Eficiência energética e hidráulica

Helena Ramos

IST - 2006

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Projectos sustentáveis

• uso racional dos recursos hídricos existentes e a satisfação das necessidades dos consumidores

• minimização do uso de energia, perdas de águae frequência de interrupções no consumo

• funcionamento hidráulico dos sistemas de abastecimento afecta decisivamente o seu desempenho global, tanto em termos de eficiência como de eficácia

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Sistemas de abastecimento

• Novos desafios– à medida que o nível de cobertura da população

aumenta, constroem-se expansões ou reforços de sistemas existentes, em vez de sistemas totalmente novos, sendo importante avaliar o impacte das alterações no sistema existente;

– existe uma maior consciencialização para os aspectos ambientais, que se reflecte na necessidade de racionalizar o uso dos recursos naturais – água e energia;

– as questões relacionadas com a qualidade da água têm cada vez mais peso e visibilidade;

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Sistemas de abastecimento

• Factores de mudança– consciencialização da necessidade de garantir bons

níveis de serviço durante toda a vida útil do sistema;

– reconhecimento das vantagens de uma visão integrada e pluridisciplinar da gestão dos sistemas (aspectos hidráulicos, de qualidade de água, de fiabilidade, de gestão de energia e de exploração e manutenção);

– papel do cidadão/consumidor cada vez mais exigente; entidades gestoras têm que apresentar níveis de qualidade de serviço elevados.

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Sistemas hidroeléctricos

• A produção de energia é uma problemática que preocupa as entidades do sector;

• A “hidro-electricidade” é uma das resposta de como oferecer energia limpa tanto a zonas urbanas como rurais e isoladas;

• Representa um benefício ambiental importante no apoio ao desenvolvimento sustentável porque não contribui para a depleção da camada de ozono nem para o aquecimento global.

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Sistemas hidroeléctricos

• Integração da produção de energia nos diferentes usos da água (gestão sustentável)

• Hidro-energia é uma fonte de energia renovável, fiável, económica, segura, que permite uma maior eficiência e descentralização da indústria;

• Enorme vantagem em não produzir emissões de poluentes na atmosfera ou de resíduos sólidos ou líquidos e por estar associado a efeitos positivos paisagísticos.

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Planeamento, construção, operação, manutenção e reabilitação

• Planos de desenvolvimento estratégico• Visão integrada• Flexibilização da gestão• Conservação e recuperação de energia• Controlo de perdas• Monitorização e identificação

de zonas tipo• Inspecção e manutenção de

rotina

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Flexibilização da gestão

• Introdução de elementos que conferem flexibilidade de operação na crescente complexidade da gestão dos sistemas - ajustar o modo de funcionamento àdisponibilidade de recursos e às necessidades dos consumidores.

• Utilização de válvulas telecomandadas ou automatizadas que permitem alterar os circuitos da água ou ajustar as pressões ou os caudais, contribuindo para melhorar os níveis de serviço, eficiência energética ou para reduzir as perdas.

• Tipo e localização destes elementos devem ser previstos na fase de projecto, com apoio sistemático da simulação.

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Aproveitamento de energia

• O custo de energia é um peso muito significativo nos custos globais de exploração

=>minimização do consumo global de energia

• Acções do tipo:

– aspectos de layout– selecção do equipamento – manutenção do equipamento – utilização das tarifário mais adequado – utilização de equipamento de recuperação de energia

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Desempenho da Flutuação da Pressão

90

92

94

96

98

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Tempo (h)

Des

empe

nho

(%)

0 a 25% 25 a 50% 50 a 75% 75 a 100% Méd. Pond.

Análises de Diagnóstico de um Sistema de Distribuição de Água

Análises de Diagnóstico de um Sistema de Distribuição de Água

• Ao nível do Desempenho

– Pressões– Flutuações de Pressão– Velocidades de Escoamento– Perdas de Água

Perdas de Água do Sistema

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Tempo (h)

Cau

dal (

l/s)

0

20

40

60

80

% P

erda

s

Caudal Total Caudal Consumido Perdas de Água Percentagem de Perdas

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Aproveitamentos Hidroeléctricos• Grandes aproveitamentos

• Mini-hídricasTunnel

Intake

Powerhouse

Differentialsurge tank

Tunnel

Intake

Powerhouse

Differentialsurge tank

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Avaliação do potencial energético em sistemas de abastecimento e drenagem

• Sistemas adutores e/ou de distribuição de água com excesso de energia ou carga hidráulica necessitam do controlo da pressão através de estruturas ou órgãos hidráulicos dissipadores que provoquem o abaixamento da linha piezométrica

• A limitação da pressão no interior de condutas ou sistemas hidráulicos prende-se com factores de ordem económica e de segurança do respectivo equipamento

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Controlo de pressões

• A uniformização e controlo da pressão:– optimização de sistemas de bombagem– utilização de grupos de velocidade de rotação variável– divisão da rede em zonas por patamares de pressão

(através de reservatórios ou VRP)

• As VRP são dispositivos cuja função é limitar a pressão a jusante a um determinado valor pré-definido

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Controlo de pressão - modelação do efeito de VRP

18

15

22

303234363840424446

Id dos nós

P ressure for each node (m) vs T ime (h)

44-4642-4440-4238-4036-3834-3632-3430-32

efeito controlo da pressão em sistemas de abastecimento: Sistema sem VRP; com 5 VRPs

1

8

15

22

303234363840424446

P ressure for each node (m) vs T ime (h)

44-4642-4440-4238-4036-3834-3632-3430-32

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Simulação hidráulica e aplicação de técnicas de optimização

• Após a simulação hidráulica, a formulaçãomatemática da componente de optimização é utilizada com base na seguinte função-objectivo, para minimizar a pressão e o número de VRP a adoptar:

• Os resultados permitem a cada utilizador definironde e quantas válvulas deverão ser usadas

( ) Tttt

N

i

ticalt

Tti nvnv

PPP

nvnvpfOptimize 1

22

1 min

min,,1),( =

==

+∗

−= ∑

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O aproveitamento de energia

• Micro-hídricas• Substituição de VRP por micro-turbinas ou

bombas a funcionar como turbinas– O uso de bombas a funcionarem como turbinas,

dependendo das características do sistema (i.e., normalmente aplicáveis a pequenos caudais) apresentam, de um modo geral, níveis de eficiência admissíveis. Uma bomba pode funcionar no sentido inverso (i.e., inverso ao da rotação normal de bombagem e do escoamento), com um rendimento da ordem de grandeza do correspondente rendimento para bombagem (Garey, 1990)