As indústrias de água e esgoto desempenham um papel vital no atendimento das atuais necessidades de uma população global que não para de crescer, e do aumento da demanda de dejetos industriais. Em um nível básico, a água limpa é essencial para a sobrevivência humana, bem como para uma ampla gama de aplicações industriais, enquanto o tratamento eficaz do esgoto é fundamental para garantir um ciclo sustentável da água.
No entanto, este recurso vital vem com uma produção de energia substancial. De acordo com o World Energy Outlook (WEO), as concessionárias de água e esgoto respondem por quase 4% do consumo mundial de energia – o equivalente a toda a demanda de energia da Austrália.
Com as metas de emissões de CO2 cada vez mais rígidas e as pressões aumentando em torno das tarifas de água que frequentemente ficam aquém de cobrir os custos, há uma necessidade urgente de reduzir o uso de energia. Isso significa combater processos ineficientes, como o controle mecânico de vazões e o uso de equipamentos superdimensionados.
As perdas de água, causadas por vazamentos são outro desafio significativo. Esses vazamentos são mais do que apenas água perdida; eles representam uma quantidade significativa de energia desperdiçada investida no tratamento e transporte de água que nunca chega aos consumidores.
Estimativas da WEO sugerem que, com práticas adequadas de eficiência energética e medidas de recuperação em vigor, o consumo poderia ser reduzido em até 15% até 2040.
Para isso, é necessária uma combinação de conhecimento, tecnologia e uma abordagem cooperativa e proativa. Um bom ponto de partida é a lista de verificação abaixo, que descreve seis passos fundamentais para alcançar uma maior eficiência energética no setor.
Desenvolver uma linha de base
Abrir um caminho rumo à eficiência energética para instalações de água e esgoto deve em primeiro lugar, envolver a coleta de dados precisos de utilização de energia e com data e hora de uso de energia para utilizar como base em relação a operações futuras. Ao examinar os recursos que correspondem à produção — como milhões de galões por dia (MGD) ou a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) tratados — uma linha de base pode ser estabelecida. O envolvimento com a equipe de supervisão, operacional e de manutenção validará esses dados, ao mesmo tempo em que revelará insights sobre padrões de consumo de energia, abordagens potenciais de economia de energia e prováveis obstáculos. Um passo a passo preciso para avaliar o tamanho, a capacidade e o status de funcionamento dos principais ativos traz ainda maior precisão e ajuda a estabelecer uma base rigorosa para comparações futuras.
Entenda a economia
A captação e o fornecimento de água são particularmente intensivas em energia em uma planta de água limpa. A otimização desse processo está, em grande parte, no emprego de sistemas de bombeamento e sopradores eficientes. Fazer melhorias incrementais, como adotar tecnologia moderna de bomba ou incorporar inversores de velocidade variável (VSDs) — também conhecidos como variadores de frequência (VFDs) ou drives simples — e motores de alta eficiência pode resultar em uma economia de energia que varia de 3% a 40% ou mais.
Como exemplo, a mudança para tecnologias avançadas, como os motores de relutância síncrona IE5 (SynRM) da ABB, aumentarão significativamente a eficiência energética quando emparelhada com um inversor de frequência. É crucial trazer as melhores práticas, como técnicas de monitoramento de energia, equipamentos não essenciais de ciclo de energia e manutenção aprimorada. Compreender as vantagens fundamentais da aplicação de drives como o ACQ580 em acionamento de água e esgoto com recursos de bombeamento de água integrados, como controle multi bombas, mestre e seguidor, limpeza da bomba, medição de vazão e funções sleep boost, podem levar a um grande aumento na eficiência e nos lucros.
Identificar e avaliar áreas de melhoria
Concentrar-se nas oportunidades de economia de energia específicas do sistema deve começar com a criação de um plano detalhado de avaliação da instalação, incluindo um passo a passo completo do sistema e identificação focada da aplicação. Essas avaliações ajudarão a identificar as aplicações a serem priorizadas para obter o maior retorno sobre o investimento (ROI). As empresas de água e esgoto também precisam construir uma equipe capacitada para analisar essas oportunidades e construir um plano de ação personalizado.
A melhoria da eficiência pode envolver mudanças tanto nos equipamentos quanto nos procedimentos operacionais, sendo que cada modificação visa reduzir o consumo ou a demanda de energia das plantas de tratamento. Onde a experiência não existe internamente, consultores especializados de uma organização podem ajudar recomendando uma lista de prioridades e um plano de implementação.
Implementar melhorias
Um plano completo para implementar mudanças deve envolver todas as partes interessadas. Isso significa coordenar cronogramas de projetos, alocações de orçamento e gerenciamento de tarefas para alcançar os resultados desejados. Esse roteiro de procedimentos deve detalhar como os processos ou cronogramas existentes podem mudar e destacar possíveis desligamentos.
O valor das mudanças deve ser mostrado em métricas de desempenho energético, que devem estar alinhadas com os indicadores-chave de desempenho (KPIs) designados. Ao medir os retornos em relação aos KPIs, a precisão e a eficiência do projeto podem ser validadas.
Acompanhe e relate o progresso
O monitoramento e a emissão de relatórios são cruciais para garantir que as melhorias entregues sejam sustentáveis. Após a instalação, as empresas devem focar nos KPIs e métricas de desempenho previamente identificadas, incluindo status de instalação, impactos no uso de energia da instalação, impactos nas operações e na produtividade, desempenho do processo e engajamento dos funcionários.
Compartilhe esses insights com as partes interessadas, incluindo qualquer pessoa que tenha estado envolvida no plano de energia, bem como a equipe de operações e manutenção. Lembre-se: rastrear e relatar é um passo vital para o sucesso do plano de eficiência energética.
Atualizar continuamente o plano
Uma vez feitas mudanças para melhorar a eficiência das instalações, a complacência não é uma opção. Devem ser realizadas revisões contínuas do plano energético para garantir melhorias consistentes. À medida que o plano avança em direção às metas, lições serão naturalmente aprendidas com sucessos e falhas passadas, e as empresas precisarão mudar as estratégias de acordo.
O plano de eficiência energética também esbarrará na evolução dos padrões da indústria e nos cenários econômicos ou jurídicos, o que pode exigir mudanças futuras. Esse processo iterativo deve lembrar às partes interessadas que avançar em direção a um futuro mais eficiente não é um processo único, mas que está em constante evolução.
Processos com uso intensivo de energia para focar
A redução do consumo de energia deve ser o objetivo de todos. Mas sem uma regulamentação global consistente, e com muitos países continuando a adotar sistemas de baixa eficiência, é claramente um objetivo que levará tempo para ser alcançado. É provável que os movimentos sejam feitos gradualmente, sendo certos processos os primeiros a serem otimizados. Quando se trata de produção de água limpa, sistemas como o bombeamento de lagos e rios, bem como a captação de água subterrânea – todos críticos para um abastecimento adequado de água limpa – são claros candidatos a se tornarem mais eficientes. Um exemplo é substituir o controle vazão por válvulas de aceleração tradicionais com inversores de frequência que ajudam a velocidade do motor a corresponder à saída de vazão necessária, permitindo que as bombas operem em seu melhor ponto de eficiência. Isso pode reduzir os custos operacionais e o impacto ambiental em uma planta de tratamento de água ou de esgoto.
Por exemplo, no próspero distrito de Kim Dong, no Vietnã, o acesso à água potável tem sido um desafio crescente em meio ao rápido crescimento econômico. A recém-criada estação de tratamento de água de superfície Kim Dong, utiliza tecnologia de acionamento de velocidade variável da ABB e está resolvendo essa questão. Ao implementar 28 drives ABB ACQ580 para a indústria de água, a planta obteve um aumento de 20% a 30% em eficiência energética em comparação com os sistemas tradicionais de controle de velocidade fixa.
Para instalações de plantas de tratamento de esgoto, os processos de aeração representam cerca de 53% da demanda de energia. Há uma série de razões para isso, incluindo as variações na demanda recebidas na estação de tratamento em diferentes escalas de tempo, tornando um desafio otimizar a planta no momento da instalação.
Mas esse processo que consome muita energia pode se beneficiar enormemente com o uso de inversores de frequência. Esses drives podem mitigar o uso excessivo de sopradores em sistemas de aeração que se ajustam a cargas flutuantes, alcançando economia de energia de até 70%, controlando diretamente a velocidade do motor e os níveis de oxigênio dissolvidos.
Na Dinamarca, a Knabstrup Vandværk, que fornece água a mais de 500 consumidores e à Comunidade de Água Nordvestsjælland, integrou com sucesso os drives ABB ACQ580 em suas instalações de água e esgoto, levando a economias de energia e pressão de água de forma estável. Esses drives otimizaram o funcionamento de cinco bombas d'água, resultando em uma redução de 20% no consumo de energia e minimizando o desgaste da infraestrutura de distribuição de água.
O resultado atingido não foi apenas a redução de custos, mas também a prevenção da entrada de contaminação no abastecimento de água, já que a pressão uniforme anula os choques que podem desalojar o ocre nas torneiras dos consumidores. A facilidade de configuração, realizada pela conectividade Bluetooth, e os recursos inteligentes de controle de várias bombas nos drives ACQ580 também ofereceram gerenciamento contínuo, garantindo um fluxo de água consistente e eficiente.
Rumo a um futuro sustentável para tratamento de água e esgoto
Aderir aos seis passos aqui estabelecidos pode levar as indústrias de água e esgoto a um futuro mais sustentável e econômico. Em primeiro lugar, é essencial estabelecer uma linha de base para o uso de energia, que estabeleça as metas para a elaboração de um plano energético. Este plano deve identificar áreas potenciais de melhoria e delinear estratégias para integrar o uso da água e esgoto nos processos existentes. Essas mudanças permitirão uma economia de energia, rápida e significativa.
À medida que navegamos em uma era marcada por pressões ambientais e financeiras, fica claro que refinar a eficiência energética não é meramente benéfico – é crucial para a longevidade e resiliência das instalações de água e esgoto.
Para mais informações: https://new.abb.com/drives/segments/water-and-wastewater
Sobre o autor
James Chalmers é vice-presidente de vendas de água e esgoto da ABB
