Serviço Público Federal
Universidade Federal do Pará
Centro Tecnológico
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Daniel Mescoito Gomes
Importância do volume útil do poço de sucção
na redução do consumo de energia elétrica em Estação
Elevatória de Esgoto.
Belém (PA)
2010
Daniel Mescoito Gomes
Importância do volume útil do poço de sucção
na redução do consumo de energia elétrica em Estação
Elevatória de Esgoto.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil da Universidade Federal do Pará, à
qualificação para o Mestrado Acadêmico em Engenharia Civil.
Universidade Federal do Pará.
Área de concentração: Recursos Hídricos e Saneamento
Ambiental.
Linha de Pesquisa: Saneamento e Sistemas de InfraEstrutura Urbana.
Orientador: Prof. Dr. José Almir Rodrigues Pereira.
Belém (PA)
2010
Daniel Mescoito Gomes
Importância do volume do poço de sucção
na redução do consumo de energia elétrica em Estação
Elevatória de Esgoto.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil da Universidade Federal do Pará, à
qualificação para o Mestrado Acadêmico em Engenharia Civil.
Universidade Federal do Pará.
Área de concentração: Recursos Hídricos e Saneamento
Ambiental.
Data de aprovação: _____________
Banca examinadora:
José Almir Rodrigues Pereira – Orientador
Orientador
Titulação
Doutor em Engenharia Hidráulica e Saneamento
Instituição Universidade Federal do Pará
Petrônio Vieira Junior
Membro
Titulação
Doutor em Engenharia Elétrica
Instituição Universidade Federal do Pará
Lindemberg Lima Fernandes
Membro
Titulação
Doutor em Desenvolvimento Sustentável do Trópico Úmido.
Instituição Universidade Federal do Pará
Belém (PA)
2010
DEDICATÓRIA
Aos meus pais e grandes mestres da vida:
Raimundo Soares Gomes e Maria Madalena
Mescoito Gomes, e aos meus irmãos: Fabio e
Leonan. Obrigado pelo incentivo e compreensão
incondicional nos momentos decisivos de minha
vida.
BELÉM
2010
AGRADECIMENTOS
A Deus pela imensa bondade e sabedoria, pela força espiritual que me
deu no decorrer do curso e pelas bênçãos que me proporcionou em todos os
momentos de minha vida.
Aos meus pais Raimundo e Madalena Gomes pelo incentivo e apoio desde
terna infância.
Ao Prof. Dr. José Almir Rodrigues Pereira pela inspiração, compreensão,
motivação e orientação no desenvolvimento deste trabalho. Procurando sempre
transmitir seus conhecimentos, experiências profissionais e de vida.
Aos grandes amigos Ana Julia Barbosa, Lucy Anne e Marise pela amizade
incondicional e por não medir esforços para ajudar-me na realização deste trabalho.
Aos amigos Celine, Claudio, Karina e Gleice pela ajuda e momentos de
descontração durante a elaboração desse trabalho.
Aos amigos do Grupo de Pesquisa Hidráulica e Saneamento Valdinei,
Jaqueline, Débora, Silvana, Claudio Monique, Aline, Kelline, Gilberto, Rafael,
Andréia, Marcus, Aldenor e Igor pelo incentivo e compreensão.
A todos aqueles, que em determinado momento da minha vida
diretamente ou indiretamente, contribuíram para este e para outros trabalhos
realizados.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. 16
LISTA DE TABELAS ................................................................................................ 18
RESUMO................................................................................................................... 20
ABSTRACT............................................................................................................... 21
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9
2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 11
2.1 OBJETIVO GERAL .............................................................................................. 11
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................ 11
3 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................. 12
3.1 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NO SISTEMA DE ESGOTAMENTO
SANITÁRIO. .............................................................................................................. 17
3.2 ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO.......................................................... 25
3.2.1 Classificação das Estações Elevatórias de Esgoto .................................... 25
3.2.2 Componentes da estação elevatória de esgoto .......................................... 27
3.3 PROJETO DE ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO .................................. 33
3.4 OPERAÇÃO DE ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO SANITÁRIO ........... 46
4 MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... 58
4.1 FASES DO ESTUDO ........................................................................................... 60
4.2 FASE 1 – DEFINIÇÕES DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS ............................... 60
4.3 FASE 2 - SIMULAÇÃO DO BOMBEAMENTO PARA DIFERENTES VOLUMES
ÚTEIS NO POÇO DE SUCÇÃO. ............................................................................... 63
4.4 FASE 3 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS ................................................. 66
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 68
5.1 FASE 1 - DEFINIÇÕES DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS................................ 68
5.2 FASE 2 – SIMULAÇÃO DO BOMBEAMENTO PARA DIFERENTES VOLUMES
ÚTEIS NO POÇO DE SUCÇÃO. ............................................................................... 75
5.3 FASE 3 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS ............................................... 167
6 CONCLUSÕES .................................................................................................... 174
7 REFERÊNCIAS .................................................................................................... 176
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Participação Percentual dos tipos de geração de energia elétrica no Brasil
em outubro de 2003. Fonte: Elaborado com base em dados da Agencia Nacional de
Energia Elétrica – ANEEL. ........................................................................................ 12
Figura 2 – Consumo de energia elétrica no Brasil..................................................... 13
Figura 3 - Indicadores de consumo de energia elétrica de água e esgoto. ............... 14
Figura 4 – Sistema de esgotamento sanitário coletivo. Fonte: Pereira & Soares,
2006. ......................................................................................................................... 17
Figura 5 - Esquema 1 - EEE localizada no meio da rede coletora de esgoto. .......... 19
Figura 6 - EEE localizada entre a rede coletora de esgoto e o corpo receptor. ........ 19
Figura 7 - EEE localizada entre a rede coletora de esgoto e a ETE. ........................ 19
Figura 8 – Layout da Estação de Tratamento de Esgoto do Una. ............................. 21
Figura 9 - Estações Elevatórias e unidades de floculação e gradeamento. .............. 22
Figura 10 - Estações Elevatórias e unidades de floculação e gradeamento. ............ 23
Figura 11 – Layout da Estação de Tratamento de Esgoto da Cesário Alvim. ........... 24
Figura 12 – Classificação das elevatórias de esgoto. ............................................... 25
Figura 13 – Esquema de poço seco. ......................................................................... 26
Figura 14 – Esquema de poço úmido........................................................................ 27
Figura 15 – Componentes da unidade de elevação. ................................................. 27
Figura 16 - Classificação das Bombas Centrifuga..................................................... 29
Figura 17 - Registro de Gaveta ................................................................................. 31
Figura 18 - Válvula de Retenção horizontal .............................................................. 31
Figura 19 - Manômetro analógico.............................................................................. 32
Figura 20 - Vacuômetro analógico. ........................................................................... 32
Figura 21 - Intervalo entre 2 acionamentos do mesmo CMB. ................................... 36
Figura 22 - Critérios para a determinação do tempo de ciclo .................................... 36
Figura 23 – Esquema sistema estação elevatória. .................................................... 41
Figura 24 - Esquema das demandas de energia nos conjuntos motor e bomba....... 43
Figura 25 – Curva característica esquemática de uma bomba centrifuga. ................ 44
Figura 26 - Esquema da curva característica da associação em série e paralelo de
duas bombas “A” idênticas. Fonte: adaptado Macintyre (1997). ............................... 45
Figura 27 – Estação Elevatória de Esgoto. ............................................................... 46
Figura 28 – Corrente e conjugado para partida estrela-triângulo de um motor de um
motor de gaiola acionamento uma carga com conjugado resistente Cr..................... 48
Figura 29– Fatores de redução K1 e K2 em função das relações de tensão do motor
e da rede Um/Um ....................................................................................................... 49
Figura 30– Família de curvas de conjugado x rotação para motores de anéis ......... 52
Figura 31– Partida direta e com soft-starter. ............................................................. 53
Figura 32 – Tensão e corrente no motor ................................................................... 55
Figura 33 – corte da estação elevatória utilizado no estudo. .................................... 58
Figura 34 – Vista em planta da estação elevatória utilizado no estudo. .................... 59
Figura 35 - Fases da metodologia. ............................................................................ 60
Figura 36 – Níveis de Operação................................................................................ 65
Figura 37 – Seqüência de operação 2+1. ................................................................. 65
Figura 38 – Parâmetros hidráulicos adotados na simulação da estação elevatória de
esgoto. ...................................................................................................................... 66
Figura 39 – Hidrograma de vazão de esgoto, variando em 24 horas. ....................... 70
Figura 40 - Velocidades das tubulações de sucção e recalque................................. 71
Figura 41 – Curva do sistema para condições máximas e mínimas de vazão,
correspondendo ao funcionamento de 2 conjuntos motor e bomba em paralelo. ..... 72
Figura 42 - Família de bomba utilizada na pesquisa. ................................................ 73
Figura 43 – Ponto de operação em paralelo 1+2. ..................................................... 74
Figura 44 – Ponto de operação com 2 CMB operando e 1CMB’S de reserva. ......... 74
Figura 45 – Ponto de operação 1+2 e 2+1. ............................................................... 75
Figura 46 – Volume útil do poço de sucção por tempo de detenção. ........................ 76
Figura 47 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil
de 283 m³. ................................................................................................................. 78
Figura 48 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil
de 283 m³. ................................................................................................................. 79
Figura 49 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 283 m³. ......... 80
Figura 50 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 1 (283m³). ................. 82
Figura 51 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil
de 567 m³. ............................................................................................................... 108
Figura 52 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil
de 567 m³. ............................................................................................................... 109
Figura 53 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 567 m³. ....... 110
Figura 54 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 2 (567m³). ............... 112
Figura 55 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil
de 850 m³. ............................................................................................................... 138
Figura 56 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil
de 850 m³. ............................................................................................................... 139
Figura 57 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 850 m³. ....... 140
Figura 58 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 3 (850m³). ............... 142
Figura 59 - Tempo de funcionamento em (%) durante 24 horas de simulação. ...... 167
Figura 60 - Tempo de funcionamento no horário de ponta. .................................... 168
Figura 61 – Comparação da variação de nível dos poços de sucção com volumes
úteis de 283, 567 e 850 m³, respectivamente.......................................................... 170
Figura 62 - Custo da energia elétrica em (R$) durante 24 horas de simulação. ..... 171
Figura 63 – Custo de energia elétrica em (R$) durante 24 horas de simulação...... 172
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Déficit na oferta de saneamento Básico – 2001 (continua) ................... 15
Tabela 2 – coeficientes multiplicativos ao longo de 24 horas de produção de esgoto.
(conntinua) ................................................................................................................ 61
Tabela 3 – Vazões de esgoto sanitário. .................................................................... 69
Tabela 4 – Vazões de esgoto sanitário.
(Continua) ............................................. 69
Tabela 5 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 (283m³) ......... 77
Tabela 6 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 em horário de
ponta. ........................................................................................................................ 80
Tabela 7 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 1. ............................... 81
Tabela 8 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 1 . .............................. 82
Tabela 9 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 (567m³) ....... 107
Tabela 10 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 2 (567m³) em
horário de ponta. ..................................................................................................... 110
Tabela 11 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 2. ........................... 111
Tabela 12 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 2 . .......................... 112
Tabela 13 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 3 (850m³) ..... 137
Tabela 14 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 3 em horário de
ponta. ...................................................................................................................... 140
Tabela 15 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 3. ........................... 141
Tabela 16 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 3 . .......................... 142
Tabela 17 – Número de Partidas............................................................................. 169
Tabela 18 - Tempo de cliclo máximo, médio e mínimo nas silmulações ................. 171
Tabela 19 – Custo com energia elétrica em 24 horas de simulação ....................... 172
Tabela 20 – Despesa com Energia Elétrica das simulações 1, 2 e 3. ..................... 172
RESUMO
O presente estudo avaliou importância do volume útil do poço de sucção
na redução de energia elétrica em estação elevatória de esgoto sanitário. Para isso,
foi simulado o funcionamento de três estações elevatórias com capacidade de
recalcar a vazão de esgoto proveniente do atendimento de cerca de 175.000
pessoas.
As estações elevatórias de esgoto sanitário simuladas são compostas por
três conjuntos motor e bomba em paralelo 2+1 considerando a variação diária de
produção de esgoto (ciclo de 24h) e os tempos de permanência do esgoto sanitário
no poço de sucção de 10, 20 e 30 minutos, que resultam em poços de sucção com
283m3, 567m3 e 850m3, respectivamente. Nos resultados foi observado que a as
bombas da estação elevatória de esgoto com volume útil de poço de sucção de
850m3 teve menor tempo de funcionamento total em horário de ponta, menor
número de partidas do motor se comparadas com os volumes de 283m3 e 567 m3,
comprovando, assim, a influencia do volume útil do poço de sucção com a economia
com custo de energia elétrica e número de partidas do motor
A diferença entre a EEE de esgoto com melhor desempenho (Vu=850m3)
e de pior desempenho (Vu-283m3) em função do tempo de funcionamento total, no
horário de ponta, número de partidas e de custo de energia elétrica é de 2,5%, 11,51
%, 155% e de 1%, respectivamente.
Assim, é possível afirmar que apesar de haver influência do volume útil do
poço de sucção na economia de energia elétrica, o recurso utilizado pra construção
de um poço de sucção de maior volume não apresentou um bom desempenho no
que se refere a custo de energia elétrica levando em consideração o custo
construtivo do poço de sucção.
ABSTRACT
This study evaluated the importance of the suction well useful volume for
electric power reduction. Then, it was evaluated the operation of three pump-stations
that are responsible for repressing the flow from the wastewater system that assists
175.000 people.
The simulated wastewater pump-stations are composed by three motor
and bomb groups in parallel 2+1, considering the daily variation of wastewater
production (cycle of 24 hours), and the wastewater residence time in the suction well
of 10, 20 and 30 minutes, that result in suction wells of 283m³ , 567m³ and 850m³,
respectively. The wastewater pump-station, with suction well useful volume of 850m3
,presented shorter total operational time, and at the critic hours, less motor start-ups,
regarding to volumes of 283m3 and 567 m3 , which proves, that way, the influence of
the suction well useful volume on the economy of both electric power cost and motor
start-up times.
However, the difference of the operational total time, at the critic time,
motor start-up times and electric power cost is about 2,5%, 11,51 %, 155% and of
1%, respectively, of the worst than it was the suction well with volume of 283m³.
Then, it is possible to affirm that, despite of influence of the suction well
useful volume in the electric power economy, the worn-out construction investment
for a well of larger suction is almost inconceivable, because the difference of
constructive cost is considerable and the difference of electric power economy is
extremely small.
1 INTRODUÇÃO
A energia elétrica é muito importante para humanidade, podendo ser
considerado seu consumo um indicador de desenvolvimento da população mundial.
O consumo de energia elétrica possui crescimento quase que continuo no
Brasil, apesar da evolução de equipamentos com maior eficiência energética, devido
à utilização cada vez maior de aparelhos que consomem energia elétrica. Assim, por
este motivo, existe a necessidade do crescimento na geração, transmissão e
distribuição desta energia. Este crescimento nem sempre ocorre na mesma
proporção do consumo, em razão das faltas de planejamento ou investimento
adequado. Esta desproporção pode provocar déficit deste insumo o que pode
resultar em racionamento, elevação de preço e cortes temporários no seu
fornecimento.
No ano de 2001 o Brasil apresentou déficit entre geração e consumo de
energia elétrica o que culminou no maior racionamento de energia elétrica da
história do país, em termos de abrangência e redução de consumo. O racionamento
teve duração de junho de 2001 a fevereiro de 2002 e resultou em acentuada queda
de consumo de energia elétrica, influenciando direta ou indiretamente em todos os
setores da economia brasileira.
O setor de saneamento também foi influenciado pelo racionamento, já
que as despesas com energia elétrica nesse setor situam-se na faixa de 10 a 20%,
sendo essas despesas, o segundo ou terceiro item mais importante no orçamento
destes. De um modo geral, os motores elétricos utilizados em estações elevatórias
de água são responsáveis por cerca de 90% das despesas com energia elétrica.
A implantação de medidas que possam reduzir os custos com energia
elétrica é de suma importância para a viabilidade econômica das empresas que
operam os sistemas de água e esgoto, pois o custo de energia elétrica tem sido
cada vez mais elevado, principalmente devido à crise no setor energia.
9
Várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas no setor saneamento,
principalmente em estações elevatórias, com intuito de reduzir o custo com energia
elétrica, principalmente no horário de ponta que é o período compreendido por 3
horas durante o dia, estabelecido no ano de 2000 pela agência Nacional de Energia
Elétrica (ANEEL), já prevendo possível déficit de fornecimento de energia elétrica no
Brasil, na Resolução N.º 456, de 29 de novembro de 2000.
Uma ferramenta poderosa para a obtenção da garantia da qualidade de
processos, bem como, visa uma otimização da rotina operacional que pode ser
traduzida em aumentos de produtividade e redução de custos operacionais como o
da energia elétrica é a automação. Porém, na região norte, a automação em
estações elevatórias de esgoto sanitário é quase inexistente, por ter um custo médio
de 30% do custo global do projeto.
Vale ressaltar que, os custos de construção de poços de sucção
representam em média 35% do custo total construtivo das estações elevatórias de
esgoto sanitário, assim pesquisas são necessárias, visando estabelecer a real
influência do poço de sucção, visto que o aumento do volume útil demanda um
grande investimento construtivo.
Este trabalho visa responder o questionamento de projetistas e
operadores de estações elevatórias de esgoto sanitário sem automação: O poço de
sucção pode ocasionar significativa redução do consumo de energia elétrica em
horários de ponta nos sistemas não automatizados? Levando em consideração: o
tempo de funcionamento dos conjuntos motor e bomba, no horário de ponta e fora
de ponta, número de acionamentos dos conjuntos motor e bomba, variação do nível
do poço de sucção e custo de energia elétrica.
10
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Analisar o impacto de diferentes volumes úteis do poço de sucção na redução
do consumo de energia elétrica em estações elevatórias de esgoto sanitário, com
conjuntos motor e bomba operando em paralelo e sem variadores de velocidade.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Simular o funcionamento de bombas em paralelo 2+1, considerando a
variação diária de produção de esgoto (ciclo de 24 horas) e os tempos de
permanência do esgoto sanitário no poço de sucção de 10, 20 e 30
minutos;
•
Comparar tempo de funcionamento, em horário de ponta e fora de
ponta, números de acionamentos e variação do nível do reservatório
durante 24 horas de simulação;
•
Analisar custo de energia elétrica para os diferentes volumes úteis
simulados.
11
3 REVISÃO DA LITERATURA
O uso de fontes de energia e de tecnologias modernas resultou em
mudanças qualitativas na vida humana, proporcionando aumento da produtividade
econômica e bem-estar da população. É notado que o desenvolvimento urbano vem
sendo diretamente relacionado com a oferta de energia elétrica, com impacto em
todos os setores da sociedade, como no uso dos recursos naturais, na produção de
bens, na infra-estrutura das cidades etc.
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL (2007), a matriz
energética brasileira é fortemente baseada na geração hídrica, com cerca de 80%
da produção de energia elétrica ocorrendo em centrais hidroelétricas, conforme
mostrado na Figura 1.
Figura 1 - Participação Percentual dos tipos de geração de energia elétrica no Brasil em outubro de
2003. Fonte: Elaborado com base em dados da Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL.
A sinergia água e energia elétrica é ainda mais evidente no setor do
saneamento, pois cerca de 20% dos custos de exploração de água são relacionados
com o consumo de energia elétrica.
De acordo com ANEEL (2007), o setor saneamento utiliza 3% (7 milhões
de MWh/ano) do total de energia elétrica produzida no Brasil. Em decorrência disso,
12
as empresas prestadoras dos serviços de abastecimento de água e esgotamento
sanitário são clientes expressivos das concessionárias de energia elétrica, conforme
ilustrado na Figura 2.
Figura 2 – Consumo de energia elétrica no Brasil.
Segundo dados do Programa Nacional de Conservação de Energia
Elétrica (PROCEL) para o Saneamento, quase 3% da energia elétrica distribuída no
Brasil são utilizados por empresas de saneamento.
Na Figura 3 são mostrados dados de consumo de energia elétrica nas
empresas de saneamento de água e esgoto apesar do Sistema Nacional de
Informações Sobre Saneamento (SNIS) mostrar baixos Índices de consumo de
energia elétrica em esgoto em (kWh/m³) na Região Norte, não significa que essa
Região possua sistemas com baixo desperdício de energia elétrica, mas sim possui
um baixo índice de tratamento de esgoto sanitário, a saber, Belém que possui cerca
de apenas 2% da população atendida por serviço de coleta e tratamento de esgoto.
13
Abrangência
Região
Empresa de
Saneamento
Índice
Índice
Despes
de
de
a por
consum consum
consum
o de
o de
o de
energia. energia
energia
Elétrica elétrica
elétrica
(água) (esgoto)
SUDESTE
SUL
MICRORREGIONAL
CENTRO-OESTE
SUL
SUDESTE
REGIONAL
NORDESTE
NORTE
Kwh/m3 kWh/m
3
Consumo
energia
elétrica
esgoto
Consumo
energia
elétrica água
R$/kwh
1000
kwh/ano
1000
kwh/ano
CAER/RR
0,35
0,20
0,21
810
12.632
COSANPA/PA
1,09
0,05
0,18
241
162.199
SANEATINS/TO
0,58
0,09
0,21
217
34.390
AGESPISA/PI
0,53
0,67
0,29
3.635
85.923
CAEMA/MA
0,63
0,03
0,20
978
149.480
CAERN/RN
0,66
0,51
0,27
8.388
125.436
CAGECE/CE
0,55
0,23
0,23
17.369
162.684
CAGEPA/PB
0,81
0,10
0,23
3.581
141.445
CASAL/AL
1,12
0,17
0,19
2.116
126.469
COMPESA/PE
0,72
0,09
0,20
5.385
359.382
DESO/SE
1,11
0,28
0,14
3.269
127.030
EMBASA/BA
0,82
0,20
0,14
48.524
475.507
CEDAE/RJ
0,49
0,10
0,15
39.609
878.471
CESAN/ES
0,49
0,27
0,22
5.389
115.241
COPASA/MG
0,80
0,08
0,21
18.164
643.309
SABESP/SP
0,65
0,28
0,20
228.894
1.813.106
CASAN/SC
0,64
0,44
0,25
9.306
171.361
SANEPAR/PR
0,82
0,16
0,19
28.339
482.234
CAESB/DF
0,84
0,43
0,15
42.846
160.512
SANEAGO/GO
0,77
0,04
0,24
3.233
216.953
CAJ/RJ
(Araruama*)
0,75
0,19
0,16
10
14.652
PROLAGOS/RJ
(Cabo Frio*)
0,97
0,22
0,14
1.389
30.525
SAAE/ES
(Itapemirim*)
0,47
0,35
0,20
168
2.114
SIMAE/SC
(Joaçaba*)
0,92
0,39
0,25
64
3.437
Figura 3 - Indicadores de consumo de energia elétrica de água e esgoto.
Fonte: SNIS, 2001
14
O consumo de energia elétrica refere-se a diversos usos, com a maior
parcela ocorrendo nos equipamentos eletromecânicos das estações elevatórias,
que, normalmente, correspondem a cerca de 90% do consumo total.
De acordo com SNIS, os gastos com energia elétrica são a segunda
maior despesa das empresas de água e esgoto, com as prestadoras de serviços de
saneamento básico gastando a ordem R$ 1,5 bilhões com energia elétrica/ano. É
preciso que a energia elétrica utilizada para bombeamento do volume de água não
utilizado pelo consumidor (perda de água) é de aproximadamente R$ 375
milhões/ano, sendo que nesse valor não estão considerados os números
relacionados com esgotamento sanitário, pela falta de informações precisas do
volume de esgoto efetivamente coletado, elevado e tratado no Brasil (Pereira &
Soares, 2006).
Em comparação com as demais regiões do Brasil, a Região Norte é a que
apresenta os piores resultados de sistema de água e de esgoto, apresentando déficit
de 94, 21% de atendimento com sistema de esgotamento sanitário e de 44,21% de
atendimento com sistema de abastecimento de água, conforme pode ser observado
na
Tabela 1.
Tabela 1 – Déficit na oferta de saneamento Básico – 2001
Déficit na oferta de saneamento Básico – 2001
(continua)
ABASTECIMENTO DE ÁGUA
Domicílios Particulares permanentes, atendimento e déficit – água e Esgoto
Resumo para o Brasil e grandes regiões – área urbana
Norte
2.249.075
Domicílios
urbanos com
canalização
interna e
rede geral de
água
1.254.680
55,79
44,21
21,90
Nordeste
8.706.711
7.033.740
1.672.991
80,79
19,21
36,84
Sudeste
19.527.302
18.605.190
922.112
95,28
4,72
20,31
Sul
6.222.740
5.802.228
420.512
93,24
6,76
9,26
Centro-Oeste
2.907.204
2.376.305
530.899
81,74
18,26
11,69
Brasil
39.613.032
35.072.123
4.540.909
88,54
11,46
100,00
Norte
2.249.075
130.297
2.118.778
5,79
94,21
11,32
Nordeste
8.706.711
2.604.505
6.102.206
29,91
70,09
32,60
Grandes
regiões
Domicílios
particulares
permanentes
urbanos
Domicílios
urbanos com
canalização
Interna e
Rede geral
de água
994.395
Atendimento
(%)
Déficit (%)
% de déficit
por grande
região
(conclusão)
15
Déficit na oferta de saneamento Básico – 2001
ESGOTAMENTO SANITÁRIO
Domicílios Particulares permanentes, atendimento e déficit – água e Esgoto
Resumo para o Brasil e grandes regiões – área urbana
Sudeste
19.527.302
Domicílios
urbanos com
canalização
interna e
rede geral de
água
1.714.670
Sul
6.222.740
15.416.928
4.110.374
78,95
21,05
21,96
Centro-Oeste
2.907.204
1.029.897
1.877.307
35,43
64,57
10,03
Brasil
39.613.032
20.896.297
18.716.735
52,75
47,25
100,00
Grandes
regiões
Domicílios
particulares
permanentes
urbanos
Domicílios
urbanos com
canalização
Interna e
Rede geral
de água
4.508.070
Atendimento
(%)
Déficit (%)
% de déficit
por grande
região
27,55
72,45
24,09
Fonte: Moreira (2006)
É preciso observar que a universalização dos sistemas de abastecimento
de água e de esgotamento sanitário aumentará a demanda do setor na matriz
energética brasileira, portanto, é preciso conciliar a expansão desses sistemas de
saneamento com:
a) O crescimento anual da população urbana brasileira, com taxa de
ordem de 1,29% (IBGE, 2005);
b) A possibilidade de racionamento de energia elétrica no ano de
2009. (ANEEL, 2007);
c) A necessidade de reestruturação e atualização da maioria das
empresas de saneamento brasileira para utilização de tecnologias
modernas,
de programas de
planejamento, de
automação
operacional etc.
As respostas para estas questões têm sido buscadas, sobretudo por meio
de ações que aumentem a eficiência no uso de água e de energia elétrica nas
prestadoras de serviço de saneamento.
Por outro lado, instâncias do governo federal têm contribuído para que se
avance na gestão energética no setor de saneamento, com a eficiência energética e
a redução de perdas de água entrando de vez na agenda do setor, já que, algumas
vezes, foram deixadas em segundo plano, face à outras demandas do setor.
16
Atualmente estão em andamento ações voltadas ao uso racional de água
e energia no setor de saneamento, como as da Eletrobrás, através do Programa
Nacional de Conservação de Energia Elétrica pra Saneamento – Procel/Sanear, e
do Ministério das Cidades, por meio do Programa de Modernização do Setor de
Saneamento (PMSS) e do Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água
(PNCDA).
Vale observar que a tendência é o aumento da participação do setor de
saneamento no consumo de energia elétrica, especialmente pelo crescimento da
população requerer a ampliação da capacidade e a abrangência do sistema de
saneamento.
3.1 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NO SISTEMA DE ESGOTAMENTO
SANITÁRIO.
O sistema de esgoto sanitário é constituído pelo sistema de coleta, elevação,
tratamento e destino final, conforme representado na Figura 4.
Figura 4 – Sistema de esgotamento sanitário coletivo. Fonte: Pereira & Soares, 2006.
O uso de Energia elétrica em sistemas de esgotamento sanitário se deve
principalmente pela utilização de conjuntos motor em estações elevatórias e pelos
17
equipamentos
eletromecânicos
utilizados
nos
sistemas
de
tratamento.
(MINISTÉRIOS DAS CIDADES, 2007).
A quantidade de elevatórias e equipamentos eletromecânicos depende:
a) Da topografia do terreno, pois quanto mais plano for o terreno
maior a quantidade de elevatórias de recuperação de cotas na rede
coletora de esgoto para evitar tubulações profundas;
b) Da concepção da estação de tratamento de esgoto, pois conforme
o tipo de tratamento terá maior ou menor número de estações
elevatórias (elevatória de esgoto Bruto, efluente final, água de
drenagem, lodo bruto primário, secundário de recirculação,
excedente, primário adensado, secundário adensado, digerido etc.)
e equipamentos eletromecânicos em suas unidades como: grades
mecanizadas,
peneiras
rotativas,
desarenador
mecanizados,
bombas dosadoras, exaustores etc.
As Estações Elevatórias de Esgoto (EEE) são utilizadas no recalque do
esgoto sanitário, de um ponto de cota mais baixa até um ponto em cota mais
elevada ou mais distante, e podem ser localizadas no meio ou no final da rede
coletora, entre a rede coletora e a ETE ou corpo d’água, no interior da ETE ou entre
a ETE e o corpo receptor.
A EEE no meio da rede é utilizada no bombeamento do esgoto entre
coletores localizados na mesma ou em diferentes bacias de esgotamento, conforme
representado na Figura 5.
18
REDE DE
COLETA
UNIDADE
DE
ELEVAÇÃO
REDE DE
COLETA
Figura 5 - Esquema 1 - EEE localizada no meio da rede coletora de esgoto.
Na EEE localizada no final da rede coletora, o esgoto coletado é bombeado
até o corpo receptor ou a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), conforme
representado nas Figura 6 e Figura 7, respectivamente.
UNIDADE
DE
ELEVAÇÃO
UNIDADE
DE COLETA
CORPO
RECEPTOR
Figura 6 - EEE localizada entre a rede coletora de esgoto e o corpo receptor.
UNIDADE
DE COLETA
UNIDADE
DE
ELEVAÇÃO
ETE
CORPO
RECEPTOR
Figura 7 - EEE localizada entre a rede coletora de esgoto e a ETE.
Independentemente do porte da EEE, a necessidade de área para a
instalação e o permanente consumo de energia elétrica são desvantagens do
19
emprego dessa unidade, razão para o projetista somente utilizar EEE em casos
extremos.
Pereira e Mendes (2003) citam que as condições ambientais favoráveis, a
evolução da tecnologia e a redução de custos (instalação, operação e manutenção)
fazem com que as ETEs brasileiras comecem a apresentar todas as etapas do
tratamento, o que aumenta a possibilidade de bombeamento de esgoto entre as
diferentes etapas do tratamento.
Na Figura 8 é mostrado layout com pontos de consumo de energia
elétrica em estação de tratamento de esgoto, com unidades para remoção de sólidos
grosseiros e em suspensão, decomposição biológica anaeróbia do material orgânico,
uso de tratamento complementar físico-químico (coagulação, floculação e flotação),
para aumentar a remoção do material orgânico, e desinfecção para inativação dos
microrganismos presentes no esgoto sanitário. Nesse tipo de ETE ainda ocorre o
desaguamento de lodo e o tratamento e queima de biogás.
20
Consumo de Energia Elétrica
Figura 8 – Layout da Estação de Tratamento de Esgoto do Una.
Nesse tipo de estação de tratamento de esgoto é notada a presença de
equipamentos que consomem energia elétrica, como nas estações elevatória de
recirculação, esgoto bruto, lodo, e em unidades como floculação e gradeamento
conforme mostrado na Figura 9.
21
Elevatória Recirculação de flotação
Bombas dosadoras
Elevatória de esgoto bruto
Elevatória de lodo
Floculadores
Gradeamento
Figura 9 - Estações Elevatórias e unidades de floculação e gradeamento.
Além das diversas elevatórias de esgoto existentes, a estação de
tratamento de esgoto sanitário, também é constituída por equipamentos eletrointensivo como: peneira rotativa, desarenador mecanizados, centrifugas, compressor
de ar,raspadores e maquinas de preparo de soluções químicas, conforme mostrado
na Figura 10.
22
Peneiras rotativas
Desarenador mecanizados
Centrifugas
Compressores
Rapadores de superfícies
Preparo de polímero
Figura 10 - Estações Elevatórias e unidades de floculação e gradeamento.
Na Figura 11 é mostrado outro layout de ETE, também baseado na
remoção dos sólidos grosseiros e em suspensão, na decomposição biológica
anaeróbia do material orgânico, porém sem utilizar tratamento físico-químico
(coagulação, floculação e flotação) para complementar a remoção do material
orgânico e na inativação dos microrganismos patogênicos do esgoto sanitário.
23
EEE da Sub-Bacia 1
Bacia da E. Nova
(Tratamento Preliminar)
Esgoto
EEE Tamandaré
(Tratamento Preliminar)
Consumo de Energia Elétrica
Descarte de
Fundo
EE Líquido
Drenado
Sólidos
Calha Parshall
Tatamento
Preliminar
Líquido
Desarenador
Aterro Sanitário
Lodo de Excesso
Lodo desaguado
Sistema de
desaguamento de lodo
Líquido
Reator
Anaeróbio
Resídual do tratamento
Gases
Vem da Superfície
EE Lodo
de Excesso
Tratamento
Atmosfera
Gases
Vem das Calhas
Queimador
Lodo de Recirculação
Tanque de
Aeração
EE Recirculação
de Lodo
Decantador
Secundário
Desinfecção
com UV
Calha
Parshall
EE
Tratado
Calha
Parshall Elevada
Rio Guamá
Figura 11 – Layout da Estação de Tratamento de Esgoto da Cesário Alvim.
O consumo de energia elétrica nessa ETE ocorre nas estações
elevatórias de esgoto tratado, líquido drenado, recirculação de lodo, lodo de
excesso, bem como em e equipamentos como: peneira rotativa, desarenador
mecanizados e equipamento de desinfecção ultravioleta.
24
Dessa forma, a partir da identificação do consumo de energia elétrica
nessas unidades, é possível estabelecer critérios de análise de desempenho por
meio de indicadores operacionais, que possam estabelecer, por exemplo, relação
entre níveis de bombeamento operando dentro de valores estabelecidos em projeto,
que atenda demandas específicas de energia e fator de potência.
Nesse sentido, pode-se observar que o consumo de energia elétrica em
estações de tratamento de esgoto depende da concepção utilizada no processo de
tratamento de esgoto, contudo é inegável que estações de tratamento de esgoto
demandam grande quantidade de energia elétrica, necessitando assim, de operação
eficaz e eficiente para o uso racional de energia elétrica.
3.2 ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO
Todas as vezes que o escoamento dos esgotos não é possível pela ação
da gravidade, faz-se imprescindível o uso das estações elevatórias, as quais irão
garantir energia suficiente para tal escoamento (ALEM SOBRINHO, 2000).
3.2.1 Classificação das Estações Elevatórias de Esgoto
A estação elevatória pode ser classificada quanto ao tipo de líquido
transportado e quanto à posição da instalação da bomba, conforme a Figura 12.
CLASSIFICAÇÃO DAS
ELEVATÓRIAS DE ESGOTO
QUANTO AO LIQUIDO
TRASNSPORTADO
ESGOTO TRATADO
QUANTO AO LOCAL DE
INSTALAÇÃO DA BOMBA
POÇO SECO
ESGOTO BRUTO
LODO
POÇO ÚMIDO
OUTROS
Figura 12 – Classificação das elevatórias de esgoto.
25
A estação elevatória é utilizada em varias unidades do sistema de
esgotamento sanitário, para transporte de esgoto bruto, esgoto tratado, lodo,
produtos químicos etc.
Quanto ao local de instalação dos CMB’s, a estação elevatória pode ser
classificada pela localização dos conjuntos motor e bombas como elevatória de poço
seco ou elevatória de poço úmido.
A elevatória de poço seco, também denominada de estação elevatória
convencional, é caracterizada, pelo CMB ser posicionado fora do líquido a ser
bombeado (TSUTIYA, 2004), conforme mostrado na Figura 13Figura 13.
Figura 13 – Esquema de poço seco.
A elevatória de poço úmido com CMB submersos, tem sido muito
utilizada, pois proporciona maior economia na construção ao dispensar a utilização
de casa das bombas, conforme mostrado na Figura 14.
26
Figura 14 – Esquema de poço úmido.
3.2.2 Componentes da estação elevatória de esgoto
Segundo Marques (2004), as estações elevatórias de esgoto são
compostas por estrutura física, equipamentos eletromecânicos e equipamentos
hidráulicos, conforme mostrado na Figura 15Figura 15.
ESTAÇÃO ELEVATÓRIA
Estrutura
Física
Equipamentos
Eletro-mecânico
Poço de
sucção
Motor e
bomba
Casa de
Bomba
Painel de
Tubulação e
Órgãos acessórios
Tubo e
Conexões
Equipamentos
controle
Transformador
Figura 15 – Componentes da unidade de elevação.
27
3.2.2.1 Estrutura física
• Poço de sucção e casa de bomba
Segundo Tsutiya (2005), o poço de sucção de uma elevatória de esgoto é
uma estrutura de transição que recebe as contribuições dos esgotos afluentes e as
coloca à disposição das unidades de recalque, constituídas de paredes verticais e
laje de fundo com inclinação no sentido da sucção das bombas, a fim de evitar a
deposição dos materiais sólidos e facilitar sua limpeza.
O volume requerido do poço de sucção para se ter um funcionamento
adequado dos conjuntos elevatórios depende, principalmente, do número de
partidas dos conjuntos elevatórios, da quantidade e da seqüência operacional das
bombas.
Na casa das bombas são instalados os equipamentos eletromecânicos,
hidráulicos e os de controle.
3.2.2.2 Equipamentos Eletro-mecânico
• Motor e bomba
As bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia
ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro. Normalmente
recebem energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética ou em
ambas (AZEVEDO NETTO et al. 1998).
Segundo Hydraulic (2007), as bombas podem ser classificadas em quatro
classes de bombas: centrifugas, rotativas, de embolo (ou pistão), e de poço profundo
(tipo turbina).
Atualmente, as bombas rotodinâmicas, mas conhecidas como bombas
centrífugas, são as mais utilizadas em sistemas coletivos de esgotamento sanitário
com o advento da eletricidade e do motor elétrico (MACINTYRE, 1997).
28
As bombas centrífugas (Figura 16) são bombas hidráulicas que têm como
princípio de funcionamento a força centrífuga através de palhetas e impulsores que
giram no interior de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a
periferia do conjunto girante (AZEVEDO NETTO et al., 1998).
Segundo o Hydraulic (2007), as bombas centrifugas podem ser
classificadas quanto sua aplicação, material que são constituídas, liquido
transportado e quanto sua orientação no espaço.
PUMPS
DYNAMIC
DISPLACEMENT
CENTRIFUGAL
AXIAL FLOW
SINGLE STAGE
MULTISTAGE
CLOSED IMPELLER
OPEN IMPELLER
FIXED PITCH
VARIABLE PITCH
MIXED FLOW
RADIAL FLOW
SINGLE SUCTION
DOUBLE SUCTION
SELF – PRIMING
NONPRIMING
SINGLE STAGE
MULTISTAGE
OPEN IMPELLER
SEMI OPEN IMPELLER
CLODED IMPELLER
PERIPHERAL
SINGLE STAGE
MULTISTAGE
SPECIAL EFFECT
SELF – PRIMING
NONPRIMING
JET (EDUCTOR)
GAS LIFT
HYDRAULIC RAM
ELECTROMAGNETIC
Figura 16 - Classificação das Bombas Centrifuga.
Os motores empregados em bombeamentos normalmente são os
elétricos e, excepcionalmente, os térmicos. Os elétricos são máquinas que
transformam energia elétrica em mecânica e são os mais empregados de todos os
29
tipos de motores, pois combinam as vantagens de utilização de energia elétrica pelo
seu baixo custo de operação, manutenção e investimento e a grande versatilidade
de adaptação às cargas dos mais diversos tipos (MACINTYRE, 1997).
As bombas para impulsionamento de água ou de esgotos sanitários,
normalmente, são acionadas por motores movidos à eletricidade. Não é raro, porém,
o emprego de motores alimentados por outras fontes de energia, como, por
exemplo, motores de combustão interna, para que haja garantia de continuidade de
funcionamento nos períodos em que ocorram falhas no fornecimento de energia
elétrica. O próprio gás produzido nas estações de tratamento de esgotos poderá ser
uma fonte alternativa de energia. Motores movidos a energia solar também estão
começando a ser utilizado em comunidades longínquas e de difícil acesso (CETESB,
1976).
Vale ressaltar, os motores de alto rendimento que são aqueles projetados
para, fornecendo a mesma potência útil (na ponta do eixo) que outros tipos de
motores, consumirem menos energia elétrica da rede (MACINTYRE, 1997).
Os motores de alto rendimento apresentam as seguintes
características: chapas metálicas de melhor qualidade (aço
silício); maior volume de cobre, o que reduz a temperatura de
operação; enrolamentos especiais, que produzem menos perdas
estatóricas, rotores tratados termicamente, reduzindo perdas
rotóricas, altos fatores de enchimento das ranhuras, que provêm
melhor dissipação do calor gerado, anéis de curto-circuito
dimensionados para reduzir as perdas Joule, projetos de
ranhuras do motor são otimizados para incrementar o rendimento
(MOTORES, 2007).
3.2.2.3 Tubulações e órgãos acessórios
As tubulações são geralmente de ferro fundido com juntas de flange para
facilitar o reparo em caso de necessidade.
30
Os principais órgãos acessórios conectados às tubulações de uma
estação elevatória são os registros, válvulas de retenção, válvulas de é e os
manômetros e vacuômetros.
As válvulas ou registros de fechamento são utilizados para efetuar
manobras ou interromper o fluxo de água para execução de reparos, normalmente
em estações elevatórias são do tipo de gaveta e dotados de flanges. Na Figura 17 é
mostrada registro de gaveta.
Figura 17 - Registro de Gaveta
Fonte: Registro (2007)
As válvulas de retenção são destinadas a permitir a passagem da água
numa só direção. São instaladas na tubulação de saída para que, em uma
inesperada paralisação do bombeamento, o golpe causado pelo retorno da água não
cause danos à bomba. Na Figura 18 é mostrada válvula de retenção horizontal.
Figura 18 - Válvula de Retenção horizontal
Fonte: Válvula (2007)
Os manômetros
são utilizados para medir pressão e os vacuômetros para
medir pressões negativas. Os manômetros e vacuômetro são conectados junto a
saída e a entrada da bomba, respectivamente por meio de uma tubulação de
diâmetro reduzido. Nas Figura 19 Figura 20 são mostrados manômetros e
vacuômetros, respectivamente.
31
Figura 19 - Manômetro analógico.
Fonte: Manômetro... (2007)
Figura 20 - Vacuômetro analógico.
Fonte: Manômetro... (2007)
32
3.3 PROJETO DE ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO
A Norma Brasileira NBR 12208 “Projeto de estações elevatórias de esgoto
sanitário” de 1992, fixa as condições gerais para elaboração de projeto hidráulico
sanitário de estações elevatórias de esgoto sanitário.
Nessa norma são detalhados os itens técnicos:
a) Vazão
- Vazões afluente inicial e final.
b) Dimensionamento do poço de sucção
- Volume útil;
- Dimensões e formas do poço de sucção;
- Tempo de detenção média.
c) Dimensionamento dos condutos
- Velocidade de escoamento na sucção e no recalque.
d) Seleção dos conjuntos motor-bomba
- Vazão de recalque;
- Altura manométrica;
- NPSH (Net Positive Suction Head) disponível.
e) Características operacionais dos conjuntos motor-bomba
- Limite de rotação;
- Curvas características;
- Potência.
f) Canal afluente (a montante do poço de sucção) para as seguintes
finalidades
- Reunião de contribuições;
- Reunião de fluxo;
- Limite de rotação.
- Instalação do extravasor ou canal de desvio (“by pass”);
33
- Instalação de comportas;
- Instalação de equipamentos para remoção de sólidos grosseiros;
- Instalação de dispositivos de medição;
- Inspeção e manutenção.
Entre outras especificações, é recomendada adoção de itens de
segurança com implantação de sinais sonoros e visuais que possam indicar o
potencial de perigo, bem como a interrupção do funcionamento dos conjuntos antes
da ocorrência de danos.
A seguir são detalhados os seguintes itens: vazão de projeto; poço de sucção;
altura manométrica total; potência da bomba; rendimento da bomba e as curvas
características das bombas centrífugas.
•
Vazão de projeto
A vazão que se deve recalcar é determinada por meio da concepção
básica do sistema de esgotamento, da fixação do período de projeto e das etapas
para implantação das obras, e do regime de operação previsto para as elevatórias
(TSUTIYA, 2004).
•
Poço de sucção
O poço de sucção é a unidade do sistema de esgotamento sanitário
responsável pelo equilíbrio entre os volumes de esgoto produzido e esgoto bobeado
e pode ser dimensionado para bombas de rotação constante ou rotação variável.
Segundo Alem Sobrinho (2006), os fatores a serem considerados para
determinar o volume do poço de sucção são:
•
Condições asseguradas de vazão satisfatória para evitar situações
hidráulicas adversas;
•
Seleção, projeto e posicionamento das bombas, tubulações e
válvulas;
34
•
Volume
de
reserva
para
absorver
eventuais
paradas
de
bombeamento e/ou para absorver incremento de vazões nas horas
de pico;
•
relação entre a vazão afluente e a capacidade das bombas, bem
como o numero de partidas por hora para o qual o motor da bomba
e o equipamento elétrico foram dimensionados;
•
volume menor possível, para que o tempo de detenção do esgoto
não seja excessivo, evitando-se a septicidade desse esgoto.
Entretanto, basicamente, o dimensionamento do volume útil e do volume
efetivo do poço de sucção está condicionado aos dois últimos fatores citados, sendo
que:
•
Volume útil é o volume compreendido entre o nível máximo e o nível
mínimo de operação do poço (faixa de operação das bombas); e
•
Volume efetivo para calculo será aquele compreendido entre o fundo
do poço e o nível médio de operação das bombas.
Vale ressaltar que o volume do poço de sucção deve ser calculado,
determinando-se o volume útil e verificando se o tempo de detenção do esgoto no
volume efetivo é compatível com as recomendações que serão posteriormente
apresentadas.
O volume útil do poço de sucção é determinado considerando-se o
intervalo de tempo entre partidas sucessivas do motor bomba (tempo de ciclo) e a
vazão de bombeamento.
Segundo Pereira (2006), o tempo de ciclo (Tc) é o intervalo de tempo entre
dois acionamentos do motor. (Figura 21). Esse parâmetro é importância porque,
durante a partida do motor da bomba, é gerada uma determinada quantidade de
calor. Essa energia liberada em cada partida deverá ser dissipada, sendo que, um
número excessivo de partidas poderá levar o motor a um superaquecimento. A
35
dissipação dessa energia é feita através de um intervalo de tempo adequado entre
partidas sucessivas do motor bomba.
Figura 21 - Intervalo entre 2 acionamentos do mesmo CMB.
Para se determinar o tempo de ciclo (Tc) existem diferentes critérios, sendo
os mais usuais apresentados a seguia na Figura 22.
Autor ou entidade
Potencia do motor
Tempo de ciclo
< 300 CV (720 a 1200 rpm)
SABESP
>300CV
Flomatcher
Metcalf & Eddy
6 min
Consultar os fabricantes
Até 15 HP
10 min
20 a 50 HP
15 min
620 a 200 HP
30 min
250 a 600 HP
60 min
Até 20 HP
10 min
20 a 100 HP
15 min
100 a 250 HP
20 a 30 min
250 Hp
Consultar os fabricantes
Figura 22 - Critérios para a determinação do tempo de ciclo
Portanto, o tempo de ciclo serve para proteger o equipamento ao evitar o
super aquecimento do motor, sendo igual a soma dos tempos de enchimento e de
esvaziamento, como mostrado na seguinte expressão:
Tciclo = Tenchiment o + Tesvaziame nto
Levando em consideração a equação Q =
V
, o tempo de enchimento é
T
a relação entre o volume útil e a vazão de esgoto sanitário afluente (Qes), e o tempo
de esvaziamento é a diferença entre a vazão de esgoto bombeada (Qb) e a afluente
ao poço úmido, conforme mostrado nas seguintes expressões:
36
Tciclo = Tenchiment o + Tesvaziame nto
Tciclo =
Vútil
Vútil
+
Qes (Qb - Qes )
Considerando
dt
=0
dQes
dT
= Vútil × [- (1/ Qes 2 + (1 / (Qb - Qes)2 ]
dQes
)
Qes =
Qb
2
Tciclo =
Vútil
Vútil
+
Qb
Qb
Qb −
2
2
Tciclo =
2Vútil 2Vútil
+
Qb
Qb
Tciclo =
2Vútil + 2Vútil
Qb
Tciclo =
4Vútil
Qb
Nessa situação, o volume de enchimento é igual ao volume de
esvaziamento. Portanto, o volume útil mínimo será:
Vútil = Qb × Tciclo min
37
É recomendável que o tempo de detenção seja inferior a 30 min.
porém, dependendo das condições hidráulicas de esgotamento da bacia, ou subbacia que contribui para a elevatória, pode ser difícil conciliar este tempo máximo de
detenção com o volume de poço de sucção. A máxima detenção ocorrerá para
mínima afluente no inicio de operação da elevatória.
O tempo de detenção é um parâmetro importante, uma vez que a
permanência excessiva do esgoto bruto no poço acarretará a emanação de gases,
danificando a estrutura e o equipamento, alem de criar sérios problemas ao
operador.
Sendo:
Ve = volume efetivo do poço de sucção, m³
Qm = vazão media de projeto, afluente À elevatoria no inicio de operação,
m³/min
TDH = tempo de detenção no poço, min,
Resulta:
A finalidade do uso de bombas de rotação variável é manter a vazão da
bomba igual à vazão afluente à elevatória. Com isso, o volume do poço será mínimo,
pois há necessidade de atender às seguintes condições para o bom funcionamento
das bombas:
- disposição adequada das tubulações de sucção;
- submergência mínima para evitar a entrada de ar na bomba; e controle
das bombas.
Geralmente, o nível máximo do liquido no poço tem sido definido na cota
do coletor afluente e o nível mínimo, acima do topo da voluta da bomba, para manter
a bomba afogada e prevenir a entrada de ar.
38
A maioria dos sistemas de controle de bombas de rotação variável
necessita uma faixa operacional (faixa de controle) de no mínimo 0,60 cm.
Devido às grandes flutuações das vazões afluentes à elevatória e visando
a proteção das bombas, deve-se evitar que trabalhem a baixas vazões. Por isso, é
recomendável que o volume do poço de sucção para bombas de rotação variável
seja dimensionado para a vazão mínima da bomba:
Uma boa regra pratica é limitar a vazão mínima a valores não inferiores a
25 – 30% da vazão correspondente no ponto de melhor rendimento na rotação
máxima. No entanto, por questões de segurança, é recomendável obter-se do
fabricante a vazão mínima para a bomba escolhida.
Metcalf & Eddy e WPCF recomendam para o calculo do volume do poço de
sucção, tanto para bombas de rotação constante como para bombas de rotação
variável, a seguinte expressão:
Onde:
V = volume mínimo do poço de sucção, m³;
Q = capacidade da bomba, m³/min, ou incremento na capacidade de
bombeamento, quando uma bomba se encontra em operação e a segunda bomba é
ligada, ou a rotação da bomba é aumentada:
T = tempo mínimo, em minutos, de ciclo de bombeamento (tempo partidas
sucessivas, ou variação na rotação de uma bomba operando entre os limites de uma
faixa de controle).
Na NBR 12208/1992 – Projeto de estações elevatórias de esgoto
sanitário” é recomendado que o Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) deve ser o
menor possível e, portanto, eventuais folgas nas dimensões do poço de sucção
devem ser eliminas, sendo recomendado o maior valor 30 (trinta) minutos.
39
O dimensionamento do poço de sucção é um dos fatores cruciais para uma
boa eficiência energética, pois é com base na sua operação que se podem modular
cargas ou utilizar a estação de bombeamento nos horários mais favoráveis, evitando
as horas de pico.
•
Altura manométrica total
Este parâmetro identifica o potencial da bomba para elevar o líquido até
determinado nível. Segundo Crespo (2001), para satisfazer essa demanda de
trabalho, o equipamento necessita superar três solicitações simultâneas:
Altura geométrica (HG);
Perdas de cargas localizadas (∆HL);
Perdas de cargas distribuídas (∆HD).
A altura manométrica pode ser desdobrada em duas parcelas: A altura
manométrica de recalque e altura manométrica de sucção CETESB (1976).
A altura manométrica de recalque é a soma geométrica de recalque com
as perdas calculadas no trecho correspondente:
Hman.rec = HG.rec + JLR + k.(V²/2g)
Sendo:
. Hman.rec = altura manométrica de recalque, em metros;
. HG.rec = altura geométrica de recalque, em metros;
. JLR= Perdas de carga distribuída no recalque, em metros;
. k.(V²/2g) = Perda de carga localizada, em metros;
. k = Coeficiente de perda de carga localizada (valor tabelado)
. V = Velocidade da água no trecho, m/s;
. g = aceleração da gravidade, em m/s².
A altura manométrica de sucção é a soma geométrica de sucção com as
perdas calculadas no trecho correspondente.
40
Hman.suc = HG.rsuc + JLs + k.(V²/2g)
. Hman.suc = altura manométrica de sucção, em metros;
. HG.seuc = altura geométrica de sucção, em metros;
. JLS= Perdas de carga distribuída na sucção, em metros.
Na Figura 23 é mostrado esquema de unidade elevatória com altura de
sucção e altura de recalque.
Figura 23 – Esquema sistema estação elevatória.
Fonte: Barreto, 2007
Em qualquer cálculo de altura de sucção de bombas tem de ser
considerado que não deve ocorrer o fenômeno da cavitação, o qual consiste na
ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a
valores inferiores a pressão de vaporização (AZEVEDO NETTO, 1998).
No
interior
das
bombas,
no
deslocamento
das
pás,
ocorrem
inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressões reduzidas devido à própria
natureza do escoamento, o que favorece a formação de bolhas de ar (SILVESTRE,
1979).
Estas bolhas de ar desaparecem bruscamente, condensando-se, quando
alcançam zonas de altas pressões em seu caminho através da bomba. Como esta
41
passagem gasoso-líquido é brusca, o líquido alcança a superfície do rotor em alta
velocidade, produzindo ondas de alta pressão em áreas reduzidas. Estas pressões
podem ultrapassar a resistência à tração do metal e arrancar progressivamente
partículas superficiais do rotor, inutilizando-o com o tempo (BLACK, 1979).
Na cavitação são ouvidos ruídos e vibrações característicos e quanto
maior for a bomba, maiores serão estes efeitos. Além de provocar o desgaste
progressivo até a deformação irreversível dos rotores e das paredes internas da
bomba, simultaneamente, esta apresentará a progressiva queda de rendimento,
caso o problema não seja corrigido. Nas bombas a cavitação geralmente ocorre por
altura inadequada da sucção (problema geométrico), por velocidades de
escoamento excessivas (problema hidráulico) ou por escorvamento incorreto
(AZEVEDO NETTO, 1998)
Para garantir boas condições de aspiração das bombas, é necessário o
conhecimento do valor do NPSH (net positive suction head). O termo NPSH
comumente utilizado entre os fornecedores, fabricantes e usuários de bombas pode
ser dividido em dois tipos: o requerido (NPSHr) e o disponível (NPSHd).
(SILVESTRE, 1979).
- NPSHr é a energia do líquido que a bomba necessita para seu
funcionamento interno. Normalmente, o NPSHr é fornecido em metros de coluna de
água (TSUTIYA, 2004).
- NPSHd é a energia disponível que possui o líquido na entrada de sucção
da bomba. Portanto os fatores que influenciam diretamente o NPSH são a altura
estática de sucção, o local de instalação, a temperatura de bombeamento e o peso
específico, além do tipo de entrada, diâmetro, comprimento e acessórios na linha de
sucção que vão influenciar nas perdas de carga na sucção (SILVESTRE, 1979).
•
Potência fornecida pela Bomba
É a potência para elevar a vazão do líquido, de modo a vencer a altura
manométrica total (TSUTYA, 2004). É dada por:
42
PL = γQH
Onde:
PL = Potência líquida fornecida pela bomba (KW; N. m/s)
γ = Peso especifico da água (N/m³)
H= Altura Manométrica total (m).
•
Rendimentos ou eficiência da bomba
Rendimento de uma bomba é a relação entre a potência fornecida pela
bomba ao líquido (potência útil) e a cedida a bomba pelo eixo girante do motor
(potência motriz) (MACINTYRE, 1997).
Uma bomba recebe energia mecânica por meio de eixo e consume parte
desta no funcionamento de suas engrenagens, além de parte da energia cedida pelo
rotor ao líquido perde-se no interior da bomba em conseqüência das perdas
hidráulicas diversas, da recirculação e dos vazamentos, de modo que só parte da
energia recebida do motor é convertida em energia hidráulica útil (BLACK, 1979).
Na Figura 24 é mostrado o esquema das demandas de energia nos
conjuntos motor e bomba.
Figura 24 - Esquema das demandas de energia nos conjuntos motor e bomba.
Fonte: Adaptado Macintyre (1997).
De acordo com Macintyre (1997), a relação entre a energia útil, ou seja,
aproveitada pelo fluido para seu escoamento fora da bomba (que resulta na potência
útil) e a energia cedida pelo rotor é denominada de rendimento hidráulico interno da
bomba. A relação entre a energia cedida ao rotor e a recebida pelo eixo da bomba é
denominada de rendimento mecânico da bomba. A relação entre a energia útil, ou
43
seja, aproveitada pelo fluido para seu escoamento fora da bomba (potência útil) e a
energia inicialmente cedida ao eixo da bomba é denominada rendimento hidráulico
total da bomba e é simbolizada por ηb, e calcucada pela seguinte equação:
ηB =
PL γQH
=
PB
PB
Sendo:
ηb.= Rendimento ou eficiência da bomba;
PB =Potência consumida pela bomba,( KW; N.m/s).
•
Curvas características das bombas centrifugas
Tsutiya (2004) afirma que é de fundamental importância o conhecimento
das curvas características das bombas, pois cada bomba é projetada, basicamente,
para elevar determinada vazão (Q) a uma altura manométrica total (H) em condições
de máximo rendimento, e a medida que o par Q e H se afasta das condições ótimas
de operação, o rendimento da bomba tende a diminuir.
Na Figura 25 é apresentada esquematicamente a curva característica de
uma bomba centrifuga.
Figura 25 – Curva característica esquemática de uma bomba centrifuga.
Fonte: Adaptado Tsutya (2004)
44
Em elevatórias de água ou de esgoto, e em inúmeras aplicações
industriais, o campo da variação da vazão e da altura manométrica pode ser
excessivamente amplo, para ser abrangido pelas possibilidades de uma única
bomba, mesmo variando a velocidade. Recorre-se então a associações ou ligações
de duas ou mais bombas em sério ou paralelo (MACINTYRE, 1997).
A associação em série é utilizada quando se deseja variar a altura
manométrica e a associação em paralelo é utilizada quando é necessário o aumento
da vazão.
Na Figura 26 é mostrado o esquema da curva característica da
associação em série e paralelo de duas bombas “A” idênticas.
Figura 26 - Esquema da curva característica da associação em série e paralelo de duas bombas “A”
idênticas. Fonte: adaptado Macintyre (1997).
45
Assim, de uma forma geral, as EEEs de grande e médio porte apresentam
os seguintes componentes:
• canal de acesso, para redução da velocidade do esgoto;
• grade de barras, para retenção do material grosseiro;
• caixa de areia, para retenção de partículas inorgânicas;
• medidor de vazão, para monitoramento da vazão de esgoto;
• poço úmido, para acumulação do esgoto sanitário;
• conjuntos motor e bomba - CMBs, para recalque do esgoto;
• poço seco, para proteção dos CMBs, do painel de comando e do
gerador.
• painel de comando, para acionamento dos CMBs;
• gerador, para fornecimento de energia;
Na Figura 27 são representadas as principais partes da EEE.
Figura 27 – Estação Elevatória de Esgoto.
Fonte: Campos (1999).
A operação dessas unidades requer o desenvolvimento de critérios
técnicos que objetivam, principalmente, otimizar o projeto desenvolvido, de forma a
garantir seu funcionamento com vistas à redução do consumo de energia e
manutenção da vida útil dos equipamentos.
3.4 OPERAÇÃO DE ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO SANITÁRIO
A operação de estação elevatória de esgoto deve garantir que a rotina de
acumulação e recalque de esgoto para unidades subseqüentes, ocorra conforme
programação pré-estabelecida pela administração dessa estação.
46
Atualmente, essa operação conta com a automação que embora,
segundo Tsutiya (2005) aumente o custo do sistema, proporciona diminuição de
custo com pessoal, consumo de energia elétrica e produtos químicos, além de
melhorar a eficiência dos processos e aumentar a segurança.
Os principais componentes de automação das estações elevatórias de
esgoto sanitário são painéis elétricos locais, instrumentação, unidade controladora,
centro de controle operacional e interface homem-máquina, atuadores ou
acionamentos.
Em Estações Elevatórias de Esgoto o controle da partida tem forte influência
na economia de energia elétrica, sempre que possível, a partida de um motor
trifásico de gaiola, deverá ser direta, por meio de contatores. Deve ter-se em conta
que para um determinado motor, as curvas de conjugado e corrente são fixas,
independentes da dificuldade de partida, para uma tensão constante.
Nos casos em que a corrente de partida do motor é elevada podem ocorrer as
seguintes conseqüências prejudiciais:
• Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em função
disto, provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema
• Os
sistemas
de
proteção
(cabos,
contatores)
deverão
ser
superdimensionados, ocasionando custo elevado
• A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de
tensão da rede.
Caso a partida direta não seja possível, devido aos problemas citados acima,
pode-se usar sistema de partida indireta para reduzir a corrente de partida. Estes
sistemas de partida indireta (tensão reduzida) são
• Chave estrela-triângulo
• Chave compensadora
• Chave série-paralelo
47
• Reostato
• Partidas eletrônicas (soft-starter e inversores de freqüências)
a) Partida Com Chave Estrela-Triângulo (Ү – ∆)
É fundamental para a partida com a chave estrela-triângulo que o motor tenha
a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V, em 380/660V,
em 440/760V, em 1350/2300V, em 2400/4160V ou em 3800/6600V. Os motores
deverão ter no mínimo seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser
usada quando a curva de conjugados do motor é suficientemente elevada para
poder garantir a aceleração da máquina com corrente reduzida. Na ligação estrela, o
conjugado fica reduzido para 33% do conjugado de partida na ligação triângulo. Por
este motivo, sempre que for necessário uma partida estrela-triângulo, deverá ser
usado um motor com uma curva de conjugado elevado.
Antes de decidir por uma partida estrela-triângulo, será necessário verificar se
o conjugado de partida será suficiente para operar a máquina. O conjugado
resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de partida do motor (Figura
28), nem a corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor
inaceitável.
Figura 28 – Corrente e conjugado para partida estrelatriângulo de um motor de um motor de gaiola
acionamento uma carga com conjugado resistente Cr.
48
Onde
I∆ = Corrente em triângulo
IҮ = Corrente em estrela
CҮ = Conjugado em estrela
C∆ = Conjugado em triângulo
Cr = Conjugado resistente
tc = tempo de comutação.
b) Partida com chave Compensadora (Auto-Transformador)
A chave compensadora pode ser usada para a partida de motores sob carga.
Ela reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga no circuito, deixando,
porém o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. A tensão
na chave compensadora é reduzida através de autotransformador que possui
normalmente taps de 50, 65 e 80% da tensão nominal.
Para os motores que partirem com uma tensão menor que a tensão nominal,
a corrente e o conjugado de partida devem ser multiplicados pelos fatores K1 (fator
de multiplicação da corrente) e K2 (fator de multiplicação do conjugado) obtidos na
Figura 29.
Figura 29– Fatores de redução K1 e K2 em função das
relações de tensão do motor e da rede Um/Um
a. COMPARAÇÃO ENTRE CHAVES “Y – ∆” E COMPENSADORA
“AUTOMÁTICA”
• Estrela-Triângulo (automática)
49
Vantagens
a) A chave estrela-triângulo é muito utilizada por seu custo reduzido para baixas
tensões
b) Não tem limites quanto ao número de manobras
c) Os componentes ocupam pouco espaço
d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3
Desvantagens
a) A chave só pode ser aplicada a motores cujos seis bornes ou terminais sejam
acessíveis
b) A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor
c) Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente
nominal, reduz também o momento de partida para 1/3
d) Caso o motor não atingir pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico
de corrente na comutação de estrela para triângulo será quase como se fosse
uma partida direta, o que se torna prejudicial aos contatos dos contatores e
não traz nenhuma vantagem para a rede elétrica.
• Chave Compensadora (automática)
Vantagens
a) No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual a da chave
estrela-triângulo, entretanto, na passagem da tensão reduzida para a tensão
da rede, o motor não é desligado e o segundo pico é bem reduzido, visto que
o auto-trafo por curto tempo se torna uma reatância
b) É possível a variação do tap de 65 para 80% ou até para 90% da tensão da
rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente.
Desvantagens
a) A grande desvantagem é a limitação de sua freqüência de manobras. Na
chave compensadora automática é sempre necessário saber a sua freqüência
de manobra para determinar o auto-trafo.
50
b) A chave compensadora é também mais cara do que a chave estrela triângulo,
devido ao auto-trafo
c) Devido ao tamanho do auto-trafo, a construção se torna volumosa,
necessitando quadros maiores, o que torna o seu preço elevado.
c) Partida Com Chave Série-Paralelo
Para partida em série-paralelo é necessário que o motor seja religável para
duas tensões, a menor delas igual a da rede e a outra duas vezes maior.
Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão nominal mais
comum é 220/440V, ou seja, durante a partida o motor é ligado na configuração
série até atingir sua rotação nominal e, então, faz-se a comutação para a
configuração paralelo.
d) PARTIDA COM REOSTATO PARA MOTORES DE ANEIS
O motor de indução de anéis pode ter uma família de curvas conjugado x
velocidade, através da inserção de resistências externas no circuito rotórico. Desta
maneira, para uma dada velocidade, é possível fazer o motor fornecer qualquer valor
de conjugado, até o limite do conjugado máximo. Assim é possível fazer com que o
motor tenha altos conjugados na partida com correntes relativamente baixas, bem
como fazê-lo funcionar numa dada velocidade com o valor de conjugado desejado.
Em cada uma das curvas da família de curvas, o motor comporta-se de
maneira que à medida que a carga aumenta, a rotação cai gradativamente. À
velocidade síncrona, o conjugado motor torna-se igual a zero. (Figura 30)
51
Figura 30– Família de curvas de conjugado x rotação para
motores de anéis
A utilização de motores de anéis, baseia-se na seguinte equação
p j2
3 × R2 × I 22
s=
=
ω0 × T
ω0 × T
Onde
s = escorregamento
R2 = Resistência rotórica (Ω)
I2 = Corrente rotórica (A)
ω0 = rotação síncrona (rad/s)
T = Torque ou conjugado do rotor (Nm)
Pj2 = perdas no rotor (W)
A inserção de uma resistência externa no rotor faz com que o motor aumente
o escorregamento, provocando a variação de velocidade. Na Figura 30, vê-se o
efeito do aumento da resistência externa inserida ao rotor
e) PARTIDAS ELETRÔNICAS
• SOFT-STARTER
O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de partida a estado sólido
a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR, ou combinações de
tiristores/diodos), ligados aos bornes de potência do motor.
52
O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente
fornecendo uma tensão variável aos terminais do motor durante a “aceleração”. Este
comportamento é, muitas vezes, chamado de “partida suave” (soft-starter). No final
do período de partida, ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge seu valor
pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser
submetido a incrementos ou “saltos” repentinos, como ocorre com os métodos de
partida por auto-tranformador, ligação estrela-triângulo, etc. Com isso, consegue-se
manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave variação, como
desejado. (Figura 31)
Além da vantagem do controle da tensão (e por conseqüência da corrente)
durante a partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir
partes móveis ou que gerem arcos elétricos, como nas chaves mecânicas. Este é
um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil é bem mais longa
(até centenas de milhões de manobras) que as chaves mecânicas (poucos milhares
de manobras).
Figura 31–
Partida direta e com soft-starter.
Inversor de Freqüência
O advento de acionamento de velocidade variável, confiáveis e de custo
efetivo, mudou rapidamente os procedimentos mnecânicos. Estes acionamentos,
que regulam a velocidade do motor, controlando a tensão e a freqüência da rede,
53
têm aumentado a abrangência das aplicações e possibilidades de controle dos
motores C.A.
O uso de controle de freqüências ajustável, entretanto, impacta o projeto,
desempenho e confiabilidade dos motores CA. Muitos efeitos são positivos.
Velocidades baixas significam ciclos menores (portanto fadiga minimizada) dos
rolamentos, ventoinhas e outros elementos girantes. A “partida suave” de um motor
elimina os altos esforços da partida nos enrolamentos estatóricos e barras do rotor
que são usuais quando parte-se motores diretamente á rede.
Acionamentos de freqüência ajustável podem influenciar positivamente a vida
útil do motor, quando adequadamente aplicados. Há, contudo, uns poucos fatores
importantes que devem ser considerados quanto ao uso de motores com
acionamento. Estes problemas são bem definidos e administráveis e a seguir
abordados. A vivência de problemas com a instalação de acionamentos será
significativamente reduzida pela consideração adequada desses fatores já na
especificação técnica.
Aspectos adicionais na Especificação de Motor com Velocidade Variável
Aplicações com velocidade variável possuem a maioria dos problemas das
aplicações com motor á velocidade constante, tais com, requisitos específicos da
carga, integridade da isolação, vibrações, qualidade dos materiais e da construção.
Há cinco aspectos adicionais que devem ser levados atentamente em consideração
quando especifica-se motores para aplicações com velocidade variável.
Tensão modo comum
Quando operando, diretamente á rede, o motor é alimentado pela tensão de
entrada trifásica. Com uma fonte de alimentação regular trifásica, a soma de todos
os vetores de fase é zero, o neutro é estacionário e é usualmente mantido aterrado.
Uma ponte retificadora trifásica é a fonte de alimentação de um motor acionado por
Inversor
de
Freqüência.
Em
operação,
somente
duas
fases
conduzem
simultaneamente, portanto, a soma vetorial não é zerada. O centro link CC
movimenta-se e tem valores de tensão positivos e negativos com relação ao terra
54
(tensão “Modo Comum”), com magnitudes que variam com ângulo de disparo da
ponte retificadora. A magnitude da tensão de Modo Comum em cada perna da ponte
pode ser igual a metade da tensão nominal Fase-Neutro. Assim, a tensão total
aplicada nas fases do motor com cnversor CA-CA pode ser duas vezes a tensão
nominal (norma quando se especifica um motor para operar com variador de
freqüência).
Harmônicas
Os efeitos das harmônicas geradas pelo acionamento podem afetar a
operação, vida útil e desempenho do motor. Estes efeitos podem ser divididos em
três categorias: aquecimento, dielétrico e mecânico. A Figura 32 ilustra um exemplo
de forma de onda de tensão (PWM) e corrente que pode ser fornecida à um motor
por um inversor de freqüência.
Figura 32 – Tensão e corrente no motor
As harmônicas de correntes são aditivos à corrente fundamental e, portanto
geram calor adicional nos enrolamentos do motor. Se as harmônicas forem
negligenciáveis, haverá calor adicional negligenciável no motor. Mesmo um valor de
30% de distorção de corrente num motor, não gera mais que 8% de calor adiciona
(devido principalmente aos enrolamentos do motor que se comportam como filtro).
É necessário que o fornecedor do acionamento supra o fornecedor do motor
com informações sobre as harmônicas geradas para permitir que o motor seja
devidamente projetado com a adequada capacidade absorção/dissipação de calor
para contrabalancear qualquer perda e/ou aquecimentos adicionais. Um motor
operando com velocidade variável através de um inversor de freqüência devem
55
atender os mesmos limites de elevação de temperatura que o motor operando como
uma senóide pura.
Freqüência de Chaveamento e ondas estacionárias
Além da possibilidade de gerar calor adicional, as formas de ondas dos
acionamentos podem ter outros feitos diretos no sistema de isolação dos motores.
Todos os acionamentos estáticos utilizam dispositivos eletrônicos de chaveamento
na sua secção de inversão. A ação do chaveamento (liga-desliga) produz picos e
transientes de tensão e corrente que afetam de forma variada a isolação do motor.
Ocasionados pela freqüência de chaveamento, picos de tensão e corrente que
afetam de forma variada a isolação do motor. A freqüência e amplitude desses
surtos todos influenciam a vida do isolamento e provável forma de defeito.
Faixa de Velocidade
Apesar da inércia não ser um problema para o motor com partida suave o é
para o acionamento. Aplicações centrifugas requerem que o motor e acionamento
sejam dimensionados para as condições de máxima velocidade de operação.
Na maioria das aplicações com velocidade variável, a máxima velocidade de
operação é ou está perto da rotação nominal de um motor padrão ligado diretamente
à rede.
As operações em baixa velocidade não partilham os mesmos problemas de
integridade mecânica das operações em alta velocidade, mas certamente partilham
os problemas de mancais, lubrificação e de refrigeração.
A mínima velocidade de operação deve ser especificada na Especificação de
Dados, tendo em vista que o sistema de refrigeração do motor está ligado
intimamente à sua rotação.
Operação à velocidade crítica pode resultar em níveis de vibração altos que
podem levar a falha por fadiga dos componentes do trem de acionamentos. Para
evitar este risco, deve-se especificar uma máquina que tenha qualquer frequencia
56
crítica dentro da faixa de operação pretendida, ou fazer com que o inversor de
frequência “pule’ esta rotação.
Para a maioria das aplicações com motores de quatro pólos maiores, na faixa
de 50% a 100% da velocidade, tal solução é normal. Porém, com motores de dois
pólos ou as faixas mais amplas de variação de velocidade, pode haver uma grande
oportunidade para o surgimento problemas. Em motores maiores, de mais alta
velocidade estas soluções podem ser custosas ou indisponíveis. Utilizar motores que
tenham freqüência críticas na faixa de operação é possível, se eles tiverem uma
resposta em freqüência bem amortizada. Alternativamente, o controle pode ser
bloqueado para operações em freqüências bem definidas, que por sua vez limita a
flexibilidade operacional do acionamento.
Aspecto na partida
Um aspecto positivo na operação de motores com acionamento de freqüência
variável é a partida suave. As instalações típicas de acionamentos são configuradas
para limitar a corrente do motor a 100% da nominal, eliminando assim os esforços
de partida no isolamento do motor e na rede de alimentação.
57
4 MATERIAL E MÉTODOS
No estudo foi considerada estação elevatória de esgoto do tipo
convencional, composta de poço seco, 3 conjuntos motor e bomba tipo centrífuga
(2+1) e de poço úmido com 5m e 1,5 de altura útil e de reserva, respectivamente,
conforme representado na Figura 33.
Poço de
sucção
Poço
seco
Figura 33 – corte da estação elevatória utilizado no estudo.
Essa estação elevatória é constituída por:
a) Linha de sucção em ferro fundido com 3,20m de comprimento e de
1,5m de altura geométrica, tendo como singularidade uma entrada
de borda, 1 curva de 90º, 1 redução gradual e 1 registro de gaveta
aberto;
b) Linha de recalque em ferro fundido com 12m de comprimento e
6,40m de altura geométrica, tendo 2 curvas de 90º, 1 redução
gradual, 1 registro de gaveta aberto, 1 válvula de retenção e 1
curva de 45º;
c) Barrilete em ferro fundido com 37,70m de comprimento e 4,40m de
altura geométrica, tendo curvas de 90º, 1 ampliação gradual, 1 registro
58
de gaveta aberto, 1 saída da canalização, 1 tê de passagem direta e 3
Tês de passagem lateral. (Figura 34) .
Tubulação
Sucção
Recalque
Barrilete
Recalque
Recalque
CMB1
RESERVA
Altura geométrica (m)
1,50
6,70
4,40
Sucção
Sucção
CMB1
Barrilete
Sucção
Recalque
Barrilete
Comprimento (m)
3,20
12,00
37,70
Figura 34 – Vista em planta da estação elevatória utilizado no estudo.
.
59
4.1 FASES DO ESTUDO
O estudo foi dividido nas três fases, sendo a Fase 1 é composta pela
definições operacionais de Hidrograma de vazão de esgoto e definição da curva do
sistema e dos níveis de operação no poço de sucção, na Fase 2 será utilizado os
dados definidos na Fase 1 para simular a operação do bombeamento da estação
elevatórias para diferentes volumes úteis do poço de sucção e na Fase 3 foi
comparados os resultados das obtidos da Fase 2 em relação ao custo de energia
elétrica com bombeamento e custo construtivo, conforme mostrada na Figura 35.
FASES DO
ESTUDO
FASE 1 – DEFINIÇÕES DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS.
•
ELABORAÇÃO DO HIDROGRAMA DE VAZÃO DE ESGOTO;
•
DEFINIÇÃO DA CURVA DO SISTEMA E DOS NÍVEIS DE
OPERAÇÃO NO POÇO DE SUCÇÃO;
FASE 2 - SIMULAÇÃO DO BOMBEAMENTO PARA DIFERENTES
VOLUMES ÚTEIS NO POÇO DE SUCÇÃO.
FASE 3 - COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS
•
CUSTO COM ENERGIA ELÉTRICA
•
CUSTO CONSTRUTIVO
Figura 35 - Fases da metodologia.
4.2 FASE 1 – DEFINIÇÕES DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS
Nessa fase foi elaborado o Hidrograma de vazão de esgoto e
determinada a curva do sistema.
60
a) Elaboração do Hidrograma de vazão
Inicialmente foram calculadas as vazões de esgoto domestico mínima,
média, máxima diária e máxima horária, considerando a população contribuinte de
175.000 habitantes, o coeficiente do dia de maior consumo de água (K1) de 1,2, o
coeficiente da hora de maior consumo de água (K2) de 1,5, o coeficiente do dia de
menor consumo de água (K3) de 0,5, o coeficiente de retorno (C) de 0,8, a taxa de
infiltração (Tinf) de 0,0005 L/s.m, o valor do consumo per capita de água (q) de 250
L/hab.dia e o comprimento de rede coletora de esgoto de 135 Km.
Com esses parâmetros foram calculadas as vazões mínima, média e máxima
de esgoto sanitário ao longo de um dia, de acordo com as expressões
recomendadas na NBR 9649 – Projetos de redes coletoras de esgoto sanitário
A vazão média de esgoto sanitário foi multiplicada por coeficientes para
representar a variação horária da produção de esgoto sanitário em áreas urbanas,
sendo adotada que a vazão mínima e máxima de esgoto ocorrem no horário da
madrugada e no comercial, respectivamente, Na Tabela 2 são mostrados os
coeficientes adotados na pesquisa.
Tabela 2 – coeficientes multiplicativos ao longo
de 24 horas de produção de esgoto. (conntinua)
HORA
COEFICIENTE MUTIPLICATIVO
01:00:00
02:00:00
03:00:00
04:00:00
05:00:00
06:00:00
07:00:00
08:00:00
09:00:00
10:00:00
11:00:00
12:00:00
13:00:00
14:00:00
15:00:00
16:00:00
17:00:00
0,57
0,59
0,58
0,6
0,8
0,84
1
1,05
1,11
1,14
1,14
1,18
1,19
1,17
1,14
1,12
1,08
61
(Conclusão)
HORA
COEFICIENTE MUTIPLICATIVO
18:00:00
19:00:00
20:00:00
21:00:00
22:00:00
23:00:00
24:00:00
1,04
0,98
0,86
0,86
0,78
0,7
0,57
Os valores de vazão em cada hora foram utilizados na elaboração do
Hidrograma de vazão de esgoto, que foi representado graficamente em L/s no eixo
das ordenadas em hora no eixo das abscissas, tendo, ainda, os valores das vazões
mínima, média e máxima representadas por retas paralelas ao eixo das abscissas.
Com isso foram determinadas as vazões de bombeamento da EEE,
considerando que:
• O valor da vazão da operação em paralelo de 2 CMB’s superior ao valor da
vazão máxima diária de esgoto sanitário.
• O valor da vazão da operação de 1 CMB foi superior ao valor da vazão
mínima diária de esgoto sanitário.
b) Definição da Curva do Sistema
Nessa etapa foram elaboradas as curvas características do sistema para
três conjuntos motor e bomba funcionando em paralelo, com 1 em operação e 2 de
reserva (2+1). Essas curvas relacionaram a altura manométrica total do sistema de
elevação do liquido com a vazão de bombeamento de esgoto.
Para calcular o valor da perda de carga localizada nas tubulações de
sucção, de recalque e no barrilete, foram considerados os efeitos das velocidades
de bombeamento na operação em paralelo dos CMB’s, sendo utilizada a expressão
∆HL = K (V2/2g) recomendada por Azevedo Neto, 2006.
A perda de carga ao longo da canalização de sucção e de recalque foi
calculada com o uso da expressão hf=JL, onde J é a perda de caga unitária e L é o
comprimento da tubulação.
62
Após cálculos das perdas de carga localizada e ao longo da tubulação foi
calculada a altura manométrica utilizando a formula:
HMAN. TOT. = HGS+ HGR + HFS+ HFR
Para as tubulações de sucção e recalque na operação 2+1, foram
adotados os diâmetros comercias que atendessem aos valores adotados de
velocidade de sucção de (1,56 m/s) e de recalque (2,0 m/s).
Com o Hidrograma de vazão e a curva do sistema foram definidas as
características dos CMB’s para rotinas de operação em paralelo dos conjuntos motor
e bomba, atendendo as mesmas vazão nominal e altura geométrica.
Para isso, foram consultados os gráficos de conjuntos motor e bomba
relacionados com a linha de produção de diferentes fabricantes, os quais, via de
regra, consistem de diagramas cartesianos em que são especificados o campo de
operação de uma serie de bombas do mesmo tipo.
Em seguida foram selecionadas as curvas das bombas que atendem a
vazão e a altura manométrica da rotina de operação 2+1 na estação elevatória de
esgoto, determinado o ponto de operação da bomba, que corresponde à interseção
da curva característica da bomba com a curva característica do sistema nas
referidas operações em paralelo.
Também foi calculada a potência líquida fornecida ou para elevar a vazão
(PL) das bombas.
4.3 FASE 2 - SIMULAÇÃO DO BOMBEAMENTO PARA DIFERENTES VOLUMES
ÚTEIS NO POÇO DE SUCÇÃO.
Inicialmente as simulações do bombeamento na EEE foram realizadas
utilizando software EPANET 2.0, porém o software altera a velocidade da bomba
para igualar a vazão de entrada (Hidrograma de vazão) com a vazão de saída
(vazão da bomba) sem a possibilidade bloquear este comando, as simulações da
operação da estação elevatória de esgoto sanitário foram realizadas utilizando o
63
programa Excel, já que o referido trabalho tem o objetivo de realizar a simulação da
estação elevatória sem o inversor de freqüência.
Assim, na Fase 2 avaliadas diferentes volumes úteis no poço de sucção,
considerando os tempos de detenção hidráulica de 10 minutos, 20 minutos e 30
minutos e a seguinte expressão:
Qmed =
Vútil
TDH .
É importante observar que o TDH de 30 minutos é o Máximo
recomendado pela NBR 12208 – Projeto de estações elevatórias de esgoto, bem
como que os TDH de 10 minutos e 20 minutos são valores freqüentemente utilizados
em projetos de estações elevatórias de esgoto sanitário.
Para os volumes úteis Volume 1, Volume 2, Volume 3 do poço de sucção
foram simulados os conjuntos motor e bomba, considerando:
a) 24 horas de operação;
b) A variação horária da vazão de entrada de esgoto sanitário no poço de
sucção, conforme Hidrograma de vazão;
c) A capacidade de bombeamento (1+2) com o CMB tendo vazão superior
a mínima de esgoto sanitário.
d) A capacidade de bombeamento (2+1) com o CMB tendo vazão superior
a máxima de esgoto sanitário.
e) Três níveis de operação N1=1,5m, N2=4m e N3=6,5, conforme a
Figura 36.
64
N3=6,5m
2+1
2,5 m
5, 0 m
Volume
Útil
N2=4 m
1+2
2,5 m
N1=1,5m
0+3
Volume
Reserva
1,5 m
Figura 36 – Níveis de Operação.
f)
O acionamento de 2 CMB’s,(2+1) quando o poço de sucção atingir o
nível Maximo (N3) com desligamento de 1 CMB quando o nível baixar para
o nível 2 (N2) e com o desligamento do outro CMB quando atingir o nível
mínimo (N1), conforme representado na Figura 37.
QESG
Enchimento
N3
N2
N1
Esvaziamento
2+1
1+2
0+3
QEEE
Figura 37 – Seqüência de operação 2+1.
As simulações das estações elevatórias de esgoto sanitário com
diferentes volumes úteis foram realizadas para determinar:
•
O tempo de funcionamento dos CMB’s durante 24 horas de simulação.
65
•
O tempo de funcionamento dos CMB’s no horário de ponta (18h00min
– 21h30min);
•
Os números de acionamentos dos CMB’s durante 24 horas e no
horário de ponta;
•
A Variação do nível do poço de sucção durante 24 horas;
•
Custo de energia elétrica médio por metro cúbico bombeado de cada
CMB, utilizando tarifas de fornecimento de energia elétrica e custos de
serviços adotados na resolução nº. 527 de 06 de agosto de 2007 da
Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL.
Para os cenários de simulação com diferentes volumes úteis do poço de
sucção foram adotados parâmetros hidráulicos descritos na Figura 38:
Propriedades
Valor
Unidade de Vazão
Litros/Segundo
Formula de perda de carga
Hazen Williams
Densidade Relativa do liquido
1
Viscosidade relativa do liquido
1
Figura 38 – Parâmetros hidráulicos adotados na simulação da estação elevatória
de esgoto.
4.4 FASE 3 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS
Nessa fase foram comparadas as estações elevatórias de esgoto sanitário
com diferentes volumes úteis em função do custo de operação com energia elétrica.
Os valores, em porcentagem, da utilização dos conjuntos motor e bomba
para as rotinas de operação 2+1, na estação elevatória de esgoto, bem como foi
calculado o tempo de ciclo que, segundo Alem Sobrinho (1999), consistem no
intervalo de tempo entre duas partidas sucessivas de uma mesma bomba.
O consumo energético médio que é: a potencia média, medida por um
aparelho integrador, durante o intervalo de tempo de funcionamento calculado
utilizando a seguinte equação:
66
Consumo = potencia média x tempo de funcionamento
Para calculo do custo diário em reais por metro cúbico de esgoto
bombeado foi utilizados tarifas de fornecimento de energia elétrica e custos de
serviços adotados na resolução nº. 527 de 06 de agosto de 2007 da Agencia
Nacional de Energia Elétrica – ANEEL na analise de energia para operação de três e
cinco CMB’s em paralelo.
Também foi levada em consideração a modalidade tarifaria horosazonal,
que consiste no horário de ponta, que no caso na Companhia de Energia do Estado
do Pará a CELPA – Centrais Elétricas do Pará S/A, consiste no período
compreendido das 19h00min às 21h00min, exceto aos sábados domingos e feriados
definidos por Lei Federal.
67
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste item são apresentados os resultados obtidos na Fase 1 Definições
de condições operacionais, na Fase 2 Simulação do bombeamento para diferentes
volumes úteis no poço de sucção e na Fase 3 Comparaçao dos resultados.
5.1 FASE 1 - DEFINIÇÕES DE CONDIÇÕES OPERACIONAIS
Inicialmente foi calculada a vazão de infiltração de esgoto com uso da
expressão:
Qinf =L×Tinf
Qinf =135000×0,005
Qinf =67,5 L/s
(1)
Após calculo da vazão de infiltração foi calculado as vazão mínima, média
e máxima diária e horária com o uso das seguintes expressões:
Vazão mínima de esgoto doméstica
C×P×q×K 3
+Qinf
86400
0,8×175.000×250×0,5
Q min =
+67,5
86400
Q min =202,5+67,5
Q min =
(2)
Q min =270 L/s
Vazão média de esgoto doméstica
C×Pi×q
+Qinf
86400
0,8×175000×250
Q méd =
+67,5
86400
Q méd =472,6 L/s
Q méd =
(3)
Vazão máxima diária de esgoto doméstica
68
C×Pi×q×K1
+Qinf
86400
0,8×175000×250×1,2
Q maxd =
+67,5
86400
Q maxd =553,6 L/s
Q maxd =
(4)
Vazão máxima horária de esgoto doméstica
C×Pi×q×K1 xK 2
+Qinf
86400
0,8×175000×250×1,2×1,5
Q maxh =
+67,5
86400
Q maxh =796,7 L/s
Q maxh =
(5)
Na Tabela 3 são mostradas as vazões máximas (horária e diária), média e
mínima de esgoto sanitário utilizadas na elaboração do Hidrograma de vazão de
esgoto.
Tabela 3 – Vazões de esgoto sanitário.
POPULAÇÃO
(hab.)
175000
VAZÃO DE ESGOTO SANITÁRIO
(L/s)
Mínima
Média
Máxima diária
Máxima horária
270
472,6
553,6
796,7
Na Tabela 4 são mostrados os valores de vazão de esgoto que comporão
o Hidrograma de vazão de esgoto, obtidos pela multiplicação dos coeficientes com a
vazão média de esgoto.
Tabela 4 – Vazões de esgoto sanitário.
COEFICIENTE
TEMPO
MULTIPLICATIVO
(HORAS)
(A)
01h00min
02h00min
03h00min
04h00min
05h00min
06h00min
07h00min
0,57
0,59
0,58
0,6
0,8
0,84
1
(Continua)
VAZÃO MÉDIA DE
ESGOTO (L/S)
(B)
VAZÃO (L/S)
(AxB)
472,6
269,4
278,8
274,1
283,6
378,1
397,0
472,6
69
(conclusão)
Tempo (horas)
Coeficiente multiplicativo
(A)
08h00min
09h00min
10h00min
11h00min
12h00min
13h00min
14h00min
15h00min
16h00min
17h00min
18h00min
19h00min
20h00min
21h00min
22h00min
23h00min
00h00min
1,05
1,11
1,14
1,14
1,18
1,19
1,17
1,14
1,12
1,08
1,04
0,98
0,86
0,86
0,78
0,7
0,57
Vazão média de
esgoto (L/s)
(B)
Vazão (L/s)
(As)
472,6
496,2
524,6
538,8
538,8
557,7
562,4
552,9
538,8
529,3
510,4
491,5
463,1
406,4
406,4
368,6
330,8
269,4
Na Figura 39 é mostrada a curva de variação de vazão de esgoto, sendo
possível observar à redução da vazão de produção de esgoto nos períodos de
19h00min as 00h00min e 01h00min às 06h00min, enquanto que no período de
07h00min as 19h00min, ocorrem maior produção de esgoto.
Figura 39 – Hidrograma de vazão de esgoto, variando em 24 horas.
A vazão de bombeamento de cada bomba foi estabelecida em 300 L/s,
que é 11,11% maior do que a vazão mínima de esgoto sanitário. Para efeito de
calculo foi considerado a soma direta das vazões da operação em paralelo dos dois
70
conjuntos motor e bomba, o que resultou na vazão de bombeamento de 600 L/s.
Esse valor é 8,3% superior a vazão máxima diária de esgoto sanitário.
5.1.2 – Definição da curva do sistema e dos níveis de operação.
Com os dados definidos para o hidrograma de vazão e os valores de
vazão de bombeamento foram calculadas as velocidades de sucção e de recalque e
do Barrilete.
Vale ressaltar, que no cálculo da velocidade de sucção e recalque foi
considerado o bombeamento de 1 conjunto motor e bomba, por se tratar de
tubulações independentes, o que não ocorre quando é calculada a velocidade no
Barrilete que consiste em tubulações comuns que é determinada a partir da soma
das vazões recalcadas, conforme mostradas na Figura 40.
TUBULAÇÃO
Sucção
Vazão
(m³/s)
0, 300
DN (m)
0,50
V (m/s)
1,53
Recalque
0, 300
0,45
1,89
Barrilete
0, 600
0,8
0,60
Figura 40 - Velocidades das tubulações de sucção e recalque.
Após o cálculo das vazões foram obtidos valores de perda de carga total
de 1,44 m na operação 2+1, que somado ao valor da altura geométrica resulta na
altura manométrica de 10,04 m.
Na Figura 41 é mostrada a curva do sistema para condições mínimas e
máximas de vazão, correspondendo ao funcionamento de duas bombas centrifugas
em paralelo.
71
Curva do Sistema - 2+1
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
Altura Manométrica (m)
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000 1100 1200 1300
Vazão (L/s)
1+2
2+1
Figura 41 – Curva do sistema para condições máximas e mínimas de vazão,
correspondendo ao funcionamento de 2 conjuntos motor e bomba em paralelo.
A potência instalada considerando fator de segurança igual a 1,10 para de
cada bomba, foram obtidos os valores de 61cv para a rotina operacional 2+1.
Potência calculada:
J × Q × H MAN
η × 75
1000 × 0, 300 × 10, 4
Pot =
0, 75 × 75
Pot = 55cv
Pot =
Potencia instalada
Pinst . = Pot × Fseg .
Pinst . = 55 × 1,10
Pinst . = 61cv
Pinst . = 46,11kW
72
Com dados de capacidade de bombeamento dos CMB’s (600L/s) e altura
manométrica nas rotinas operacionais 2+1 (10,04), foi possível identificar, utilizando
o catálogo da ABS PUMPS, o conjunto motor bomba AF450/10-W3GB301 que
atendeu os requisitos calculados, conforme ilustrado na Figura 42.
AF 450/10-W3 GB301
Figura 42 - Família de bomba utilizada na pesquisa.
A potencia nominal do conjunto motor bomba da série AF450/10W3GB301 é de 45kW, tensão nominal de 460 V,1-fase / 3-fase
3~,
85,1A
de
corrente nominal,. 510 A de corrente de partida, 60 Hz freqüência, 86,4 % de
rendimento, 0,769 de fator de potência, Grau de proteção IP68, 695 1/min de
rotação nominal, torque nominal de 618 Nm e 649 Nm de torque de partida.
Na operação com três conjuntos motor e bomba, sendo um funcionando e
dois reserva possui capacidade de bombear 300 l/s com rendimento total de 75 %.
Na operação 1+2 tem capacidade de elevar o liquido a altura manométrica de 10,5
m atendendo os requisitos calculados, conforme mostrado na Figura 43.
73
Ponto de operação em paralelo 1+2
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
Altura Manométrica (m)
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Vazão (L/s)
1+2
1 CMB
Figura 43 – Ponto de operação em paralelo 1+2.
Na operação com 2 CMB’s operando e 1 CMB de reserva (2+1) o
conjunto motor e bomba escolhido possui capacidade de bombeamento de 611 L/s e
altura manométrica de 11,4 m atendendo os requisitos calculados, conforme
mostrado na Figura 44.
Ponto de operação em paralelo 2+1
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
Altura Manométrica (m)
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Vazão (L/s)
2+1
2 CMB'S
Figura 44 – Ponto de operação com 2 CMB operando e 1CMB’S
de reserva.
74
Na Figura 45Figura 45 é mostrado o ponto de operação da bomba com o
funcionamento 1+2 e 2+1.
Ponto de operação em paralelo 2+1
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
Altura Manométrica (m)
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
1+2
2+1
Vazão (L/s)
1 CMB
2 CMB'S
Figura 45 – Ponto de operação 1+2 e 2+1.
5.2 FASE 2 – SIMULAÇÃO DO BOMBEAMENTO PARA DIFERENTES VOLUMES
ÚTEIS NO POÇO DE SUCÇÃO.
Inicialmente foram calculados os volumes 1, 2 e 3 úteis do poço de
sucção utilizando os respectivos tempos de detenção hidráulica de 10 minutos, 20
minutos e 30 minutos e a seguinte expressão:
Qmed =
Vútil
TDH .
Cálculo do Volume 1:
Volume 1
TDH
3,6 Volume 1
(472,6×
)=
60
10
Volume 1=28,36×10
Q med =
Volume 1=283,6 m 3
75
Cálculo do Volume 2:
Volume 2
TDH
3,6 Volume 2
(472,6×
)=
60
20
Volume 2=28,36×20
Q med =
Volume 2=567,1m 3
Cálculo do Volume 3:
Volume 3
TDH
3,6 Volume 3
(472,6×
)=
60
30
Volume 2=28,36×30
Q med =
Volume 3=850,7 m 3
Na Figura 46 é representado graficamente o volume 1, 2 e 3 utilizados
para realização da simulação do bombeamento no poço de sucção.
NA max
NA max
Volume 1
283,6m³
NA min
NA max
Volume 2
567,1m³
NA min
Volume 3
850,7 m³
NA min
Figura 46 – Volume útil do poço de sucção por tempo de detenção.
Após a construção do Hidrograma de Vazão de esgoto e definição da
curva da bomba e cálculo do volumes 1, 2 e 3, foi calculado o tempo de
funcionamento dos conjuntos motor e bomba durante 24 horas para os referidos
volumes úteis.
76
Na simulação com volume 1 (283 m³ - TDH 10min), teve o CMB1 ligado
por 23,74 horas, enquanto que o CMB2 funcionou por um período de 14,38 da
simulação, conforme mostrado na Tabela 5.
Tabela 5 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 (283m³)
CMB1 (min.)
CMB2(min.)
Tempo (hora)
LIGADO
DESLIGADO
LIGADO
DESLIGADO
00:00:00
44,64
15,36
8,04
51,96
01:00:00
60
0
0
60
02:00:00
60
0
0
60
03:00:00
60
0
8,45
51,55
04:00:00
60
0
25,11
34,89
05:00:00
60
0
32,7
27,3
06:00:00
60
0
37,4
22,6
07:00:00
60
0
49,92
10,08
08:00:00
60
0
51,01
8,99
09:00:00
60
0
58,72
1,28
10:00:00
60
0
52,88
7,12
11:00:00
60
0
60
0
12:00:00
60
0
60
0
13:00:00
60
0
51,89
8,11
14:00:00
60
0
60
0
15:00:00
60
0
51,33
8,67
16:00:00
60
0
50,49
9,51
17:00:00
60
0
49,71
10,29
18:00:00
60
0
36,52
23,48
19:00:00
60
0
28,36
31,64
20:00:00
60
0
29,81
30,19
21:00:00
60
0
25,05
34,95
22:00:00
60
0
24,36
35,64
23:00:00
60
0
10,86
49,14
TOTAL
23,74
0,26
14,38
9,62
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
283m³ o CMB1 funcionando praticamente o dia inteiro, parando apenas por 15,36
minutos no intervalo das 0h00min as 01h00min, conforme pode ser observado na
Figura 47.
77
CMB1 - VOLUME 1 (283 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
0
:
0
0
0
0
:
0
0
:
1
0
0
0
:
0
0
:
2
0
0
0
:
0
0
:
3
0
0
0
:
0
0
:
4
0
0
0
:
0
0
:
5
0
0
0
:
0
0
:
6
0
0
0
:
0
0
:
7
0
0
0
:
0
0
:
8
0
0
0
:
0
0
:
9
0
LIGADA
0
0
:
0
0
:
0
1
0
0
:
0
0
:
1
1
0
0
:
0
0
:
2
1
0
0
:
0
0
:
3
1
0
0
:
0
0
:
4
1
0
0
:
0
0
:
5
1
0
0
:
0
0
:
6
1
0
0
:
0
0
:
7
1
0
0
:
0
0
:
8
1
0
0
:
0
0
:
9
1
0
0
:
0
0
:
0
2
0
0
:
0
0
:
1
2
0
0
:
0
0
:
2
2
0
0
:
0
0
:
3
2
DESLIGADA
Figura 47 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil de 283 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
283m³ o CMB 2 funcionou no intervalo 00h:00min a 01h:00h por 8,04 minutos
(13,4%), e no intervalo de 01h:00mim as 03h:00min permaneceu desligado.
No intervalo de 03h: 00min as 04h: 00min o CMB2 permaneceu 8,42 minutos
(14,00%) funcionando, no intervalo de 04h00min as 05h: 00min o CMB2
permaneceu 25,11 (41,85%) funcionando, no intervalo 05h: 00min as 06h: 00min o
CMB2 permaneceu ligado por 32,7 minutos (54,5%), no intervalo de 06h:00min as
07h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 37,34 minutos (62,23%), no intervalo de
07h:00min as 8h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 49,92 minutos (83,20%), no
intervalo de 08h:00min as 9h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 51,01 minutos
(85,01%), no intervalo de 09h:00min as 10h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
58,72 minutos (97,86%).
No intervalo de 10h:00min as 11h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
52,88 minutos (88,13%), no intervalo
de 11h:00min as 12h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 12h:00min as 13h:00min
o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 13h:00min as
14h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 51,89 minutos (86,48%), no intervalo de
14h:00min as 15h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60,0 minutos (100%), no
78
intervalo de 15h:00min as 16h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 51,33 minutos
(85,55%), no intervalo de 16h:00min as 17h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
50,49 minutos (84,15%), no intervalo
de 17h:00min as 18h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 49,71 minutos (82,85%), no intervalo
de 18h:00min as
19h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 36,52 minutos (60,86%), no intervalo de
19h:00min as 20h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 28,36 minutos (47,26%),
no intervalo de 20h:00min as 21h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 29,73
minutos (49,55%), no intervalo de 21h:00min as 22h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 24,96 minutos (41,60%), no intervalo
de 22h:00min as 23h:00min o
CMB2 permaneceu ligado por 24,36 minutos (40,60%), no intervalo de 23h:00min
as 24h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 10,86 minutos (18,10%), conforme
pode ser observado na Figura 48.
CMB2 - VOLUME 1 (283 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
:0
0
0
0
0
:
0
:0
1
0
0
0
:
0
:0
2
0
0
0
:
0
:0
3
0
0
0
:
0
:0
4
0
0
0
:
0
:0
5
0
0
0
:
0
:0
6
0
0
0
:
0
:0
7
0
0
0
:
0
:0
8
0
0
0
:
0
:0
9
0
LIGADA
0
0
:
0
:0
0
1
0
0
:
0
:0
1
1
0
0
:
0
:0
2
1
0
0
:
0
:0
3
1
0
0
:
0
:0
4
1
0
0
:
0
:0
5
1
0
0
:
0
:0
6
1
0
0
:
0
:0
7
1
0
0
:
0
:0
8
1
0
0
:
0
:0
9
1
0
0
:
0
:0
0
2
0
0
:
0
:0
1
2
0
0
:
0
:0
2
2
0
0
:
0
:0
3
2
DESLIGADA
Figura 48 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil de 283 m³.
Na Tabela 6 é mostrado que o CMB1 para EEE com Volume 1
permaneceu funcionando por 3 horas interruptas no horário de ponta (19:00 as
21:00), enquanto que o CMB 2 funcionou durante 1,39 horas.
79
Tabela 6 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 em horário de ponta.
HORARIO DE PONTA
CMB1 (min.)
CMB2(min.)
Tempo (hora)
LIGADO
DESLIGADO
LIGADO
DESLIGADO
19:00:00
60
0
28,36
31,64
20:00:00
60
0
29,81
30,19
21:00:00
60
0
25,05
34,95
TOTAL (hora)
3,00
0,00
1,39
1,61
Por meio da análise da variação de nível do poço de sucção podem ser
observados dados importantes da operação da estação elevatória de esgoto
sanitário como: numero de acionamentos durantes e tempo de ciclo máximos,
mínimos e médios dos conjuntos motor e bomba, conforme mostrado na Figura 49.
Figura 49 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 283 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume 1
(283m³), quando o nível do poço de sucção alcançar o nível de 6,50m o CMB2 entra
em funcionamento, ou seja, cada crista do gráfico mostra o acionamento do CMB2,
sendo assim pode-se afirmar que o CMB 1 partiu 1 vez durante 24 horas de
simulação, enquanto que o CMB2 partiu 25 vezes.
Vale ressaltar, que o tempo entre duas partidas do motor é chamado
tempo de ciclo, como CMB 1 partiu apenas 1 vez durante toda a simulação não foi
80
possível contabilizar o tempo de ciclo, porém o CMB2 teve o tempo de ciclo máximo,
mínimo e médio de 3h:28min, 00h26min e 01h06min, respectivamente, conforme
mostrado na Tabela 7.
Tabela 7 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 1.
N°
CMB2
1
03h04min
2
00h55min
3
00h33min
4
00h26min
5
00h32min
6
00h36min
7
00h44min
8
00h54min
9
01h33min
10
03h28min
11
02h18min
12
01h43min
13
00h41min
14
00h35min
15
00h32min
16
00h31min
17
00h31min
18
00h44min
19
00h33min
20
00h33min
21
00h33min
22
00h39min
MÁXIMO
03h28min
MÍNIMO
00h26min
MÉDIO
01h06min
A EEE com poço de sucção de volume 1 (283m³) teve um custo com
energia elétrica de R$ 296,79 , sendo que o CMB1 teve custo de energia elétrica em
horário de ponta e fora de ponta de R$ 47,25 e R$ 140,00, respectivamente e o
CMB2 teve custo de energia elétrica em horário de ponta e fora de ponta de R$
21,85 e R$ 87,70, respectivamente, conforme mostrado na Figura 50 e na Tabela 8.
81
R$ 160,00
VOLUME 1 (283M³)
R$ 140,00
R$ 120,00
R$ 100,00
R$ 80,00
PONTA
F.PONTA
R$ 60,00
R$ 40,00
R$ 20,00
R$ CMB1
CMB2
Figura 50 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 1 (283m³).
Tabela 8 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 1 .
CUSTO COM ENÉRGIA ELÉTRICA PARA OPERAÇÃO DE EEE COM VOLUME DO POÇO DE
SUCÇÃO DE 283M³
CUSTO DE ENERGIA
ELÉTRICA
EM HORÁRIO DE PONTA
CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA
EM HORÁRIO F.PONTA
TOTAL/DIA
CMB1
47,25
140,00
187,25
CMB2
21,85
87,70
109,55
TOTAL
69,10
227,70
296,79
A seguir é mostrado o detalhamento dos cálculos da simulação da
operação do poço de sucção com volume útil de 283 m³ por hora.
82
00h:00min – 01h:00min
Volume útil = 283m³
36 m³
18,0 m³
18,42 m³
18,42 m³
18,0 m³
18,0 m³
126,12 m³
18,42 m³
18,42m³
283,00 m³
0 m³
156,87 m³
0:00
1:00
15,36 min.
8,04min.
36,6min.
CMB1
CMB2
283
(18,42 − 0)
T1 = 15,36min.
T1 =
141,5
(18,42 − 18)
T3 = 336,9min. > 60min.
T3 =
x
(18,42 − 18)
x = 15,37m ³
36,6 =
CMB desligado
CMB ligado
T3 = 60 − T1 − T2
141,5
(18,42 − 36)
T2 = 8,04min.
T2 =
T3 = 60 − 15,36 − 8,04
T3 = 36,6min.
83
01h:00min – 02h:00min
Volume útil = 283m³
18,0 m³
18,99 m³
18,0 m³
126,12 m³
66,73 m³
18,99m³
156,87 m³
216,27 m³
1:00
2:00
60 min.
CMB1
CMB2
126,12
(18,99 − 18)
T1 = 127,39min. > 60min.
T1 =
x
(18,99 − 18)
x = 59,4m³
60 =
VF = 156,87 + 59,4
VF = 216,27m3
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min.
84
02h:00min – 03h:00min
Volume útil = 283m³
18,0 m³
18,70 m³
18,0 m³
66,73 m³
24,73 m³
18,70 m³
258,27 m³
216,27 m³
2:00
3:00
60 min.
CMB1
CMB2
66,73
(18,70 − 18)
T1 = 95,32min. > 60min.
T1 =
T1 = 60min.
x
(18,70 − 18)
x = 42m³
60 =
VF = 216,27 + 42
CMB desligado
VF = 258,27m3
CMB ligado
85
03h:00min – 04h:00min
Volume útil = 283m³
19,27 m³
36 m³
18,0 m³
36,0 m³
36,0 m³
24,73 m³
19,27 m³
19,27 m³
283,00 m³
258,27 m³
100,76 m³
19,27m³
141,5 m³
182,24 m³
3:00
4:00
19,47 min.
8,42min.
32,08min.
CMB1
CMB2
24,73
(19,27 − 18)
T1 = 19,47min.
T1 =
141,5
(19,27 − 18)
T3 = 111,4min. > 60min.
T3 =
x
(19,27 − 18)
x = 40,74m³
32,08 =
CMB desligado
CMB ligado
T3 = 60 − T1 − T2
141,5
T2 =
(19,27 − 36)
T2 = 8,45min.
T3 = 60 − 19,47 − 8,45
T3 = 32,08min.
VF = 141,5 + 40,74
VF = 182,24m3
86
04h:00min – 05h:00min
Volume útil = 283m³
18,0 m³
24,94 m³
36 m³
36 m³
18,0 m³
36,0 m³
100,76 m³
24,94 m³
24,94 m³
283,00 m³
182,24 m³
136,26 m³
24,94 m³
141,5 m³
24,94m³
283,00 m³
5,24 m³
141,5 m³
4:00
5:00
12,79 min.
14,51 min.
12,32 min.
20,38 min.
CMB1
CMB2
100,76
(24,94 − 18)
T1 = 14,51min.
T1 =
141,5
(24,94 − 36)
T2 = 12,79min.
T2 =
141,5
(24,94 − 18)
T3 = 20,38min.
T3 =
141,5
(24,94 − 36)
T4 = 12,79min.
T4 =
x
(24,94 − 36)
x = 136,26m ³
12,32 =
CMB desligado
CMB ligado
VF = 141,5 + 136,26
VF =
VF = 156,87 + 59,4
VF = 216,27m3
87
05h:00min – 06h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
28,36 m³
18,0 m³
28,36 m³
28,36 m³
146,74 m³
141,5 m³
18,0 m³
36,0 m³
141,5 m³
36,0 m³
37,55 m³
28,36 m³
28,36 m³
283,00 m³
36,0 m³
28,36 m³
283,00 m³
141, m³
5:00
0,68 min.
6:00
13,65 min.
18,52 min.
13,65 min.
13,5 min.
CMB1
CMB2
5,24
(28,36 − 36)
T1 = 0,68min.
T1 =
141,5
(28,36 − 18)
T2 = 13,65min.
T2 =
141,5
(28,36 − 36)
T3 = 18,52min.
T3 =
141,5
(28,36 − 18)
T4 = 13,65min.
T4 =
141,5
(28,36 − 36)
T5 = 18,52min.
T5 =
VF = 141,5 + 103,95
VF = 37,55m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(28,3 − 36)
x = 103,95m ³
13,5 =
88
06h:00min – 07h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
30,48 m³
18,0 m³
30,48 m³
141,5 m³
30,48 m³
36,0 m³
141,5 m³
36,0 m³
30,48 m³
30,48 m³
30,48 m³
283,00 m³
141,5 m³
18,0 m³
36,0 m³
141,5 m³
114,4 m³
141,5 m³
6:00
7:00
6,80 min.
11,33 min.
11,35 min.
25,63 min.
4,91 min.
CMB1
CMB2
37,55
(30,48 − 36)
T1 = 6,80min.
T1 =
141,5
(30,48 − 18)
T2 = 11,33min.
T2 =
141,5
(30,48 − 36)
T3 = 25,63min.
T3 =
141,5
(30,48 − 18)
T4 = 11,33min.
T4 =
141,5
(28,36 − 36)
T5 = 18,52min.
T5 =
VF = 141,5 + 27,10
VF = 114,4m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(30,48 − 36)
x = 27,10m ³
4,91 =
89
07h:00min – 08h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
32,03 m³
18,0 m³
36,0 m³
36,0 m³
114,4 m³
32,03 m³
141,5 m³
32,03 m³
32,03 m³
141,5 m³
57,7 m³
141,5 m³
283,00 m³
7:00
8:00
28,81 min.
10,08 min.
21,11 min.
CMB1
CMB2
114,4
(32,03 − 36)
T1 = 28,81min.
T1 =
141,5
T2 =
(32,03 − 18)
T2 = 10,08min.
141,5
(32,03 − 36)
T3 = 35,64min.
T3 =
VF = 141,5 + 83,80
VF = 57,7m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(32,03 − 36)
x = 83,80m ³
21,11 =
90
08h:00min – 09h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
33,73 m³
18,0 m³
36,0 m³
36,0 m³
57,7 m³
33,73 m³
141,5 m³
33,73 m³
33,73 m³
141,5 m³
83,39 m³
141,5 m³
283,00 m³
8:00
9:00
25,41 min.
8,99 min.
25,60 min.
CMB1
CMB2
57,7
(33,73 − 36)
T1 = 25,41min.
T1 =
141,5
T2 =
(33,73 − 18)
T2 = 8,99min.
141,5
(33,73 − 36)
T3 = 62,33min.
T3 =
VF = 141,5 + 58,11
VF = 83,39m 3
CMB desligado
CMB ligado
x
(33,73 − 36)
x = 58,11m ³
25,6 =
91
09h:00min 10:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
34,58 m³
18,0 m³
18,0 m³
83,39 m³
34,58 m³
34,58 m³
141,5 m³
83,39 m³
141,5 m³
141,5 m³
9:00
10:00
58,72 min.
1,28 min.
CMB1
CMB2
83,39
(34,58 − 36)
T1 = 58,72min.
T1 =
VF = 141,5 + 21,22
VF = 162,72m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(34,58 − 18)
x = 21,22m ³
1,28 =
92
10h:00min 11:00min
Volume útil = 283m³
18,0 m³
34,88 m³
36,0 m³
36,0 m³
120,28 m³
34,88 m³
34,88 m³
141,5 m³
283,0 m³
162,72 m³
82,28 m³
9:00
10:00
7,12 min.
52,88 min.
CMB1
CMB2
120,28
(34,88 − 18)
T1 = 7,12min.
T1 =
141,5
(34,88 − 36)
T2 = 126,33min.
T2 =
x
(34,88 − 36)
x = 59,22m ³
52,88 =
CMB desligado
CMB ligado
VF = 141,5 + 59,22
VF = 82,28m3
93
11h:00min 12:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
35,16 m³
36,0 m³
82,28 m³
35,16 m³
31,88 m³
141,5 m³
141,5 m³
11:00
12:00
60 min.
CMB1
CMB2
82,28
(35,16 − 36)
T1 = 97,95min.
T1 =
VF = 82,28 + 50,4
VF = 31,88m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(35,16 − 36)
x = 50,4m ³
60 =
94
12h:00min – 13h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
35.93 m³
36,0 m³
35,73m³
15,68 m³
31,88 m³
141,5 m³
141,5 m³
12:00
13:00
CMB1
CMB2
31,88
(35,73 − 36,00)
T1 = 118,07min
T1 =
60 =
x
(35,73 − 36,0)
x = 16,20m3
v F = 31,88 − 16,20
v F = 15,68m3
CMB desligado
CMB ligado
95
13h:00min – 14h:00min
Volume útil = 283m³
35,43 m³
36,0 m³
35,43m³
18,00m³
36,0 m³
35,73m³
36,0 m³
35,16m³
127,60 m³
15,68 m³
141,5 m³
141,5 m³
283 m³
141,5m³
13:00
14:00
8,11 min.
27,50 min.
24,39 min.
CMB1
CMB2
15,68
(35,43 − 36,00)
T1 = 27,50min
T1 =
141,5
(35,43 − 18,00)
T2 = 8,11min
T2 =
141,5
(35,43 − 36,00)
T3 = 248,24min
T3 =
24,39 =
v F = 141 − 13,90
CMB desligado
v F = 127,60min
CMB ligado
x
(35,43 − 36,0)
x = 13,90m3
96
14h:00min – 15h:00min
Volume útil = 283m³
35,16 m³
36,0 m³
36,0 m³
35,15m³
127,60 m³
77,20 m³
141,5 m³
141,5m³
14:00
15:00
CMB1
CMB2
127,60
(35,16 − 36,00)
T1 = 151,9min
T1 =
x
(35,16 − 36,00)
x = 50,40min
60 =
v F = 127,60 − 50,4
CMB desligado
v F = 77,2m3
CMB ligado
97
15h:00min – 16h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
32,88m³
35,31m³
36,0 m³
18,0 m³
34,31m³
36,0 m³
34,31m³
131,96m³
77,2 m³
141,5 m³
141,5 m³
141,5m³
283m³
15:00
16:00
27,50 min.
8,67 min.
5,65 min.
CMB1
CMB2
141,5
(34,31 − 18,00)
T2 = 8,67min
T2 =
77,20
(34,31 − 36,00)
T1 = 45,68min
T1 =
T = 45,68 + 8,67
T = 54,35min
141,5
(34,31 − 36,00)
T3 = 83,72min
T3 =
x
(34,31 − 36,00)
x = 9,54min
5,65 =
v F = 141,5 − 9,54
v F = 131,96m3
CMB desligado
CMB ligado
98
16h:00min – 17h:00min
Volume útil = 283m³
32,88m³
18,0 m³
32,88m³
36,0 m³
32,88m³
131,96 m³
141,5 m³
141,5 m³
18,0 m³
36,0 m³
31,75m³
141,5m³
115,45m³
141,5m³
141,5m³
16:00
17:00
9,51 min.
42,14 min.
8,35 min.
CMB1
CMB2
131,96
(32,88 − 36,00)
T1 = 42,14min
T1 =
141,5
(32,88 − 18,00)
T2 = 9,51min
T2 =
141,5
(32,88 − 36,00)
T3 = 45,35min
T3 =
x
8,35 =
(32,88 − 36,00)
v F = 141,5 − 26,05
v F = 115,45m3
CMB desligado
CMB ligado
x = 26,05m3
99
17h:00min – 18h:00min
Volume útil = 283m³
31,75m³
36,0 m³
18,0 m³
31,75m³
31,75m³
115,45 m³
141,5 m³
141,5 m³
36,0 m³
31,75m³
36,0 m³
141,5m³
31,75m³
141,5m³
141,5m³
17:00
18:00
27,16 min.
10,29 min.
22,55 min.
CMB1
CMB2
115,45
(31,75 − 36,00)
T1 = 27,16min
T1 =
141,5
(31,75 − 18,00)
T2 = 10,29min
T2 =
141,5
(31,75 − 36,00)
T3 = 33,29min
T3 =
22,55 =
v F = 141,5 − 95,83
v F = 45,67m3
x
(31,75 − 36,00)
CMB desligado
CMB ligado
x = 95,83m3
100
18h:00min – 19h:00min
Volume útil = 283m³
30,05m³
36,0 m³
18,0 m³
30,015m³
30,05
36,0 m³
30,05
141,5m³
45,67 m³
141,5 m³
141,5 m³
18,0 m³
30,015m³
141,5m³
141,5m³
36,0 m³
30,05m³
36,0 m³
141,5 m³
111,4m³
141,5m³
18:00
19:00
23,78 min.
11,74 min.
7,67 min.
11,74 min.
5,06 min.
CMB1
CMB2
45,67
(30,05 − 36,00)
T1 = 7,67min
T1 =
141,5
(30,05 − 18,00)
T2 = 11,74min
T2 =
141,5
(30,05 − 18,00)
T4 = 11,74min
T4 =
141,5
(30,05 − 36,00)
T3 = 23,78min
T3 =
v F = 141,5 − 30,10
v F = 111,4m3
CMB desligado
CMB ligado
T5 = 5,06
5,06 =
x
(30,05 − 36,00)
x = 30,10m3
101
19h:00min –20h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
26,94 m³
18,0 m³
18,0 m³
36,0 m³
36,0 m³
36,0 m³
111,4 m³
26,94 m³
26,94 m³
141,5 m³
26,94 m³
26,94 m³
283,00 m³
141,5 m³
137,34 m³
26,94 m³
283,00 m³
141,5 m³
141,5 m³
19:00
20:00
15,82 min.
12,29 min.
15,61 min.
15,82 min.
0,46 min.
CMB1
CMB2
111,4
(26,94 − 36)
T1 = 12,29min.
T1 =
141,5
(26,94 − 18)
T2 = 15,82min.
T2 =
141,5
(26,94 − 36)
T3 = 15,61min.
T3 =
141,5
(26,94 − 18)
T4 = 15,82min.
T5 = 0,46min.
x
0,46 =
(26,94 − 36)
x = 4,16m ³
VF = 141,5 + 4,16
VF =
CMB desligado
CMB ligado
T4 =
102
20h:00min –21h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
26,65 m³
18,0 m³
18,0 m³
36,0 m³
137,34 m³
26,65 m³
141,5 m³
26,65 m³
141,5 m³
26,65 m³
26,65 m³
283,00 m³
36,0 m³
141,5 m³
36,0 m³
26,65 m³
21,8 m³
261,2 m³
261,2m³
20:00
21:00
14,6 min.
16,35min.
15,13 min.
13,84 min.
CMB1
CMB2
137,34
(26,65 − 36)
T1 = 14,68min.
T1 =
141,5
T2 =
(26,65 − 18)
T2 = 16,35min.
141,5
(26,65 − 36)
T3 = 15,13min.
T3 =
141,5
(26,65 − 18)
T4 = 16,35min.
x
(26,65 − 18)
x = 119,71m ³
13,84 =
VF = 141,5 + 119,71
VF = 261,21m3
CMB desligado
V = 283 − 261,21
CMB ligado
V = 21,8m3
T4 =
103
21h:00min –22h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
18,0 m³
24,67 m³
36,0 m³
18,0 m³
18,0 m³
36,0 m³
21,8 m³
24,67 m³
261,2 m³
24,67 m³
24,67 m³
283,00 m³
141,5 m³
24,67 m³
283,00 m³
24,67 m³
141,5 m³
71,6 m³
211,4 m³
21:00
3,26 min.
22:00
12,48 min.
21,21min.
12,48 min.
10,48 min.
CMB1
CMB2
21,8
(24,67 − 18)
T1 = 3,26min.
T1 =
141,5
(24,67 − 36)
T2 = 12,48min.
T2 =
141,5
(24,67 − 18)
T3 = 21,21min.
T3 =
141,5
(24,67 − 36)
T4 = 12,48min.
T4 =
T5 = 10,48min.
VF = 141,5 + 69,90
VF = 211,4m3
x
10,48 =
(24,67 − 18)
x = 69,90m ³
CMB desligado
CMB ligado
104
22h:00min –23h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
18,0 m³
24,39 m³
36,0 m³
18,0 m³
18,0 m³
18,0 m³
71,68 m³
24,39 m³
211,4 m³
24,39 m³
24,39 m³
283,00 m³
141,5 m³
24,39 m³
126,81 m³
24,39 m³
141,5 m³
283,00 m³
156,19 m³
22:00
23:00
12,18 min.
11,20 min.
22,14min.
12,18 min.
2,3 min.
CMB1
CMB2
71,6
(24,39 − 18)
T1 = 11,20min.
T1 =
141,5
T2 =
(24,39 − 36)
T2 = 12,18min.
141,5
(24,39 − 18)
T3 = 22,14min.
T3 =
141,5
(24,39 − 36)
T4 = 12,18min.
T4 =
T5 = 2,3min.
x
2,3 =
(24,39 − 18)
x = 14,69m ³
VF = 141,5 + 14,69
VF = 156,19m3
CMB desligado
VF = 283 − 159,19
CMB ligado
VF = 126,81m3
105
23h:00min –24h:00min
Volume útil = 283m³
36,0 m³
18,0 m³
22,97 m³
18,0 m³
18,0 m³
126,81 m³
22,97 m³
156,19 m³
22,97 m³
283,00 m³
24,39 m³
24,06 m³
258,94 m³
141,5 m³
23:00
24:00
25,51min.
23,63 min.
10,86 min.
CMB1
CMB2
126,81
(22,97 − 18)
T1 = 25,51min.
T1 =
141,5
T2 =
(22,97 − 36)
T2 = 10,86min.
141,5
(22,97 − 18)
T3 = 64,1484min.
T3 =
VF = 141,5 + 117,44
VF = 258,94m3
CMB desligado
CMB ligado
x
(22,97 − 18)
x = 117,44m ³
23,63 =
106
Na simulação com volume 1 (567 m³ - TDH 20min), teve o CMB1 ligado
por 23,58 horas, enquanto que o CMB2 funcionou por um período de 14,37 da
simulação, conforme mostrado na Tabela 9.
Tabela 9 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 1 (567m³)
CMB1 (MIN)
CMB2(MIN)
TEMPO (HORA)
LIGADO
DESLIGADO
LIGADO
DESLIGADO
00:00:00
34,65
25,35
16,12
43,88
01:00:00
60
0
0
60
02:00:00
60
0
0
60
03:00:00
60
0
0
60
04:00:00
60
0
11,06
48,94
05:00:00
60
0
37,1
22,9
06:00:00
60
0
51,3
8,7
07:00:00
60
0
41,26
18,74
08:00:00
60
0
52,73
7,27
09:00:00
60
0
49,8
10,2
10:00:00
60
0
60
0
11:00:00
60
0
60
0
12:00:00
60
0
60
0
13:00:00
60
0
60
0
14:00:00
60
0
53,33
6,67
15:00:00
60
0
49,64
10,36
16:00:00
60
0
60
0
17:00:00
60
0
39,39
20,61
18:00:00
60
0
36,48
23,52
19:00:00
60
0
28,29
31,71
20:00:00
60
0
27,3
32,7
21:00:00
60
0
22,09
37,91
22:00:00
60
0
24,41
35,59
23:00:00
60
23,58
0
0,42
21,78
38,22
14,37
9,63
TOTAL
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
283m³ o CMB1 funcionando praticamente o dia inteiro, parando apenas por 34,65
minutos no intervalo das 0h00min as 01h00min, conforme pode ser observado na
Figura 51.
107
CMB1 - VOLUME 2 (567 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
0
:
0
0
0
0
:
0
0
:
1
0
0
0
:
0
0
:
2
0
0
0
:
0
0
:
3
0
0
0
:
0
0
:
4
0
0
0
:
0
0
:
5
0
0
0
:
0
0
:
6
0
0
0
:
0
0
:
7
0
0
0
:
0
0
:
8
0
0
0
:
0
0
:
9
0
LIGADA
0
0
:
0
0
:
0
1
0
0
:
0
0
:
1
1
0
0
:
0
0
:
2
1
0
0
:
0
0
:
3
1
0
0
:
0
0
:
4
1
0
0
:
0
0
:
5
1
0
0
:
0
0
:
6
1
0
0
:
0
0
:
7
1
0
0
:
0
0
:
8
1
0
0
:
0
0
:
9
1
0
0
:
0
0
:
0
2
0
0
:
0
0
:
1
2
0
0
:
0
0
:
2
2
0
0
:
0
0
:
3
2
DESLIGADA
Figura 51 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil de 567 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
567m³ o CMB 2 funcionou no intervalo 00h:00min a 01h:00h por 16,12 minutos
(27%), e no intervalo de 01h:00mim as 04h:00min permaneceu desligado.
No intervalo de 04h00min as 05h: 00min o CMB2 permaneceu 11,06 (18%)
funcionando, no intervalo 05h: 00min as 06h: 00min o CMB2 permaneceu ligado por
37,1 minutos (62%), no intervalo de 06h:00min as 07h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 51,3 minutos (86%), no intervalo de 07h:00min as 8h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 41,26 minutos (69%), no intervalo
de 08h:00min as
9h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 52,73 minutos (88%), no intervalo de
09h:00min as 10h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 49,8 minutos (83%).
No intervalo de 10h:00min as 11h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60
minutos (100%), no intervalo
de 11h:00min as 12h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 12h:00min as 13h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 13h:00min as 14h:00min
o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 14h:00min as
15h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 53,33 minutos (89%), no intervalo de
15h:00min as 16h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 49,64 minutos (83%), no
intervalo de 16h:00min as 17h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos
108
(100%), no intervalo de 17h:00min as 18h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
39,39 minutos (66%), no intervalo de 18h:00min as 19h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 36,48 minutos (61%), no intervalo de 19h:00min as 20h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 28,29 minutos (47%), no intervalo
de 20h:00min as
21h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 27,30 minutos (46%), no intervalo de
21h:00min as 22h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 22,09 minutos (37%), no
intervalo de 22h:00min as 23h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 24,41 minutos
(41%), no intervalo de 23h:00min as 24h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
21,78 minutos (36%), conforme pode ser observado na Figura 52.
CMB2 - VOLUME 2 (567 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
:0
0
0
0
0
:
0
:0
1
0
0
0
:
0
:0
2
0
0
0
:
0
:0
3
0
0
0
:
0
:0
4
0
0
0
:
0
:0
5
0
0
0
:
0
:0
6
0
0
0
:
0
:0
7
0
0
0
:
0
:0
8
0
0
0
:
0
:0
9
0
LIGADA
0
0
:
0
:0
0
1
0
0
:
0
:0
1
1
0
0
:
0
:0
2
1
0
0
:
0
:0
3
1
0
0
:
0
:0
4
1
0
0
:
0
:0
5
1
0
0
:
0
:0
6
1
0
0
:
0
:0
7
1
0
0
:
0
:0
8
1
0
0
:
0
:0
9
1
0
0
:
0
:0
0
2
0
0
:
0
:0
1
2
0
0
:
0
:0
2
2
0
0
:
0
:0
3
2
DESLIGADA
Figura 52 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil de 567 m³.
Na Tabela 10 é mostrado que o CMB1 para EEE com Volume 2
permaneceu funcionando por 3 horas interruptas no horário de ponta (19:00 as
21:00), enquanto que o CMB 2 funcionou durante 1,29 horas.
109
Tabela 10 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 2 (567m³) em horário de ponta.
HORARIO DE PONTA
CMB1 (min.)
CMB2(min.)
Tempo (hora)
19:00:00
LIGADO
60
DESLIGADO
0
LIGADO
28,29
DESLIGADO
31,71
20:00:00
60
0
27,3
32,7
21:00:00
60
0
22,09
37,91
TOTAL
3,00
0,00
1,29
1,71
Por meio da análise da variação de nível do poço de sucção podem ser
observados dados importantes da operação da estação elevatória de esgoto
sanitário como: numero de acionamentos durantes e tempo de ciclo máximos,
mínimos e médios dos conjuntos motor e bomba, conforme mostrado na Figura 53.
Figura 53 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 567 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume 2
(567m³), quando o nível do poço de sucção alcançar o nível de 6,50m o CMB2 entra
em funcionamento, ou seja, cada crista do gráfico mostra o acionamento do CMB2,
sendo assim pode-se afirmar que o CMB 1 partiu 1 vez durante 24 horas de
simulação, enquanto que o CMB2 partiu 13 vezes.
Vale ressaltar, que o tempo entre duas partidas do motor é chamado
tempo de ciclo, como CMB 1 partiu apenas 1 vez durante toda a simulação não foi
possível contabilizar o tempo de ciclo, porém o CMB2 teve o tempo de ciclo máximo,
110
mínimo e médio de 6h:00min, 00h49min e 02h07min, respectivamente, conforme
mostrado na Tabela 11.
Tabela 11 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 2.
N°
CMB2
1
03h48min
2
00h49min
3
01h03min
4
01h12min
5
01h51min
6
06h00min
7
02h13min
8
01h21min
9
01h08min
10
01h03min
11
01h08min
12
01h12min
MÁXIMO
06h00min
MÍNIMO
00h49min
MÉDIO
02h07min
A EEE com poço de sucção de volume 2 (567m³) teve um custo com
energia elétrica de R$ 294,81 , sendo que o CMB1 teve custo de energia elétrica em
horário de ponta e fora de ponta de R$ 47,25 e R$ 138,92, respectivamente e o
CMB2 teve custo de energia elétrica em horário de ponta e fora de ponta de R$
20,39 e R$ 88,26, respectivamente, conforme mostrado na Figura 54 e na Tabela
12.
111
R$ 160,00
VOLUME 2 (567M³)
R$ 140,00
R$ 120,00
R$ 100,00
R$ 80,00
PONTA
F.PONTA
R$ 60,00
R$ 40,00
R$ 20,00
R$ CMB1
CMB2
Figura 54 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 2 (567m³).
Tabela 12 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 2 .
CUSTO COM ENÉRGIA ELÉTRICA PARA OPERAÇÃO DE EEE COM VOLUME DO POÇO DE
SUCÇÃO DE 567M³
CUSTO DE ENERGIA
ELÉTRICA
EM HORÁRIO DE PONTA
CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA
EM HORÁRIO F.PONTA
TOTAL/DIA
CMB1
47,25
138,92
186,17
CMB2
20,39
88,26
108,65
TOTAL
67,64
227,17
294,81
A seguir é mostrado o detalhamento dos cálculos da simulação da
operação do poço de sucção com volume útil de 567m³ por hora.
112
00h:00min – 01h:00min
Volume útil = 567m³
36 m³
0 m³
18,42 m³
18,42 m³
567 m³
18,0 m³
18,0 m³
126,12 m³
283,5 m³
18,42m³
567 m³
156,87 m³
0:00
1:00
25,35 min.
16,12min.
18,53min.
CMB1
CMB2
567
(18,42 − 0)
T1 = 25,35min.
T1 =
283,5
(18,42 − 18)
T3 = 675min. > 60min.
T3 =
x
(18,42 − 18)
x = 7,71m³
18,38 =
CMB desligado
CMB ligado
T3 = 60 − T1 − T2
283,5
(18,42 − 36)
T2 = 16,12min.
T2 =
T = 25,35 + 16,12
T3 = 60 − 25,5 − 16,12
T3 = 18,38min.
113
01h:00min – 02h:00min
Volume útil = 567m³
18,00 m3/min
18,99 m³
275,78m3
216,38m3
291,22m3
350,62m3
1:00
2:00
60min.
CMB1
CMB2
275,78
(18,99 − 18)
T1 = 278,56min. > 60min.
T1 =
VAC = 291,22 + 59,4
VAC = 350,62m3
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min.
x
(18,99 − 18)
x = 59,4m ³
60 =
114
02h:00min – 03h:00min
Volume útil = 567m³
18,00 m3/min
18,70 m³
216,38
174,38m3
350,62m3
392,62m3
2:00
3:00
60min.
CMB1
CMB2
216,38
(18,70 − 18)
T1 = 309,11min. > 60min.
T1 =
T1 = 60min.
VF = 350,62 + 42
VF = 392,62m3
CMB desligado
V = 567 − 392,62
CMB ligado
V = 174,38m
3
x
(18,70 − 18)
x = 42m ³
60 =
115
Volume útil = 567m³
03h:00min – 04h:00min
18,00 m3/min
19,27 m³
174,38m3
98,18m3
392,62m3
468,82m3
3:00
4:00
CMB1
CMB2
174,38
VF = 392,62 + 76,2
(19,27 − 18)
VF = 468,82m3
T1 = 137,3min. > 60min.não − ok V = 98,18m3
T1 = 60min.
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
x
(19,27 − 18)
x = 76,2m ³
60 =
116
04h:00min – 05h:00min
Volume útil = 567m³
36 m³
18 m³
24,94 m³
98,18
18,0 m³
41,99 m³
283,5 m³
24,94 m³
567 m³
468,82 m³
24,94
283,5
525 m³
4:00
5:00
11,06min.
14,14 min.
34,8min.
CMB1
CMB2
98,18
(24,94 − 18)
T1 = 14,14min.
T1 =
283,5
(24,94 − 18)
T3 = 40,85min
T3 =
CMB desligado
CMB ligado
T3 = 34,8
283,5
(24,94 − 36)
T2 = 11,06min.
T2 =
T = 14,14 + 11,06
T = 25,2 < 60 − OK
x
(24,94 − 18)
x = 241,51
34,8 =
117
05h:00min – 06h:00min
Volume útil = 567m³
28,36m3
36 m³
18m³
28,36 m³
42m3
28,36 m³
567 m³
18,0 m³
88,21 m³
283,5 m³
283,5m3
525 m³
478,78 m³
5:00
6:00
37,10min.
4,05 min.
18,85min.
CMB1
CMB2
42
(28,36 − 18)
T1 = 4,05min.
T1 =
283,5
(28,36 − 18)
T3 = 27,36min
T3 =
x
(28,36 − 18)
x = 195,28m ³
18,85 =
CMB desligado
CMB ligado
T = 4,05 + 37,10 + 27,36 = 68,51min. > 60min.
283,5
(28,36 − 36)
T2 = 37,10min.
T2 =
VF = 283,5 + 195,28
VF = 478,78
T3 = 60 − 37,10 − 4,05
T3 = 18,85min
118
06h:00min – 07h:00min
Volume útil = 567m³
30,48m3
36 m³
18m³
30,48 m³
88,21m3
30,48 m³
569 m³
18,0 m³
263,04 m³
283,5 m³
283,5m3
498,98 m³
303,96 m³
6:00
7:00
51,3min.
9,06 min.
1,64min.
CMB1
CMB2
88,22
(30,48 − 18)
T1 = 7,06min.
T1 =
283,5
(30,48 − 36)
T2 = −51,3min.
T2 =
T3 = 1,64
x
(30,48 − 18)
x = 20,46m³
VF = 283,5 + 20,46
1,64 =
CMB desligado
CMB ligado
119
07h:00min – 08h:00min
Volume útil = 567m³
263,04m3
32,03 m³
303,96 m³
36 m³
32,03m3
36 m³
18m³
263,04 m³
283,5 m³
303,96 m³
567 m³
7:00
8:00
41,26min.
18,94 min.
CMB1
CMB2
263,04
(32,03 − 18)
T1 = 18,94min.
T1 =
x
(32,03 − 18)
x = −163,80m ³
41,26 =
CMB desligado
CMB ligado
283,5
(32,03 − 36)
T2 = 71,41min. > 60min− não − ok
T2 =
T2 = 60 − 18,94
T2 = 41,26min
120
08h:00min – 09h:00min
Volume útil = 567m³
18 m³
36m³
32,93 m³
119,7m3
169,15 m³
33,73 m³
283,5 m³
397,85 m³
283,5 m³
8:00
9:00
52,93 min.
9,27min.
CMB1
CMB2
119,7
(33,73 − 36)
T1 = 52,73min.
T1 =
x
(33,73 − 18)
x = 114,35m ³
9,27 =
VF = 283,5 + 114,35
CMB desligado
CMB ligado
VF = 397,85
121
09h:00min – 10h:00min
Volume útil = 567m³
36m2
34,58m3
36 m³
18m³
34,58 m³
169,15m3
212,79 m³
34,58 m³
397,85 m³
283,5 m³
567 m³
9:00
10:00
10,20 min.
CMB1
CMB2
169,15
(34,58 − 18)
T1 = 10,20min.
T1 =
283,5
(34,58 − 36)
T2 = −199,64min > 60min
T2 =
T2 = 60 − 10,20
T2 = 49,8min
x
(34,58 − 36)
x = 70,71m ³
49,8 =
CMB desligado
CMB ligado
VF = 283,5 + 70,71
122
10h:00min – 11h:00min
Volume útil = 567m³
36m³
34,88 m³
3
212,79m
145,59 m³
283,5 m³
283,5 m³
10:00
11:00
60min
CMB1
CMB2
212,79
(34,88 − 36)
T1 = −189,9min. > 60min.
T1 =
T1 = 60min
x
(34,88 − 36)
x = −67,2m ³
60 =
VF = 212,79 − 67,2
CMB desligado
CMB ligado
VF = 145,59m ³
123
11h:00min – 12h:00min
Volume útil = 567m³
36m2
35,16m2
36m³
35,16 m³
3
145,59m
95,19 m³
283,5 m³
283,5 m³
11:00
12:00
60min
CMB1
CMB2
145,59
(35,16 − 36)
T1 = −173,32min. > 60min.
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min
x
60 =
(35,16 − 36)
x = −50,4m ³
VF = 145,59 − 50,4
VF = 95,19m ³
124
12h:00min – 13h:00min
Volume útil = 567m³
36m³
35,73m³
3
95,19m
79 m³
283,5 m³
283,5 m³
12:00
13:00
60min
CMB1
CMB2
95,19
(35,73 − 36)
T1 = 352,55min
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min
x
60 =
(35,73 − 36)
x = 16,20m ³
VF = 95,19 − 16,20
VF = 79m ³
125
13h:00min – 14h:00min
Volume útil = 567m³
36
35,43
36m³
35,43m³
99,00m3
44,8 m³
283,5 m³
283,5 m³
13:00
14:00
60min
CMB1
CMB2
99,00
(35,43 − 36)
T1 = 139,59min > 60min
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min
x
60 =
(35,43 − 36)
x = −34,2m ³
VF = 99 − 34,2
VF = 44,8m ³
126
14h:00min – 15h:00min
Volume útil = 567m³
18m³
36 m³
35,16 m³
44,8m2
169m2
169,05 m³
35,16 m³
283,5 m³
567 m³
397,95 m³
14:00
15:00
53,33 min.
6,67min.
CMB1
CMB2
44,8
(35,16 − 36)
T1 = 53,33min.
T1 =
283,5
(35,16 − 18)
T2 = 16,52min.
T2 =
T = 25,35 + 16,12
53,33 + 16,52 = 69,85 > 60min
T2 = 60 − 53,33
T2 = 6,67min
x
(35,16 − 18)
x = 114,45m ³
VF = 283,5 + 114,45
6,67 =
CMB desligado
CMB ligado
VF = 397,95m3
VF = 169,05
127
15h:00min – 16h:00min
Volume útil = 567m³
36 m³
18 m³
34,31 m³
169,05
397,95 m³
199,6 m³
283,5 m³
34,31 m³
567 m³
283,5 m³
15:00
16:00
10,36 min.
49,64min.
CMB1
CMB2
169,05
(34,31 − 18)
T1 = 10,36min.
T1 =
283,5
(34,31 − 36)
T2 = 169,95min. > 60min
T2 =
T2 = 60 − 10,36
T2 = 49,64min
49,64 =
x
(34,31 − 36)
CMB desligado
3
x = 83,89m
VF = 283,5 − 83,89
CMB ligado
VF = 199,61m3
128
16h:00min – 17h:00min
Volume útil = 567m³
36m³
3
199,61m
12,41 m³
283,5 m³
283,5 m³
16:00
17:00
60min
CMB1
CMB2
199,61
(32,88 − 36)
T1 = 63,97min > 60min
T1 =
T1 = 60min
x
60 =
(32,88 − 36)
x = −187,2m ³
VF = 199,61 − 187,2
VF = 12,41m ³
CMB desligado
CMB ligado
129
17h:00min – 18h:00min
Volume útil = 567m³
18 m³
36 m³
31,75 m³
36 m³
12,41m3
31,75 m³
567 m³
128,5 m³
31,75 m³
283,5 m³
567m3
283,5 m³
17:00
2,92 min.
18:00
20,61min.
36,47min.
CMB1
CMB2
12,41
(31,75 − 36)
T1 = 2,92min.
T1 =
283,5
(31,75 − 18)
T2 = 20,61min.
T2 =
283,5
(31,75 − 36)
T3 = 66,70min. > 60min.
T3 = 60 − 2,92 − 20,61
x
(31,75 − 36)
x = 154,99m³
VF = 283,5 − 155
T3 = 36,47min.
VF = 128,5
T3 =
36,47 =
CMB desligado
CMB ligado
130
18h:00min – 19h:00min
Volume útil = 567m³
18 m³
36 m³
30,05 m³
36 m³
128,5m3
30,05 m³
283,5 m³
283,5m³
194,91 m³
30,05 m³
567m3
283,5 m³
18:00
19:00
23,52min.
21,59 min.
14,89min.
CMB1
CMB2
128,5
(30,05 − 36)
T1 = 21,59min.
T1 =
283,5
(30,05 − 18)
T2 = 23,52min.
T2 =
283,5
(30,05 − 36)
T3 = 47,64min.
T3 =
14,89min =
x
(30,05 − 36)
CMB desligado
3
x = −88,59m
T3 = 21,59 + 23,52 + 47,64 > 60min VF = 283,5 − 88,59
T3 = 60 − 21,59 − 23,52
VF = 372,0
CMB ligado
T3 = 14,89min
131
19h:00min – 20h:00min
Volume útil = 567m³
36
26,94
18 m³
36 m³
36 m³
194,91m3
26,94 m³
283,5 m³
283,5m³
222,08 m³
26,94 m³
567m3
283,5 m³
19:00
20:00
31,91min.
21,51 min.
6,78min.
CMB1
CMB2
194,91
(26,94 − 36)
T1 = 21,51min.
T1 =
T = 53,22
283,5
(26,94 − 18)
T2 = 31,91min.
T2 =
283,5
(26,94 − 36)
T3 = 31,29min.
T3 =
T = 53,22 + 31,29 > 60min
T3 = 60 − 53,22
6,78min =
x
(26,94 − 36)
CMB desligado
3
x = 61,42m
VF = 283,5 − 61,42
CMB ligado
VF = 222,08m3
T3 = 6,78min
132
20h:00min – 21h:00min
Volume útil = 567m³
36 m³
222,08m3
26,65 m³
250,31 m³
26,65m³
283,5 m³
283,5m³
36
26,65
18 m³
36 m³
26,65 m³
567m3
283,5 m³
20:00
21:00
32,7min.
23,75 min.
3,55min.
CMB1
CMB2
222,08
(26,65 − 36)
T1 = 23,75min.
T1 =
283,5
(26,65 − 36)
T3 = 30,32min. > 60min
T3 =
3,55min =
x
(26,65 − 36)
T = 56,52
T3 = 60 − 56,52
x = 33,19m
VF = 283,5 − 33,19
283,5
(26,65 − 18)
T2 = 32,7min.
T3 = 3,48min
VF = 250,31m3
T2 =
CMB desligado
3
CMB ligado
133
21h:00min – 22h:00min
Volume útil = 567m³
250,31m3
30,65 m³
24,67 m³
283,5 m³
283,5m³
18
24,67
18 m³
36 m³
24,67 m³
283,5 m³
21:00
22:00
32,7min.
22,09”
CMB1
CMB2
250,31
(24,67 − 36)
T1 = −22,09min.
T1 =
T = 22,09 + 42,50 = 64,59 > 60min
283,5
T2 =
(24,67 − 18)
T2 = 42,50min.
T2 = 60 − 22,09
T2 = 37,91min
37,91min =
x
(24,67 − 18)
CMB desligado
CMB ligado
x = 252,85m3
VF = 283,5 − 252,85
VF = 30,65m3
134
22h:00min – 23h:00min
Volume útil = 567m³
36 m³
36 m³
24,39m³
30,65m3
18 m³
86,69 m³
3
24,39 m³
283,5m
24,39 m³
283,5 m³
536,35m³
283,5m
480,31 m³
22:00
23:00
24,41min.
4,79 min.
30,8min.
CMB1
CMB2
30,65
(24,39 − 18)
T1 = 4,79min.
T1 =
n
∑T = 60min.
0
283,5
(24,39 − 36)
T2 = 24,41min.
T2 =
T = 29,2min
283,5
(24,39 − 18)
T3 = 44,36min.
T3 =
T = 29,2 + 44,36 = 73,56 > 60min
T3 = 60 − 29,2
30,8min =
x
(24,39 − 18)
CMB desligado
3
x = 196,81m
VF = 283,5 − 196,81
CMB ligado
VF = 86,69m3
T3 = 30,8min
135
23h:00min – 24h:00min
Volume útil = 567m³
567
18 m³
22,97m³
86,69m3
36 m³
18 m³
181,49 m³
3
22,97 m³
480,31m³
283,5m
22,97 m³
283,5 m³
283,5m
385,53 m³
23:00
24:00
21,75min.
17,69 min.
20,53min.
CMB1
CMB2
86,69
(22,97 − 18)
T1 = 17,69min.
T1 =
283,5
(22,97 − 36)
T2 = 21,95min.
T2 =
283,5
(22,97 − 18)
T3 = 57,04min. > 60min
T3 =
∑T > 60
20,53min =
x
(22,97 − 18)
CMB desligado
3
x = 102,03m
VF = 283,5 + 102,03
CMB ligado
∑T ≤ 60min
T3 = 60 − 17,69 − 21,75
T3 = 20,53min
136
Na simulação com volume 3 (850 m³ - TDH 10min), teve o CMB1 ligado
por 23,23 horas, enquanto que o CMB2 funcionou por um período de 14,68 da
simulação, conforme mostrado na Tabela 13.
Tabela 13 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 3 (850m³)
CMB1 (min.)
CMB2(min.)
Tempo (hora)
LIGADO
DESLIGADO
LIGADO
DESLIGADO
00:00:00
13,85
46,15
13,85
46,15
01:00:00
60
0
10,67
49,33
02:00:00
60
0
0
60
03:00:00
60
0
0
60
04:00:00
60
0
22,4
37,6
05:00:00
60
0
23,2
36,8
06:00:00
60
0
56,5
3,5
07:00:00
60
0
29,71
30,29
08:00:00
60
0
60
0
09:00:00
60
0
60
0
10:00:00
60
0
60
0
11:00:00
60
0
60
0
12:00:00
60
0
60
0
13:00:00
60
0
60
0
14:00:00
60
0
35,24
24,76
15:00:00
60
0
60
0
16:00:00
60
0
60
0
17:00:00
60
0
31,95
28,05
18:00:00
60
0
56,74
3,26
19:00:00
60
0
12,47
47,53
20:00:00
60
0
42,71
17,29
21:00:00
60
0
18,34
41,66
22:00:00
60
0
18,71
41,29
23:00:00
60
0
28,05
31,95
TOTAL
23,23
0,77
14,68
9,32
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
283m³ o CMB1 funcionando praticamente o dia inteiro, parando apenas por 46,15
minutos no intervalo das 0h00min as 01h00min, conforme pode ser observado na
Figura 55.
137
CMB1 - VOLUME 3 (850 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
0
:
0
0
0
0
:
0
0
:
1
0
0
0
:
0
0
:
2
0
0
0
:
0
0
:
3
0
0
0
:
0
0
:
4
0
0
0
:
0
0
:
5
0
0
0
:
0
0
:
6
0
0
0
:
0
0
:
7
0
0
0
:
0
0
:
8
0
0
0
:
0
0
:
9
0
0
0
:
0
0
:
0
1
Série1
LIGADO
0
0
:
0
0
:
1
1
0
0
:
0
0
:
2
1
0
0
:
0
0
:
3
1
0
0
:
0
0
:
4
1
0
0
:
0
0
:
5
1
0
0
:
0
0
:
6
1
0
0
:
0
0
:
7
1
0
0
:
0
0
:
8
1
0
0
:
0
0
:
9
1
0
0
:
0
0
:
0
2
0
0
:
0
0
:
1
2
0
0
:
0
0
:
2
2
0
0
:
0
0
:
3
2
Série2
DESLIGADO
Figura 55 – Tempo de operação dos CMB1 para estação elevatória com Volume útil de 850 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de
850m³ o CMB 2 funcionou no intervalo 00h:00min a 01h:00h por 13,85 minutos
(23,10%), no intervalo de 01h: 00min as 02h: 00min o CMB2 permaneceu 10,67
minutos (17,8%) funcionando.
No intervalo de 02h: 00min as 04h: 00min o CMB2 permaneceu desligado,
no intervalo de 04h00min as 05h: 00min o CMB2 permaneceu 22,4 (37,3%)
funcionando, no intervalo 05h: 00min as 06h: 00min o CMB2 permaneceu ligado por
23,2 minutos (38,7%), no intervalo de 06h:00min as 07h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 56,5 minutos (94,2%), no intervalo de 07h:00min as 8h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 29,71 minutos (49,5%), no intervalo
9h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%),
de 08h:00min as
no intervalo
de
09h:00min as 10h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%).
No intervalo de 10h:00min as 11h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60
minutos (100%), no intervalo
de 11h:00min as 12h:00min o CMB2 permaneceu
ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 12h:00min as 13h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 13h:00min as 14h:00min
o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no intervalo de 14h:00min as
138
15h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 35,24 minutos (58,7%), no intervalo de
15h:00min as 16h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos (100%), no
intervalo de 16h:00min as 17h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 60 minutos
(100%), no intervalo de 17h:00min as 18h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
31,95 minutos (53,3%), no intervalo
de 18h:00min as 19h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 56,74 minutos (94,6%), no intervalo
de 19h:00min as
20h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 12,47 minutos (20,8%), no intervalo de
20h:00min as 21h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 42,71 minutos (71,2%), no
intervalo de 21h:00min as 22h:00min o CMB2 permaneceu ligado por 18,34 minutos
(30,6%), no intervalo de 22h:00min as 23h:00min o CMB2 permaneceu ligado por
18,71 minutos (31,2%), no intervalo
de 23h:00min as 24h:00min o CMB2
permaneceu ligado por 28,05 minutos (46,8%), conforme pode ser observado na
Figura 56.
CMB2 - VOLUME 3 (850 m³)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0
:
0
:0
0
0
0
0
:
0
:0
1
0
0
0
:
0
:0
2
0
0
0
:
0
:0
3
0
0
0
:
0
:0
4
0
0
0
:
0
:0
5
0
0
0
:
0
:0
6
0
0
0
:
0
:0
7
0
0
0
:
0
:0
8
0
0
0
:
0
:0
9
0
0
0
:
0
:0
0
1
LIGADO
Série1
0
0
:
0
:0
1
1
0
0
:
0
:0
2
1
0
0
:
0
:0
3
1
0
0
:
0
:0
4
1
0
0
:
0
:0
5
1
0
0
:
0
:0
6
1
0
0
:
0
:0
7
1
0
0
:
0
:0
8
1
0
0
:
0
:0
9
1
0
0
:
0
:0
0
2
0
0
:
0
:0
1
2
0
0
:
0
:0
2
2
0
0
:
0
:0
3
2
DESLIGADO
Série2
Figura 56 – Tempo de operação dos CMB2 para estação elevatória com Volume útil de 850 m³.
Na
Tabela 14 é mostrado que o CMB1 para EEE com Volume 3 permaneceu
funcionando por 3 horas interruptas no horário de ponta (19:00 as 21:00), enquanto
que o CMB 2 funcionou durante 1,23 horas.
139
Tabela 14 – Tempo de operação dos CMB’s para EEE com volume 3 em horário de ponta.
HORARIO DE PONTA
CMB1 (min.)
CMB2(min.)
Tempo (hora)
LIGADO
DESLIGADO
LIGADO
DESLIGADO
19:00:00
60
0
12,47
47,53
20:00:00
60
0
42,71
17,29
21:00:00
60
3,00
0
0,00
18,34
41,66
1,23
1,77
TOTAL
Por meio da análise da variação de nível do poço de sucção podem ser
observados dados importantes da operação da estação elevatória de esgoto
sanitário como: numero de acionamentos durantes e tempo de ciclo máximos,
mínimos e médios dos conjuntos motor e bomba, conforme mostrado na Figura 57.
Figura 57 – Variação de nível do poço de sucção com volume útil de 850 m³.
Na simulação da estação elevatória de esgoto sanitário com volume 3
(850m³), quando o nível do poço de sucção alcançar o nível de 6,50m o CMB2 entra
em funcionamento, ou seja, cada crista do gráfico mostra o acionamento do CMB2,
sendo assim pode-se afirmar que o CMB 1 partiu 1 vez durante 24 horas de
simulação, enquanto que o CMB2 partiu 9 vezes.
Vale ressaltar, que o tempo entre duas partidas do motor é chamado
tempo de ciclo, como CMB 1 partiu apenas 1 vez durante toda a simulação não foi
possível contabilizar o tempo de ciclo, porém o CMB2 teve o tempo de ciclo máximo,
140
mínimo e médio de 7h:00min, 1h26min e 03h07min, respectivamente, conforme
mostrado na Tabela 15.
Tabela 15 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 3.
Nº
CMB2
1
2
3
4
5
6
7
8
MÁXIMO
MÍNIMO
MÉDIO
03h50min
01h26min
01h55min
07h00min
03h03min
01h53min
01h44min
01h51min
07h00min
01h26min
03h07min
A EEE com poço de sucção de volume 3 (850m³) teve um custo com
energia elétrica de R$ 293,92 , sendo que o CMB1 teve custo de energia elétrica em
horário de ponta e fora de ponta de R$ 47,25 e R$ 136,55, respectivamente e o
CMB2 teve custo de energia elétrica em horário de ponta e fora de ponta de R$
19,30 e R$ 90,82, respectivamente, conforme mostrado na Figura 58 e naTabela 16
– Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 3 .Tabela 16.
141
R$ 160,00
VOLUME 3 (850M³)
R$ 140,00
R$ 120,00
R$ 100,00
R$ 80,00
PONTA
F.PONTA
R$ 60,00
R$ 40,00
R$ 20,00
R$ CMB1
CMB2
Figura 58 – Custo com energia elétrica da EEE para volume 3 (850m³).
Tabela 16 – Tempo de ciclo do CMB 2 para EEE com volume 3 .
CUSTO COM ENÉRGIA ELÉTRICA PARA OPERAÇÃO DE EEE COM VOLUME DO POÇO DE
SUCÇÃO DE 850M³
CUSTO DE ENERGIA
CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA
ELÉTRICA
EM HORÁRIO F.PONTA
EM HORÁRIO DE PONTA
(R$)
TOTAL/DIA
(R$)
(R$)
CMB1
47,25
136,55
183,80
CMB2
19,30
90,82
110,12
TOTAL
66,55
227,37
293,92
A seguir é mostrado o detalhamento dos cálculos da simulação da
operação do poço de sucção com volume útil de 850 m³ por cada hora de simulação.
142
00h:00min – 01h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
18,42 m³
36 m³
18,42 m³
425
181,5
2+1
425
850m³
2+1
1+2
425
1+2
0:00
1:00
13,85 min.
46.15 min
CMB1
CMB2
T =
1
850
(18,42
−0)
T1 = 46,15min.
425
T2 =
(36-18,42)
T2 = 24,7 min
T2 = 60 − 46,15
T2 = 13.85
13,85
x
x
=
(36 – 18,48)
= 243,48
CMB desligado
CMB ligado
V = 245 – 243,48
v
 181,5
143
01h:00min – 02h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
18,42 m³
18,0 m³
18,99 m³
18,0 m³
181,5 m³
425 m³
425 m³
473,8 m³
1:00
2:00
10,67 min.
49,33min.
CMB1
CMB2
T1 =
181,5
)
(18,99 - 36
T1 = 10,67min.
T = 60 - 10,67 = 49,33min
2
49,33
X
=

(18,99 - 18)
CMB desligado
CMB ligado
T2 =
425
X = 48,83m³
(18,99 - 
18)
T = 429,29 min.
2
144
02h:00min – 03h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
18,70 m³
473,8 m³
515,8m³
2:00
3:00
60 min.
CMB1
CMB2
T1 =
473,8
(18,70 - 18)
T1 = 676,8min.
60 =
x
CMB ligado
CMB desligado

(18,70 - 18)
X = 42m³
145
03h:00min – 04h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
19,27m³
18,0 m³
334,2m³
126,12 m³
18,42m³
156,87 m³
515,8 m³
3:00
4:00
60min.
CMB1
CMB2
334,2
T1 =
(19,27 - 18,00)

T1 = 263,14min.
Vf = Vinc + V
Vf = 515,8 + 73,2 =
589m³
V = 850-589
CMB desligado
CMB ligado
Não OK >60min
60
V
=
(19,27-18)
X= 73,2m³
146
04h:00min – 05h:00min
Volume útil = 850m³
18,00 m³
24,94
24,94 m³
36 m³
261 m³
-850 m³
425
425
=
589 m³
602,3
5:00
177,3 m³
425 m³
6:00
22,4min.
37,6min.
CMB1
CMB2
T =
1
261
T = 37,6 + 38,42
(24,94 -18)
T = 37,6 min.
T = 76,00.
1
T =
2
T2
425
(24,94 - 36)
= 38, 42min.
22,4=x/(24,94-36)
X=247,7m³
Vf = 850 – 241
Vf = 60,3m³
CMB desligado
CMB ligado
Não OK >60min
T2 = 22,4 min
147
05h:00min – 06h:00min
Volume útil = 850m³
36,00 m³
28,36 m³
28,36 m³
18,0 m³
43,75m³
177 m³
425 m³
425 m³
806,24m³
5:00
6:00
36,6min.
23,2min.
CMB1
CMB2
T =
1
177
(28,36 – 36,0)
T = 23,2min.
T = 23,2 + 41,02
T = 64,22
1
T =
2
425
(28,36 - 18)
T = 41,02min.
T2 = 60 – 23,2
T
2
= 36,6min.
x
(28,36 − 18)
x = 381,24m³.
36,8 =
V = 425 + 381,24
V = 806,24
CMB desligado
CMB ligado
2
148
06h:00min – 07h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
30,48 m³
36 m³
30,48 m³
43,75 m³
113,12 m³
850 m³
2+1
1+2
806,24m³
425 m³
6:00
7:00
56,5min.
3,50min
CMB1
CMB2
43,75
(30,48 − 36)
T1 = 3,50min.
T1 =
850
T2 =
(30,48 − 36)
T2 = 153,98min. > 60min
T2 = 60 − 3,5
T3 = 56,5min.
x
56,5 =
(30,48 − 36)
x = −311,88m ³
Vf = 850m³ − 311,88
Vf = 538,12m ³
CMB desligado
CMB ligado
V = 538,12 − 425
V = 113,12
149
07h:00min – 08h:00min
Volume útil = 850m³
36,0 m³
32,03 m³
32,03 m³
18 m³
36,0 m³
32,03 m³
113,12m³
18,42 m³
425m³
420,2 m³
850 m³
425m³
=
845 m³
425 m³
7:00
8:00
30,90min.
28,49min.
1,21min
CMB1
CMB2
113,12
(32,03 − 36)
T1 = −28,49min.
425
T2 =
(32,03 − 18)
T2 = 30,29min
T1 =
T3 = 1,21
x
(32,03 − 36)
x = −4,80m ³
1,21 =
CMB desligado
CMB ligado
T = 28,49 + 30,29 = 58,78
150
08h:00min – 09h:00min
Volume útil = 850m³
36,0 m³
33,73m³
420,2m³
284m³
425m³
425m³
8:00
9:00
60min.
CMB1
CMB2
420,2
(33,73 − 36)
T1 = 185,11min. > 60min
T1 =
T1 = 60min
60 =
X = −136,2m ³
Vf = 420,2 − 136,2
CMB desligado
Vf = 284m ³
CMB ligado
X
(33,73 − 36)
151
09h:00min – 10h:00min
Volume útil = 850m³
36,0 m³
34,58 m³
484 m³
198,8 m³
425 m³
425 m³
9:00
60min.
10:00
0
CMB1
CMB2
284
(34,58 − 36)
T1 = −200min. > 60min
T1 =
T1 = 60min
60 =
x = −85,2m ³
Vf = 284 − 85,2
Vf = 198,8m ³
CMB desligado
CMB ligado
x
(34,58 − 36)
152
10h:00min –11h:00min
Volume útil = 850m³
36,0 m³
34,88 m³
198,8m³
131,6 m³
425 m³
425 m³
10:00
11:00
60min.
CMB1
CMB2
198,8
(34,88 − 36)
T1 = −117,5min. > 60min
T1 =
T1 = 60min
Vf = 198,8 − 67,2
Vf = 131,6m ³
CMB desligado
CMB ligado
x
(34,88 − 36)
x = −67,2m ³
60 =
153
11h:00min –12h:00min
Volume útil = 850m³
36,0 m³
35,16 m³
131,6 m³
81,12 m³
425m³
425 m³
11:00
12:00
60min
CMB1
CMB2
131,6
(35,6 − 36,00)
T1 = 156,6min. > 60min.ñok
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
T1 = 60min.
x
(35,16 − 36)
x = −50,40m ³
60 =
154
12h:00min – 13h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
35,73 m³
81,2m³
63,2 m³
425 m³
425m³
12:00
13:00
60min.
CMB1
CMB2
81
(35,7 − 36)
T1 = −270,6min. > 60min ñOK
T1 =
CMB desligado
CMB ligado
x
(35,7 − 36)
x = −18m ³
60 =
155
13h:00min – 14h:00min
Volume útil = 850m³
35,43m³
36 m³
63,2 m³
29 m³
425 m³
425 m³
13:00
14:00
60min.
CMB1
CMB2
63,2
(35,43 − 0)
T1 = 110,87min. > 60min.
T1 =
T1 = 60min
x
(35,43 − 36)
x = −34,2m ³
60 =
CMB desligado
CMB ligado
Vf = 63,2 − 34,2
Vf = 29m ³
156
14h:00min – 15h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
35,16 m³
18 m³
35,16 m³
35,16 m³
18 m³
35,16 m³
29m³
36 m³
18,0 m³
425m³
424,4 m³
425m³
425 m³
850m³
283,00 m³
425m³
14:00
15:00
34,52 min.
24,76min.
0,72min
.
CMB1
CMB2
29
(35,16 − 36)
T1 = 34,52min.
T1 =
425
T2 =
(35,16 − 18)
T2 = 24,76min.
T3 = 0,72
x
35,16 − 36
x = −0,60m ³
0,72 =
CMB desligado
CMB ligado
Vf = 425 − 0,60
Vf = 424,4m ³
T = 34,52 = 24,76
T = 59,28
157
15h:00min – 16h:00min
Volume útil = 850m³
34,31 m³
36,0 m³
424,4m³
323 m³
425 m³
425m³
15:00
16:00
60min.
CMB1
CMB2
424,4
(34,31 − 36,00)
T1 = −251,12min. > 60min ñOK
T1 =
T1 = 60min.
Vf = 424,4 − 101,4
Vf = 323m ³
CMB desligado
CMB ligado
x
(34,31 − 36,00)
x = −101,4m ³
60 =
158
16h:00min – 17h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
32,88 m³
323m³
135 m³
425 m³
425m³
16:00
17:00
60min.
CMB1
CMB2
323
(32,88 − 36)
T1 = −103,52 > 60min ñOK
T1 =
T1 = 60min
Vf = 323 − 187,2
Vf = −135,8m ³
CMB desligado
CMB ligado
x
(32,88 − 36)
x = −187,2m ³
60 =
159
17h:00min – 18h:00min
Volume útil = 850m³
31,75 m³
36 m³
18,0 m³
31,75 m³
39,32 m³
135,8 m³
18,42m³
18,0 m³
385,32 m³
425 m³
425 m³
425 m³
17:00
18:00
31,05min.
28,05min.
CMB1
CMB2
135,8
(31,75 − 36,00)
T1 = 31,95min.
T1 =
425
(31,75 − 18)
T2 = 30,9min.
T2 =
T2 = 60 − 31,95min
T2 = 28,05min.
x
(31,75 − 18)
x = 385,68m ³
28,05min. =
CMB desligado
CMB ligado
Vf = 425 + 38,68
Vf = 810,68m ³
T = 31,95 + 30,9
T = 62,85 > 60min ñOK
160
18h:00min – 19h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
30,05 m³
39,32 m³
30,05 m³
36 m³
850 m³
87,39 m³
425 m³
425 m³
810,68 m³
425 m³
18:00
19:00
3,26 min.
56,74min.
CMB1
CMB2
39,32
(30,05 − 18)
T1 = 3,26min.
T1 =
425
(30,05 − 36)
T2 = 71 − 42 > 60min.
T2 =
Vf = 425 − 337,60
Vf = 87,39
CMB desligado
CMB ligado
T2 = 60 − 3,26
x
(30,05 − 36)
x = −337,60m ³
T2 = 56,74 =
161
19h:00min – 20h:00min
Volume útil = 850m³
18,0 m³
26,94 m³
36,94 m³
18 m³
26,94 m³
11 m³
87,39m ³
399.36 m³
850 m³
425 m³
425 m³
425 m³
19:00
20:00
9,64 min.
47,53min.
2,83 min.
CMB1
CMB2
87,39
(26,94 − 36,0)
T1 = 9,64min.
T1 =
425
(26,94 − 18)
T2 = 47,53min.
T2 =
T = 57,17OK
T3 = 60 − 9,64 − 47,53
Vf = 425 − 25,63
T3 = 2,83
Vf = 399,36
x
2,88 =
25,63m ³
x = 25,63m ³
CMB desligado
CMB ligado
162
20h:00min – 21h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
26,65 m³
26,65 m³
18 m³
18,0 m³
275,44 m³
399,36 m³
149,5 m³
425 m³
425 m³
425 m³
20:00
126,12 m³
=
156,87 m³
21:00
17,29min.
42,71min.
CMB1
CMB2
399,36
(26,65 − 36)
T1 = 42,71min.
T1 =
425
(26,65 − 18)
T2 = 49,13min.
T2 =
T = 42,71 + 49,13 = 91,84 > 60ñOK
T2 = 60min− 42,71 = 17,29min
Vf = 425 − 149,55
x
(26,65 − 18)
x = 149,55m ³
Vf = 574,55
17,29 =
CMB desligado
CMB ligado
163
21h:00min – 22h:00min
Volume útil = 850m³
24,67
36 m³
24,67 m³
18,0 m³
18,0 m³
275,45 m³
213,02 m³
850 m³
18,42m³
425 m³
574,55m³
21:00
22:00
18,71 min.
41,29 min.
CMB1
CMB2
275,45
T1 =
(24,67 − 18)
T1 = 41,29min.
425
(24,67 − 36)
T2 = 37,51min.
Vf = 850 − 211,98
CMB desligado
T = 41,29 + 37,51 = 78,80 > 60min
Vf = 638,02
CMB ligado
T2 = 60min− 41,29 = 18,71min
Vf = 425
x
(24,67 − 36)
x = −211,98m ³
Vf = 213,02
T2 =
18,71 =
164
22h:00min – 23h:00min
Volume útil = 850m³
36 m³
18,42 m³
24,39 m³
18 m³
158,80 m³
231,02m³
425 m³
425m³
691,20 m³
22:00
23:00
18,34min.
41,66min.
CMB1
CMB2
213,02
(24,39 − 360)
T1 = 18,34min.
425
T2 =
(24,39 − 18)
T2 = 66,51min.
T1 =
T = 18,34 + 66,51
T = 84,85 > 60min
x
(24,39 − 18,0)
x = 266,20m ³
41,66 =
CMB desligado
CMB ligado
Vf = 425 − 266,20
Vf = 691,20m³
Vf = 158,80m³
165
23h:00min – 24h:00min
Volume útil = 850m³
22,97 m³
18,0 m³
18,0 m³
22,97 m³
59,51 m³
158,80m³
850 m³
425 m³
691,20m³
23:00
24:00
31,95 min
28,05
CMB1
CMB2
158,80
T1 =
(22,97 − 18)
T1 = 31,95min.
425
(22,97 − 36)
T2 = 32,61min.
T2 =
T = 31,95 + 32,61
T = 64,56min > 60min
T2 = 60 − 31,95
T2 = 28,05
x
28,05 =
(22,97 − 36)
x = 365,49min
Vf = 425 − 365,49
Vf = 59,51m³
CMB desligado
CMB ligado
166
167
5.3 FASE 3 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS
Com as simulações foi possível observar que o
CMB1 da estação
elevatória com poço de sucção com volume útil de 850 m³ teve menor tempo de
funcionamento durante 24 horas de simulação, funcionando 2,2% menos que o
CBM1 da EEE com volume útil do poço de sucção de 283 m³ e 1,5% menos que
EEE com volume útil do poço de sucção de 567m³. (Figura 59)
TEMPO DE FUNCIONAMENTO
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
CMB1
CMB2
VOLUME 1
(283M³)
VOLUME 2
(567 M³)
VOLUME 3
(850M³)
CMB1
23,74
23,58
23,23
CMB2
14,38
14,37
14,68
Figura 59 - Tempo de funcionamento em (%) durante 24 horas de simulação.
No horário de ponta, que no caso na Companhia de Energia do Estado do
Pará a CELPA – Centrais Elétricas do Pará S/A, consiste no período compreendido
das 19h00min às 21h00min, exceto aos sábados domingos e feriados definidos por
Lei Federal a EEE com poço de sucção com volume útil de 850 m³ teve menor
tempo de funcionamento, conforme mostrado na Figura 60.
167
168
TEMPO DE FUNCIONAMENTO EM HORÁRIO DE PONTA
3,5
3
2,5
2
1,5
CMB1
1
CMB2
0,5
0
VOLUME 1
(283M³)
VOLUME 2
(567 M³)
VOLUME 3
(850M³)
CMB1
3
3,00
3,00
CMB2
1,39
1,29
1,23
Figura 60 - Tempo de funcionamento no horário de ponta.
Nas três simulações o CMB 1 funcionam durante as três horas do horário
de ponta, fato esse ocorrido devido ao horário de ponta compreendido pelos horários
19:00 as 21:00 coincidirem com o horário de pico do Hidrograma de vazão de
esgoto, fazendo assim os conjuntos motor e bomba trabalharem com diferenças
muitos pequenas.
A EEE com volume de poço de sucção com volume 1 (283m³) teve o
maior tempo de funcionamento do CMB2 (1,39 horas), enquanto que a EEE com
Volume 3 teve o menor tempo de funcionamento do CMB2 em horário de ponta
(1,23horas), perfazendo assim uma diferença 11,51% do menor para maior tempo
de funcionamento do CMB2 no horário de ponta.
O número de acionamento está relacionado com o desgaste dos CMB’s e
com a interferência no sistema elétrico devido o aumento da corrente, podendo
alterar o bom funcionamento de outros equipamentos ligados ao mesmo circuito.
Analisando as simulações da estação elevatória em função ao número de
acionamento, foi observado que o poço de sucção com volume útil de 850 m³
(TDH=30min) teve o total 10 partidas, no poço de sucção com volume útil de 567 m³
(TDH=20min) teve o total 14 partidas (44% maior do que o volume útil 850m³) que
na estação elevatória de esgoto sanitário com volume útil de 283m³ (TDH=10min)
168
169
que teve
25 partidas (155% maior que no volume útil de 850m³), conforme
observado na Tabela 17.
Tabela 17 – Número de Partidas.
N° DE PARTIDAS
CMB1
CMB2
VOLUME 1 (283m³)
1
25
VOLUME 2 (567m³)
1
13
VOLUME 3 (850m³)
1
9
Vele ressaltar que, o tempo de ciclo é um parâmetro importante, pois
durante a partida do motor da bomba, é gerada uma determinada quantidade de
calor. Essa energia liberada em cada partida deverá dissipada, sendo que, um
número excessivo de partidas poderá levar o motor a um superaquecimento. A
dissipação dessa energia é feita através de um intervalo de tempo adequado entre
partidas sucessivas do motor da bomba.
O número de partida e o tempo de ciclo podem ser visualizados por meio
da variação do nível do poço de sucção, sendo cada crista do gráfico corresponde a
uma partida do motor do CMB2 e a distância entre dois picos mostram o tempo de
ciclo do CMB2, conforme mostrado na Figura 61.
169
170
Volume de
283m³
Volume de
567m³
Volume de
850m³
Figura 61 – Comparação da variação de nível dos poços de sucção com volumes úteis de 283, 567 e
850 m³, respectivamente
O tempo de ciclo da bomba varia de acordo com Hidrograma de vazão de
esgoto, possuindo tempo máximo, médio e mínimo. (Tabela 18)
170
171
Tabela 18 - Tempo de cliclo máximo, médio e mínimo nas silmulações
TEMPO DE CICLO
SIMULAÇÃO
MÁXIMO
MÉDIO
MÍNIMO
VOLUME 1 (283m³)
03h28min
01h06min
00h26min
VOLUME 2 (567m³)
06h00min
02h07min
00h49min
VOLUME 3 (850m³)
07h00min
03h07min
01h26min
Em relação ao custo de energia elétrica em horario de ponta as
simulações nao tiveram variações significativas em relação ao volume útildo poço de
sucção. O volume 850m³ teve custo de R$ 66,55 que foi menor ncusto em horarário
de ponta, enquanto que o volume 283m³ teve maior custo de energia elétrica em
horário de ponta que é de R$ 69,10, conforme mostrado na
Figura 62.
Figura 62 - Custo da energia elétrica em (R$) durante 24 horas de simulação.
Em relação ao custo total com ennergia eletrica a simulacao com volume
útil de 850m³ obteve tambem melhor desempenho, com custo diário de R$ 293, 92,
enquanto que a simulação da estação elevatória de esgosto sanitário com volume
de poço de sucção de 283m³ teve o pior custo diário de enegia elétrica de R$
296,80, mostrando assim influencia direta com o custo de operação com o vlume de
sucção, conforme mostrado na Tabela 19
e Erro! Fonte de referência não
encontrada. .
171
172
Tabela 19 – Custo com energia elétrica em 24 horas de simulação
CUSTO COM ENERGIA ELÉTRICA
VOLUME 283m³
VOLUME 567m³
VOLUME 850m³
(R$)
(R$)
(R$)
PONTA
69,10
67,64
66,55
FORA DE PONTA
227,7
227,17
227,37
TOTAL
296,80
294,81
293,92
Figura 63 – Custo de energia elétrica em (R$) durante 24 horas de simulação
Apesar da Estação Elevatória de Esgoto com maior volume útil de poço
de sucção (volume 850m³) apresentar melhor desempennho em relação ã estação
elevatória com menor volume útil de poço de sucção (volume 283m³) a diferença
entre os resultados é de apenas 3,83%.
Em relação ao custo diário de energia elétrica nas estações elevatórias
de esgoto funcionando conjuntos, motor e bomba, operando em paralelo com
volume útil diferentes, tiveram influência no custo diário. O volume 850m³ teve
melhor desempenho (R$ 293,92), e volume 567m³ teve custo 0,5% maior e o volume
283m³ teve o pior desempenho, com 1% maior.
Na
Tabela 20 é mostrada a despesa diária, mensal e anual com energia
elétrica para volumes 1, 2 e 3.
Tabela 20 – Despesa com Energia Elétrica das simulações 1, 2 e 3.
172
173
Despesa com energia elétrica (R$)
Volume útil do poço de
sucção (m³)
Dia
Mês
Ano
283,6
296,80
8.904,00
106.848,00
567,1
294,81
8.844,30
106.131,60
850,7
293,92
8.817,62
105.811,38
Ainda na Tabela 20 é possível observar que a diferennça anual entre a
estação elevatória que teve menor custo com energia eletrica anual (volume 850m³)
e a maior com volume de 283m³ foi de apenas R$ 1.036,62.
173
174
6 CONCLUSÕES
Esse trabalho buscou responder a pergunta: qual influencia do volume útil
do poço de sucção na economia de energia elétrica? Para isso foram realizadas
simulações com três EEE de esgoto com volumes úteis de poço de sucção de 283
m³, 567 m³ e 850 m³ calculados a partir do tempo de detenção hidráulica de 10, 20 e
30 minutos, respectivamente.
Analisando os resultados foi possível constatar que durante 24 horas de
simulação, o tempo de funcionamento variou apenas de 2,5%, do menor volume de
poço de sucção (283m³) para o maior (850m³).
No horário de ponta, compreendido entre as 19 às 21 horas, os conjuntos
motor e bomba das EEE com poço de sucção de volume 850m³ funcionaram
11,51%, menos se comparado com o conjunto motor e bomba na EEE com o poço
de sucção com o volume de 283m³.
Em relação ao número de partida o poço de sucção com volume maior
partiu 155% menos se comparado com o poço de sucção de menor volume útil. Vale
ressaltar que, o número de partida é parâmetro importante, pois durante a partida do
motor acoplado a bomba, é gerada uma determinada quantidade de calor. Essa
energia liberada em cada partida deverá ser dissipada, sendo que, um número
excessivo de partidas em curto intervalo de tempo poderá levar o motor a um
superaquecimento.
A estação elevatória com maior volume de poço de sucção (850m³)
também obteve melhor resultado em relação ao custo diário com energia elétrica,
tendo, porém economia de apenas 1% em relação a EEE com volume de 283m³.
Fazendo uma projeção anual de operação, a estação elevatória com o maior volume
economizaria apenas R$ 1.036, 62 em relação a estação elevatória com o volume
útil maior.
Assim, é possível afirmar que o investimento gasto para construção de um
poço de sucção com maior volume útil, objetivando economizar energia elétrica em
horário de ponta, não atende o principio da eficiência. Visto que, a diferença de
custo construtivo é elevado em relação a economia de energia elétrica. Contudo, a
174
175
construção de poços de sucção pequenos pode ocasionar dano ao conjunto motor e
bomba pelo freqüente acionamento e parada, esse problema pode ser solucionado
com a utilização de equipamentos como soft- starter e inversores de freqüência.
175
176
7 REFERÊNCIAS
ALEM SOBRINHO, P.; TSUTIYA, M. T. Coleta e transporte de esgoto sanitário.
São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo. 2000.
ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). Atlas de Energia Elétrica do Brasil2ª
Edição,
ANEEL,
Brasília,
Brasil.
Disponível
em
<http://www.aneel.gov.br/imagens/icones_arquivos/ICONEzip.gif >, 2007.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12208 - Projeto de
estações elevatórias de esgoto sanitário. Rio de Janeiro, 1992.
AZEVEDO NETTO, J. M., ET al. - Manual de Hidráulica, Ed. Edgard Blucher Ltda,
8ª Edição, São Paulo, 1998.
BARBOSA, Juliana Maria. Operação de bombas em sistemas de abastecimento
de água. Artigo publicado no 21° congresso brasileiro de Engenharia Sanitária e
Ambiental. João Pessoa, 2001
CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS. Eficiência energética em sistemas de
bombeamento: manual prático. Rio de Janeiro: Procel-Sanear/Eletrobrás, 2005;
CRESPO, Patrício Gallegos. Elevatórias nos sistemas de esgotos. Belo
Horizonte: Ed. UFMG, 2001.
DE ALMEIDA, Rogério. Comparação de Políticas operativas para redução de
custos de bombeamento em redes de distribuição de água. Artigo publicado no
21° congresso brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. João Pessoa, 2001
DUTRA, João Batista de Azevedo. Eficiência energética no controle da vazão em
sistemas de bombeamento de água - uso de válvula e controle de velocidade.
Paraíba do Sul, 2005.
GOMES, Heber Pimentel. Abastecimento de água: Estado da Arte e técnicas
Avançadas. Universidade Federal de João Pessoal. João Pessoa, 2007. 386p.
MACINTYRE, A. J. – Bombas e Instalações de Bombeamento, Ed. LTC –Livros
Técnicos e científicos editora S. A., 2ª edição revista, Rio de Janeiro, 1997.
MARQUE, Milton Cézar Silva. Eficiência Energética: Teoria e Prática. ITAJUBAMG. FUNPAI, 2007.
176
177
MARQUES, Marcelo Giulian Et. Al. Estruturas Hidráulicas Para aproveitamento
de recursos hídricos. Editora RIMA. São Paulo, 2004. 356p.
MESQUITA, A.L.A. et al. Aspectos importantes na utilização de bombas
centrífugas em velocidade variável para a redução do consumo de energia. In:
VI SEREA - Seminário Iberoamericano sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de
Água. João Pessoa (Brasil), 2006.
MINISTÉRIOS DAS CIDADES, Guias Práticos: Técnicas de operação em
sistemas de abastecimento de água. Ministérios das Cidades. SNSA, 2007. 5V
PEREIRA. José Almir Rodrigues, SOARES, Jaqueline Maria. Rede Coletora de
esgoto Sanitário: Projeto Construção e operação. NUMA, 2006. 296p.
TSUTIYA, M.T. Abastecimento de água. São Paulo: Departamento de Engenharia
Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,
2004.
177