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ESTUDO COMPARATIVO DO RENDIMENTO TEÓRICO X REAL DAS BOMBAS DA EEAT 8A DA ADUTORA DO SÃO FRANCISCO E SEU IMPACTO ECONÔMICO NOS CUSTOS COM ENERGIA ELÉTRICA.
IRECÊ, ABRIL DE 2014.
OBJETIVO O objetivo do presente trabalho é mostrar o comportamento energético da EEAT 8A da adutora do São Francisco, visando comparar os valores de rendimento teórico (fornecidos pelo fabricante) versus o rendimento real em campo.
COMPORTAMENTO OPERACIONAL DA EEAT 8A. A EEAT 8A é uma elevatória do tipo convencional, responsável por recalcar a água do São Francisco ao sistema de distribuição de Irecê e outras localidades. A EEAT 8A é a última elevatória de água tratada da adutora do São Francisco. A EEAT 8A está equipada com 3 CMB's (2+1) IMBIL, modelo BP 250-550A, motor WEG HGF de 600 cv de potência. Atualmente a EEAT 8A vem operando com 2 bombas em paralelo com rotação variável. A capacidade máxima de bombeamento da EEAT 8A é 1360 m³/h (377,77 l/s), operando com 2 CMB's em rotação máxima. Caso haja necessidade de vazões superiores aos 377,77 l/s citados, faz-se necessário a operação do Booster EEAT 8B.
COMPORTAMENTO HIDRÁULICO ENERGÉTICAS DA EEAT 8A
E
CONSIDERAÇÕES
Devido ao dimensionamento da adutora (600 mm) a operação de 2 CMB's em paralelo mostra-se extremamente ineficientes, pois a entrada do segunda CMB acresce pouca vazão ao sistema. Em termos comparativo os valores de vazão para 1 e 2 CMB's em operação são os seguintes: Vazão Máxima para um CMB = 1180 m³/h (327,77 l/s) Vazão Máxima para dois CMB's = 1360 m³/h (377,77 l/s) Acréscimo de vazão para 2 CMB's = 180 m³/h (50 l/s) Como pode ser visto acima, a introdução do segundo CMB acresce apenas 15,25% de vazão. Esse baixo acréscimo de vazão faz com que as bombas operem em regiões de baixa eficiência. 2 CMB's operando em paralelo na rotação máxima, operam em regiões não recomendadas pelo fabricante do equipamento. É sabido que as bombas centrífugas
radiais devem operara entre 70% e 110% do ponto de melhor eficiência do equipamento. No caso específico das bombas BP 250-550 o ponto de melhor eficiência é para a vazão de 1140 m³/h onde a bomba apresenta um rendimento teórico de 84%. Conforme curva abaixo, percebemos que somente uma bomba em operação temos a vazão de 1180 m³/h, ou seja, somente um CMB em operação temos um conjunto operando muito próximo do ponto de melhor rendimento. Entretanto, quando temos 2 CMB's em operação temos uma redução significativa da vazão de cada bomba e com isso uma redução da eficiência. Teoricamente 2 CMB's operando em paralelo na rotação máxima, teremos um vazão individual de 680 m³/h (188,88 l/s) que corresponde a um rendimento individual de 72%, ou seja, um queda de 12% no rendimento do CMB. 300
100 80
250
60 40 η (%)
H (m.c.a)
200
150
20 100 0 50
-20
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-40 3500
Q (m³/h) Sistema
Bomba
2 Bombas
eficiência
Polinômio (eficiência)
TESTES E DADOS COLETADOS PARA O CÁLCULO REAL DO RENDIMENTO DA BOMBA De posse dos dados de Vazão (Q), altura manométrica (H), corrente de operação (I) e potência consumida pelo motor (Pot. motor), é possível calcular o rendimento real da bomba através das relações matemáticas entre a potência hidráulica requerida e a potência elétrica consumida. Potência Hidráulica Requerida (BHP)
1° Teste: Cálculo do rendimento das bombas 01 e 03 operando em paralelo para a vazão de 1000 m³/h. *Neste teste estamos considerando que cada bomba opera com metade da vazão total Segue abaixo os dados coletados em testes de campo:
Potência consumida pelo CMB 01 = 249 KW Potência consumida pelo CMB 03 = 235 KW Nas curvas dos motores HGF temos que o rendimento para a corrente de operação abaixo de 50 A, fica em torno de 94%. Sendo assim, efetuando-se os cálculos temos os seguintes valores de Rendimento para cada bomba. BOMBA 01 - Rendimento Real = 59% (Rendimento teórico encontra-se entre 71% e 78%. BOMBA 03 - Rendimento Real = 62% (Rendimento teórico entre 71% e 78%).
Nota-se que há uma grande diferença entre o rendimento real e o rendimento teórico (diferença entre 13% a 20%), a depender da bomba avaliada. 2° Teste: Cálculo do rendimento das bombas 01 e 02 operando em paralelo para a vazão de 1000 m³/h.
Potência consumida pelo CMB 01 = 239 KW Potência consumida pelo CMB 02 = 230 KW Nas curvas dos motores HGF temos que o rendimento para a corrente de operação abaixo de 50 A, fica em torno de 94%. Sendo assim, efetuando-se os cálculos temos os seguintes valores de Rendimento para cada bomba. BOMBA 01 - Rendimento Real = 61% (Rendimento teórico encontra-se entre 71% e 78%. BOMBA 02 - Rendimento Real = 63% (Rendimento teórico entre 71% e 78%). Notamos que nesta configuração o rendimento da bomba 01 teve um leve acréscimo de 3%. 3° Teste: Cálculo do rendimento das bombas 01, 02 e 03 operando individualmente para a rotação de 1600 rpm. TESTE BOMBA 01
Potência consumida pelo CMB 01 = 310 KW BOMBA 01 - Rendimento real de 72% (Rendimento teórico entre 81 e 83%)
TESTE - BOMBA 02
Potência consumida pelo CMB 02 = 308 KW BOMBA 02 - Rendimento real de 71% (Rendimento teórico entre 81 e 83%)
TESTE BOMBA 03
Potência consumida pelo CMB 02 = 313 KW BOMBA 02 - Rendimento real de 70% (Rendimento teórico entre 81 e 83%)
QUADRO RESUMO DOS RENDIMENTOS PARA AS OPERAÇÕES INDIVUAIS EM 1600 RPM
Gráfico do rendimento teórico e real das bombas da EEAT 8A - Rendimento real das bombas - Rendimento teórico das bombas (segundos testes do fabricante)
IMPACTOS ECONÔMICOS DEVIDO AS DIFERENÇAS DE RENDIMENTOS TEÓRICOS X REAL NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA DA EEAT 8A Como foi visto anteriormente existe uma diferença de rendimentos significativos quando calculamos o rendimento real e comparamos com o rendimento fornecido pelo fabricante. Por conceito o rendimento está ligado ao consumo de energia necessário para a realização de determinado trabalho. Deste modo somos levados a concluir que a queda do rendimento real X o rendimento teórico se refletirá nos valores de energia pagos à concessionária de energia.
2 CMB'S EM PARALELO (situação mais desfavorável) Para 2 CMB's operando em paralelo na vazão 1.100 m³/h (para o caso da bomba 01 e 03 em paralelo), rendimento de cada CMB em torno de 60%, temos uma potência consumida de 249 KW e 235 KW respectivamente (totalizando 484 KW). Considerando uma tarifa média de consumo fora de ponta de 0,147 R$/KWh, temos: Custo Diário (R$) = 1.494,11 Custo Mensal (R$) = 44.823,24 Custo Anual (R$) = 537.878,88 Caso os valores de rendimento teóricos (entre 71% e 78%, adotaremos 76%) fossem encontrados na prática, teríamos potências consumidas na ordem de 191,5 KW e 192,5 KW respectivamente (totalizando 384 KW). Considerando uma tarifa média de consumo fora de ponta de 0,147 R$/KWh, temos: Custo Diário (R$) = 1.185,41 Custo Mensal (R$) = 35.562,24 Custo Anual (R$) = 426.746,88 ECONOMIA DE R$/ano 111.132,00 (somente EEAT 8A - 2 CMB's em paralelo) Atualmente temos operando de forma semelhante a EEAT 8A mais 6 elevatórias, se os resultados obtidos na EEAT 8A se reproduzirem nas outras 6 elevatórias tem-se um prejuízo de R$ 666.792,00 devido ao baixo rendimento das bombas.
CONCLUSÃO: Quanto a melhor configuração de operação: Diante dos valores obtidos em campo é de suma importância a definição da melhor configuração de operação dos CMB's de acordo com a vazão desejada pelo sistema x melhor rendimento real. Os testes apontam que para vazões abaixo de 1000 m³/h a melhor indicação é a utilização de somente 1 CMB em operação (o rendimento fica em torno de 71%, enquanto que bombas em paralelo ficam com rendimentos abaixo de 60%). É possível a operação de 1 único CMB para vazões acima de 1000 m³/h, porém verificamos em campo que ao ultrapassar 1000 m³/h de vazão as bombas passam a cavitar intensamente (outro ponto que difere dos dados do fabricante) Para vazões acima de 1000 m³/h recomendamos a operação de 2 CMB's em paralelo. Embora essa configuração prejudique o rendimento dos CMB's por outro lado reduz significativamente os níveis de cavitação. Quanto ao baixo rendimento das bombas Como evidenciado no presente trabalho, os valores de rendimentos fornecidos pelo fabricante quando comparados aos rendimentos reais em campo, nota-se grande diferença para menos. Vários podem ser os fatores que estejam prejudicando os rendimentos das bombas, como:
Ajustes das gaxetas; Desgastes internos; Defeitos de fabricação (irregularidades superficiais); Recirculação interna; Desalinhamentos;
Todas essas questões podem estar contribuindo juntos ou isoladamente para uma queda no rendimento dos CMB's. Não menos importante é considerar que os rendimentos fornecidos pelo fabricante podem estar majorados. Além das questões elencadas acima, podemos considerar ainda que o motor tende a ter seu rendimento diminuído quando acionado por inversor de frequência.
