Pedro Leite; pedro.leite@noraqua.pt

1. POTENCIAL DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE SISTEMAS ELEVATÓRIOS DE ÁGUAS RESIDUAIS Pedro Leite; pedro.leite@noraqua.pt Fernando Ferreira; ferreira@aguasgaia.pt Luís Tentúgal Valente; luisvalente@noraqua.pt Eduardo Vivas; eduardo.vivas@smartive.net

2. Em sistemas de drenagem de águas residuais a eficiência energética dependerá da capacidade de adaptação do sistema às reais necessidades de bombeamento. Enquadramento Importância dos custos de energia Sistemas Elevatórios Crescimento do custo de energia (€/kWh) US-DOE et al (2001) EUROSTAT (2012)

3. Dados RASARP 2010 (ERSAR, 2011) Indicadorde sustentabilidade ambiental [kWh/m3 de água facturada] Enquadramento AR19a – Utilização dos recursos energéticos (kWh/m3) SECTOR EM ALTA AR19b – Utilização dos recursos energéticos (kWh/m3) SECTOR EM BAIXA Acima do valor indicativo de sustentabilidade (0,33 kWh/m3) Acima do valor indicativo de sustentabilidade (0,44 kWh/m3)

4. Avaliação por indicadores específica • EER (EnergyEfficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado • Energia Específica = Energia Consumida (kWh/m3) • Volume bombeado Otimização energética • Custo de bombagem • EER (EnergyEfficiency Rating) 0,009 €/m3 0,006 €/m3 (-33%) 0,005 €/m3 (-45%) EER = 67 % EER = 80 % EER = 82 %

5. Otimização energética Avaliação por indicadores específica • EER (EnergyEfficiency Rating) = H man. teórica x Q afluente x 100 H man. real x Q bombeado • Energia Específica (Es) = Energia Consumida (kWh/m3) • Volume bombeado EER EER ES ES SISTEMA CONTROLADO PELAS PERDAS DE CARGA SISTEMA CONTROLADO PELO DESNÍVEL GEOMÉTRICO

6. Definição de cenários de caudais afluentes Identificação de possíveis soluções de eficiência energética PUMP 3EPump Energy Efficiency Evaluation Selecção e caracterização do(s) grupo(s) electrobomba Módulo de selecção dos grupos electrobomba Simulação de funcionamento contínuo do sistema elevatório (intervalos de 60s) • Avaliação de soluções segundo dois parâmetros de eficiência energética: • EER (EnergyEfficiencyRating) = H man. teórica x Q afluentex 100 • H man. real x Q bombeado • Energia específica (kWh/m3)

7. Critérios de avaliação Parâmetros para seleção dos sistemas elevatórios que iriam ser alvo de uma avaliação energética específica: • Fator hidráulico do sistema • Relação entre o caudal máximo e o caudal médio • Energia específica mensal • Número de horas de funcionamento mensal dos grupos EE Afurada EE Espírito Santo EE Valadares

8. Caso de estudo de otimização energética

9. Caso de estudo de otimização energética Análise do funcionamento atual EE Espírito Santo • Medição de caudal feita no coletor a montante da câmara de visita de entrada. • Caudal máximo registado de cerca de 215 l/s e mínimo ligeiramente superior aos 25l/s; • Valor mediano situa-se nos 110 l/s; • Os valores de caudal superior a 150 l/s têm frequência de ocorrência ligeiramente superior a 5%. Curva de caudais classificados (tempo seco)  O caudal de bombagem mínimo é aproximadamente 4 vezes superior ao caudal médio afluente Q BOMB = 483 l/s

10. Caso de estudo de otimização energética Análise do funcionamento atual EE Valadares EE Afurada 78 l/s 107 l/s 60 l/s 82 l/s 25 l/s 6,4 l/s Q BOMB = 67 l/s (GE Nº2 /GE Nº3) Q BOMB = 84 l/s (GE Nº2 /GE Nº3)  O caudal de bombagem é aproximadamente igualao caudal médio afluente

11. Caso de estudo de otimização energética Análise do tempos de funcionamento e do número de arranques • No período de arranque os grupos registaram valores de rendimento de, apenas, 15%. • O consumo de energia no arranque, é de, aproximadamente, 30% do consumo total. Os grupos electrobomba apresentam um funcionamento praticamente contínuo, sem implicações directas no consumo de energia  O volume do poço de bombagem não é ajustado à capacidade de bombagem do sistema, com um consequente aumento do consumo de energia

12. Caso de estudo de otimização energética Análise do ponto de funcionamento EE Valadares EE Afurada EE Espírito Santo Δ ES = - 46% Δ ES = - 55% A redução do rendimento global no ponto de funcionamento, por sistema: • EE Espírito Santo = 2,9% (77,9% → 75,0%) • EE Valadares = 38,8% (76,8% → 38,0%) • EE Afurada = 44,8% (76,3% → 31,5%)

13. Caso de estudo de otimização energética Análise do consumo energético anual Custo energético para o período de Março de 2011 a Fevereiro de 2012 Nota: O custo médio de energia mensal varia entre aproximadamente 2200€ e 3300€.

14. Caso de estudo de otimização energética Variadores de velocidade EE Espírito Santo • Redução do custo de energia é possível até à frequência de 40Hz (788 rpm). • Não permite redução significativa do número de arranques; Redução do consumo de energia diário será no máx. 15%. ↓ O período de retorno é inferior a 21 meses Instalação de uma bomba de menor capacidade Curva de caudais classificados (tempo seco) • Redução do nº de arranques dos grupos de maior potência; • Possibilitaria dispensar a utilização dos grupos eletrobomba atuais em, aproximadamente, 75% do período em análise; Q = 125 l/s Hman = 9.7 mca η = 78% A redução do consumo de energia diário pode atingir 40%. ↓ Período de retorno de 8 meses.

15. Caso de estudo de otimização energética Análise da degradação da eficiência dos impulsores EE Valadares • REDUÇÃO LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR • REDUÇÃO TRI-LINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR • REDUÇÃO BILINEAR DA EFICIÊNCIA DO IMPULSOR Δ ES = - 46% Δ ES - 20%

16. EE Espírito Santo • A EE de Espírito Santo é eficaz na bombagem de caudais afluentes elevados associados a eventos de precipitação. • Apresenta ineficiências na resposta à variação de caudal afluente eassociado ao tempo de arranque dos grupos. • No que toca às soluções de otimização, a instalação de uma bomba de pequena capacidade apresenta maiores vantagens exclusivamente do ponto de vista da eficiência energética. • As vantagens de aplicação dos variadores de velocidade de forma isolada são limitadas. Principais conclusões

17. Principais conclusões Valadares e Afurada • As estações elevatórias de Valadares e Afurada apresentam um desgaste significativo dos impulsores, implicando um aumento dos custos energéticos. • A substituição dos impulsores significa uma redução dos custos energéticos imediata de 46% no caso da EE de Valadares e 55% na EE da Afurada. • Incorporando a lei de desgaste dos impulsores e os custos de operação e manutenção, a poupança ao longo do ciclo de vida, associada à substituição periódica dos impulsores, será no máximo de 20%. • O desgaste acentuado do impulsor no período inicial da sua utilização pode inviabilizar a redução dos custos energéticos .