçã. Está a ser cnsiderada a substituiçã da válvula existente pr utra que pssa resistir à cavitaçã. Antes da trca da válvula de

17 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 17 cntrl, fram cnsideradas utras pções e executada uma análise de cust d cicl de vida às sluções alternativas. De md a equacinar várias alternativas analisu-se actual funcinament d sistema. Verificu-se que a válvula de cntrl pera actualmente cm uma abertura de 15-20% e cm um cnsiderável ruíd de cavitaçã. Parece que a válvula nã se encntra crrectamente adaptada à instalaçã. Após a revisã ds cálculs d prject, descbriuse que a bmba instalada estava sbredimensinada (110 m 3 /h em vez de 80 m 3 /h prevists), riginand uma mair perda de pressã através da válvula de cntrl d que inicialmente estimad. Em cnsequência d grande diferencial de pressã, a válvula apresenta dans de cavitaçã em intervals regulares, demnstrand que a válvula de instalada nã é aprpriada para este prcess. As seguintes pções fram estudadas: a) Substituir a válvula de cntrl de md a suprtar grande diferencial de pressã; b) Alterar impulsr da bmba para reduzir a altura manmétrica; c) Instalar um Variadr de Frequência (VF), e remver a válvula de cntrl; d) Manter sistema actual, admitind um repar anual da válvula. Na figura 5 sã apresentads s pnts de funcinament assciads a cada uma das sluções. Figura 5. Pnts de funcinament de cada alternativa estudada.

18 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 18 A substituiçã da válvula de cntrl apresenta um cust de aquisiçã e instalaçã de Alterand diâmetr d impulsr para 375 milímetrs, a carga ttal da bmba é reduzida a 42.0 m e 80 m 3/h. Esta perda de pressã reduz a pressã diferencial através da válvula de cntrle em 10m, aprximand a válvula d pnt para que fi prjectada. O cust de energia anual cm impulsr menr é pr an, as quais deve ser acrescentad para alterar impulsr, valr que inclui cust de desmntar e remntar a bmba. Um variadr de frequência de 30 kw tem um cust de , acrescids de Eurs adicinais para a instalaçã e 500 anuais para manutençã. Espera-se que nã seja necessári nenhuma reparaçã ns 8 ans seguintes. Mantend sistema inalterad resultará num cust anual de para reparaçã da válvula. Na análise de CCV efectuada utilizaram-se s seguintes critéris e supsições: O preç de energia actual é actualmente 0.08 /kwh e a eficiência d mtr de 90%; O prcess é perad em 80 m3/h em hras/an; O cust anual para a manutençã periódica das bmbas é de 500 pr an, cm um cust da reparaçã de cada segund an; Nã há nenhum cust de eliminaçã ambiental assciada; Este prject tem uma vida de 8 ans; A taxa de jur fi de 8% e uma taxa de inflaçã de 4% é esperad. Os cálculs d cust de cicl de vida para cada uma das quatr pções sã resumids na Tabela 1. Tabela 1 Custs de Cicl de Vida (CCV) das várias sluções estudadas Alternativa A Alternativa B Alternativa C Alternativa D Investiment inicial ( )

19 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 19 Cust da energia ( /kw) Hras pr an Cust de Energia ( ) Custs de Manutençã ( ) Custs de Reparaçã Outrs ( custs anuais ) ( ) ( ) Custs Ambientais ( ) Custs de desmantelaçã Vida ( ) útil Taxa de jur (%) Taxa de Inflaçã (%) Valr de CCV ( ) A pçã B, alterar impulsr, tem cust de cicl de vida mais baix e apresentase cm a sluçã ecnmicamente mais favrável, cm base ns pressupstas apresentads Esclha d sistema de pressurizaçã na fase de prject Neste exempl será analisad cust d cicl de vida para diferentes sistemas de pressurizaçã a um edifíci de habitaçã. De md a simplificar a análise cnsiderase que sistema de pressurizaçã será alimentad directamente de um reservatóri cm nível cnstante nde a água mantida à pressã atmsférica. Para garantir a pressã residual mínima, cm um caudal de pnta de 6 L/s, a altura manmétrica deverá ser de 5.0 Bar. Fram cmparadas as seguintes sluções: a) Elevar a água para um reservatóri superir, qual abastecerá graviticamente qual tda a rede dméstica; b) Instalar uma central hidrpneumática de velcidade fixa; c) Instalar uma central hidrpneumática de velcidade variável.

20 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 20 a) Elevar a água para um reservatóri superir. Nesta pçã, deverá ser instalad um reservatóri superir a uma cta que permita uma pressã residual, n aparelh mais desfavrável. Existe prtant um únic pnt de funcinament cm é demnstrad na figura seguinte: Figura 6 O funcinament d sistema de pressurizaçã funcinará, pr cicls, em funçã d vlume d reservatóri superir. N final de um cicl (diári, semanal u mensal) vlume de água elevad será igual a vlume de água cnsumid. Para este sistema ptu-se pela instalaçã de duas bmbas d tip CR 20-5, cujas parcelas de CCV sã apresentadas na tabela 2. Cnsideru-se um períd diári de bmbagem de 8 hras. b) Instalar uma central hidrpneumática de velcidade fixa; Nesta sluçã, a pressurizaçã será realizada pr cicls, entre a pressã máxima e mínima (estabelecida em funçã d caudal prvável e a pressã residual n aparelh mais desfavrável). Cnsequentemente caudal na rede variará entre s valres estabelecids para arranque e paragem ds grups.

21 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 21 Neste sistema existe um cnjunt de pnts de funcinament, a lng da curva característica da bmba. Assim, existe uma variaçã ns caudais bmbads, cnfrme é apresentad na figura 2. Optu-se pela instalaçã de uma central hidrpneumática de velcidade fixa d tip Hydr 1000 cmpsta pr três bmbas CR Os cicls de funcinament estã muit dependentes d cnsum ds caudais na rede. Na análise de custs cnsideru-se um funcinament de 3300 hras anuais cm seguinte perfil de carga: Tabela 2 Perfil de carga cnsiderad Caudal (%Q p ) Pressã (%P máx ) Temp (h) Os valres d CCV sã resumids na tabela 2. Figura 7 -

22 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 22 c) Instalar um sistema sbrepressr cm variadr de frequência, junt a reservatóri inferir Neste sistema, embra de funcinament mais simples, a análise d sistema é mais cmplexa uma vez que a bmbagem será directamente efectuada para a rede de distribuiçã, acmpanhand prtant as flutuações de caudais verificads nesta. Nas figuras seguintes sã apresentadas as pssíveis alterações às curvas características da bmba e da instalaçã, relativamente às situações anterires. Em primeir lugar, para a mesma altura gemétrica, a curva característica da instalaçã variará pr aument d caudal (Fig 8a). Pr utr lad, existind pr vezes desfazament entre s cnsums ds aparelhs de diferentes piss, há variaçã d term independente d caudal, a altura gemétrica), lg a curva característica da instalaçã varia cnfrme é demnstrad na figura 8b. Há ainda a cnsiderar que num sistema desta natureza, a velcidade de rtaçã da bmba pde variar, lg a curva característica da bmba tma as frmas apresentadas na figura 8c. É assim pssível respnder a uma grande variabilidade de situações. O sistema de pressurizaçã cnsegue assim satisfazer um grande númer de slicitações u leis de cnsum, dentr ds limites impsts pel equipament electrmecânic e pela instalaçã. Na figura 8d é apresentad a gama de pnts de funcinamen admitida pr este sistema. Trata-se prtant de um sistema cm grande flexibilidade. Os gasts de energia sã mais difíceis de estimar prque a variabilidade real ds caudais também é. N presente exempl fi estimad mesm perfil de carga definid para sistema anterir. Trata-se de uma simplificaçã cnservativa uma vez que em muitas situações cnsum de energia será inferir a simulad.

23 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 23 Figura 8 Curvas características Figura 9 - Na análise de CCV efectuada utilizaram-se s seguintes critéris e supsições: Os custs ds equipaments electrmecânics sã valres médis de mercad O preç de energia actual é 0.08 /kwh e a eficiência d mtr de 90%. Fi desprezad cust da energia a diferentes hras d dia. O cust anual para a manutençã periódica para bmbas é de 500 pr an, cm um cust da reparaçã de cada segund an. Nã há nenhum cust de eliminaçã ambiental assciada. Este prject tem uma vida de 15 ans. A taxa de jur e a taxa de inflaçã fram cnsideradas iguais a 3,5%; Nã fram cnsiderads s custs decrrentes da cnstruçã d reservatóri superir e acréscim estrutural deste n edifíci.

24 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página 24 Os cálculs d cust de cicl de vida para cada uma das quatr pções sã resumids na Tabela 3. Tabela 3 Custs de Cicl de Vida (CCV) das várias sluções estudadas Alternativa A Alternativa B Alternativa C Investiment inicial (*) ( ) Cust da energia ( /kw) Cnsum de Energia (kwh/an) Cust de Energia ( ) Custs de Manutençã ( ) Custs de Reparaçã (cada 2 ans) ( ) Outrs custs anuais ( ) Custs Ambientais ( ) Custs de desmantelaçã ( ) Vida útil Taxa de jur (%) 3,5 3,5 3,5 Taxa de Inflaçã (%) 3,5 3,5 3,5 Valr de CCV ( ) (*) Nesta alternativa nã fi cnsiderad cust d reservatóri superir e acréscim estrutural pr incrpraçã de um reservatóri n telhad Nesta análise, a instalaçã de uma central hidrpneumática de velcidade variável mstra-se cm a sluçã mais flexível e apesar de ser a sluçã cm mair investiment inicial apresenta s menres custs energétics (mens de metade ds cust da primeira sluçã) send a sluçã que apresenta menr valr de CCV.

25 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizaçã - Página Referências bibligráficas Eurpump, Hydraulic Institute, US Department f Energy, Pump life cycle csts: A guide t LCC analysis fr pumping systems, (ISBN ) Eurpean Cmmissin, Study n imprving the energy efficiency f pumps, February 2001 Eurpean Cmmissin SAVE, Study n imprving the efficiency f pumps, Stffel, B. and Lauer, J., Theretically attainable efficiency f centrifugal pumps, VDMA prject - Final reprt, Technical University f Darmstadt, Fuller, Sieglinde K., Petersen, Stephen R. Life-cycle csting manual, Federal Energy Management Prgram, 1995