UNIJUÍ – UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO
RIO GRANDE DO SUL
FLÁVIO SAMUEL RADONS SVICK
ESTUDO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
DO SISTEMA DE ESGOTO EM UM PRÉDIO VERTICAL
Ijuí- RS
2013
2
FLÁVIO SAMUEL RADONS SVICK
ESTUDO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
DO SISTEMA DE ESGOTO EM UM PRÉDIO VERTICAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
Colegiado do Curso de Engenharia Elétrica
Universidade Regional do Noroeste do Estado
Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, para obtenção
título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Júlio Cezar Oliveira Bolacell
Ijuí (RS)
2013
ao
da
do
do
3
Agradeço a Deus por me proporcionar esta
oportunidade e a minha família pelo incentivo
incansável.
4
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus pela oportunidade de poder cursar Engenharia Elétrica, pela
perseverança e saúde durante o transcorrer destes anos de bacharelado.
Agradeço em especial aos meus pais e a minha esposa que me apoiaram e
incentivaram a dar continuidade nos estudos me compreendendo nos momentos em que
estive ausente para realização dos meus afazeres como acadêmico universitário.
Agradeço também ao Supervisor Docente que me auxiliou com grande atenção,
paciência e disponibilidade em transmitir seus conhecimentos.
Agradeço também ao Arquiteto Bruno Michaelsen pela gentileza de disponibilizar
os documentos, fotos e os demais dados necessário para o estudo deste trabalho.
A todos, meu muito obrigado.
5
RESUMO
Propõe-se neste trabalho a elaboração de um estudo, para analisar o potencial hídrico do
sistema de esgoto de um prédio vertical e seu possível aproveitamento para geração de
energia elétrica. Abordam-se inicialmente apenas aspectos teóricos relacionados a potência
disponível, baseando-se em métodos conhecidos e aplicados nas usinas hidroelétricas. A
partir desta fundamentação teórica, desenvolveu-se uma metodologia de cálculos
apresentando os resultados de dois modelos idealizados para o aproveitamento deste
potencial. Para uma maior abrangência do estudo foi criado um caso hipotético com base no
prédio estudado, apresentando resultados interessantes. Como as fontes de energia
alternativas renováveis estão em constante estudo e desenvolvimento, este trabalho quer
trazer um novo conceito e chamar a atenção para esta possível fonte e seu aproveitamento.
Palavras chave: Geração. Fontes Renováveis. Microgeração. Potencial Hidro Sanitário.
6
ABSTRACT
Proposes to in this paper to produce a study to analyze the potentialize of the hydric sewage
system of a building upright, and its possible utilization for electricity generation. Deal
initially only theoretical aspects related to available power, relying on known methods
applied and to hydroelectric power plants. Starting with this theoretical foundation
calculations developed a methodology for presenting the results of two idealized models for
harnessing this potential. Towards a larger scope of the study was created on the basis a
hypothetical case studied in the building, presenting more interesting results. As sources of
alternative and renewable energy are in constant studying and developing this job wants to
bring a new concept and to draw attention to this possible source and utilization.
Keywords: Generation. Renewable sources. Microgeneration. Potential Sanitary Hydro.
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquemático Sistema APHPV. ....................................................................... 15
Figura 2 – Planta Baixa Pav. Tipo - Prédio ...................................................................... 16
Figura 3 – Projeto Hidro Sanitário - Prédio. ..................................................................... 18
Figura 4 – Esquemático Genérico do Sistema Esgoto. ..................................................... 19
Figura 5 – Detalhe Descidas Centrais Poço. ..................................................................... 20
Figura 6 – Foto do Poço Principal.................................................................................... 20
Figura 7 – Desenho Planta Baixa Poço. ........................................................................... 24
Figura 8 – Desenho Corte Poço. ...................................................................................... 25
Figura 9 – Esquemático de Geração - Modelo 1. .............................................................. 27
Figura 10 – Esquemático Geração - Modelo 2. ................................................................ 33
Figura 11 – Gráfico Energia versus Altura. ...................................................................... 53
Figura 12 – Gráfico da Potência Bruta versus Altura. ...................................................... 53
Figura 13 – Tempo de Geração versus Altura Queda. ...................................................... 54
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Tabela Valores Médio Consumo de Água Potável .......................................... 17
Tabela 2 – Consumo Diário de Água por Habitante no Brasil .......................................... 17
Tabela 3 – Comparativo Consumo Diário por Morador ................................................... 18
Tabela 4 – Característica Consumo Doméstico de Água Potável ...................................... 21
Tabela 5 – Consumo Doméstico do Prédio ...................................................................... 21
Tabela 6 – Consumo de Energia Elétrica Condomínio ..................................................... 55
Tabela 7 – Custo Estimado Modelo 2 .............................................................................. 58
Tabela 8 – Custo Estimada Caso 1 ................................................................................... 63
9
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ANEEL........................................................................Agência Nacional de Energia Elétrica
APHPV................................Aproveitamento Potencial Hidro Sanitário de Prédios Verticais
BT.......................................................................................................................Baixa Tensão
g............................................................................................................Aceleração.Gravidade
h.......................................................................................................................................Horas
km²........................................................................................................Quilometro Quadrado
kV............................................................................................................................Quilo Volt
kVA...........................................................................................................Quilo Volt Ampére
kW.........................................................................................................................Quilo Watts
l.......................................................................................................................................Litros
m.....................................................................................................................................Metro
m²...................................................................................................................Metro Quadrado
m³.......................................................................................................................Metro Cúbico
mm............................................................................................................................Milímetro
mm² .........................................................................................................Milímetro Quadrado
MVA..........................................................................................................Mega Volt Ampére
MW.........................................................................................................................Mega Watt
R$....................................................................................................................................Reais
s.................................................................................................................................Segundos
V........................................................................................................................................Volt
W.....................................................................................................................................Watts
10
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 11
1.
CARACTERIZAÇÃO DO POTENCIAL DISPONÍVEL ......................................... 15
1.1 APRESENTAÇÃO ............................................................................................ 15
1.2 DADOS DO PRÉDIO ....................................................................................... 16
1.3 DADOS DO SISTEMA DE ESGOTO PRÉDIO ................................................ 18
1.4 SISTEMATIZANDO O POTENCIAL PRODUZIDO ....................................... 21
2.
MODELOS DE APROVEITAMENTO .................................................................... 24
2.1 MODELO 1 - GERAÇÕES PARCIAIS ............................................................. 27
2.2 MODELO 2 – GERAÇÃO CENTRALIZADA .................................................. 33
2.3 SISTEMATIZAÇÃO ......................................................................................... 55
2.4 CUSTO ESTIMADO MODELO 2 .................................................................... 57
3.
CASO HIPOTÉTICO ............................................................................................... 59
3.1 CASO HIPOTÉTICO 1 ..................................................................................... 59
3.2 CASO HIPOTÉTICO 2 ..................................................................................... 61
3.3 GENERALIDADES .......................................................................................... 62
4.
LEGALIDADE DA GERAÇÃO PRÓPRIA DE ENERGIA ..................................... 64
5.
CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................... 66
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 68
ANEXOS ........................................................................................................................ 69
11
INTRODUÇÃO
Com a crescente utilização de energia elétrica e o potencial hídrico chegando ao limite,
faz-se necessário a busca de novos sistemas de geração alternativa.
A energia elétrica é fundamental para o desenvolvimento dos países e a qualidade de
vida das pessoas. Quanto mais os países se desenvolvem, mais se torna necessário aumentar
a produção de energia. Ao mesmo tempo, também é preciso preservar o meio ambiente,
utilizando com consciência os recursos naturais.
Por isso, além de ampliar a capacidade de geração de energia elétrica melhorando o
aproveitamento de fontes convencionais, também é necessário desenvolver tecnologias para
a utilização de novas fontes energéticas - as chamadas fontes alternativas de energia.
Neste contexto podemos citar vários modelos estudados, aprovados e já utilizados em
níveis comerciais, com mercado em crescimento.
Energia eólica é utilizada há muitos anos, para realizar trabalhos como bombear água
e moer grãos. Recentemente, passou a ser considerada uma das mais promissoras fontes
alternativas de energia.
Em uma usina eólica, a conversão da energia é realizada por meio de um aero gerador,
ou seja, um gerador de eletricidade acoplado a um eixo que gira com a força do vento nas
pás da turbina. Para isso, os ventos precisam ter velocidade média anual superior a 3,6 metros
por segundo. Além disso, as turbinas eólicas podem ser utilizadas em conexão com redes
elétricas já existentes ou em lugares isolados.
No Brasil, alguns parques eólicos já estão em funcionamento e outros devem entrar
em operação nos próximos anos.
Energia solar pode ser aproveitada para a produção de eletricidade e de calor.
Aquecedores solares para o aquecimento de água são um dos exemplos mais bem-sucedidos
da aplicação de energia solar em todo o mundo.
No caso do Brasil, que recebe uma incidência muito grande de raios solares, esse tipo
de aproveitamento pode ter um papel muito importante, principalmente na substituição de
chuveiros elétricos, que estão entre os aparelhos domésticos que mais consomem energia.
12
A instalação de painéis fotovoltaicos para absorver a energia solar é uma solução para
levar eletricidade a residências, escolas e postos de saúde em regiões que ainda não possuem
serviço regular de distribuição de energia elétrica.
Biomassa produzida por materiais de origem orgânica que geralmente são
desperdiçados em processos industriais, podem ser aproveitados para produzir tanto calor
como eletricidade.
Existem projetos de geração termelétrica que utilizam como combustível o bagaço da
cana de açúcar, casca de arroz, resíduos industriais de papel e madeira.
O biogás obtido na decomposição do lixo orgânico é outro exemplo de biomassa que
pode ser utilizada na produção de energia.
Desenvolvido para aproveitamento de dejetos dos suínos os biodigestores produzem
gás e adubo. O gás alimenta um motor a combustão acoplado ao gerador produzindo energia
elétrica. Também tem sido utilizado no aproveitamento dos resíduos sólidos residências em
condomínio grande porte.
Pequenas centrais hidrelétricas (PCHs) são caracterizadas por várias razões técnicas
que definem o tamanho das usinas hidrelétricas. As mais importantes são o volume de água
do rio, as características das suas quedas e as necessidades dos consumidores que a usina vai
atender. Além disso, os estudos também consideram as questões econômicas, aspectos
sociais e ambientais da região onde a usina será construída.
Uma usina é considerada uma pequena central hidrelétrica (PCH) quando sua
capacidade instalada é superior a 1 MW e inferior a 30 MW, com a área do seu reservatório
de até 3 km2. Para ter uma ideia do que isso significa, Itaipu tem uma potência instalada de
14 mil MW e seu lago ocupa 1.350 km2.
Em uma PCH típica, normalmente, o reservatório não permite a regularização do fluxo
da água do rio. Assim, em época de seca, quando o reservatório da usina fica mais vazio, as
turbinas às vezes param de funcionar. Por esse motivo, o custo da energia elétrica produzida
por uma PCH é maior que o de uma usina hidrelétrica de grande porte.
Entretanto, as pequenas centrais hidrelétricas geram poucos impactos ambientais e
podem produzir energia em regiões isoladas, que possuem rios pequenos e médios.
Energia dos oceanos são aproveitadas de duas maneiras; energia dos oceanos, quer
pela força das marés, associada às correntes marítimas ou pela força das ondas, que tem
maior potencial de exploração.
13
Vários sistemas para extração desse tipo de energia já estão em fase de teste, divididos
em dois grupos: sistemas de costa, localizados em águas de baixa profundidade, entre 8 e 20
metros; e sistemas em águas profundas, em profundidades entre 25 e 50 metros. Nos dois
casos, os geradores de energia podem ser flutuantes ou submersos.
Também podemos relacionar as células a combustível, biodiesel e o aproveitamento
de óleo doméstico, dentre outras formas criativas e pontuais de aproveitamento de fontes
potenciais para geração alternativa de energia tanto elétrica com em outras formas de
utilização.
No contexto de aproveitamento alternativo em prédios verticais, podemos destacar a
reutilização de água cinzas, a geração de biogás e insumos orgânicos, e ainda o
aproveitamento da água da chuva. Dentro destas possibilidades de geração já disseminadas
e utilizadas, há uma possibilidade em potencial pouco estudada, que é o aproveitamento do
potencial hídrico do sistema de esgoto em prédios verticais. Este potencial pode possibilitar
microgerações pontuais, utilizando o sistema de esgoto para captação, armazenamento e
geração.
A construção de condomínios verticais é uma tendência mundial devido à falta de
espaço nas grandes cidades, em constante crescimento e disputa os pelos melhores espaços,
podemos então considerar que os condomínios verticais são fontes abundantes e
inesgotáveis.
Visando o aproveitamento desta fonte de energia, este trabalho terá como base um
prédio vertical existente, e com os dados coletados estudar técnicas e modelos para o
aproveitando deste potencial na geração de energia elétrica com a utilização de mini turbinas.
No momento, a geração alternativa de energia é um assunto de grande destaque e
repercussão mundial, com disponibilidade de investimentos financeiros governamentais,
garantido assim o sucesso de um bom projeto.
14
O fato deste modelo de geração estudado não possuir bibliografia, não ter informações,
matérias ou estudos relativas a este assunto, tornou o trabalho de certa forma pitoresco,
empolgante e sem dúvida um pequeno passo para a discussão deste assunto.
O presente trabalho está estruturado da seguinte maneira:
a) Capitulo 1 - Caracterizar o potencial disponível;
b) Capitulo 2 – Modelos de aproveitamento;
c) Capitulo 3 – Caso hipotético;
d) Capitulo 4 – Legalidade da microgeração;
e) Capitulo 5 – Considerações finais.
15
1.
CARACTERIZAÇÃO DO POTENCIAL DISPONÍVEL
1.1
APRESENTAÇÃO
Este trabalho busca conhecer o potencial hídrico do sistema de esgotos dos prédios
verticais para a implantação de um modelo de geração de energia elétrica, e sua utilização
nas áreas de uso comum do condomínio.
A intenção é produzir um modelo para os prédios verticais existentes, utilizando a
infraestrutura local e com pequenos ajustes, inserir uma fonte de renda para o mesmo.
Podemos caracterizar o sistema proposto de Aproveitamento Potencial Hidro Sanitário
de Prédios Verticais através da ilustração da Figura 1, abaixo:
Figura 1 – Esquemático Sistema APHPV.
Fonte: Própria, 2013.
No nosso país existem atualmente mais de noventa aranha céus e mais de cinquenta
em construção, todos com altura superior a 120m. (Fonte: WIKIPÉDIA; OUTUBRO 2013).
Podemos mensurar o universo de prédios com altura inferior a estes existentes no país.
Considerando que somente na cidade Ijuí(RS) temos mais de 30 prédios com mais de 4
pavimentos.
Podemos constatar que o potencial existente é abundante e está em crescimento
constante devido a diminuição e a centralização dos espaços nos grandes centros, potencial
este sem utilização.
16
1.2
DADOS DO PRÉDIO
O prédio escolhido para este estudo e análise, é um prédio vertical, construído nos
anos 80, classe média alta, com 19 (dezenove) andares, sendo 2 (dois) andares de garagem
no subsolo, 1 (um) piso térreo com as dependências de uso comum, e 16 (dezesseis) andares
com 2 (dois) apartamentos por andar, no total de 32 (trinta e dois) apartamentos, onde
residem aproximadamente 127 moradores.
Podemos visualizar na Figura 2, a planta baixa do pavimento tipo, que os pontos de
produção de fluido hidro sanitário são: 4 (quatro) sanitários por apartamento, uma cozinha e
uma área de serviço.
Figura 2 – Planta Baixa Pav. Tipo - Prédio
Fonte: Arq. Bruno Michaelsen, 2013.
Tomando como base o consumo de água potável podemos estimar a quantidade de
fluido hidro sanitário gerado.
17
Conforme dados fornecidos pelo condomínio segue abaixo Tabela 1, com o
demonstrativo do consumo de água nos dos últimos dose meses de todo o prédio.
Tabela 1 – Tabela Valores Médio Consumo de Água Potável
Fonte: Administração Condomínio, 2013.
CONSUMO ÁGUA POTÁVEL
MÊS
m³
MÊS
m³
set. 2013
930
mar. 2013
942
ago. 2013
890
fev. 2013
952
jul. 2013
887
jan. 2013
850
jun. 2023
885
dez. 2012
963
mai. 2013
891
nov. 2012
917
abr.2013
908
out. 2012
915
Média Mensal (m³)
910,83
Média Diária (m³)
30,36
Existem vários estudos relativos ao consumo de água potável no Brasil e as
necessidades eminentes devido ao aumento desta com o passar dos anos. Com base nestes
dados podemos comparar o consumo deste prédio com os valores médios diários brasileiros,
apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 – Consumo Diário de Água por Habitante no Brasil
Fonte: Notas de Aula, Enedir Ghisi, 2004.
ESTIMATIVA CONSUMO MÉDIO PREDIAL DIÁRIO POR HABITANTE
18
Na Tabela 3 podemos visualizar o consumo médio diário por morador deste prédio,
que está nos padrões de consumo dos Brasileiros.
Tabela 3 – Comparativo Consumo Diário por Morador
Fonte: Condomínio Edifício, 2013.
CONSUMO DIÁRIO ÁGUA/MORADOR
Média Diária Consumo (m³) nº de Moradores Consumo Diário/Morador (l)
30,36
127
239,06
1.3
DADOS DO SISTEMA DE ESGOTO PRÉDIO
O sistema de esgoto do prédio é formado por captações individuais com condutos
fechados em cada apartamento, interligado com as tubulações horizontais de recolhimento e
a concentração em descidas verticais. Estas descidas são interligadas com a caixa de
fermentação no subsolo e após a devida canalização para o sistema público de coleta de
esgoto.
Figura 3 – Projeto Hidro Sanitário - Prédio.
Fonte: Arq. Bruno Michaelsen, 2013.
19
Para melhor compreensão do sistema apresentado, segue abaixo um esquemático
básico de um sistema de esgoto secundário genérico, apresentado na Figura 4.
Figura 4 – Esquemático Genérico do Sistema Esgoto.
Fonte: Wikipédia, 2013
O prédio em questão possui um total de 10 (dez) tubulações de descidas verticais,
sendo 4 (quatro) para o sistema pluvial (água da chuva), 4 (quatro) descidas laterais que
coletam o esgoto da área de serviço, cozinha e sanitário da emprega, e 2 (duas) descidas
centrais que coletam o esgoto dos sanitários principais de cada apartamento.
As tubulações de descidas laterais estão embutidas nas paredes, impossibilitando o
aproveitamento das mesmas. As duas decidas centrais que coletam o esgoto dos sanitários
principais, estão instaladas em um do poço, conforme detalhe da Figura 5, retirado do projeto
da planta baixa do pavimento tipo.
20
Figura 5 – Detalhe Descidas Centrais Poço.
Fonte: Arq. Bruno Michaelsen, 2013.
São duas descidas verticais com tubulação de PVC 150mm, altura total da queda
desde a primeira tomada de esgoto até o fim do poço é de 50,6m, com captações parciais dos
pavimentos a cada 3,4m. A Figura 6 é a foto do poço do prédio.
Figura 6 – Foto do Poço Principal.
Fonte: Própria, 2013.
21
1.4
SISTEMATIZANDO O POTENCIAL PRODUZIDO
A indisponibilidade de utilização de todo o fluido produzido por apartamento requer
a sistematização e a divisão do mesmo entre as tubulações de descida.
As tubulações existentes possibilitam a utilização para geração somente do fluido
produzido nos sanitários principais, que escoam pelas tubulações instaladas no poço central.
Através de divisões percentuais baseadas nas características de utilização individuas das
fontes geradoras de fluido, será estimado o percentual de efluente gerado nos sanitários
principais.
A Tabela 4 mostra os percentuais de utilização da água potável em apartamentos.
Tabela 4 – Característica Consumo Doméstico de Água Potável
Fonte: DeOreo, Lander e Mayer, 1999.
Desconsiderando o item “vazamentos” e o item “outros uso”, redistribuindo estes
valores proporcionalmente temos os novos valores, conforme tabela 5.
Tabela 5 – Consumo Doméstico do Prédio
Fonte: Própria, 2013.
TABELA DE CONSUMO REDISTRIBUIDA
Tipo de Consumo
% Dado Tabela 4
% Distribuição
Banheira
1,7
0,32
Chuveiro
16,8
3,18
Bacia sanitária
26,7
5,05
Lava pratos
1,4
0,26
Lava-Roupas
21,7
4,10
Toreneiras em geral
15,7
2,97
Totais
15,9
Total
2,02
19,98
31,75
1,66
25,80
18,67
99,9
22
De forma proporcional, a devida geração de fluidos hidro sanitários será distribuída
de modo a estimar o que será conduzido pela tubulação principal de descida de esgoto
localizada no poço, a qual se pretende aproveitar.
Caracterizando os tipos de consumo em cada apartamento e suas tubulações:
1 - sanitário principal
tubulação central
1 – sanitário suíte com banheira
tubulação central
1 – lavabo
tubulação lateral
1 – lavanderia
tubulação lateral
1 – cozinha
tubulação lateral
1 – sanitário empregada
tubulação lateral
Considerando que o apartamento é projetado para 4 (quatro) moradores, mais
dependência para uma empregada, podemos dividir a utilização das bacias sanitárias e dos
chuveiros desta forma:
% Utilização por Usuário = (n º Empregada) / (nº Total Moradores)
%U =
1
= 0,2
5
(1)
Somatório dos chuveiros e das bacias sanitárias:
∑ (chuv. + bacia.San.) = (% chuveiro + %bacia.San.) * (%U ) *Usuários )
∑ (chuv. + bacia.San.) = (19,98 + 31,75) * (0,2) * (4))
∑ (chuv. + bacia.San.) = (41,38%)
Descrição das torneiras de uso comum e suas tubulações de descidas:
1 – torneira sanitário principal
tubulação central
1 – torneira sanitário suíte com banheira
tubulação central
1 – torneira no lavabo
tubulação lateral
1 – torneira na lavanderia
tubulação lateral
1 – torneira na cozinha
tubulação lateral
1 – torneira sanitário empregada
tubulação lateral
Total de torneiras de uso comum = 6
Total de torneiras que segue para tubulação principal = 2
(2)
23
Fator de utilização de cada torneira:
%U =
1
= 0,1667
6
∑ (torneiras) = (% torneiras ) * (%U ) * n º Torneira
(3)
∑ (torneiras) = (18,67) * (0,166) * (2)
∑ (torneiras) = 6,217(%)
Somatório total do percentual de geração de fluidos que escoarão pela tubulação
principal:
∑ (%tub. princ.) = (% Banheira ) + (∑ (chuv. + bacia.San )) + (∑ (torneiras ))
∑ (%tub. princ.) = (2,02) + (41,38) + (6,217)
∑ (%tub. princ.) = 49,67(%)
- Considerando:
Total de andares = 16
Total apartamentos = 32
Apartamentos por andar = 2
Total de água consumida por dia = 30.360 litros
Fluido gerado por apartamento na tubulação Principal:
Fpapart. =
total _ água
* ∑ (%tub. princ.)
total _ apartamentos
Fpapart . =
30.360
* ( 49,67%)
32
(4)
Fp apart . = 471,2 (litros)
Cada apartamento fornecerá para tubulação principal de esgoto 471,2 litros de fluido
hidro sanitário por dia.
24
2.
MODELOS DE APROVEITAMENTO
Para que seja possível criar uma estimativa matemática da geração de energia elétrica
do prédio, é preciso definir um modelo com as informações básicas necessárias para a
formatação dos cálculos, desconsiderando as particularidades construtivas específicas para
a devida implementação do sistema.
A tubulação de esgoto se caracteriza como de baixa pressão com escoamento
turbulento, vazão e velocidade proporcionadas pela seção da tubulação e o efeito da
gravidade, resultando em equações simples que determinarão a quantidade de quilowatts
gerados.
Devido ao escoamento ser turbulento e a vazão ser condicionada a utilização dos
indivíduos que residem nos apartamentos, totalmente inconstante, adotou-se a captação das
descargas parciais e a concentração do fluido no reservatório, buscando a homogeneização
da vazão através de uma única descarga para a turbina, tornando o escoamento laminar,
constante e com maior tempo de duração.
A Figura 7 e a Figura 8 mostram o tamanho do poço e o espaço físico disponível,
também a localização exata das tubulações de decida, altura de cada pavimentos, a altura
total do poço e demais detalhes.
3.0
1.0
Tubulação
Descida
Tubulação
Descida
Tubulação
Apart.
Tubulação
Apart.
Figura 7 – Desenho Planta Baixa Poço.
Fonte: Própria, 2013
25
3.4
2.8
Pav.16
3.4
2.8
Pav.15
50.6
Pav.2
3.4
2.8
Pav.1
Térreo
Figura 8 – Desenho Corte Poço.
Fonte: Própria, 2013
26
Analisando os desenhos visualizamos que o poço termina no piso do 1º pavimento,
impossibilitando aproveitar o potencial do mesmo. Nos demais pavimentos é possível fazer
a captação, a instalação do reservatório e os demais equipamentos do sistema.
Os modelos abordados são caracterizados pela acumulação parcial em cada pavimento,
de modo que o peso do fluido armazenado no reservatório seja distribuído nas vigas dos
pavimentos. O reservatório terá capacidade de acumular todo o fluido produzido em um dia,
cilíndrico, com a descarga na parte inferior em formato de funil.
O controle de enchimento e dreno deste reservatório deverá ser através de controle
ativo em malha fechada, evitando transbordo, potencializando a geração, e até o controle de
limpeza do sistema.
27
2.1
MODELO 1 - GERAÇÕES PARCIAIS
Conceitualmente pretende-se aproveitar a queda d’água máxima de cada andar, com
geração pontual em cada pavimento. Após a passagem deste fluido pela turbina, o mesmo é
descarregado no reservatório sequente, possibilitando também a geração no próximo
pavimento, repetindo-se até o último ponto de geração.
Pav.16
Sensor
Nível Max.
2.6
Sensor
Nível Min.
Pav.15
Turbina
Gerador
Sensor
Nível Max.
2.6
Sensor
Nível Min.
Pav.14
Turbina
Gerador
Sensor
Nível Max.
Figura 9 – Esquemático de Geração - Modelo 1.
Fonte: Própria, 2013
28
Conforme demonstrado na Figura 9, compreende em interromper a canalização do
esgoto existente, introduzindo um desvio no fluxo existente para alimentar o reservatório,
que terá na sua descarga uma micro turbina acoplada ao gerador. Todo o fluido drenando
deste reservatório alimentará também o reservatório posterior.
A captação deve possuir um sistema de controle ativo, controlando o fluxo de
enchimento e drenagem do reservatório, afim de não ocorrer o transbordo do sistema de
esgoto. Também a captação pode ser controlada, e em caso de defeito, a tubulação existente
pode assumir o fluxo normal, evitando transtornos.
Com o armazenamento de água e dejetos no reservatório, se formará um decantador
natural, sendo necessárias precauções no caso de implementação.
Conforme podemos visualizar na Figura 9, a geração é pontual e acumulativa, sendo
que no último ponto a geração será máxima.
Dados do Sistema:
Diâmetro do reservatório = Ø 750 mm.
Capacidade de armazenamento = 1,08 m³
Duto de descarga que alimenta o gerador = Ø 50 mm;
Altura nível d’água em relação à turbina = 2,6 m;
Para determinarmos a potência bruta disponível adotamos:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
(5)
onde;
Pbruta = Potência bruta em watts (W);
ρ H 2O = Massa específica água em kg/m³;
g = Aceleração da gravidade em m/s²;
Qv = Vazão em volume em m³/s.
Para calcularmos a vazão adotamos seguinte equação:
Qv = v * A
(6)
29
Onde:
Qv = Vazão em volume em m³/s.
v = Velocidade do escoamento em m/s;
A = Área da seção reta do conduto em m²;
Não conhecendo a velocidade de escoamento, adotamos a equação de Daniel Bernoulli
(AZEVEDO NETO,8ª Ed, 1998), considerando as seguintes hipóteses simplificadoras:
- Escoamento em regime permanente;
- Sem máquina no trecho de analise;
- Sem perdas por atrito na tubulação;
- Propriedades uniformes nas seções;
- Fluido incompressível;
- Sem troca de calor;
Equação de Bernoulli Genérica:
z1 * g +
v1 ² P1
v ² P
+ = z2 * g + 2 + 2
2 ρ
2
ρ
(7)
Onde:
z1 = Altura máxima seção 1 dado em m;
z2 = Altura máxima seção 2 dado em m;
v1 = Velocidade seção 1 dado em m/s;
v2 = Velocidade seção 2 dado em m/s;
P1 = Pressão seção 1 dado em k.Pa;
P2 = Pressão seção dado em k.Pa;
g = Aceleração da gravidade em m/s²;
Considerando que:
- A pressão na superfície do reservatório e na saída é a pressão atmosférica, ou seja
a mesma nos dois locais, desconsideramos a pressão nos dois lados as equação;
- Devido à seção do reservatório ser muito maior que a seção do conduto de saída, a
velocidade ( v1 ) será desconsiderada.
- Aceleração da gravidade g = 9,8( m / s )
30
Simplificando a equação (7) temos;
v2 = ( 2 *g * ( z1 − z2 ))
(8)
v 2 = (2 *9,8 * (2,6 − 0,0))
v2 = 7,13 m/s
Calculando a vazão utilizando a equação (6);
Qv = v * A
Asaída = π * r ²
Asaída = π * (
(9)
50mm
)²
2
Asaída = 0,0019625 m²
Qv = 7,13 * 0,0019625
Qv = 0,014 m³/s
Calculando a potência bruta presumida para o desnível máximo;
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv . H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,014 * 2,6
Pbruta = 356,72 (W)
Nas usinas hidroelétricas o rendimento do conjunto (ηT ) , tubulação, turbina e
gerador, varia de 0,76 a 0,87% (REIS, 2003, p. 81). Adotando a média destes dois valores,
temos um rendimento de 0,815%.
Pliquida = Pbruta * η T
Pliquida = Pbruta * 0,815
Pliquida = 290,72 (W)
(10)
31
O fluído produzido por apartamento é de 471,2 litros/dia, sendo dois apartamentos
por pavimento, podemos considerar que o fluido total por pavimento será:
Fp Pav.. = Fpapart. * 2
(11)
Fp Pav. = 471,24 * 2
Fp Pav. = 942,5 (litros/dia)
O total gerado será fruto do tempo de geração proporcional ao total de fluido
armazenado:
Qv =
V
t
(12)
Onde:
Qv = Vazão em volume em (m³/s);
V = Volume em (m³);
t = Tempo em (s).
Reorganizando a equação (12) temos;
t=
V
Qv
t=
0,9425
0,014
t = 67,3 (s)
A energia é referenciada em horas, assim podemos afirmar que a geração média
diária por pavimento será:
E = Pliq * t
E = 290,72 * (
(13)
67,3
)
3600
E = 5,43 (W/dia)
Considerando que são 15 pavimentos aproveitados para geração, e que o fluido
realimenta o próximo reservatório inferior, a energia total por dia será:
ETotal = ( E Pav.16 *1) + ( E Pav.15 * 2) + ( E Pav.14 * 3) + ( E Pav.13 * 4)..... + ( E Pav.2 *15)
ET = 651,6 (W/dia)
(14)
32
Gerando um acúmulo mensal de:
Emensal = (
651,6 * 30
)
1000
Emensal = 19,55 (kW)
E o total anual de:
Eanual = (
651,6 * 365
) (kW)
1000
Eanual = 237,83 (kW)
Após todos os devido cálculos do Modelo 1, com gerações parciais e
reaproveitamento sequencial dos fluidos obtivemos a energia liquida anual acumulada de
237,83kW/h.
33
2.2
MODELO 2 – GERAÇÃO CENTRALIZADA
Neste modelo, a partir de uma nova concepção, os fluidos serão armazenados em
cada pavimento com a geração centralizada no ponto mais inferior. A Figura 10 ilustra o
modelo proposto.
3.0
3.4
Pav.16
3.4
Resvatório
54
Sensor
Nível
Max.
Sensor
Nível Min.
Válvula
Ativa
Tubulação
Descarga
Resvatório
Sensor
Nível Max.
3.0
Sensor
Nível Min.
Válvula
Ativa
Turbina
Gerador
Descarga
Dreno
Pav.1
Figura 10 – Esquemático Geração - Modelo 2.
Fonte: Própria, 2013.
34
O sistema consiste no seccionamento da tubulação existente e na instalação de
condutos de desvio para o reservatório, a fim de armazenar os fluidos gerados em cada
pavimento no seu próprio reservatório. Os reservatórios individuais têm a função de dividir
o peso nas estruturas de cada pavimento, carga esta não prevista em projeto.
As descargas de cada reservatório são interligadas com uma única tubulação de
descida que alimenta a turbina localizada no piso do 1º pavimento. Esquematicamente será
necessário controle ativo realimentado para gerenciamento do reservatório e das descargas
de modo a otimizar e monitorar o sistema.
No ponto de desvio, através de sistema mecânico, a captação poderá virar retorno,
atuando como uma válvula de fluxo, desviado o fluido para o reservatório, ou para a
tubulação, evitando transtornos em caso de falhas.
Desta maneira cada pavimento apresentará um resultado especifico de geração, pois
as vazões serão diferentes em cada caso. Para prorrogar o tempo de geração e assim ter um
melhor aproveitamento do gerador, a secção da tubulação de descarga será reduzida de Ø
50 mm para Ø 32 mm.
Dados do Sistema:
Diâmetro do reservatório 2 ao 15: Ø 750 mm;
Capacidade de armazenamento 2 ao 15 = 1,08 m³
Diâmetro do reservatório 1: Ø 950 mm;
Capacidade de armazenamento 1 = 1,05 m³
Duto de descarga que alimenta o gerador = Ø 32 mm;
Altura do nível máximo água em relação ao piso do Pav.= 2,6 m
Altura nível d’água em relação a turbina = variável conforme andar;
Altura da turbina em relação ao piso do 1º Pav. = 0,60 m
Altura máxima do último reservatório = 50,2 m;
Abaixo estão descritas as formulas usadas, bem com a metodologia adotada nos
cálculos de geração parcial em cada pavimento.
Para determinarmos a potência bruta disponível adotamos:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Q v .H
onde;
(W)
35
Pbruta = Potência Bruta em watts (W);
ρ H 2O = Massa específica água dado em kg/m³;
g = Aceleração da gravidade em m/s²;
Qv = Vazão dado em m³/s.
Para calcular a vazão utilizamos a seguinte equação:
Qv = v * A
Onde:
v = Velocidade do escoamento em m/s;
A = Área da seção reta do conduto em m²;
Não conhecendo a velocidade de escoamento, utilizamos a equação de Daniel
Bernoulli (AZEVEDO NETO,8ª Ed, 1998), considerando as seguintes hipóteses
simplificadoras:
- Escoamento em regime permanente;
- Sem máquina no trecho de analise;
- Sem perdas por atrito na tubulação;
- Propriedades uniformes nas seções;
- Fluido incompressível;
- Sem troca de calor;
Equação de Bernoulli Genérica:
z1 * g +
v1 ² P1
v² P
+ = z2 * g + 2 + 2
2 ρ
2 ρ
Onde:
z1 = Altura máxima seção 1 dado em m;
z2 = Altura máxima seção 2 dado em m;
v1 = Velocidade seção 1 dado em m/s;
v2 = Velocidade seção 2 dado em m/s;
P1 = Pressão seção 1 dado em k.Pa;
P2 = Pressão seção dado em k.Pa ;
g = Aceleração da gravidade em m/s²;
36
Considerando:
- A pressão na superfície do reservatório e na saída é a pressão atmosférica, ou seja
a mesma nos dois locais, desconsideramos a pressão nos dois lados da equação.
- Devido à seção do reservatório ser muito maior que a seção do conduto de saída, a
velocidade ( v1 ) será desconsiderada.
- Aceleração da gravidade g = 9,8
(m/s²);
Simplificando teremos;
( 2 * g * ( z1 − z 2 ))
v2 =
Calculando Área de duto de descarga para todos os pavimentos:
D= Ø 32mm;
ADesc. = π * r ²
ADesc . = π * (
32 x10 −3
)²
2
ADesc. = 0,000804
(m²)
Para saber a quantidade de energia produzida é necessário saber o tempo de vazão:
Qv =
V
t
Onde:
V = Volume em m³;
t = Tempo em segundo.
Reorganizando temos;
t=
V
(s)
Qv
Neste modelo de configuração, será necessário o cálculo da produção parcial de cada
pavimento, somando os resultados parciais para obtermos o total produzido.
37
Geração do pavimento 16
-Altura máxima H= 50,2 m
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * (50 , 2 − 0 ,6 ))
v 2 = 31,18
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 31,18 * 0,000804
(m³/s)
Qv = 0,025
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,025 * 50,2
Pbruta = 12.299
(W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros/dia
-Tempo de vazão
t=
V
Qv
t=
0 ,9425
0,025
t = 37,7 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E16 = 12 .299 * (
E16 = 128,8
37 ,7
)
3600
(W/dia)
38
Geração do pavimento 15
-Altura pavimento 16
H= 50,2 m
H Pav .15 = H 16 . − H pav . ⇒
H Pav .15 = 50,2 − 3,4 ⇒
H Pav.15 = 46,8 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * ( 46 ,8 − 0 ,6 ))
v2 = 30,09
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 30,09 * 0,000804
Qv = 0,024
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,024 * 46,8
Pbruta = 11.096,26
(W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros/dia
-Tempo de vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,024
t = 39,27 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E15 = 11 .096 ,26 * (
E15 = 121,04
39,27
)
3600
(W/dia)
39
Geração do pavimento 14
-Altura pavimento 15
H= 46,8 m
H Pav .14 = H 15 . − H pav . ⇒
H Pav .14 = 46,8 − 3,4 ⇒
H Pav.14 = 43,4 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 43 , 4 − 0 ,6 ))
v2 = 28,96
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 28,96 * 0,000804
Qv = 0,023
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,023* 43,4
Pbruta = 9.854,97 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros/dia
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0,023
t = 40,97 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E14 = 9.854 ,97 * (
40,97
)
3600
E14 = 112,17 (W/dia)
40
Geração do pavimento 13
-Altura pavimento 14
H= 43,4 m
H Pav .13 = H 14 . − H pav . ⇒
H Pav .13 = 43,4 − 3,4 ⇒
H Pav.13 = 40 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 40 − 0 ,6 ))
v2 = 27,79
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 27,79 * 0,000804
Q v = 0,022
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,022 * 40
Pbruta = 8.758,26 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros/dia
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,022
t = 42,84 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E13 = 8.758, 26 * (
E13 = 104,22
42,84
)
3600
(W/dia)
41
Geração do pavimento 12
-Altura pavimento 13
H= 40 m
H Pav .12 = H 13 . − H pav . ⇒
H Pav.12 = 40 − 3,4 ⇒
H Pav.12 = 36,6 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 36 ,6 − 0 ,6 ))
v2 = 26,56
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 26,56 * 0,000804
Qv = 0,0213
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0213 * 36,6
Pbruta = 7.660,24 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,0213
t = 44,24 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E12 = 7.660, 24 * (
E12 = 94,15
42,84
)
3600
(W/dia)
42
Geração do pavimento 11
-Altura pavimento 12
H= 36,6 m
H Pav .11 = H 12 . − H pav . ⇒
H Pav .11 = 36,6 − 3,4 ⇒
H Pav.11 = 33,2 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * (33 , 2 − 0 ,6 ))
v2 = 25,27
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 25,27 * 0,000804
Qv = 0,0203
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0203* 33,2
Pbruta = 6.612,37 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,0203
t = 46,43 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E11 = 6.612 ,37 * (
E11 = 85,28
46,43
)
3600
(W/dia)
43
Geração do pavimento 10
-Altura pavimento 11
H= 33,2 m
H Pav .10 = H 11 . − H pav . ⇒
H Pav .10 = 33,2 − 3,4 ⇒
H Pav.10 = 29,8 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 29 ,8 − 0 ,6 ))
v2 = 23,92
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 23,92 * 0,000804
Qv = 0,0192
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0192 * 29,8
Pbruta = 5.617,17 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0,9425
0 ,0192
t = 49,08 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E10 = 5.617 ,17 * (
E10 = 76,6
49,08
)
3600
(W/dia)
44
Geração do pavimento 9
-Altura pavimento 10
H Pav .9 = H 10 − H pav . ⇒
H= 29,8 m
H Pav.9 = 29,8 − 3,4 ⇒
H Pav .9 = 26,4 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 26 , 4 − 0 ,6 ))
v2 = 22,48
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 22,48 * 0,000804
Qv = 0,018
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,018 * 26,4
Pbruta = 4.677,61 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0,018
t = 52,36 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 9 = 4.677,61 * (
E9 = 68,03
52,36
)
3600
(W/dia)
45
Geração do pavimento 8
-Altura pavimento 9
H Pav .8 = H 9 − H pav . ⇒
H= 26,4 m
H Pav.8 = 26,4 − 3,4 ⇒
H Pav .8 = 23,0 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * ( 23 ,0 − 0 ,6 ))
v2 = 20,95
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 20,95 * 0,000804
Qv = 0,0168
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0168 * 23,0
Pbruta = 3.797,18 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0,9425
0 ,0168
t = 56,10 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 8 = 3.797 ,18 * (
E8 = 59,17
56,10
)
3600
(W/dia)
46
Geração do pavimento 7:
-Altura pavimento 8
H Pav .7 = H 8 − H pav . ⇒
H= 23,0 m
H Pav.7 = 23,0 − 3,4 ⇒
H Pav .7 = 19,6 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * (19 ,6 − 0 ,6 ))
v2 = 19,29
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 19,29 * 0,000804
Qv = 0,0155
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0155 *19,6
Pbruta = 2.980,18 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0,9425
0 ,0155
t = 60,80 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 7 = 2.980 ,18 * (
E7 = 50,33
60,8
)
3600
(W/dia)
47
Geração do pavimento 6:
-Altura pavimento 7
H Pav .6 = H 7 − H pav . ⇒
H= 19,6 m
H Pav.6 = 19,6 − 3,4 ⇒
H Pav .6 = 16,2 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * (16 , 2 − 0 ,6 ))
v2 = 17,48
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 17,48 * 0,000804
Q v = 0,014
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,014 *16,2
Pbruta = 2.231,96 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,014
t = 67,32 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 6 = 2.231,96 * (
E6 = 41,73
67,32
)
3600
(W/dia)
48
Geração do pavimento 5:
-Altura pavimento 6
H Pav .5 = H 6 − H pav . ⇒
H= 16,2 m
H Pav.5 = 16,2 − 3,4 ⇒
H Pav.5 = 12,8 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 .8 * (12 ,8 − 0 , 6 ))
v2 = 15,46
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 15,46 * 0,000804
Q v = 0,012
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,012 *12,8
Pbruta = 1.559,55 (W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0 ,012
t = 78,54 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 5 = 1.559,55 * (
E5 = 34,02
78,54
)
3600
(W/dia)
49
Geração do pavimento 4:
-Altura pavimento 4
H= 12,8 m
H Pav .4 = 12,8 − 3,4 ⇒
H Pav .4 = H 5 − H pav . ⇒
H Pav.4 = 9,4 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * ( 9 , 4 − 0 , 6 ))
v2 = 13,13
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 13,13 * 0,000804
Qv = 0,0105
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,0105* 9,4
Pbruta = 972,7
(W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0,9425
0 ,0105
t = 89,76 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 4 = 972 ,7 * (
E 4 = 24,24
89,76
)
3600
(W/dia)
50
Geração do pavimento 3:
-Altura pavimento 4
H= 9,4 m
H Pav.3 = 9,4 − 3,4 ⇒
H Pav .3 = H 4 − H pav . ⇒
H Pav.3 = 6,0 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * ( 6 , 0 − 0 , 6 ))
v2 = 10,28
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 10,28 * 0,000804
Qv = 0,00826
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,00826 * 6,0
Pbruta = 485,98
(W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0,9425
0,00826
t =114,10 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 3 = 485 ,98 * (
E3 = 15,4
114 ,10
)
3600
(W/dia)
51
Geração do pavimento 2:
-Altura pavimento 3
H Pav .2 = H 3 − H pav . ⇒
H= 6 m
H Pav.2 = 6,0 − 3,4 ⇒
H Pav.2 = 2,6 (m)
-Calculando Velocidade:
v2 =
( 2 * g * ( z 1 − z 2 ))
v2 =
( 2 * 9 . 8 * ( 2 , 6 − 0 , 6 ))
v2 = 6,26
(m/s)
-Calculando Vazão:
Qv = v * A
Qv = 6,26 * 0,000804
Qv = 0,00503
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = ρ H 2O ∗ g * Qv .H
Pbruta = 1.000 ∗ 9,8 * 0,00503 * 2,6
Pbruta = 128,26
(W)
-Fluido produzido por Pavimento:
Fp andar . = 942,5 litros
-Tempo de Vazão:
t=
V
(s)
Qv
t=
0 ,9425
0,00503
t = 187,37 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E 2 = 128,26 * (
187 ,37
)
3600
E2 = 6,67 (W/dia)
52
Considerando que no 1º pavimento não é possível o aproveitamento, somados os
resultados das energias brutas parciais, temos:
Etotal = ( E Pav.16 ) + ( E Pav.15 ) + ( E Pav.14 ) + ( E Pav.13 ). + ......(E Pav.4 ) + ( E Pav.3 ) + ( E Pav.2 )
Etotal = 128,8 + 121,04 + 112,17 + 104,22 + 94,15 + 85,28 + 76,6 + 68,03 + 59,17.50,33 + 41,73 +
+ 34,02+ 24,24+15,4 + 6,67
(W/dia)
Etotal = 1.021,85
O rendimento do conjunto (η T ) , tubulação, turbina e gerador, varia de 0,76 a 0,87%
nas usinas hidroelétrica (REIS, 2003, p. 81). Adotando a média destes dois valores, temos
que o rendimento será de 0,815%, deste modo a energia liquida será dada por:
Eliquida = ETotal *ηT
Eliquida = 1.021,85 * 0,815
Eliquida = 832,8
(W/dia)
Gerando um acúmulo mensal de:
E mensal = (
832,8 * 30
)
1000
E mensal = 25,98 (kW)
Total anual de:
E anual = (
832,8 * 365
)
1000
Eanual = 303,97 (kW)
O Modelo 2, através da geração centralizada e armazenamento individual dos fluidos,
pode produzir uma energia liquida anual acumulada de 303,97 kW/h.
Comparado ao Modelo 1, este apresentou a maior energia gerada. Para uma melhor
analise deste modelo de geração, serão apresentados graficamente os resultados obtidos.
Na gráfico da Figura 11, consta o comparativo entre altura e a energia gerada, onde
constata-se que quanto maior for a altura, mais energia é possível produzir.
53
Energia Gerada x Altura Queda
2,6
9,4
Altura (m)
16,2
23
29,8
36,6
43,4
50,2
0
20
40
60
80
100
120
140
Energia Gerada (W/dia)
Figura 11 – Gráfico Energia versus Altura.
Fonte: Própria, 2013.
Do mesmo modo, na Figura 12, podemos constatar que a potência bruta está
relacionada à quantidade de energia gerada durante o período diário, sendo diretamente
proporcional.
Potência Bruta x Energia Gerada
Energia Gerada (W/dia)
6,67
24,24
41,73
59,17
76,6
94,15
112,17
128,8
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Potencia Bruta (W)
Figura 12 – Gráfico da Potência Bruta versus Altura.
Fonte: Própria, 2013.
Considerando que em todos os pavimentos temos a mesma quantidade de fluido,
alturas diferentes e vazões diferentes, na Figura 13 podemos constatar que o tempo de
geração é inversamente proporcional à altura da queda.
54
Altura (m)
Tempo x Altura Queda
2,6
6
9,4
12,8
16,2
19,6
23
26,4
29,8
33,2
36,6
40
43,4
46,8
50,2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Tempo (s)
Figura 13 – Tempo de Geração versus Altura Queda.
Fonte: Própria, 2013.
A vazão determina o tempo de geração, quanto menor a altura menor a vazão e
consequentemente maior o tempo de geração. Note que no ponto de menor altura (2,6 m)
com tempo superior aos demais, a geração foi muito menor se comparado com o ponto de
maior altura e menor tempo de geração.
Isto acontece porque a força bruta produzida é proporcional à altura, assim, se tivermos
elevada queda com tempo infinito de geração, a produção de energia elétrica será máxima.
55
2.3 SISTEMATIZAÇÃO
Neste capitulo será abordado à representatividade que o sistema oferece ao consumo
de energia do condomínio, para posterior análise da viabilidade de implantação.
Com base no histórico de consumo do condomínio fornecido pela concessionária de
energia local DEMEI, segue abaixo tabela 6 com os consumos mensais dos últimos 24 meses
e ponderação da média mensal e diária.
Tabela 6 – Consumo de Energia Elétrica Condomínio
Fonte: DEMEI, 2013.
CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA CONDOMÍNIO
MÊS
kW/h
MÊS
kW/h
Out./13
3291
Set./12
2839
Set./13
2870
Ago./12
3152
Ago./13
3838
Jul./12
3627
Jul./13
4127
Jun./12
3364
Jun./13
3345
Mai./12
3308
Mai./13
3592
Abr./12
2888
Abr./13
3010
Mar./12
3046
Mar./13
2776
Fev./12
2595
Fev./13
2313
Jan./12
2627
Jan./13
2707
Dez./11
3325
Dez./12
2886
Nov./11
2792
Nov./12
2958
Out./11
2971
Out./12
2985
Set./11
3418
Média Mensal (kW/h)
3360,42
Média Diária (kW/h)
112,01
Com uma geração mensal estimada no modelo 2 de 25,98 kW/h, através da aplicação
da regra três, obtemos:
CMediaMesal → 100%
Emesal → x
3360,42 → 100%
25,98 → x
x = 0, 77 %
A implementação do sistema traria uma redução do consumo em kW/h de 0,77% do
consumo total do condomínio.
56
Consta que somente foi possível aproveitar 49,67% do fluido produzido de cada um
dos 30 apartamentos, sendo 471,2 litros/dia por apartamento, assim pode-se dizer que:
Fluido diário aproveitado:
Faprov . = n º apto *FP
Faprov . = 30 * 471,2
Faprov . = 14.136
(litros/dia)
Percentual total aproveitado:
FTotal → 100%
Faprov. → x
30 .360 → 100 %
14 .136 → x
x = 46,56 (%)
Deste modo 46,56% do fluido aproveitado produziu uma redução no consumo de
energia elétrica de 0,77%.
Caso fosse possível aproveitar todo este fluxo, a redução de consumo poderia chegar
a níveis maiores como demonstrado abaixo;
46,56 → 0,77
100 → x
x = 1,65 (%)
Se fosse possível o aproveitamento de todo o fluido hidro sanitário na geração de
energia elétrica a redução no consumo de energia seria de 1,65%.
Custo do kWh:
Consumo em mês de outubro = 3.291 kWh
Valor final da fatura incluído impostos = R$ 1.620,93
Custo do kWh= R$ 0,4925
57
Renda bruta mensal para os 46,56%:
R$ = 1.620,93* 0,77%
R$ m = 12,50 (mês)
R$ a = 150,00 (ano)
Considerando o aproveitamento de 100%:
R$ = 1.620,93*1,65%
R$ m = 26,75 (mês)
R$ a = 320,94 (ano)
Os valores encontrados têm pouca representatividade para o caso em estudo, mas são
uma possibilidade de geração. É necessário salientar que esta é uma energia disponível e
gratuita.
Por outro lado se existisse possibilidade de utilização de 100% do fluido produzido,
a renda da gerada dobra de valor, de R$ 150,00 para R$ 320,24 anuais tornando-se mais
atrativa economicamente.
2.4 CUSTO ESTIMADO MODELO 2
De maneira genérica, será apresentado um orçamento elementar com os principais
materiais para a implementação deste sistema, desconsiderando necessidades adicionais em
uma real instalação.
Alguns problemas pontuais aparecerão, causados pela presença dos resíduos sólidos,
sais e outras substâncias adjuntas as fezes e a urina bem como demais produtos de limpeza
que vão compor o fluido hidro sanitário.
Com os materiais existentes no mercado hoje, problemas como o desgaste físico das
pás da turbina, que normalmente são metálicos, poderiam ser solucionados com substituição
por outros materiais não corrosivos, ou ainda revestidos por uma camada de material
protetor.
Os dejetos mais sólidos podem ser facilmente dissolvidos por um sistema mecânico,
composto por pás em formato de faca, para que durante o escoamento promovesse o choque
e o próprio fluido desfragmentasse os mesmos.
58
Os valores da tabela 7 são comerciais relativos a data deste estudo, podendo variar
dependendo da localidade. Peças com modelos especiais não encontradas no mercado, foi
adotado como base de preço valores de produtos similares.
Tabela 7 – Custo Estimado Modelo 2
Fonte: Própria, 2013.
CUSTO ESTIMADO
QT
1
8
4
30
30
30
15
2
15
15
1
1
1
Descrição
Turbina Gerador Acoplado 600W-220V/60Hz -Imp.
Tubo PVC Água - Ø 32mm - 6m
Tubo PVC Esgoto Ø 150mm - 6m
Desvio lateral 150x150mm
Joelho PVC esgoto Ø 150mm
T PVC agua Ø 32mm
Reservatório 1000 litros
Adesivo plástico
Sensor Nível
Válvula tipo gaveta Ø 32mm
Automação
Mão obra Instalação
Acessórios
R$ und.
R$
960,00
R$
14,00
R$
85,00
R$
39,00
R$
29,90
R$
2,20
R$
280,00
R$
4,00
R$
14,90
R$
132,00
R$ 1.000,00
R$
800,00
R$
300,00
Total
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$ Total
960,00
112,00
340,00
1.170,00
897,00
66,00
4.200,00
8,00
223,50
1.980,00
1.000,00
800,00
300,00
12.056,50
Com o custo apresentado o retorno do investimento fica estipulado em:
Re torno =
12 .056 ,50
150 ,00
Retorno= 80,37 anos.
Retorno do investimento estipulado em 80 anos torna este modelo inviável
economicamente, pois sua vida útil com certeza será muito menor.
No caso da utilização de 100% do fluido produzido, o retorno do investimento ficaria:
Re torno =
12 .056 ,50
320 ,94
Retorno= 37,56 anos.
Mesmo com a utilização da totalidade do fluido produzindo o retorno do investimento
continua em níveis elevados e não atrativos.
Os dois modelos estudados buscaram otimizar a geração de energia elétrica, mas
devido ao seu elevado custo de instalação, se tornaram inviáveis economicamente para o
prédio analisado.
59
3.
CASO HIPOTÉTICO
Buscando aprimorar as características e potencialidades desta geração, neste item
vamos simular dois casos hipotéticos com base nos dados do prédio analisado.
Imaginemos que o mesmo prédio fosse acrescido de mais 10 pavimentos, totalizando
26 pavimentos, com 52 apartamentos.
3.1
CASO HIPOTÉTICO 1
O fluido gerado por apartamento permanecesse o mesmo 471,2 litros/dia, agora com
a acumulação centralizada com um único reservatório, instalado no 15º pavimento, e o
gerador permanecendo instalado no último pavimento, mais próximo do solo.
Utilizando os valores já obtidos no pavimento 16 temos:
-Altura máxima
H=50,2 m
-Velocidade:
v 2 = 31,18
-Vazão:
Qv = 0,025
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = 12.299
(W)
-Fluido produzido por Pavimento
Fp Pav. = 942,5 litros/dia
(m/s)
-Fluido total produzido pelo Pavimento 16 somando-se aos outros 10 pav.:
FpTtotal . = 942,5 * 11
FpTtotal. = 10.367,5 litros/dia
-Tempo de vazão:
t=
V
Qv
t=
10 ,3675
0 ,025
t = 414,7 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
60
E1 = 12 .299 * (
E1 = 1.416,77
414 ,7
)
3600
(W/dia)
Aplicando o rendimento a energia líquida será:
Eliquida = E1 *ηT
Eliquida = 1.416,77 * 0,815
Eliquida = 1.154,66 (W/dia)
Gerando um acúmulo mensal de:
E mensal = (
1154,66 * 30
)
1000
Emensal = 34,64 (kW)
Total anual de:
E anual = (
1.154,66 * 365
)
1000
Eanual = 421,45 (kW)
Renda bruta:
R$ = 34,64* 0,4925
R$ m = 17,06 (mês)
R$ a = 207,56 (ano)
Nota-se que a energia gerada é maior, pois aumentou-se o tempo de geração causado
pelo aumento de fluido aproveitado.
61
3.2 CASO HIPOTÉTICO 2
Este modelo hipotético será semelhante ao caso 1, geração centralizada, com um
único reservatório, agora instalado no 9º pavimento, e gerador no último pavimento próximo
ao solo.
Utilizando os valores já obtidos no pavimento 9 temos:
-Altura máxima :
H=33,2 m
-Velocidade:
v2 = 23,92
-Vazão:
Qv = 0,0192
(m³/s)
-Potência bruta presumida:
Pbruta = 5.617,17
(W)
-Fluido produzido por Pavimento
Fp andar . = 942,5 litros/dia
(m/s)
Fluido total dos produzido pelo pavimento 10 somado aos outros 16 pavimentos
temos:
FpTtotal . = 942,5 *17
FpTtotal . = 16.022,5 litros/dia
-Tempo de vazão:
t=
V
Qv
t=
16 .022
0,019
t = 843,28 (s)
-A energia produzida é referenciada em horas, portanto:
E = PBruta * t
E1 = 5.617 ,17 * (
E1 = 1.315,80
843,28
)
3600
(W/dia)
A energia liquida:
Eliquida = E1 *ηT
Eliquida = 1.315,80 * 0,815
62
Eliquida = 1.072,38 (W/dia)
Gerando um acúmulo mensal de:
E mensal = (
1072 ,38 * 30
)
1000
E mensal = 32,17 (kW)
Gerando um acúmulo anual de:
E anual = (
1.072 ,38 * 365
)
1000
Eanual = 391,41 (kW)
Renda bruta:
R$ = 34,64* 0,4925
R$ m = 15,84 (mês)
R$ a = 192,77 (ano)
O tempo de geração aumenta mas devido a redução da queda, a potência bruta
diminui, e mesmo com o aumento do tempo de geração este modelo não produz mais
energia que o modelo hipotético do caso 1.
3.3 GENERALIDADES
O caso 1 produz mais energia que o modelo estudado no caso 2, mesmo tendo mais
fluído a energia total gerada é menor.
Quanto maior a queda e maior vazão, maior será a energia liquida produzida. Para
visualizar um horizonte de instalação vamos estimar o custo da mesma, para do modelo
hipotético do caso 1, e analisar o tempo de retorno do investimento.
63
Este modelo hipotético terá um investimento menor, mas cabe salientar que a
produção de energia não é a máxima possível, pois todo o fluido produzido nos pavimentos
inferiores ao da instalação do reservatório não estão sendo aproveitados.
Tabela 8 – Custo Estimada Caso 1
Fonte: Própria, 2013.
CUSTO ESTIMADO CASO 1
QT
1
8
0,25
2
3
30
1
1
1
1
1
1
1
Descrição
Turbina Gerador Acoplado 600W-220V/60Hz -Imp.
Tubo PVC Água - Ø 32mm - 6m
Tubo PVC Esgoto Ø 150mm - 6m
Desvio lateral 150x150mm
Joelho PVC esgoto Ø 150mm
T PVC agua Ø 32mm
Reservatório 3000 litros
Adesivo plástico
Sensor Nível
Válvula tipo gaveta Ø 32mm
Automação
Mão obra Instalação
Acessórios
R$ und.
R$
960,00
R$
14,00
R$
85,00
R$
39,00
R$
29,90
R$
2,20
R$
380,00
R$
4,00
R$
14,90
R$
132,00
R$ 1.000,00
R$
500,00
R$
180,00
Total
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$ Total
960,00
112,00
21,25
78,00
89,70
66,00
380,00
4,00
14,90
132,00
1.000,00
500,00
180,00
3.537,85
Com o custo estimado podemos calcular o retorno do investimento que ficará
estipulado em:
Re torno =
3 .537 ,85
207 ,56
Re torno = 17 (anos)
O investimento traria retorno após 17 anos de sua instalação, tornando-se mais
atrativo economicamente.
Os dois casos abordados neste item, demonstram claramente a real possibilidade do
aproveitamento do sistema de esgoto em prédios verticais, sendo que o requisito para tal é a
elevada altura e muitas pessoas residindo no mesmo.
Analisando os resultados é possível afirmar que em grandes condomínios verticais
venha existir a possibilidade técnica e econômica de produzir energia elétrica a partir da
utilização do potencial hidro sanitário.
64
4.
LEGALIDADE DA GERAÇÃO PRÓPRIA DE ENERGIA
A geração própria de energia está em pauta há vários anos causados pela solicitação
de maior demanda do sistema energético, aos custos elevados para solucioná-lo e ao período
de implantação na ordem de 10 anos, freadas pelos órgãos ambientais.
A resolução normativa nº 482 da ANEEL oficializou as regras para microgeração em
todo o País em abril de 2012, possibilitando que os clientes de energia possam deixar de ser
agentes passivos, passando a gerar a própria energia em suas residências ou em suas
empresas.
São consideras microgeração as com potência instalada até 100 kW, e minigeração
as com potência de 100 kW até 1 MW. A resolução permite que o cidadão, além de consumir
a energia fornecida pela distribuidora, contabilize também a potência gerada por painéis
solares ou minigeradores eólicos e hidrelétricos instalados diretamente na rede elétrica onde
ele reside.
De modo sucinto, a regra prevê que o consumidor que possui um consumo mensal
de 200 kWh por mês, se conseguir gerar 50 kWh, ele pagaria apenas pela diferença entre os
200 kWh utilizados e os 50 kWh gerados: ou seja, 150 kWh. Caso o gerado for superior ao
consumido no mês, cria-se um crédito para o consumidor com a validade de até 36 meses,
para ser abatido nas faturas seguintes. A energia gerada só pode ser utilizada em benefício
próprio, tanto no local de geração ou em outros locais de mesma distribuidora, não podendo
ser vendido o excedente.
O cidadão é responsável pelos investimentos necessários até o ponto de conexão com
a rede. A distribuidora, por sua vez, se responsabiliza pela estrutura que ligará o consumidor
à rede integrada, instalando um medidor especial (já regulamentado pela Agência), que
contabiliza geração e consumo. A distribuidora cobrará do cidadão somente a diferença do
medidor convencional ao medidor direcionados especialmente para a microgeração.
A microgeração distribuída tem a vantagem de injetar energia no centro de consumo
não tendo a necessidade de linhas de transmissão, reduzindo as perdas no sistema.
Deste modo a resolução da Aneel prevê desconto da ordem de 80% na Tarifa de uso
dos Sistemas Elétricos de Distribuição (Tusd), encargo cobrado sobre os consumidores
65
conectados ao sistema das concessionárias de distribuição. A mesma redução será aplicada
à Tarifa de Uso do Sistema de Transmissão (Tust). O desconto vigora pelos dez primeiros
anos de operação.
Esta normativa traz possibilidade de geração de energia elétrica no momento em que
se possui a disponibilidade par tal e injeção direta do produzido na rede pública de
suprimento, podendo ser retirada para o consumo no momento em que se tiver a necessidade.
Para as micro e minigerações isto significa que não há mais a necessidade de
armazenamento desta energia produzida, minimizando os custo de instalação e manutenção,
tornando-as mais atrativas economicamente.
66
5.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve por objetivo caracterizar o potencial energético do sistema de
esgoto em prédios verticais, desconsiderando características construtivas necessárias para a
implementação prática do mesmo.
Para este estudo, foi escolhido o prédio local que possui o maior número de
pavimentos, e com base nos dados coletados foram desenvolvidos todos os cálculos
apresentados.
Este estudo aponta que o potencial fornecido é grande, mas devido ao baixo fluxo de
água, a geração é muito pequena para o prédio estudado, sendo desconsiderada a hipótese
de instalação devida ha não atratividade econômica.
O modelo 2, com a geração centralizada é a melhor opção relativo a geração, pois
garante o aproveitamento total do fluido disponível, produzindo o máximo possível de
energia. Com seu custo de instalação muito elevado, dado a complexidade e quantidade de
materiais necessários, o modelo de geração não é viável economicamente.
Existem no mercado vários modelos de turbinas hidráulicas para utilização em
microgerações, com potências que variam de 300 a 5000 W, queda bruta mínima de 5 a 40
m, fluxo entre 0,007 a 0,015 m³/s. As mesmas podem ser fornecidas na tensões de 12/24Vdc,
ou 220 Vac/50-60 Hz. Em anexo as especificações técnicas de modelos encontrados.
Com a simulação dos dois casos hipotéticos foi possível visualizar uma possibilidade
real de implementação do sistema, sendo limitada ao tipo de fonte disponível. Requisitos
principais para a viabilidade do projeto são número elevado de apartamentos, muitos
pavimentos, grande índice de ocupação e com a concentração das tubulações de descidas de
esgoto em um mesmo local.
A implementação deste sistema em prédios verticais possui muitos agravantes que
dificultam a disseminação destes modelos apresentados. Cada caso em particular deve ser
estudado, potencializado e ponderado. Pontos críticos são o espaço físico para alocação de
equipamentos, peso dos reservatórios carregando a infraestrutura civil, dentre outros.
O aproveitamento do potencial energético de prédios verticais, mesmo em baixa
escala, pode ser implementada principalmente em novos projetos. Muitos tem incluído o
aproveitamento de águas cinzas e água da chuva, com captação e reuso. Estes prédios
67
possuem tubulações separadas a das bacias sanitárias, o que possibilitaria a utilização em
turbinas normais, pois o fluido gerado não contém partículas solidas e nem sais. Casos
específicos de condomínio horizontais com terrenos em desnível também podem ser fontes
geradoras de energia.
O estudo apresentado mostra que há potencial real disponível para o aproveitamento
na geração de energia elétrica, onde podemos visualizar um universo de possibilidades e
formas para o aproveitamento. Para tal é fundamental estudos mais aprofundados, medições
e testes que apresentarão o melhor modelo físico e econômico.
Para viabilizar a implantação deste modelo de geração, a produção em série e a
otimização do modelo ideal traria consequentemente a redução do custo de instalação, o que
aumenta a atratividade econômica da implementação do sistema.
A legalização das microgerações libera a injeção direta do potencial gerado na rede
pública, tornando a geração própria de energia muito mais simples, objetiva e atrativa,
eliminando assim a necessidade de armazenamento da energia produzida. Desta maneira
torna-se possível gerar pequenas quantias durante um logo período e utilizá-la conforme a
necessidade.
Com propósito de possibilitar a continuidade de pesquisas sobre o tema enumeramse as seguintes sugestões:
-
Criação de ferramenta computacional para estimativa rápida do potencial;
-
Avaliar o potencial disponível e um dos aranhas céus existentes no país;
-
Estudo do potencial de geração do sistema público de esgoto.
Este estudo quer motivar a discussão e o interesse sobre este assunto, entendendo que
esta seja a melhor maneira para que esta ideia possa se tornar uma realidade em um futuro
próximo.
68
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AZEVEDO NETTO, José. M. Manual de Hidráulica, 8. ed. São Paulo: Edgard
Blücher Ltda, 1998. 669p.
Michaelis. Dicionário Michaelis.São Paulo, SPBrasil Melhoramentos, 2009.
NEVES, Eurico Trindade. Curso de Hidráulica 9. ed. São Paulo: Globo S.A,
1989. 577p.
REIS, Lineu Belico. Geração de Energia Elétrica (1. ed.). São Paulo: Manole
Ltda, 2003. 324p.
SHREIBER, Gerhard P. Usinas Hidrelétricas. São Paulo: Edgard Blücher Ltda,
1977. 230p.
ANEEL, A. N. D. E. E. Resolução Normativa 482. Brasília: [s.n.], 2012. Disponível
em: <http://www.aneel.gov.br>. Acesso em: 06 novembro. 2013
69
ANEXOS
70
Modelos de Turbina Hidráulica com Gerador Acoplado.
Datasheet_MT_POR
Final Version
MT100, MT340, MT650
Phocos AG, Germany
[email protected]
Phocos China Ltd., China
[email protected]
Phocos India Solar Pvt. Ltd., India
[email protected]
Phocos Latin America S.R.L, Bolivia
[email protected]
TIPO
MT100
MT340
MT650
12 ou 24V
12 ou 24V
12 ou 24V
100W
340W
650W
6m
13m
20m
3liter/sec
4.3liter/sec
5.4liter/sec
28x35cm
32x35cm
45x48cm
10kg
14kg
29kg
de 1 a 3, baioneta de 1 a 3, baioneta de 1 a 3, baioneta
5/4inch
5/4inch
5/4inch
Phocos Rep. Office Australia, Australia
[email protected]
Phocos Rep. Office Brazil, Brazil
[email protected]
Phocos Rep. Office Eastern Africa,
Kenya
[email protected]
Phocos Eastern Europe S.R.L., Romania
[email protected]
Phocos SEA Pte Ltd, Singapore
[email protected]
Phocos Rep. Office South Africa
[email protected]
Phocos Tunisia
[email protected]
Phocos USA
[email protected]
www.phocos.com
71
Orçamento de uma Turbina
Guangxi Nanning HeCong Trade Co.,Ltd.
Address:T3-1611 Shangdong International ,NO.166 Nation Road ,Nanning City,Guangxi ,China
E-mail: [email protected] MSN: [email protected] Mob:0086-18378852647
TEL: 86-0771-4601800
FAX: 86-0771-4601800
http://www.hecong.com.cn
QUOTATION
To: Mr. Samuel
Commodity: 600W Turgo turbine
Commodity
Date:9/11/2013
Page: 1/1
Picture
Technical Parameters
Generator Shell Material
Iron casting
Generator Stator Wire
Copper wire
Water turbine
Rated Power (KW)
600W
Rated Head (m)
8-20
Rated Flow(cbm/s)
0.008
Pipe Diameter(cm)
8
Generator
Type
Permanent magnet
Power Output (w)
Turgo turbine
600
Voltage(V)
220V AC
Current(A)
2.73
Frequency(HZ)
50/60
Rotary Speed(RPM)
500-1500
Phase
single
N.W(KG/set)
19
G.W(KG/set)
25
Packing
Length
(cm)
Width(cm)
40
Height(cm)
37
Total Volume(m3)
0.046
EX
EX--factory price(USD/set)
Voltage controller
31
EX
EX--factory price(USD/set)
$300.00
$50.00
Remarks:
1. Delivery time: Whithin 25 days after receiving the payment
2. Package: Plywood box
3. Payment terms: Total payment by T/T or Western Union before shipment
4. If other documents(such as Certificate of Origin) are required with the product,
the document charge will be borne by the buyer
5. Validity date of the quotation: 9/12/2013
Guangxi Nanning HeCong Trade Co.,Ltd.
Zoe Wei
9/11/2013