UTILIZAÇÃO DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA CONTROLE DOS

Na simulação do funcionamento da bomba INI 150-400 efetuada no Epanet, verificou-se uma melhoria significativa no abastecimento da região Santa Fé nos horários de pico de consumo. Por outro lado, durante os horários de baixo consumo (períodos da madrugada), houve um aumento substancial nos valores de pressão, proporcionando um desperdício de energia e aumentando a probabilidade de rompimento das tubulações.

Estes valores podem ser controlados através do uso do inversor de frequência, o qual, através de uma lógica de controle procura manter a pressão de saída do bombeamento constante. Os resultados obtidos com a utilização do inversor de frequência são apresentados a seguir.

4.2.1 Curvas de similaridade da bomba INI 150-400 variando a velocidade de rotação

Utilizando as leis de similaridade demonstradas pelas equações (8), (9), (10), (11) e (12), foram geradas as curvas de trabalho da bomba INI 150-400 variando-se a velocidade de rotação com o uso do inversor de frequência. As curvas de carga deste bombeamento são ilustradas na Figura 31.

Figura 31 – Curvas de carga da bomba INI 150-400 conforme a variação da frequência

Fonte: o autor

Para os pontos de trabalho atuais deste sistema de bombeamento, verificou- se que as frequências de trabalho deste conjunto variam na faixa de 55,8 Hz (1660 RPM, já considerando o escorregamento do motor) a 57 Hz (1695,75 RPM, já considerando o escorregamento do motor), objetivando manter constante o diferencial de pressão no valor de 77 mca. Este valor foi escolhido por ser o maior valor atingido pelo sistema atual no horário de menor consumo (ver Figura 25), o que garantirá o abastecimento da região.

É importante ressaltar que, para determinar com maior exatidão o valor de pressão a ser mantido constante, deve ser feito um estudo hidráulico bastante aprofundado de todo o sistema. Como o foco deste trabalho é demonstrar os ganhos que o uso do inversor de frequência pode trazer, foram utilizados os valores obtidos mantendo o valor de 77 mca constante, o qual poderá ser alterado mediante o referido estudo.

4.2.2 Análise comparativa entre o sistema de bombeamento com e sem o controle de rotação

Para analisar os ganhos que a utilização do inversor de frequência trouxe ao sistema de bombeamento, também se utilizou a planilha de análise hidráulica e

72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 Car g a (mca) Vazão (m³/h)

elétrica já descrita no subitem 4.1.3 deste trabalho. Os resultados obtidos com esta planilha são apresentados nas Figuras 32 e 33. Nestas duas figuras comparou-se o custo com energia elétrica e o custo especifico por volume bombeado com o sistema trabalhando a 60 Hz (sem controle de pressão) e variando a frequência para efetuar o controle de pressão (77 mca). Para análise dos demais resultados (tais como comparação de AMT, rendimento, potência de eixo, fator de carga, etc.), ver Apêndice E deste trabalho.

Figura 32 – Custo de energia para cada cinco minutos de funcionamento da bomba, com e sem controle de pressão

Fonte: o autor

Figura 33 – Custo por volume de água bombeada, com e sem controle de pressão

Fonte: o autor 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 22/7/13 0:00 22/7/13 8:00 22/7/13 16:00 23/7/13 0:00 Custo de e ner gia e lé tr ic a - 5 min u to s de fu n cion ament o ( R$) Período de Medição

INI 150-400 - Sem controle de pressão INI 150-400 - Com controle de pressão

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065 22/7/13 0:00 22/7/13 8:00 22/7/13 16:00 23/7/13 0:00 R$/m³ Período de Medição

Nestas figuras pode-se perceber a maior eficiência energética causada pelo uso do inversor de frequência, já que efetuando o controle de pressão através da variação da rotação, a faixa de custo de energia elétrica que era de R$ 0,98 a R$ 1,32 (sem controle de pressão) reduziu para a R$ 0,81 a R$ 1,17 (com controle de pressão). Consequentemente, a faixa de custo por volume de água bombeado que era de R$ 0,044 a R$ 0,063 reduziu para R$ 0,039 a R$ 0,052.

Por fim, foi comparado o custo mensal com energia elétrica com a utilização da bomba INI 150-400 com e sem o controle de pressão através do inversor de frequência. Todos os resultados obtidos são mostrados no Quadro 3.

Quadro 3 – Comparativo da bomba INI 150-400 com e sem controle de pressão

INI 150-400

Sem controle de pressão

INI 150-400

Com controle de pressão

Frequência de trabalho (Hz) 60 55,8 a 57

Custo médio de energia para 5 minutos de funcionamento

1,180 1,019

Custo médio por volume de água bombeado (R$/m³)

0,050 0,043

Custo estimado mensal com energia elétrica

R$ 11.211,90 R$ 9.685,79

Fonte: o autor

Analisando os resultados mostrados no Quadro 3 verifica-se que controle de pressão efetuado através do uso inversor de frequência trará para o sistema de bombeamento uma economia mensal estimada de R$ 1.526,11. A fim de verificar as melhorias no abastecimento ocasionadas pelo controle da velocidade de rotação, foi feita uma nova simulação no Epanet. Os resultados desta simulação são apresentados a seguir.

4.2.3 Simulação da bomba INI 150-400 no software Epanet efetuando o controle de pressão através da velocidade rotação

Nas Figuras 34 e 35, são mostrados os resultados das simulações do Epanet utilizando a bomba INI 150-400 sem e com controle da velocidade de rotação. Do

mesmo modo que no subitem 4.1.5, nestas figuras, é comparada a situação geral dos valores de pressão da malha de tubulações nos horários de maior e menor consumo.

Figura 34 – Utilização da bomba INI 150-400 no horário de maior consumo (13 horas): (a) sem controle de pressão e (b) com controle de pressão

Fonte: o autor

Figura 35 – Utilização da bomba INI 150-400 no horário de menor consumo (madrugada): (a) sem controle de pressão e (b) com controle de pressão

Fonte: o autor

Pode-se perceber, analisando a situação geral do abastecimento no horário de menor consumo, que não houve uma redução considerável nos valores de pressão, pois praticamente todo o sistema, durante a madrugada, apresentou valores acima de 50 mca.

Portanto, verifica-se com este fato que o valor de frequência mínima calculado para este sistema (55,8 Hz) ainda mantém grande parte do mesmo com pressões

bastante elevadas. Por isso, conforme já foi citado anteriormente, a realização de um estudo hidráulico mais aprofundado nesta região pode proporcionar ganhos com eficiência energética ainda maiores.