Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina1 O CUSTO DO
CICLO DE VIDA COMOFACTOR DE ECONOMIA NDICE 1.Introduo
.................................................................................................................................
2 2.O que o Custo do Ciclo de
Vida?.........................................................................................
3 3.Razes para a utilizao do
CCV............................................................................................
4 4.Determinao do Custo de Ciclo de Vida
..............................................................................
6 5.Implementao da
metodologia............................................................................................
13 o5.1. - Na fase de projecto
.......................................................................................
13 o5.2. Aplicao a sistemas existentes
................................................................ 15
6.Exemplos de aplicao do Custo de Ciclo de Vida
......................................................... 16 6.1 -
Sistema de bombagem existente com uma vlvula de controlo de caudal.
.. 16 6.2 - Escolha do sistema de pressurizao na fase de projecto
.............................. 19 a) Elevar a gua para um
reservatrio superior.
........................................................ 20 b)
Instalar uma central hidropneumtica de velocidade fixa;
................................... 20 c) Instalar um sistema
sobrepressor com variador de frequncia, junto ao reservatrio
inferior
.......................................................................................................
22 7.Referncias bibliogrficas
.....................................................................................................
25 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina2 1.Introduo
Os sistemas de pressurizao representam por vezes custos no
desprezveis no mercado da construo para habitao, sendo
principalmente onerosos em grande parte dos sistemas industriais.
Como qualquer investimento, a escolha dos elementos que constitui o
sistema (construo civil, equipamentos, acessrios e os decorrentes
da explorao) devem obedecer a consideraes de eficcia e economia.
Estima-se que o elevado nmero de sistemas de bombagem existentes a
nvel mundial, nas suas mais variadas aplicaes (abastecimento pblico
e predial de gua potvel; colecta, transporte e tratamento de guas
residuais; Instalaes de rega; Industrial, etc.), consomem cerca de
20% da energia elctrica global (Europump, 2000). Figura 1 Consumo
mundial de energia elctrica Trata-se portanto de um consumo
significativo, principalmente numa altura em que a questo energtica
assume um importante papel na economia nacional, mas tambm mundial.
A correcta escolha de todos os componentes de um sistema de
bombagem apresenta-se assim como uma oportunidade para uma reduo
nos custos globais da instalao, ao longo da sua vida til. A avaliao
dos custos do sistema ao longo da sua vida til, pode ser realizado
por vrias metodologias. Consumo mundial de energia elctrica Outras
Aplicaes(80%) Sistemas de Bombagem (20%) Manual de Engenharia
Sistemas de Pressurizao - Pgina3 Um dos grandes objectivos duma
metodologia desta natureza dever ser o rigor e a iseno, pois s
assim poder ser utilizada, no s para optar entre diferentes solues
do mesmo fabricante, mas tambm servir para comparar solues de
fabricante diferentes. No presente documento optou-se por seguir a
metodologia proposta pelas seguintes entidades: O Instituto
Hidrulico (HI), fundado em 1917, a maior associao de produtores e
de fornecedores da Amrica do Norte. Estabelece padres e organiza
fruns para a troca de informaes tcnicas h mais de 80 anos. O
Europump, estabelecido em 1960, age como porta-voz dos 15
principais fabricantes de bombas e representa mais de 400
fabricantes. O Europump serve e promove a indstria europeia da
indstria das bombas hidrulicas. O Departamento de Energia dos
Estados Unidos, promove parcerias com indstrias e grupos de
comrcio, para a implementao de sistemas de elevada eficincia de
energia, energias renovveis, e preveno da poluio tecnologias para
aplicaes industriais. 2.O que o Custo do Ciclo de Vida? O Custo do
Ciclo de Vida (CCV) uma ferramenta de gesto que pode ajudar a
minimizar os desperdcios e a maximizar o rendimento para variados
tipos de sistemas, incluindo sistemas de bombeamento. Uma viso
global descrita no artigo Pump Life Cycle Costs desenvolvido pelo
Hydraulic Institute e Europump de modo a facilitar a aplicao da
metodologia do CCV a sistemas de bombagem. O custo do ciclo de vida
(CCV) de qualquer sistema de pressurizao o custo total durante o
seu perodo de vida til. Representa assim os custos de aquisio,
instalao, ensaios, energticos, operao, manuteno (preventiva e
correctiva), paragens, Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao
- Pgina4 ambientais, desmontagem e desmantelao do equipamento. A
identificao de todas as parcelas envolvidas apresenta-se como uma
etapa fundamental nesta metodologia. Quando o CCV utilizado como
uma ferramenta de comparao entre diferentes alternativas, o
processo de clculo do CCV indicar, de forma isenta, a soluo que
apresenta menor custo global, com base nas informaes disponveis.
3.Razes para a utilizao do CCV Os sistemas de pressurizao so
compostos por um conjunto de obras de construo civil, equipamento
elctrico e electromecnico, tubagens e acessrios. Como exemplo, os
grupos electrobomba embora sejam geralmente adquiridas como
componentes individuais, eles so parte integrante de um sistema
indissocivel entre si. A minimizao dos custos globais nem sempre
uma tarefa fcil. Enquanto algumas partes do sistema apresentam
praticamente todo o seu custo durante a construo, nos equipamentos
electromecnicos o custo de aquisio poder representar apenas 10% dos
custos globais associados a esses equipamentos. O investimento
inicial geralmente uma pequena parte do custo do ciclo de vida para
sistemas de pressurizao A energia consumida e os materiais
utilizados por um sistema dependem das caractersticas da bomba, da
instalao e do modo como o sistema ir operar. Adicionalmente todos
os componentes do sistema devero ser cuidadosamente seleccionados
para combinarem entre si e manter no global um conjunto fivel
assegurando os mais baixos custos energticos e de manuteno, assim
como uma longa durabilidade. Uma maior compreenso de todos estes
pormenores constituir uma oportunidade para a reduo dramtica dos
custos energticos, de explorao e de manuteno, factores
determinantes no custo de ciclo de vida (CCV) da instalao. A reduo
e o desperdcio energtico representam ainda um papel importante em
benefcios ambientais. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao
- Pgina5 Sistemas de bombagem - Custos globaisCustos de Manuteno (
10% )Custos do Investimento ( 5% )Custos de Explorao ( 85% ) Figura
2 Repartio dos custos globais em sistemas de bombagem Muitos
sistemas so concebidos considerando apenas o investimento inicial,
originando sistemas que apresentam grandes custos de manuteno e
explorao. A crescente competitividade dos mercados nacionais e
internacionais obriga a um esforo contnuo de modo a aumentar a
competitividade. As empresas devem procurar solues que visem a
reduo dos custos globais e o aumento dos rendimentos operacionais.
A operao, principalmente no sector fabril, continua a merecer uma
particular ateno como fonte de poupana de custos, especialmente
pela via da minimizao dos consumos energticos e dos tempos de
paragem da produo. Alguns estudos mostram que 30% a 50% da energia
consumida pelos actuais sistemas de bombeamento podem ser poupados
atravs da alterao dos controlos dos sistemas (Europump, 2000). Os
sistemas existentes podem contribuir com uma maior fatia na reduo
da energia consumida atravs da utilizao da metodologia do clculo do
CCV por duas razes: A primeira porque existem pelo menos 20 vezes
mais sistemas em operao do que os colocados anualmente em operao e,
em segundo lugar porque muitos dos sistemas em operao possuem
bombas ou controlos que no esto ajustados s necessidades actuais,
talvez motivado pela grande evoluo tecnolgica verificada nos ltimos
anos. Adicionalmente s razes econmicas para justificar a utilizao
da metodologia do CCV, muitas empresas comeam a estar cada vez mais
sensveis ao impacto ambiental nos Manual de Engenharia Sistemas de
Pressurizao - Pgina6 seus negcios, e consideram o rendimento
energtico como uma via contribuinte para a reduo de emisses de
gases e deste modo preservar os recursos naturais. A anlise do CCV,
quer em novos empreendimentos quer em remodelaes requer sempre uma
avaliao de sistemas alternativos. Para a maioria de empreendimentos
os custos energticos e/ou de manuteno dominaro os custos do ciclo
de vida. portanto de extrema importncia a forma precisa de
determinar os custos energticos actuais, o escalonamento esperado
nos anos vindouros, assim como os custos de mo-de-obra e dos
materiais ao longo do ciclo de vida do equipamento. Outros custos
como por exemplo os de paragens, desmontagem e desmantelao final do
equipamento e os de origem ambiental, sendo de difcil quantificao,
podem muitas das vezes ser estimados com base em dados histricos.
Em alguns casos os custos de indisponibilidade podem ser mais
significantes que os custos energticos ou de manuteno. Consideraes
adicionais devero ser tomadas em relao s perdas de produtividade
devido aos tempos de paragem. 4.Determinao do Custo de Ciclo de
Vida O processo do CCV um mtodo que permite a comparao de solues
alternativas, em termos de custos. O processo em si basicamente
matemtico, mas extremamente dependente da informao disponvel, logo
os resultados do processo apresentam certamente um grau de
fiabilidade similar ao dos dados de base. Os sistemas de bombagem
tm muitas das vezes um perodo esperado de operao de 15 a 20 anos. A
escolha destes equipamentos deve ser efectuada com base em clculos
onde os detalhes do projecto do sistema devem ser tidos em conta.
Deste modo a comparao deve ser efectuada entre diferentes tipos de
sistema ou de controlo. O exerccio deve ser objectivo na anlise e
mbito podendo no entanto ser lato nas alternativas analisadas. Com
base nos estudos efectuados em problemas deste tipo, a metodologia
proposta apresenta os custos do ciclo de vida, como sendo a soma
das seguintes parcelas: Manual de Engenharia Sistemas de
Pressurizao - Pgina7 d a pp m o e in ciC C C C C C C C CCV + + + +
+ + + =(1) onde: CCV -Custo do Ciclo de Vida ciC-Custos iniciais
(custos de construo civil, bombas, tubagens, acessrios, servios de
apoio, etc.) inC-Custo de instalao e ensaios (arranque e formao do
pessoal) eC-Custos energticos (operao do sistema incluindo
controlos e quaisquer servios auxiliares) oC-Custos de operao (mo
de obra e superviso normal do sistema) mC-Custos de manuteno e
reparao (reparaes previstas e de rotina) ppC-Custos de paragens
(perda de produo) aC-Custos ambientais dC-Custo de desmontagem e
desmantelao (incluindo a restaurao ambiental do local e servios de
destruio do equipamento) Os pargrafos seguintes examinam cada uma
das parcelas e levantam sugestes para a determinao de cada
parmetro. Dever-se- ter em ateno que este clculo no inclui a anlise
a custos de segunda ordem como por exemplo as matrias-primas
consumidas no fabrico de produtos. Detalhando: oCustos Iniciais
oEste tipo de custos refere-se aos custos necessrios para a compra
e instalao de equipamentos e obras de construo civil, necessrias ao
arranque do sistema. Enquanto que nas restantes parcelas os custos
associados a equipamentos electromecnicos so dominantes, neste o
seu valor relativo pode vir diludo com o valor da construo civil.
Este facto Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina8
pode originar a que seja menosprezado a sua importncia final nos
custos globais. o determinante para estes custos o dimetro das
tubagens e acessrios, a qualidade e fiabilidade do sistema
seleccionado, os materiais utilizados, o seu comportamento com o
fluido bombeado, os empanques instalados, os controlos integrados,
etc. Estes detalhes, entre outros, podem originar custos iniciais
mais elevados mas reduzirem o CCV de uma forma considervel. oOs
custos iniciais incluem geralmente os seguintes itens: Servios de
Engenharia (estudos, projecto, desenhos, especificaes etc.);
Processo de aquisio; Construo civil; Inspeco e testes; Peas de
reserva; Formao; Equipamentos auxiliares para sistemas de vedao ou
arrefecimento. oCustos de Instalao e Ensaios oOs custos de instalao
e ensaios (arranque) incluem os seguintes itens: Fundaes (projecto,
preparao, beto etc.); Ligaes de tubagens de processo; Ligaes
elctricas e de instrumentao; Ligaes a sistemas auxiliares; Avaliaes
e regulaes no arranque. oUma instalao completa dos equipamentos
electromecnicos envolve requisitos de operao e manuteno que sero
assegurados por pessoal com formao para operar o sistema. oOs
ensaios requerem uma especial ateno s instrues do fabricante para a
execuo do arranque e operao. Dever ser seguida a lista de
verificaes proposta pelo fabricante de modo a assegurar que os
Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina9 equipamentos
e o sistema possam operar dentro de parmetros especficos. oCustos
energticos O consumo energtico frequentemente uma das parcelas com
maiores custos e geralmente domina o valor final do CCV,
especialmente quando o tempo de operao das bombas ultrapassa as
2000 horas de operao/ano. O consumo energtico calculado atravs dos
dados colhidos no projecto do sistema. Se as solicitaes ao sistema
so constantes, o clculo simples. Se as solicitaes so muito variveis
no tempo, ento dever-se- utilizar um registo horrio das
necessidades para se efectuar o respectivo clculo. A frmula do
clculo da potncia requerida a seguinte: ( )m cH QkW P =(2) em que:
( )motor do Rendimentobomba da Rendimento. . a manomtric
AlturaCaudal3 lquido do especfico PesoPotncia3mca) c (m H/s) (m Q)
(kN/mkW P Logo, a energia ser: ( )( ) ( ) =1tt m codtt H t QkWh E
(3) Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina10 Os
custos energticos de servios auxiliares tambm devem ser includos.
Estes custos podem ser referentes a circuitos de aquecimento ou
arrefecimento de fluidos de processo. Nestes casos devem ser
includos os custos do fluido, filtragem, circulao e/ou dissipao de
calor etc. Os mtodos de clculo da energia so relativamente simples
quando a bomba utilizada num nico ponto de funcionamento. A situao
torna-se mais complexa com bombas em funcionamento paralelo ou se a
bomba for utilizada com um conversor de frequncia. No funcionamento
paralelo, devero ser efectuados clculos separados para os vrios
pontos de funcionamento, aproximando em seguida os volumes bombados
ou horas de funcionamento relativos a cada um destes. Uma bomba com
conversor de frequncia tem um nmero infinito de pontos de
funcionamento. Outro factor de incerteza para o clculo do consumo
de energia de bombas com conversor de frequncia o facto do
rendimento geral do sistema ser difcil de calcular com exactido.
oCustos de operao Os custos de operao so os associados mo-de-obra
relacionados com a operao do sistema. Estes podem variar muito
dependendo da complexidade e funo do sistema. Por exemplo uma bomba
instalada em ambientes corrosivos pode requerer verificaes dirias,
enquanto um sistema semelhante com outro fluido pode apenas
necessitar de supervises limitadas. Uma anlise peridica das condies
de funcionamento do sistema pode alertar os operadores para
eventuais perdas de desempenho do sistema. Os indicadores de
desempenho incluem alteraes em vibraes, temperaturas, rudo, consumo
energtico, gamas de caudais, presso etc. oCustos de manuteno e
reparao O alcance da longevidade esperada para uma bomba, requer
uma manuteno regular e eficiente. O fabricante aconselhar a Manual
de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina11 frequncia e a
natureza da manuteno peridica. Os custos dependem do tempo e da
frequncia do servio, mas tambm dos custos dos materiais. O projecto
pode influenciar estes custos por indicao especfica de alguns
materiais, seleco dos componentes e mesmo da facilidade de acesso
aos componentes a serem intervencionados. O programa de manuteno
pode ser cumprido com menor frequncia mas com maior ateno aos
detalhes ou com maior frequncia mas com intervenes mais simples. As
maiores actividades requerem frequentemente a remoo da bomba do
local de instalao para as oficinas. Durante esse tempo a unidade
est indisponvel podendo haver perda total na produo ou um custo de
substituio temporria. Estes custos podem ser minimizados por uma
programao cuidada e atempada da paragem. O custo total da manuteno
de rotina o resultado do produto dos custos por interveno pelo
nmero de intervenes esperadas durante o ciclo de vida da bomba.
Embora as avarias no possam ser previstas, podem ser estimadas
estatisticamente pelo clculo do tempo mdio entre avarias. oCustos
de paragens e perdas de produo O custo de paragens imprevisveis e
de perdas de produo so uma parcela muito significativa no valor CCV
e pode rivalizar com os custos energticos ou com os custos de peas
de substituio. Na maior parte das vezes os custos de paragem so
inaceitveis por representarem custos superiores instalao de um
equipamento de substituio ou reserva. Se for utilizado um
equipamento de reserva, o custo inicial ser mais elevado mas os
custos de manuteno no programada incluiro apenas os custos da
reparao. O custo de perda de produo ou de indisponibilidade podem
ser considerados dependente do tempo de paragem e devem ser
analisados para cada caso especfico. Manual de Engenharia Sistemas
de Pressurizao - Pgina12 Custos ambientais. O custo da destruio de
fluidos contaminantes durante o tempo de vida de um sistema de
bombeamento varia bastante dependendo da natureza do produto
bombado. Exemplos de contaminao ambiental podem incluir: destruio
da caixa do empanque, bombagem de produtos corrosivos, uso de peas
contaminadas etc. Os custos de infraco ambiental devero ser
includos, sob o risco de representarem externalidades. Custo de
desmontagem e desmantelao Na maioria dos casos, o custo da
desmantelao de um sistema de bombeamento tem pequenas variaes em
relao a diferentes concepes. Existem procedimentos legais e
regulamentares para lquidos txicos, radioactivos ou qualquer outro
tipo agressivo. Quando a destruio tem um custo demasiado elevado, o
CCV torna-se particularmente sensvel vida til do equipamento.
oCustos Totais do Ciclo de Vida Os custos estimados para as vrias
depois de somadas permitem uma comparao das diferentes solues
analisadas.Existem tambm factores financeiros a serem tomados em
considerao no desenvolvimento do CCV. Estes incluem: oPreos actuais
da energia; oActualizao do valor anual da energia; oTaxa de inflao;
oTaxa de juros; oVida til esperada para o equipamento.
Adicionalmente o utilizador deve decidir quais os custos a
inclurem, tais como a manuteno, paragens, ambiental, destruio e
outros custos importantes. Manual de Engenharia Sistemas de
Pressurizao - Pgina13 5.Implementao da metodologia o5.1. - Na fase
de projecto A concepo e o projecto do sistema sero sempre o
elemento mais importante na minimizao do CCV. O projecto deve
considerar a interaco entre a bomba e o resto do sistema e o clculo
do ponto de operao do sistema. As caractersticas da tubagem do
sistema deve ser calculado a fim determinar o desempenho requerido
da bomba. Isto aplica-se quer a sistemas simples quer a sistemas
mais complexos. Ser importante analisar a sensibilidade ou
adaptabilidade do sistema escolhido a situaes diferentes das
previstas no projecto. Por exemplo, nos sistemas de distribuio de
gua domstica existe a incerteza do crescimento populacional, da sua
capitao ou mesmo da taxa de ligao ao longo do tempo. Um sistema
mais flexvel na explorao pode apresentar uma mais valia acrescida.
Os custos de aquisio e os custos operacionais totalizam o custo
total de uma instalao durante sua vida, estando directamente
dependentes do dimetro da tubagem e dos restantes componentes do
sistema. Uma quantidade considervel das perdas da energia no
sistema devido s perdas de carga contnua, mas tambm em
singularidades. O dimetro da tubagem deve ento ser seleccionado com
base nos seguintes factores:Economia da instalao (bombas e
sistemas); Utilizao de velocidades econmicas, Considerar um dimetro
interno mnimo quando se transportam lquidos com slidos; Considerar
uma velocidade mxima de modo a minimizar a eroso na tubagem e
acessrios; Considerar dimetros padro da tubagem em instalaes
semelhantes. Diminuir o dimetro das tubagens tem os seguintes
efeitos:diminuem os custos de aquisio de tubagens e acessrios da
instalao; Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina14
aumentam os custos da instalao da bomba e de operao em consequncia
do aumento da perdas de carga, resultando a necessidade de motores
com maior potncia; aumentam os custos de energia elctrica; aumentam
os custos de operao em consequncia do maior consumo energtico
devido ao aumento de perdas por atrito. Analogamente, alguns custos
aumentam com tamanho crescente da tubagem como por exemplo os de
aquisio, mas outros diminuiro. As tubagens devem assim ser
dimensionadas por critrios de minimizao dos custos globais. O ponto
de funcionamento de um sistema determinado pela interseco da curva
da instalao e da curva caracterstica do equipamento de pressurizao
como mostrado em Figura 3.
Figura 3. Ponto de funcionamento de um sistema Um sistema pode
necessitar de operar em diversos pontos de funcionamento, no qual o
maior caudal ou altura manomtrica determinaro a escolha da bomba.
Deve ser considerado com ateno a durao prevista para os diferentes
pontos de funcionamento de modo a seleccionar correctamente o nmero
das bombas a instalar e o comando e controle. Os longos e
fastidiosos clculos associados ao clculo das perdas de carga podem
hoje, graas capacidade de processamento, ser substitudos por
programas informticos, facilitando significativamente o processo de
clculo. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina15
o5.2. Aplicao a sistemas existentes As seguintes etapas indicam
algumas tarefas que podem identificar pontos onde poder ser possvel
melhorar um sistema de bombagem existente:Montar um inventrio
completo do sistema de bombagem; Determinar os fluxos requeridas
para cada carga no sistema; Equilibrar o sistema para encontrar os
diferentes fluxos e cargas requeridas; Avaliar as perdas de carga
no sistema; Efectuar mudanas bomba para minimizar a carga no
sistema; Identificar bombas com custo de manuteno elevado. Dois
mtodos podem ser usados na anlise de sistemas de bombagem
existentes. O primeiro consiste em observar as condies de operao do
sistema in-situ, e o segundo consiste em executar clculos usando as
equaes da mecnica dos fluidos. O primeiro mtodo confia em observaes
efectuadas no sistema (presses, presses diferenciais, e caudais),
enquanto que no segundo cria-se um modelo matemtico, to exacto
quanto possvel do sistema e depois simula-se as presses e os
caudais dentro do modelo. Os dois modelos no so incompatveis, mas
antes completam-se. Observar o sistema permite ver como o sistema
se comporta, mas as exigncias operacionais do sistema limitam o
mbito da experimentao. Desenvolvendo um modelo do sistema, podem-se
facilmente simular vrias alternativas do sistema, mas antes o
modelo deve ser validado para segurar que representa exactamente o
sistema que se est a estudar. No obstante o mtodo usado, o
objectivo ficar com uma ideia exacta de como as vrias partes do
sistema operam e identificar onde as melhorias podem ser feitas e o
sistema optimizado. A seguinte lista de verificao fornece alguns
tpicos teis para reduzir o custo de ciclo de vida de um sistema de
bombagem existente: o Considerar todos os itens com custos
relevantes no custo de ciclo de vida; o Escolher bombas e sistemas
novos usando consideraes de CCV; o Optimizar o custo total
considerando custos operacionais e custos de aquisio; Manual de
Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina16 o Considerar a durao
dos diferentes pontos de funcionamento da bomba; o Combinar o
equipamento s necessidades do sistema para o mximo rendimento; o
Combinar o tipo da bomba solicitao pretendida; o No
sobredimensionar a bomba; o Especificar motores de elevada
eficincia; o Avaliar a eficcia do sistema; o Monitorizar a bomba e
o sistema; o Considerar a energia desperdiada em vlvulas de
controlo; o Optimizar a manuteno preventiva; o Seguir as normas do
fabricante. 6.Exemplos de aplicao do Custo de Ciclo de Vida 6.1 -
Sistema de bombagem existente com uma vlvula de controlo de caudal.
Neste exemplo, um circuito de bombagem transporta um lquido
contendo alguns slidos de um tanque de armazenamento para um tanque
pressurizado. Um permutador de calor aquece o lquido, e uma vlvula
de controlo regula o caudal no tanque pressurizado a 80 m3/h. Na
figura seguinte apresenta-se um esquema simplificado do sistema.
Figura 4 Sistema de bombagem estudado O sistema apresenta problemas
na vlvula de controlo (VC) que falha devido eroso causada pela
cavitao. A vlvula tem apresentado avarias a cada 10 a 12 meses com
um custo mdio de 4 000 EUROS por reparao. Est a ser considerada a
substituio da vlvula existente por outra que possa resistir
cavitao. Antes da troca da vlvula de Manual de Engenharia Sistemas
de Pressurizao - Pgina17 controlo, foram consideradas outras opes e
executada uma anlise de custo do ciclo de vida s solues
alternativas. De modo a equacionar vrias alternativas analisou-se o
actual funcionamento do sistema. Verificou-se que a vlvula de
controlo opera actualmente com uma abertura de 15-20% e com um
considervel rudo de cavitao. Parece que a vlvula no se encontra
correctamente adaptada instalao. Aps a reviso dos clculos do
projecto, descobriu-se que a bomba instalada estava
sobredimensionada (110 m3/h em vez de 80 m3/h previstos),
originando uma maior perda de presso atravs da vlvula de controlo
do que inicialmente estimado. Em consequncia do grande diferencial
de presso, a vlvula apresenta danos de cavitao em intervalos
regulares, demonstrando que a vlvula de instalada no apropriada
para este processo. As seguintes opes foram estudadas: a)
Substituir a vlvula de controlo de modo a suportar o grande
diferencial de presso; b) Alterar o impulsor da bomba para reduzir
a altura manomtrica; c) Instalar um Variador de Frequncia (VF), e
remover a vlvula de controlo; d) Manter o sistema actual, admitindo
um reparo anual da vlvula. Na figura 5 so apresentados os pontos de
funcionamento associados a cada uma das solues. Figura 5. Pontos de
funcionamento de cada alternativa estudada. Manual de Engenharia
Sistemas de Pressurizao - Pgina18 A substituio da vlvula de
controlo apresenta um custo de aquisio e instalao de 5000.Alterando
o dimetro do impulsor para 375 milmetros, a carga total da bomba
reduzida a 42.0 m e 80 m 3/h. Esta perda de presso reduz a presso
diferencial atravs da vlvula de controle em 10m, aproximando a
vlvula do ponto para que foi projectada. O custo de energia anual
com o impulsor menor 6 720 por o ano, aos quais deve ser
acrescentado 2 250 para alterar o impulsor, valor que inclui o
custo de desmontar e remontar a bomba.Um variador de frequncia de
30 kW tem um custo de 20 000 , acrescidos de 1 500 Euros adicionais
para a instalao e 500 anuais para manuteno. Espera-se que no seja
necessrio nenhuma reparao nos 8 anos seguintes.Mantendo o sistema
inalterado resultar num custo anual de 4 000 para reparao da
vlvula.Na anlise de CCV efectuada utilizaram-se os seguintes
critrios e suposies:O preo de energia actual actualmente 0.08 /kWh
e a eficincia do motor de 90%; O processo operado em 80 m3/h em
6.000 horas/ano; O custo anual para a manuteno peridica das bombas
de 500 por ano, com um custo da reparao de 2 500 cada segundo ano;
No h nenhum custo de eliminao ambiental associada; Este projecto
tem uma vida de 8 anos; A taxa de juro foi de 8% e uma taxa de
inflao de 4% esperado. Os clculos do custo de ciclo de vida para
cada uma das quatro opes so resumidos na Tabela 1. Tabela 1 Custos
de Ciclo de Vida (CCV) das vrias solues estudadas Alternati va
AAlternati va BAlternativa CAlternativa D Investimento inicial ()5
0002 25021 5000 Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao -
Pgina19 Custo da energia (/kW)0.080.080.080.08 Horas por ano6 0006
0006 0006 000 Custo de Energia ()11 0886 7205 56811 088 Custos de
Manuteno ()5005001 000500 Custos de Reparao ( ) ()2 5002 5002 5002
500 Outros custos anuais ()---4000 Custos Ambientais ()---- Custos
de desmantelao ()---- Vida til8888 Taxa de juro (%)8888 Taxa de
Inflao (%)4444 Valor de CCV ()91 82759 48174 313113 930 A opo B,
alterar o impulsor, tem o custo de ciclo de vida mais baixo e
apresenta-se como a soluo economicamente mais favorvel, com base
nos pressupostas apresentados. 6.2 - Escolha do sistema de
pressurizao na fase de projecto Neste exemplo ser analisado o custo
do ciclo de vida para diferentes sistemas de pressurizao a um
edifcio de habitao. De modo a simplificar a anlise considera-se que
o sistema de pressurizao ser alimentado directamente de um
reservatrio com nvel constante onde a gua mantida presso
atmosfrica. Para garantir a presso residual mnima, com um caudal de
ponta de 6 L/s, a altura manomtrica dever ser de 5.0 Bar. Foram
comparadas as seguintes solues:a) Elevar a gua para um reservatrio
superior, o qual abastecer graviticamente qual toda a rede
domstica; b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade
fixa; c) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade varivel.
Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina20 a) Elevar a
gua para um reservatrio superior. Nesta opo, dever ser instalado um
reservatrio superior a uma cota que permita uma presso residual, no
aparelho mais desfavorvel. Existe portanto um nico ponto de
funcionamento como demonstrado na figura seguinte: Figura 6 O
funcionamento do sistema de pressurizao funcionar, por ciclos, em
funo do volume do reservatrio superior. No final de um ciclo
(dirio, semanal ou mensal) o volume de gua elevado ser igual ao
volume de gua consumido. Para este sistema optou-se pela instalao
de duas bombas do tipo CR 20-5, cujas parcelas de CCV so
apresentadas na tabela 2. Considerou-se um perodo dirio de bombagem
de 8 horas. b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade
fixa; Nesta soluo, a pressurizao ser realizada por ciclos, entre a
presso mxima e mnima (estabelecida em funo do caudal provvel e a
presso residual no aparelho mais desfavorvel). Consequentemente o
caudal na rede variar entre os valores estabelecidos para arranque
e paragem dos grupos. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao
- Pgina21 Neste sistema existe um conjunto de pontos de
funcionamento, ao longo da curva caracterstica da bomba. Assim,
existe uma variao nos caudais bombados, conforme apresentado na
figura 2. Optou-se pela instalao de uma central hidropneumtica de
velocidade fixa do tipo Hydro 1000 composta por trs bombas CR 10-7.
Os ciclos de funcionamento esto muito dependentes do consumo dos
caudais na rede. Na anlise de custos considerou-se um funcionamento
de 3300 horas anuais com o seguinte perfil de carga: Tabela 2
Perfil de carga considerado 12345 Caudal (%Qp)10075553512 Presso
(%Pmx)100100100100100 Tempo (h)1503004509001500 Os valores do CCV
so resumidos na tabela 2. Figura 7 - Manual de Engenharia Sistemas
de Pressurizao - Pgina22 c) Instalar um sistema sobrepressor com
variador de frequncia, junto ao reservatrio inferior Neste sistema,
embora de funcionamento mais simples, a anlise do sistema mais
complexa uma vez que a bombagem ser directamente efectuada para a
rede de distribuio, acompanhando portanto as flutuaes de caudais
verificados nesta. Nas figuras seguintes so apresentadas as
possveis alteraes s curvas caractersticas da bomba e da instalao,
relativamente s situaes anteriores. Em primeiro lugar, para a mesma
altura geomtrica, a curva caracterstica da instalao variar por
aumento do caudal (Fig 8a). Por outro lado, existindo por vezes
desfazamento entre os consumos dos aparelhos de diferentes pisos, h
variao do termo independente do caudal, a altura geomtrica), logo a
curva caracterstica da instalao varia conforme demonstrado na
figura 8b. H ainda a considerar que num sistema desta natureza, a
velocidade de rotao da bomba pode variar, logo a curva
caracterstica da bomba toma as formas apresentadas na figura 8c.
assim possvel responder a uma grande variabilidade de situaes. O
sistema de pressurizao consegue assim satisfazer um grande nmero de
solicitaes ou leis de consumo, dentro dos limites impostos pelo
equipamento electromecnico e pela instalao. Na figura 8d
apresentado a gama de pontos de funcionameno admitida por este
sistema. Trata-se portanto de um sistema com grande
flexibilidade.
Os gastos de energia so mais difceis de estimar porque a
variabilidade real dos caudais tambm o . No presente exemplo foi
estimado o mesmo perfil de carga definido para o sistema anterior.
Trata-se de uma simplificao conservativa uma vez que em muitas
situaes o consumo de energia ser inferior ao simulado. Manual de
Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina23 Figura 8 Curvas
caractersticas Figura 9 - Na anlise de CCV efectuada utilizaram-se
os seguintes critrios e suposies:Os custos dos equipamentos
electromecnicos so valores mdios de mercado O preo de energia
actual 0.08 /kWh e a eficincia do motor de 90%.Foi desprezado o
custo da energia a diferentes horas do dia. O custo anual para a
manuteno peridica para bombas de 500 por ano, com um custo da
reparao de 1 000 cada segundo ano. No h nenhum custo de eliminao
ambiental associada.Este projecto tem uma vida de 15 anos.A taxa de
juro e a taxa de inflao foram consideradas iguais a 3,5%; No foram
considerados os custos decorrentes da construo do reservatrio
superior e o acrscimo estrutural deste no edifcio. Manual de
Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina24 Os clculos do custo de
ciclo de vida para cada uma das quatro opes so resumidos na Tabela
3. Tabela 3 Custos de Ciclo de Vida (CCV) das vrias solues
estudadas Alternativa AAlternativa BAlternativa CInvestimento
inicial (*)()6 6466 19610 406 Custo da energia (/kW)0.080.080.08
Consumo de Energia (kWh/ano)16 22311 8047 136 Custo de Energia ()19
46814 1658 563 Custos de Manuteno ()5005001 000 Custos de Reparao
(cada 2 anos) ()1 0001 0001 000 Outros custos anuais ()300-- Custos
Ambientais ()--- Custos de desmantelao ()--- Vida til151515 Taxa de
juro (%)3,53,53,5 Taxa de Inflao (%)3,53,53,5 Valor de CCV ()41
41435 36133 969 (*) Nesta alternativa no foi considerado o custo do
reservatrio superior e o acrscimo estrutural por incorporao de um
reservatrio no telhado Nesta anlise, a instalao de uma central
hidropneumtica de velocidade varivel mostra-se como a soluo mais
flexvel e apesar de ser a soluo com maior investimento inicial
apresenta os menores custos energticos (menos de metade dos custo
da primeira soluo) sendo a soluo que apresenta o menor valor de
CCV. Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao - Pgina25
7.Referncias bibliogrficas
Europump, Hydraulic Institute, US Department of Energy, Pump
life cycle costs: A guide to LCC analysis for pumping systems,
2000. (ISBN 1-880952-58-0) European Commission, Study on improving
the energy efficiency of pumps, February 2001 European Commission
SAVE, Study on improving the efficiency of pumps, 2001. Stoffel, B.
and Lauer, J ., Theoretically attainable efficiency of centrifugal
pumps, VDMA project - Final report, Technical University of
Darmstadt, 1994. Fuller, Sieglinde K., Petersen, Stephen R.
Life-cycle costing manual, Federal Energy Management Program,
1995