Distribuição de água mais inteligente e eficiente

Os sistemas de bombagem representam cerca de 20% do consumo elétrico mundial e o consumo energético dos sistemas de distribuição de água assenta sobretudo nestes sistemas. Como geri-los para conseguir prever as necessidades de água e, logo, quais as necessidades de distribuição e armazenamento? A resposta é dada pelo projeto LIFE SWSS. 

Os sistemas de bombagem estão presentes em todas as indústrias e em todos os setores de atividade económica, representando perto de 20% de todo o consumo elétrico mundial.

São utilizados para transportar fluídos em sistemas de aquecimento e arrefecimento, na lubrificação, em processos industriais, na força motriz ou simplesmente para transportar água.

Os sistemas de bombagem podem consumir até 90% dos gastos energéticos dos sistemas de distribuição (Grundfos, 2004). Em Portugal, os custos energéticos deste setor representam 60% de todos os custos operacionais (à exceção dos custos com pessoal e amortizações), incluindo o saneamento (Mendes, 2016). A manutenção também representa uma fatia significativa correspondente a 20% destes custos.

Em 2015, os sistemas de distribuição de água portugueses representavam um consumo elétrico de 406GWh, que corresponde a 0,86% de toda a energia elé- trica consumida no país (Mendes, 2016).

Isto acontece porque os sistemas de bombagem são responsáveis pela captação, tratamento e transporte de água até aos consumidores ao longo de vastas áreas territoriais, sendo crucial que estas operações se façam de forma segura e eficiente. Só assim se garante uma boa qualidade de água e assegura a sua disponibilidade de forma satisfatória, o que tem um custo operacional bastante elevado (IMechE, 2004.).

O PAPEL DO PROJETO LIFE SWSS

Perante esta dimensão de consumos, coloca-se a necessidade de melhorar a eficiência dos sistemas de distribuição de água – com ganhos visíveis do ponto de vista económico, mas também ambiental – e foi assim que surgiu o projeto LIFE SWSS. Na prática, este projeto visa criar uma plataforma inovadora de gestão e tomada de decisão, tendo em conta o estudo previsional dos consumos de água e também as condições ambientais.

Com este sistema será possível prever, com bastante certeza, as necessidades de água para as próximas horas e, com isso, otimizar as operações de distribuição e armazenamento de água. Esta gestão irá permitir um melhor planeamento e conciliar as necessidades de consumo de água com a capacidade dos reservatórios e os períodos de tarifa elétrica mais favoráveis.

Para além de garantir uma melhoria de eficiência energética dos sistemas, este projeto garante também uma maior segurança no abastecimento de água às populações, permitindo um regime de funcionamento adequado à realidade das instalações e pressupondo uma manutenção preditiva destes sistemas. Desta forma, é assegurado um desempenho, pelo menos, perto do ótimo.

PRIMEIRA ETAPA SUPERADA COM SUCESSO

O primeiro módulo do projeto LIFE SWSS terminou com grande sucesso. Este módulo tinha o objetivo de conhecer o estado atual de eficiência dos três sistemas de distribuição de água (Centro, Oeste e Algarve) e corrigir o que fosse necessário. Na sequência disso foram propostas soluções que estão já a ser consideradas para os próximos planos de investimento.

Isso é muito importante, uma vez que os próximos módulos são de otimização e terão necessariamente de partir de um ponto de referência credível e com o mínimo de ineficiências associadas. Só assim será possível explorar todo o potencial de melhoria de eficiência energética nos sistemas em estudo.

Nestes trabalhos, o Sustainable Innovation Centre tem vindo a ganhar valências que deverão ser materializadas em serviços prestados à indústria, sobre a forma de consultoria técnica.

Como manifestação do interesse que estes serviços têm no mercado, o ISQ, através do departamento de Energia, tem sido solicitado recentemente para desenvolver avaliações de eficiência energética de grupos de bombagem. O conhecimento adquirido nos projetos de investigação tem o objetivo de se apresentar como uma mais-valia para os clientes e integrar o portfólio de soluções disponibilizadas pelo Grupo.

RESULTADOS – Projeto LIFE SWWS contabiliza ganhos

Através dos projeto LIFE SWSS, as 24 estações elevatórias nacionais sabem que melhorias precisam de implementar para corrigir as ineficiências, em alguns casos é mesmo possível contabilizar as poupanças de energia e os ganhos anuais. 

Aprimeira tarefa do projeto LIFE SWSS foi concluída e já é possível fazer contas para avaliar o impacto que poderá ter na vida das 24 estações elevatórias nacionais. Tendo em conta apenas 30 bombas foi possível contabilizar poupanças anuais que se aproximam de 27 mil euros.

Esta primeira fase tinha como objetivo caracterizar detalhadamente as condições de opera- ção de cada uma das 24 estações elevatórias nacionais, de forma a identificar os pontos ótimos de operação, consoante as diferentes solicitações de caudal. Paralelamente, foi também possível identificar oportunidades de melhoria de eficiência nos 65 grupos de bombagem destas estações elevatórias, tendo sido feitas propostas para corrigir as situações de ineficiência detetadas. Estas ações de melhoria foram acompanhadas de uma estimativa de custo e período de retorno do investimento.

As auditorias às 24 estações elevatórias permitiram, assim, verificar que a eficiência das bombas era substancialmente mais baixa do que a eficiência expectável (diferença superior a 10 pontos percentuais), para as respetivas condições de operação. Esta diferença ocorreu muitas vezes e explica-se sobretudo pelo facto de as bombas estarem a operar em pontos distantes do ponto de operação ótimo, pelo sistema estar sobredimensionado, pelo desgaste natural dos equipamentos e por válvulas obstruídas. Para aumentar a eficiência dos grupos foram propostas medidas de melhoria em várias categorias: beneficiação das bombas, através da substituição de todos os componentes de desgaste, rolamentos, isolamentos e da aplicação de um revestimento cerâmico, para minimizar as perdas de carga devido ao atrito; a substituição do motor, por um de classe mais eficiente; a correção da forma e do diâmetro do impulsor; e a operação das bombas em regimes de frequência mais baixos.

A figura 1 ilustra a distribuição da tipologia das medidas de melhoria propostas, onde se pode constatar que a beneficiação das bombas e a substituição dos motores foram as medidas mais sugeridas.

Dos 65 grupos de bombagem medidos, foram propostas medidas de melhoria para 42 deles. Para 30 grupos foram contabilizadas as poupanças energéticas e económicas das medidas propostas, o seu custo de investimento e o período de retorno correspondente. Em 12 situações seriam necessários estudos mais específicos para contabilizar as poupanças associadas às medidas propostas, tal como ilustra a figura 2. Contudo, há indícios de que as poupanças seriam promissoras. O investimento total de todas as medidas quantificadas nestes 30 grupos foi de 54.440 euros. Este investimento permite a implementação de medidas que poupam anualmente 3.111.000 kWh, ou seja 26.900 euros, tendo um período de retorno médio aproximado de 2 anos.

PARCERIA DE SUCESSO COM O GRUPO ÁGUAS DE PORTUGAL

O conhecimento que o ISQ adquiriu na área da eficiência energética em sistemas de bombagem permitiu que o instituto consolidasse a sua parceria com o Grupo Águas de Portugal, em especial com a direção de Inovação e Investigação e Desenvolvimento (ID) do grupo AdP.

Desde 2013, a colaboração com o Sustainable Innovation Centre do ISQ produziu várias candidaturas a projetos de Investigação & Desenvolvimento, tendo sido aprovados dois projetos na área dos sistemas inteligentes de apoio à decisão operacional, nomeadamente, o projecto Smart Water 4 Energy, financiado pelo QREN, e o projeto LIFE Smart Water Supply System, financiado pelo programa LIFE.

Isto levou o diretor da unidade de I&D do Grupo Águas de Portugal, Eng. Pedro Póvoa, a considerar a parceria com o ISQ como uma parceria win-win, virada para o futuro, com o foco na eficiência energética. Um futuro em que se espera haver um estreitar da relação entre as duas entidades, tendo em vista a criação de produtos exportáveis para conquistar mercados internacionais nos setores da água e da energia.

PERGUNTAS & RESPOSTAS

• O que é o LIFE SWSS?

O LIFE Smart Water Supply System, ou SWSS, é um projeto de demonstração financiado pelo programa LIFE, que tem como objetivo melhorar a eficiência dos Sistemas de Distribuição de Águas. O consórcio é coordenado pelo ISQ, tendo como parceiros algumas empresas do Grupo Águas de Portugal (AdP), o Instituto Superior Técnico (IST) e a Hidromod.

• Qual a duração e orçamento do projeto?

Este projeto, que teve início em 2015 e que tem uma duração de 36 meses, envolve um orçamento de mais de 1,3 milhões de euros, tendo uma contribuição comunitária de mais de 800 mil euros.

• O que se espera ganhar com o LIFE SWSS?

Com a conclusão do projeto, espera-se que haja uma redução de 15% da energia consumida e emissões de gases de efeito de estufa em cada um dos três sistemas demonstradores (Centro, Oeste e Algarve) e a redução dos custos operacionais na distribuição de água. Prevê-se ainda que haja uma redução da percentagem média de perda de água entre 0,8% e 2,6%, consoante o sistema demonstrador. Este projeto visa ainda implementar um sistema de bombagem invertida, num sistema gravítico.

• Em quantas etapas está dividido o projeto?

 O projeto está dividido nas seguintes etapas:

» caracterização dos sistemas de demonstração e das atuais condições operacionais;

» implementação da Plataforma SWSS (sistema de apoio à decisão) nos três sistemas demonstradores;

 » avaliação da poupança de água e energia, como consequência da implementação da plataforma SWSS nos sistemas demonstradores, garantindo uma correta verificação e validação dos resultados obtidos;

 » elaboração de guias para replicação dos resultados obtidos noutros sistemas e, por último, a implementação do sistema de bombagem invertida.

 

Por Ricardo Rato, Responsável pelo Departamento Sustainable Innovation Centre e Pedro Cardoso, Gestor de Projetos Sustainable Innovation Centre.