TCC - Análise do Consumo de Energia Elétrica com a Instalação de um Inversor de Frequência no Sistema de Abastecimento de Água do Bairro Aero Rancho em Campo Grande - MS - Danilo B. Albaneze

TCC - Análise do Consumo de Energia Elétrica com a Instalação de um Inversor de...

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Através de telas animadas o operador é capaz de visualizar todos os processos e os valores das variáveis medidas. O Supervisório possibilita que o operador interfira no sistema e mude seus set-points (valores de referências) caso seja necessário. Os dados coletados são armazenados em um banco de dados, gerando gráficos, históricos, projetando tendências ou mesmo resultando cálculos estatísticos e alarmes. O software tem autonomia para comandar o procedimento de acordo com a lógica e sequência de operação pré-estabelecida. É mostrada na Figura 25 a tela do supervisório de um dos sistemas de captação superficial de água da Águas Guariroba.

Figura 25 – Tela do supervisório da Captação Guariroba. Fonte: ÁGUAS GUARIROBA, 2012.

Dessa forma, no CCO é possível monitorar todas as variáveis importantes do sistema (vazão, pressão, nível dos reservatórios, entre outros), assim como comandar e supervisionar o estado dos diversos equipamentos envolvidos na operação do sistema, tais como bombas, inversores de frequência, válvulas redutoras de pressão, registros elétricos, etc. Qualquer anormalidade operacional também é alarmada no sistema de supervisão, a fim de que as soluções necessárias sejam tomadas de forma ágil.

2.17. Sistemas de Controle

Como apresentado em GOMES (2010), um sistema de controle é uma disposição de componentes físicos, conectados ou relacionados de tal maneira a comandar, dirigir ou regular a si mesmos ou a outros sistemas.

O estímulo aplicado a um sistema é conhecido como entrada (ou referência), enquanto a resposta obtida é chamada de saída. Os sistemas de controle podem ser de “malha aberta” ou de “malha fechada”.

O sistema de controle em malha aberta utiliza um atuador para controlar o processo sem a utilização de realimentação (feedback). A título de exemplo, considere um sistema com várias bombas em paralelo, onde se determina com base no horário e na experiência dos técnicos, quantas bombas devem ser ligadas (sem nenhuma variável sendo medida), esse é um exemplo de controle em malha aberta tipo liga-desliga. A Figura 26 ilustra o diagrama de blocos desse sistema de controle em malha aberta.

Figura 26 – Diagrama de blocos do controle de vazão em malha aberta. Fonte: Elaborado pelo autor.

Já os sistemas em malha fechada, conhecidos também como sistemas retroalimentados, determinam a ação corretiva mais apropriada com base em variáveis medidas. Para tanto, são utilizados dispositivos controladores que, por meio da execução algorítmica de um programa ou circuito eletrônico, comparam o valor atual (medido) com o valor de referência, efetuando o cálculo para ajuste e correção. O valor de referência também é conhecido como valor desejado ou setpoint (em inglês).

Como exemplo de um sistema de controle em malha fechada, pode-se citar o controle da pressão através da variação da velocidade de rotação do conjunto motor-bomba. A Figura 27 apresenta o diagrama de blocos desse sistema de controle em malha fechada.

Figura 27 – Diagrama de blocos de controle de pressão em malha fechada. Fonte: Elaborado pelo autor.

Nos sistemas de malha fechada, a ação de controle depende, de alguma maneira, da variável controlada. A diferença entre o valor de referência e o sinal da malha de realimentação é chamada de erro. A saída do sistema de controle, geralmente, é definida como variável de controle.

2.17.1 Controle de Pressão

O controle de pressão de saída da bomba pode ser implementado através da instalação de um sistema de controle com um CLP, um inversor de frequência e um transmissor de pressão na saída da bomba da estação elevatória.

Os transmissores eletrônicos de pressão, como o da Figura 28, utilizam um elemento primário mecânico elástico, que é conectado ao processo e se desloca em função da pressão aplicada sobre ele (DANFOSS, 2012). Este movimento é enviado ao transdutor elétrico do transmissor, que o converte em um sinal eletrônico padronizado de 4 a 20 mA, correspondente à pressão medida pelo aparelho.

Figura 28 – Transmissor eletrônico de pressão. Fonte: DANFOS, 2012.

Para a implementação desse controle, primeiramente é necessário definir um set-point de pressão que garanta o abastecimento em todas as regiões abrangidas pelo sistema. O CLP será programado com o valor do set-point e receberá o valor da pressão medida pelo transmissor, enviando essas informações para o conversor de frequência. O conversor irá fazer uma comparação entre o valor medido e o valor do set-point, definindo se aumenta ou diminui a frequência de acionamento do motor, aumentando ou reduzindo a velocidade de rotação, estabelecendo assim, o ajuste da pressão.

A disposição dos equipamentos para o controle da pressão de saída da bomba, com o auxílio do inversor de frequência, é ilustrada na Figura 29.

Figura 29 – Implementação do controle de pressão com inversor de frequência. Fonte: BRAGA, 2007 (adaptado).

O controle de pressão também pode ser feito com os dados de pressão dos pontos mais altos da rede de distribuição (ou dos menos favorecidos), instalando-se transmissores de pressão nesses pontos críticos e transmitindo as informações por sistema de rádio ao CCO da empresa, que repassa as informações para a UTR (Unidade terminal remota) do correspondente sistema de abastecimento, para que sejam feitos os ajustes necessários, de forma a garantir o fornecimento de água na pressão adequada para aquela região.

2.17.1.1 Benefícios do controle da pressão

A influência da pressão nas perdas é conhecida há muito tempo pelos pesquisadores e técnicos das companhias de saneamento. Conforme apresentado por SNSA (2008), o controle da pressão é fundamental para a redução de perdas reais (ou físicas) em sistemas urbanos de distribuição de água (SDA), já que os furos em tubulações flexíveis aumentam de diâmetro conforme a pressão aumenta.

Além de evitar o aumento do diâmetro dos furos das tubulações, uma das maiores vantagens do gerenciamento da pressão em sistemas de distribuição de água é a redução significativa da frequência de novas rupturas de rede. A diminuição do número de novos rompimentos nas tubulações é um dos resultados mais impactantes economicamente na gestão de pressões, além da economia de energia, pois na maioria dos sistemas de abastecimento, existe uma relação entre bombeamentos e água distribuída. Logo, a redução de suas perdas de água é uma consequência direta da redução do consumo de energia elétrica.

Para GOMES (2010), as principais ações para o controle de pressão em sistemas de distribuição de água (SDA) são: a setorização das redes hidráulicas, instalação de válvulas redutoras de pressão e a operação de bombas com velocidade de rotação variável.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. A Empresa

A Águas Guariroba é a concessionária responsável pelos serviços públicos de abastecimento de água e coleta, transporte e tratamento de esgoto de Campo Grande, capital de Mato Grosso do Sul.

A empresa iniciou suas atividades em 23 de outubro de 2000, logo após a assinatura do contrato de concessão com a Prefeitura Municipal de Campo Grande. Sua sede administrativa, mostrada na Figura 30, situa-se na Rua Antonio Maria Coelho, nº 5.401, Bairro Santa Fé, em Campo Grande - MS.

Figura 30 – Sede administrativa da Águas Guariroba. Fonte: ÁGUAS GUARIROBA, 2012.

A Águas Guariroba tem a satisfação em contribuir com a saúde e qualidade de vida da população de Campo Grande, fazendo investimentos contínuos em tecnologia e na melhoria dos serviços, buscando excelência, eficiência econômica e respeito ao meio ambiente.

O sistema operacional da Águas Guariroba possui: ● 101 sistemas de abastecimento de água;

● 024 unidades de esgotamento sanitário;

● 002 captações de água superficial;

● 141 captações de água subterrânea;

● 053 elevatórias de água tratada;

● 001 estação de tratamento de esgoto;

● 2.685 CV de potência instalada.

3.2. Bairro Aero Rancho

O bairro Aero Rancho, mostrado na Figura 31, está situado na região sudoeste da cidade de Campo Grande-MS, é o bairro mais populoso da cidade, com 36 mil habitantes residentes em domicílios particulares, segundo o Censo do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) de 2010.

Figura 31 – Bairro Aero Rancho. Fonte: GOOGLE, 2012.

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