Bombeamento Com Inversor

VI SEREA - Seminrio Iberoamericano sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de gua Joo Pessoa (Brasil), 5 a 7 de junho de 2006

ASPECTOS IMPORTANTES NA UTILIZAO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM VELOCIDADE VARIVEL PARA A REDUO DO CONSUMO DE ENERGIA Andr L. Amarante Mesquita1; Lzaro J. S. da Silva1; Otvio Abrahim Jnior1; Jos Almir R. Pereira2; Aldo Cezar P. Silva3

Resumo Com a crescente necessidade de se aperfeioar a operao dos sistemas de abastecimento de gua, visando, entre outros, a reduo do consumo de energia, tem conduzido implantao de sistemas de bombeamento em velocidade varivel, que permite uma soluo eficaz para este problema. O presente trabalho apresenta uma anlise sobre diversos aspectos importantes sobre a aplicao de sistemas em velocidade varivel, abordando tanto os princpios fundamentais, quanto os aspectos tecnolgicos, quanto questo de viabilidade econmica. Como exemplos de aplicao dos conceitos so apresentados dois casos de estudo, um tratando da operao de bombas associadas em paralelo, e outros de bomba operando com controle de nvel.

Abstract With the growing need to improve the water distribution systems, aiming energy saving, has conducted to use of variable speed pumping systems that allows a good solution for this problem. This work presents an analysis on several important aspects of the variable speed pumping systems application, discussing the basic principles as well the technological aspects as the economical viability question. As demonstration of these concepts two cases were presented, one about the parallel pumping system operation and other on level control mode pump operation.

Palavras-Chave: bomba centrfuga, velocidade varivel, inversor de freqncia.

Universidade Federal do Par GTDEM - Grupo de Turbomquinas Depto. de Eng. Mecnica - Centro Tecnolgico Belm - PA CEP: 66.075-900 Fone: 0xx91-32017960 Fax: 0xx91-32017325 E-mail: [email protected] ; [email protected] 2 Universidade Federal do Par GPHS - Grupo de Pesquisa em Hidrulica e Saneamento Depto. de Hidrulica e Saneamento - Centro Tecnolgico Belm - PA CEP: 66.075-900 Fone: 0xx91-32017960 Fax: 0xx91-32017325 Email: [email protected] 3 Solve Engenharia Coordenao de Tecnologia e Servios Belm PA CEP 66.110-010 Fone 0xx91-32573301 Fax 0xx91-325760225 E-mail: [email protected]

1


INTRODUO O crescimento acelerado da populao e a expanso do setor industrial vm demandando gua em quantidades maiores e com qualidade em padres bastante restritivos. A gua disponvel na natureza no atende essas exigncias, o que obriga as empresas de saneamento a encontrarem alternativas tcnicas que sejam viveis economicamente para o abastecimento de gua de reas urbanas. Como as reservas de gua so distantes dos pontos de consumo e existe a necessidade de elevao da gua entre diferentes cotas das unidades de tratamento e reservao, nos sistemas de abastecimento de gua so utilizados equipamentos eletromecnicos, como os conjuntos motor e bomba para recalque de gua bruta, de gua de lavagem dos filtros, de gua tratada etc. Apesar da permanente utilizao desses equipamentos garantir a confiabilidade do abastecimento de gua, o grande consumo de energia eltrica dificulta a manuteno do equilbrio financeiro, j que essa a segunda maior despesa das empresas de saneamento, perdendo apenas para a despesa com pessoal. Segundo Tsutiya (2004), o consumo de energia eltrica em sistema de abastecimento de gua da ordem de 0,6 kWh por m3 de gua produzida, ocorrendo 90% dessa despesa nos motores eltricos utilizados nas estaes elevatrias de gua. Essa situao tem motivado os gestores a implementarem programas de eficincia hidrulica e energtica em sistemas de saneamento, o que, alm de melhorar a rotina de operao e manuteno, reduz o repasse dos custos com energia eltrica na tarifa encaminhada aos usurios. Gomes (2005) comenta que deve ser procurado o uso eficiente de energia eltrica nos sistemas elevatrios, enfatizando que as perdas de energia ocorrem, principalmente, por conta da baixa eficincia dos equipamentos eletromecnicos, por procedimentos operacionais inadequados e por falhas na concepo de projetos. Nesse sentido, o uso de inversores de freqncia uma alternativa para a operao das bombas em velocidade varivel, o que, alm de possibilitar a reduo do consumo de energia eltrica em elevatrias de gua, facilita a adequao do volume bombeado com o de gua demandado pela populao. O presente trabalho faz uma reviso nos princpios bsicos para a compreenso e utilizao de sistema de bombeamento em velocidade varivel, analisando os seus principais aspectos. Como aplicao, dois casos so analisados e discutidos em detalhes.

PRINCPIOS BSICOS Abaixo so apresentados os princpios bsicos da operao de bombas centrfugas em velocidade, da reduo do consumo de energia em sistemas de bombeamento e das formas de implementao utilizando inversores de freqncia. Operao de Bombas Centrfugas em Velocidade Varivel A operao de bombas em velocidade varivel obedece ao princpio da semelhana, onde uma bomba sempre homloga a ela prpria em velocidades de rotao distintas. Neste caso, as leis de similaridade, que governam as relaes entre a velocidade, N, a vazo, Q, a altura manomtrica, H, e a potncia hidrulica, P. podem ser expressas por


Q1 N 1 = Q2 N 2

(1)

H 1 N1 = H2 N2 P1 N 1 = P2 N 2

3

2

(2)

(3)

onde os subscritos 1 e 2 referem-se s condies inicial e final. Entretanto, para a determinao do ponto de operao, deve-se empregar essas leis sempre em conjunto com da curva do sistema (evoluo da perda de carga da tubulao e componentes com a vazo). A no considerao da curva do sistema conduz a valores incorretos da velocidade (Carlson, 2000; Mircevski et al., 1998), como ser mostrado a seguir. Reduo do Consumo de Energia em Sistemas de Bombeamento em Velocidade Varivel A figura 1 ilustra um exemplo de como se obtm a reduo do consumo de energia em um sistema em velocidade varivel. Nesta figura o ponto de operao 1 representa a condio do sistema operando com a vlvula de controle totalmente aberta, estando a bomba em sua velocidade nominal. Na necessidade de uma reduo de vazo, a vlvula de controle fechada parcialmente at se atingir o ponto desejado, no caso o ponto de operao 2. Este mesmo valor de vazo pode ser obtido atravs da reduo da velocidade da bomba, mantendo-se a vlvula de controle totalmente aberta, atingindo-se o ponto de operao 3. Esta diminuio de velocidade implica em uma reduo de potncia hidrulica, conforme equao (3). importante ressaltar que a altura manomtrica tambm ser reduzida, entretanto as condies hidrulicas para se atingir a vazo desejada sero sempre satisfeitas.40Ponto de Operao 2

35 30Ponto de Operao 3

Ponto de Operao 1

H (mca)

25 20 15 10 5 0 0,4 0,9 1,4 1,9 2,4 2,9 Q (m3/s) 3,4 3,9 4,4 4,9 5,4Curva da Bomba, 1175 rpm Sistema - Vlv. Semi-Aberta Sistema - Vlv. Aberta Curva da Bomba, 1000 rpm

Figura 1 Controle do ponto de operao vlvula de controle x velocidade da bomba.


Implementao Atravs de Inversores de Freqncia A figura 2 apresenta o esquema bsico da configurao de um sistema utilizando-se um inversor de freqncia dedicado ao acionamento de bombas, com o respectivo diagrama de interligao eltrica de fora e controle. A figura mostra um sensor de presso na linha de recalque, que tambm poderia um sensor de vazo, ou mesmo um sensor de nvel de um reservatrio de montante, que envia um sinal de controle para o inversor. Este sinal representa o feedback para um controlador do tipo PID built-in, portanto sem precisar de um hardware extra, como um PLC. Assim, por exemplo, o sinal de 0-10 bar da linha de recalque corresponderia a um sinal, por exemplo, de 4-20 mA do sensor de presso. O set-point seria, neste exemplo, um valor de presso especificado pelo usurio. O controlador ao perceber um aumento de presso na rede, reduz automaticamente a velocidade do motor para manter o valor desejado de presso. Nos inversores modernos, a programao do controlado PID rapidamente realizada, bastando-se ajustar poucos parmetros via IHM do inversor.Inversor Sensor de Presso Rede Eltrica

Sensor de Presso Bomb Motor Inversor

Motor

Figura 2 - Esquema do sistema de controle para uma bomba acionada por um inversor. importante observar, durante a seleo de um inversor de freqncia, para acionamento especfico de bombas centrfugas, se o mesmo permite a operao com cargas chamadas de quadrticas (torque variando com o quadrado da rotao) e se esta operao automtica e otimizada, possibilitando uma reduo ainda maior de energia. Outra caracterstica importante a possibilidade do inversor parar a bomba, sem desligar o motor eltrico, quando se atinge um valor mnimo do sinal de feedback. Este sinal ao atingir um nvel pr-estabelecido para operao, coloca a bomba novamente em regime de velocidade varivel. Tambm, com conhecimento da curva da bomba, existem inversores que possibilitam a operao do tipo sensorless, ou seja, pode operar atravs de controle PID sem necessidade de um sensor de presso, por exemplo (Danfoss, 2006)..


DETERMINAO DA VELOCIDADE DE OPERAO A determinao da velocidade de operao em um sistema em velocidade varivel importante para a anlise de viabilidade econmica. O clculo relizado com o auxlio das leis similaridade, ou afinidade. Para ilustrar este clculo, a figura 3 apresenta um sistema operando em uma rotao N1, demandando 260 m3/h de vazo e precisar mudar para 160 m3/h. As curvas caractersticas do sistema de bombeamento, a curva de afinidade e o ponto de acoplamento inicial entre o sistema e a bomba esto destacados. Nestas condies, a questo qual dever ser a nova rotao da bomba?Sistema em rotao varivel80 H [mca] 70 Condio Inicial. Ponto homlogo ao ponto de Operao requerido. (Qh, Hh) 50 Condio Final ou Ponto de Operao requerido. (Qat, Hat)

60

40 Ponto de Operao Atual. (Qreq, Hreq) bomba em N1 10 Sistema bomba em N2 Curva de afinidade 0 0 40 80 120 160 Q [m^3/h] 200 240 280 320

30

20

Figura 3 - Representao do sistema de bombeamento em rotaes diferentes. Um modo de se determinar a soluo deste problema encontrar os pontos homlogos (ou pontos de mesmo rendimento) s condies finais (ou ponto de projeto requerido). O problema pode, para efeito didtico, se dividido nos seguintes passos: 1) - escrever a equao da bomba na forma polinomial. H B = a + bQ + cQ 2 (4)

sendo Q a vazo. Os coeficientes a, b e c podem ser obtidos usando uma soluo numrica atravs do mtodo dos mnimos quadrados, onde os dados de entrada so justamente os pares (QB, HB) retirados da curva do fabricante da bomba. Em planilha eletrnicas h uma forma muito rpida de se conseguir esses coeficientes atravs da funo do tipo adicionar linha de tendncia, marcando a opo do tipo mostrar equao no grfico.


2) modelar o sistema da seguinte forma

H S = d + eQ 2

(5)

sendo d e e, coeficientes que podem ser determinados com base nas informaes das condies de operao do sistema. O valor do coeficiente d corresponde ao desnvel geomtrico entre os pontos de suco e recalque, Ho, e o valor de E, pode ser obtido verificando-se o ponto atual de acoplamento entre as curvas do sistema e a curva da bomba. Assim a equao (5) pode ser expressa como HS = Ho + H at H o 2 Q 2 Qat

(6)

3) a energia especfica demandada pelo sistema na vazo requerida calculada diretamente pela equao 5. Os pontos de mesmo rendimento, tambm denominados de pontos homlogos, (Qh, Hh) e (Qreq, Hreq), onde o primeiro ainda desconhecido, se relacionam pelas equaes (1) e (2), ou seja. Qh = Qreq N1 N2

(7)

N H h = H req 1 N 2

2

(8)

4) o ponto (Qh, Hh) est sobre a curva da bomba e, portanto a equao (4) pode ser usada. Levando-se em considerao (7) e (8) resulta

N H req 1 N 2

N = a + bQreq 1 N 2

2

2 N + cQreq 1 N 2

2

(9)

Observa-se que nesta equao, apenas N2 desconhecido, pois Hreq dado pela equao (5) conforme observado no item 3. Portanto,

H H 2 N H o + at 2 o Qreq 1 N Qat 2

N = a + bQreq 1 N 2

2

2 N + cQreq 1 N 2

2

(10)

Rearranjando a equao (10), resultabQreq H H a 2 N2 + N 2 + c at 2 o 2 N1 N1 Qat 2 Qreq H o = 0

(11)

A equao (10) uma equao do 20 grau em N2 com coeficientes


a1 =

a N 12bQreq N1 2 Qreq H o

(12)

b1 =

(13)

H H c1 = c at 2 o Qat

(14)

Uma vez determinado N2 atravs da resoluo da equao (11), pode-se expressar a curva da bomba na rotao N2 usando as seguintes equaes QN2 = Q N2 N1 (15)2

H N2

N = H 2 N 1

(16)

Onde (Q, H) so pontos da curva do fabricante na rotao N1.

ANLISE DE CASOS ESPECIAIS Anlise da Operao de Bombas em ParaleloUma configurao bastante comum em sistemas de abastecimento a operao em paralelo. Para este caso, quando se tem as condies hidrulicas que viabilizam a operao em velocidade varivel, necessria uma anlise tcnico-econmica para se verificar qual o nmero timo de inversores de freqncia para o acionamento das bombas. Para ilustrar este caso, considera-se um sistema composto por 4 conjuntos motor-bomba operando em paralelo, com as seguintes caractersticas: motor 400 HP, 1.175 rpm, bomba vertical, vazo nominal de 3.350 m3/h, altura manomtrica de 26 mca. Para este sistema foi realizado uma srie de medidas de vazo envolvendo. A figura 4 apresenta essas medidas, que representam a variao semanal de vazo do sistema. Atravs destas curvas de variao de vazo, observa-se uma reduo de gua bombeada referente ao perodo de 22 a 6 h, que corresponde ao quadro tpico esperado para a reduo do consumo de gua. Esta variao oferece uma condio apropriada para a implantao de um sistema em velocidade varivel, visando adequar a rotao das bombas em funo da carga e reduzindo, conseqentemente, o consumo de energia. A figura 5 mostra as curvas do sistema para as condies mxima e mnima de vazo, correspondendo s condies extremas de posicionamento da vlvula de controle. Nesta figura so mostradas as curvas de uma nica bomba e a sua associao com 4 bombas em paralelo, para duas condies rotao, a rotao nominal da bomba, 1175 rpm, e a rotao para a operao de condio de vazo mnima, correspondente a soluo em velocidade varivel, obtendo-se um valor de 1000 rpm.


A reduo do consumo de potncia para uma bomba, correspondendo a esta diminuio no valor da rotao, apresentada na figura 6.5,00 4,50 4,00 3,50 Q (m3/s) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 20 40 60 80 Hora 100 120 140 160

Figura 4 - Caso bombas em paralelo variao semanal de vazo.40 35 30 H (mca) 25 20 15 10 5 0 0,4 1,4 2,4 Q (m3/s) 3,4 4,4 5,4

1xB - 1175 rpm 4xB - 1175 rpm V. Semi-Aberta V. Aberta 1xB -1000 rpm

Figura 5 - Caso bombas em paralelo condies extremas de vazo. A figura 7 mostra a evoluo do valor de rotao das bombas correspondente variao de vazo, Este valor de rotao foi obtido atravs da metodologia apresentado anteriormente. A figura 8 apresenta a variao semanal da potncia em velocidade fixa e varivel, indicando os valores de economia de energia, obtidos, tanto com somente o clculo da variao de velocidade, corresponde s condies hidrulicas, quanto com a economia adicional mxima obtida pela adequao do fator de potncia e de carga do motor eltrico, devido ao do inversor de freqncia nos quatro motores. Para a configurao final do sistema, tem-se que realizar tambm um estudo de viabilidade econmica, apresentando-se os indicadores financeiros. Entretanto, outro aspecto importante a verificao da necessidade de se operar com todas as bombas em velocidade varivel, j que se


pode atingir o ponto de operao desejado mantendo-se bombas em velocidade constante, como ilustra a figura 9 (Abrahim Jnior e Fonseca, 2005).

300 250 200 P (kW) 150 100 50 0 0,4 0,6 0,8 Q (m3/s) 1 1,21xB - 1175 rpm 1xB - 1000 rpm

Figura 6 - Caso bombas em paralelo variao da potncia da bomba.

1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,00

N (rpm)

20,00

40,00

60,00

80,00 Hora

100,00

120,00

140,00

160,00

Figura 7 - Caso bombas em paralelo variao da rotao da bomba.


1200 1000 P (kW) 800 600 400

9.673.252 kWh /ano

7.532.513 kWh/ano Economia de 2.140.739 kWh / ano (22,1 %) Economia de 3.647.241 kWh / ano - F.C. & F.P. (37,7 %)

Vel. Fixa Vel. Varivel

200 0 0,00

20,00

40,00

60,00

80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 Hora

Figura 8 - Caso bombas em paralelo economia de energia com as 4 bombas em paralelo.Associao das Bombvas Centrfugas40

35

30

25 Vazo (m/s)

20

15

10

5

0 0 1 2 3 Altura (m .c.a) Curva do Encanamento Bomba Rotao Varivel Bomba Rotao Fixa Curva da Associao Equivalente (04-Bombas) Perfil de Similaridade Bomba Isalada a 1175rpm 4 5 6 7

Figura 9 - Caso bombas em paralelo associao com velocidades diferentes. A figura 10 apresenta, para o nvel de variao de vazo mostrada na figura 4, a potncia consumida com a operao do sistema com todas as bombas operando em velocidade constante e com o sistema variando o nmero de bombas operando em velocidade varivel. Observa-se que a partir de 3 bombas em velocidade varivel o impacto na reduo de energia no significante. Assim, para este caso, bastariam duas bombas operando em velocidade varivel para se obter uma economia de energia vivel economicamente. Mais detalhes podem ser encontrados em Chan e Li (1998).


Potncia X Vazo1200,00

800,00

N (KW)400,00 0,00 3,65 3,70 3,75 3,80 3,85 3,90 3,95 4,00 4,05 4,10 4,15 4,20 4,25 4,30 4,35 4,40

Q (m/s) Pot. em Fun. da Variao de 1 Bomba Pot. em Fun. da Variao de 4 Bombas Pot. em Funo do Manuseio das Vlvulas Pot. em Fun. da Variao de 3 Bombas Pot. em Fun. da Variao de 02 Bomba

Figura 10 - Caso bombas em paralelo reduo do consumo de energia em funo do nmero de bombas operando em velocidade varivel..

Anlise da Operao de Bombas com Controle de NvelUm exemplo muito interessante sobre a eficientizao de processo de sistemas de bombeamento, o caso da operao com controle de nvel. Aqui apresentado um caso extremo encontrado em uma planta de beneficiamento de minrio, porm com conceitos plenamente aplicveis rea de saneamento. A constante partida e parada das bombas condux a problemas como: altos picos de corrente devido partida direta dos motores eltricos; alto custo de energia devido a no adaptao da velocidade da bomba operao; alta tenso mecnica nos componentes mecnicos, devido partida brusca dos motores; e diminuio da vida til dos componentes mecnicos devido fadiga, ocasionada pelo grande nmero de partida durante a operao. Os dados do motor eltrico so potncia 125 cv, rotao: 1780 rpm, tenso 440 V. A bomba opera atravs de um controle on-off, comandada pelo sinal de um sensor de nvel do tanque de transferncia, ajustado para partir a bomba em um nvel de 40 % do volume total e para parar a bomba quando o nvel de 70 % atingido. A alimentao de rejeito para o tanque contnua. Visando verificar o regime de operao das bombas, foram registrados, atravs do supervisrio da planta, os intervalos de tempo de operao e parada das bombas. As figuras 11 e 12 apresentam um registro tpico para um perodo de 3 h de funcionamento. Desta observao, tem-se de 8 a 9 partidas por hora, um nmero alto, que justifica as quebras ocorridos nos eixos das bombas, devido ao problema de fadiga. A fiura 12 apresenta o tempo mdio registrado para a operao e parada da bomba. A variao para o tempo de paradas deve-se s variaes no fluxo de massa do processo, ocasionando variaes de gerao de rejeito, ou seja, menor fluxo de rejeito para alimentao do tanque, maior o tempo de parada da bomba.


Operao da Bomba de Rejeito1,5

OPERANDO

Estado Lgico

0,5

PARADA-0,5

0

30

60

90 Tempo (minuto)

120

150

180

Figura 11 - Caso bomba com controle de nvel regime de operao.

Tempo de Operao 8 7 Tempo (min) 6 5 4 3 2 1 0 0Tempo M dio Parada : 2,9 min Tem po M dio Operando : 4,4 min Operando Parada

5

10 15 Nmero de Partidas

20

25

Figura 12 - Caso bomba com controle de nvel regime de operao mdio.

O tempo de operao da bomba varia conforme as condies de carga, ou seja, da quantidade de slidos presentes na mistura lquido-slido, o que modifica a perda de carga do sistema, variando o ponto de operao. Para a simulao da bomba em regime de velocidade varivel necessria a obteno de expresses matemticas para as curvas H x Q e x Q, para a velocidade nominal da bomba. As curvas para outras velocidades so obtidas atravs das leis de afinidade. Para o clculo da vazo de alimentao do tanque de transferncia, inicialmente estimou-se o volume til do tanque de transferncia,


aplicando-se a lei da conservao da massa para as condies de bomba parada e bomba operando. Para a bomba parada tem-se: Qin = Vtil / Tbp (17)

onde Qin a vazo de alimentao do tanque de transferncia, Vtil o volume til do tanque de transferncia e Tbp o tempo mdio da bomba parada. Para a bomba operando, tem-se Vtil = (Qout - Qin) Tbo (18)

onde Qout a vazo volumtrica de sada de rejeitos do tanque de transferncia e Tbo o tempo mdio da bomba operando. Substituindo (17) em (18), pode expressar Vtil como Vtil = (Qout Tbo) / [(Tbo/Tbp) + 1] Com os dados do problema, obtm-se Vtil = 12,24 m3 e Qin = 253,1 m3/h (20) (19)

Assim, em mdia, esta seria a vazo que a bomba de rejeito deveria ter para manter o nvel do tanque estabilizado, sem necessitar das partidas intermitentes. Para se evitar as repetitivas partidas da bomba, um sistema de controle PID pode ser implementado, utilizando-se como varivel de processo o sinal do nvel do tanque. Assim, o sinal de 0-10 bar da figura seria o sinal de nvel mnimo-nvel mximo do tanque, correspondendo a um sinal, por exemplo, de 4-20 mA do sensor de nvel. O set-point seria o nvel mdio do tanque. Neste sistema de controle o inversor ajusta automaticamente a velocidade de rotao da bomba para manter o nvel constante. No caso de interrupo da alimentao de rejeito para o tanque, o inversor, com sua funo especial modo latente, se ajusta em uma velocidade mnima para no bombear rejeito, sem, entretanto, desligar a bomba, evitando uma situao de partida. Quando a alimentao de rejeito reiniciar, o inversor, com sua funo especial modo despertar, aciona a bomba, com uma rampa de acelerao adequada, para a condio de operao normal do sistema. O sistema permite ainda intertravamentos e o acionamento de alarmes. A figura 13 mostra a evoluo da rotao da bomba para 3 h de operao. a importante notar que a potncia absorvida refere-se a potncia hidrulica. Falta ainda considerar os rendimentos da transmisso mecnica e do motor eltrico. Observa-se que pelo nvel de toque necessrio em funo da rotao, pode-se eliminar as correias e ainda utilizar um motor de potncia inferior. Entretanto, deve-se guardar uma reserva de potncia para eventuais emergncias em se tenha necessidade de se obter vazes extremas. Nesta anlise ser considerada uma vazo extrema igual a Qmax = 750 m3/h. Para esta vazo mxima e para a rotao nominal de 900 rpm da bomba, tem-se uma potncia hidrulica absorvida de aproximadamente 65 kW. Pode-se ento selecionar um motor de alto rendimento de 100 cv. importante observar que, com a implementao do sistema de controle, a vazo mdia ser de aproximadamente 250 m3/h, sendo, portanto, a vazo mxima considerada um valor de altssimo fator de segurana. Entretanto, por no se conhecer detalhadamente o processo e suas possveis variaes, este valor ser mantido.


800 700

Rotao (rpm)

600 500 400 300 200 100 0 0 30 60 90 120 150 180

Tempo (min)

Figura 13 - Caso bomba com controle de nvel variao da rotao. . A configurao final para o acionamento da bomba de rejeito ser a utilizao de um motor de alto rendimento de 100 cv com um inversor de freqncia. Para a anlise econmica, visando estimativa de tempo de retorno de capital investido, consideraram-se os seguintes dados: carga de operao da bomba 24 h dirias, nmero de dias de operao mensal 30 dias, custo da energia: R$ 0,24/kWh, taxa financeira 1,0 %/ms, custo do inversor R$ 20.438,25 (impostos inclusos). Para o clculo do pay-back, considerou-se as condies mdias atuais e simuladas. A figura 14 apresenta, de maneira simplificada, a evoluo dos custos. Verifica-se que se tem um retorno do capital investido de 9 (nove) meses, demonstrando a grande potencialidade do investimento. importante observar que neste clculo no foram considerados os custos de manuteno e das correias.

CONCLUSESForam apresentados os principais aspectos envolvidos para a anlise da implementao de sistemas de bombeamento em velocidade varivel, abordando os princpios tericos bsicos e os aspectos tecnolgicos e econmicos. Muitos erros podem ser cometidos caso este aspectos no sejam analisados com a devida ateno. Verifica-se que, embora o uso de inversores de freqncia sempre conduz economia de energia, deve-se analisar o retorno financeiro, visando adotar e melhor soluo sob o ponto de vista econmico. Este fato bem demonstrado com o caso apresentado sobre a operao de bombas em paralelo. Para o caso de bombas operando em controle de nvel foi apresentado um caso que pode ser aplicado sistemas de abastecimento de gua, em especial para sistemas com baixo volume de reservao, ou mesmos para sistemas de condomnios. O retorno de capital investido considerado muito bom.


120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0 4 8 12 16 20 24

Atual VLT 6000

Custo (R$)

Tempo (ms)

Figura 14 - Caso bomba com controle de nvel retorno de capital investido.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICASABRAHIM JNIOR, O.; FONSECA, A. B. 2005. Reduo do consumo de potncia em um sistema de bombeamento. TCC - Depto. de Eng. Mecnica, UFPA. CARLSON, R. 2000. The correct method of calculating energy savings to justify adjustablefrequency drives on pumps. IEEE Transaction on Industry Application, vol. 36, o. 6, pp. 17251733. CHAN, D. T. W.; LI, W.. 1998. Design and implementation of variable frequency regulatory system for water supply. IEEE paper 0-7803-3547-3-7/16. DANFOSS. 2006. Sensorless pump control for VLT600 HVAC / FCM 300. Documento MG.10.T1.02. GOMES, H. P. 2005. Eficincia hidrulica e energtica em saneamento: anlise econmica de projetos. Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental. MIRCEVSKI, S. A.; KOSTIC, Z. A.; ANDONOV, Z. L. 1998. Energy saving with pumps AC adjustable speed drives. IEEE paper 0-7803-3879-0. TSUTIYA, T. M. 2004. Abastecimento de gua. Escola Politcnica USP.

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