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Gestão de Indicadores no Saneamento – Energia elétrica

Qual a diferença do PH5 para o kWh/m3 no saneamento?

Neste post vamos falar sobre gestão de indicadores no Saneamento e aprofundar especificamente no PH5 da IWA (International Water Association) e o tradicional kWh/m3.

O PH5 é importante para que se mantenha a comparabilidade do indicador entre operações, equipamentos e condições diferentes. Por exemplo, em uma mesma operação, um mesmo tipo de conjunto de motobomba pode movimentar grandes volumes de água por uma baixa altura manométrica ou movimentar pequenos volumes de água por alturas manométricas maiores. Se medirmos a eficiência desses dois motores iguais submetidos a diferentes condições, como as descritas, teremos o resultado de que provavelmente o motor que está movimentando mais água vencendo uma altura manométrica menor tem maior eficiência do que o outro, o que não é necessariamente verdadeiro. É por isso que o indicador simples de kWh/m3 precisa ser analisado com cautela quando tomado sob a perspectiva mais generalista.

Em resumo, usando o PH5, você pode comparar os dois motores citados acima sem problemas. Se usar o kWh/m3, pode chegar a conclusões equivocadas e tomar decisões que não farão o ponteiro da eficiência energética se movimentar. O kWh/m3 deve ser utilizado apenas para comparar uma bomba consigo mesma nas mesmas condições de operação. E apenas nesse caso, esse indicador é tecnicamente preciso.

gif boss do ph5
Quando você utiliza o PH5 para analisar a Eficiência Energética da empresa de Saneamento

Como calcular o PH5?

O PH5 deve normalizar a eficiência dos motores através da padronização da altura manométrica considerada. Veja abaixo a equação.

cálculo ph5

m3 = Volume bombeado em metros cúbicos

kWh = Consumo de energia elétrica em kWh

h = Altura manométrica em metros de coluna d’ água (mca)

O cálculo pode ser feito de forma instantânea, ou seja, um indicador em tempo real, ou ainda de forma acumulada, por exemplo, acumulando a energia e volume bombeados em um mês inteiro e a altura manométrica média vencida pela bomba. Mais adiante darei exemplos práticos sobre como executar esse cálculo usando sistemas supervisórios de telemetria ou mesmo usando dados de faturas de energia.

Infográfico monitoramento de energia

Como utilizar o PH5 na prática?

A equação parece simples, não é mesmo? Na prática, a implementação pode não ser tão trivial. Vou passar por cada fator da equação e por diferentes estratégias de como contornar desafios de medição ou mesmo de cálculos de estimativas.

Volume bombeado

O melhor cenário aqui é o da medição direta de vazão que, quando multiplicada pelo tempo, resulta no volume bombeado. Por exemplo, uma vazão de 144 m³/h, em uma hora, vai entregar um volume de 144 m³.

Outro cenário é o da medição indireta de vazão através de outras variáveis medidas diretamente. Por exemplo, medidores mais comuns de velocidade e pressão podem chegar ao registro de vazão através da equação de Bernoulli. Esses medidores são bastante comuns e confiáveis.

Mas até aqui só falamos dos cenários “ideais”. Quando não temos o dado, é a criatividade que entra em ação para fazer o melhor com o que se tem disponível. Se não temos dados de vazão, pressão ou velocidade, existem casos em que é possível estimar o volume bombeado com base nas horas de operação da bomba, por exemplo. Esse método é mais adequado para casos em que não há inversores de frequência para modular a carga dos motores. Usualmente, nos dados de placa da bomba, você encontrará uma média dos valores de vazão máxima e mínima. Com isso em mãos, basta multiplicar as horas operacionais pela razão de m³/h indicados pelo fabricante da bomba. Esse tipo de raciocínio também é facilitado pelo fato dos sistemas supervisórios, usualmente, coletarem os dados de horas operacionais ou pelo menos terem um cronograma de acionamento e desarme definido na automação.

Altura manométrica

A altura manométrica de uma bomba é o valor que representa o ganho de energia de pressão do líquido entre a entrada e a saída da bomba. É a energia mínima que a bomba deve transmitir para o fluido para o transporte de uma determinada vazão até o ponto final designado pelo sistema. A altura manométrica pode ser obtida a partir de um cálculo um pouco mais complexo que considera, em geral, pressão e velocidade de descarga e sucção. A equação é dada a seguir:

cálculo altura manométrica

pd= Pressão lida no manômetro de descarga (kgf/cm2)

ps=Pressão lida no manômetro de sucção (kgf/cm2)

d= Peso específico do fluido (kgf/dm3), para água:1 kgf/dm3

vd= Velocidade do fluido na descarga da bomba (m/s)

vs= Velocidade do fluido na sucção da bomba (m/s)

Zsd= Diferença de cota entre as linhas de centro dos manômetros de sucção e descarga (m)

Uma opção mais simples para quem não quer lidar com essa complexidade é conferir os dados de placa da bomba, que usualmente apresentam uma altura manométrica nominal na qual a bomba é capaz de operar.


Consumo energético

Na gestão de energia e indicadores de saneamento, é importante verificar o consumo energético, e o ideal é que exista uma medição da potência do motor. Em outros casos, nos quais há informações sobre corrente por fase e tensão, é possível calcular a potência instantânea.

Outra opção é recuperar dados de consumo a partir de uma fatura de energia. Esse método acaba perdendo precisão, pois uma unidade consumidora provavelmente abrigará vários conjuntos de motobomba. Ao fazer essa agregação, as variáveis calculadas acima também deverão ser agregadas.

Quais ações práticas de gestão de energia no Saneamento, considerando o PH5?

O PH5 permitirá a comparação de desempenho entre cada estação elevatória, por exemplo. Além disso, deve servir como um guia para a área de Programação e Controle de Manutenção (PCM) priorizar as ações de manutenção nos ativos com menor desempenho, aplicando o princípio de Pareto nos ativos (onde 20% dos ativos normalmente retornam 80% do resultado em economia de energia potencial). Outra aplicação do PH5 é em estudos de viabilidade econômica para retrofits de motores elétricos, permitindo medir o quanto de energia a operação está desperdiçando por manter um motor ineficiente em operação.

Outra ação prática do PH5 é verificar a qualidade dos dados dos sensores e informações utilizadas. Quando o PH5 fica acima de 1, por exemplo, significa que algum dado não está correto.

Quais são os valores típicos de PH5?

Como o PH5 é bastante conhecido e normalizado, é possível indicar quais são os valores típicos para operações consideradas como eficientes e operações consideradas ineficientes. Veja abaixo os valores de referência.

  • Operação eficiente: 0,27 a 0,40
  • Operação satisfatória: 0,40 a 0,54
  • Operação ineficiente: Acima de 0,54

Os valores de referência são importantes, pois podem fornecer uma base de comparação com o mercado. É claro que também é importante comparar e acompanhar a própria performance histórica, mas o PH5 é aquele indicador que não o deixa voltado apenas para um indicador interno sem nenhuma conexão com as operações de seus pares.

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O que NÃO fazer com o PH5 na gestão de indicadores no Saneamento?

O PH5 não deve ser utilizado quando os dados não têm uma confiabilidade mínima para que decisões possam ser tomadas de acordo com eles. Uma forma de medir isso é pensando: “Se, de acordo com a análise do PH5, eu chegar à conclusão que o payback da troca de um motor é de 4 meses, eu levaria esse projeto para ter orçamento aprovado?” Se você se sentir confortável em levar adiante, significa que você confia nos dados.

Outra maneira mais objetiva de pensar sobre o assunto é classificar a fonte dos dados. Em uma pontuação de 0 a 3, adicione um ponto para cada dado do PH5 que é medido diretamente. Isso fará com que o PH5 calculado com dados de faturas, altura manométrica nominal e volume bombeado estimado tenha nota zero e o PH5 com todas as grandezas medidas tenha nota 3 (máxima) de confiabilidade.

Gestão de Indicadores no Saneamento

E agora?

Usando a plataforma da CUBi fica fácil realizar gestão de energia e indicadores de saneamento. Os gestores têm acesso a medição direta completa de todas as variáveis que geram o PH5 em tempo real. Também temos opções que usam estimativas tanto para altura manométrica quanto para volume bombeado, a energia sempre é medida diretamente!

Esse controle faz com que nossos clientes tenham muito mais facilidade em entender quais são os ativos que precisam de retrofit e quais são os que precisam de manutenção. Por exemplo, já tivemos casos em que a análise com o PH5 auxiliou no racional de cálculo para que um projeto de retrofit financiado fosse aprovado!

Quer entender um pouco mais sobre gestão de energia e indicadores no saneamento? Consulte nossa equipe para saber temos ajudado outras empresas de saneamento a transpor barreiras de gestão de energia!

Ricardo Dias

Engenheiro ambiental e urbano pela UFABC e mestre em Sistemas Sustentáveis com ênfase em Energia pelo Rochester Institute of Technology. É co-fundador da CUBi e atualmente CEO.

2 comentários em “Gestão de Indicadores no Saneamento – Energia elétrica”

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