O sistema de abastecimento por tanques de pressão, não é novidade para a engenharia. Muitas indústrias utilizam há muito tempo e conseguem substituir os castelos d’água por um sistema hidropneumático. Porém, devido o avanço da tecnologia, esta solução começa a ser viável para empreendimentos residenciais.
Adaptamos este vídeo* da empresa Bombas Grundfos do Brasil, para exemplificar como funciona o sistema em geral.
O vídeo completo pode ser encontrado neste link
*Este video mostra uma outra solução de pressurização, que não será abordada neste texto.
O sistema hidropneumático é composto basicamente por bombas centrífugas, um injetor de ar, um tanque de pressão e um controlador de pressão. A bomba leva a água do reservatório inferior para um tanque de pressão. Entre a bomba e o tanque de pressão, encontra-se um injetor de ar que, hidraulicamente, puxa o ar durante o funcionamento da bomba e o leva para o interior do tanque.
Fonte: Adaptado de Soares (2013)
Dentro do tanque de pressão, o ar é comprimido na parte superior do tanque até atingir a pressão máxima de funcionamento. Quando a pressão é máxima, a bomba é desligada automaticamente pelo controlador de pressão. Desta forma, toda a rede fica pressurizada através deste ar comprimido no tanque que empurra o fluído para os pontos de consumo.
Fonte: Adaptado de Soares (2013)
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A bomba vai ficar ligada o dia inteiro?
A resposta para esta pergunta é não. O tanque de pressão tem papel importe nesta função, quando a bomba desliga (devido a rede ter atingido a pressão máxima), o ar comprimido dentro dele tenta expandir e ficar com sua característica natural, empurrando a água para fora do tanque, porém, como ainda não há consumo, toda a tubulação fica pressurizada com esta força. Quando o ponto de consumo é aberto, este ar começa a se expandir e a pressão da rede cai, devido ao alívio gerado pela a abertura do aparelho sanitário (uma pia de cozinha por exemplo).
Quando a pressão interna chegar em um valor mínimo, a bomba é ativada novamente, e o ciclo de pressurização da rede se repete.
Desta forma, a bomba funcionará em determinados períodos do dia, observando o que prescreve a NBR 5626 (ABNT, 1998), que uma estação de recalque pode funcionar por no máximo 6 horas por dia. O tempo de funcionamento e número de partidas dependerá do tamanho do tanque de pressão, quanto maior a variação de pressão, maior deve ser o tanque. Porém, existe um sistema de controle que minimiza o volume do tanque, que será apresentado nos próximos tópicos.
Como funciona o sistema de controle de pressão?
O controle de pressão é um sistema que, a partir de uma determinada variação de pressão no sistema, vai dar o comando de ligar ou desligar a bomba.
Um desses controles é chamado de Pressostato, um aparelho hidráulico/elétrico que vai ler a pressão interna da rede e, a partir de pré-determinados valores mínimos e máximos de pressão, dará o comando para o acionamento da bomba.
Usar este dispositivo, tem a desvantagem de que o tanque de pressão necessário seja grande, pois a bomba gasta muita energia para suprir a falta de pressão, e quanto mais ela funciona, menos eficiente é o sistema. Utilizar um tanque grande, pode inviabilizar a instalação no pavimento térreo, por exemplo.
Como resolver este problema?
Para diminuir o tamanho do tanque, precisamos diminuir a variação de pressão de comando da bomba. Para isto acontecer, temos que admitir que a bomba ligará mais vezes por dia observando que a pressão necessária para recompor o sistema seria menor. Porém, as bombas normalmente trabalham na mesma faixa de rotação e potência, introduzindo no sistema sempre a mesma energia. Se vamos precisar ligar a bomba mais vezes, por que não ligar com uma potência menor?
– Espera aí, mas como fazer isso se minha bomba não consegue variar a potência?
Para fazer este papel, um inversor de frequência é instalado para controlar a rotação do motor, controlando sua potência.
Fonte: View Tech
Através da leitura de vazão de uma sonda, ligada à tubulação, o inversor de frequência vai acelerar ou desacelerar a bomba conforme a vazão solicitada pelos aparelhos sanitários. Essa variação se dá devida a capacidade de ajustar a frequência de alimentação do motor, variando assim a rotação da bomba e, por consequência, sua vazão. Com isso, a bomba consegue manter a pressão da rede e somente utilizará a potência necessária para fornecer a vazão de consumo solicitado. Isso proporciona uma redução dos gastos de energia, e também uma melhor utilização do sistema, pois agora a água virá com pouca variação da pressão.
Qual é a economia de energia deste controle?
Para exemplificar, vamos comparar o sistema utilizando pressostato e um sistema utilizando o inversor de frequência. Considere uma edificação com os seguintes características:
– O consumo máximo de água é de 5.000 l/h;
– diferença de altura entre a bomba e ponto mais alto de consumo: 20 metros (considerando pressões mínimas para funcionamento);
– perda de carga com o consumo máximo: 2 m.c.a;
Variação do consumo:
– Das 0h às 6h não há consumo;
– das 6h às 8h há consumo máximo de água;
– das 8h às 10h há 30% do consumo máximo de água;
– das 10h às 12h há 50% do consumo máximo de água;
– das 12h às 18h há 30% do consumo máximo de água;
– das 18h às 21h há consumo máximo de água;
– das 21h às 0h há 30% do consumo de água.
Com esses dados, utilizando a tabela de seleção do fabricante de bombas (Schneider) escolhemos o modelo que atende a vazão máxima e pressão máxima e, a partir das suas curvas, determinamos o consumo necessário da bomba para realizar cada etapa de recalque, e obtivemos os seguintes resultados:
Como consumo de energia necessário temos:
Porém, como não temos o ajuste de potência, a bomba irá trabalhar com a sua potência nominal, consumindo o máximo da energia, durante todo o ciclo gerando, um desperdício de 21% de energia.
Simplificamos este exemplo considerando que a bomba trabalhe o dia inteiro, porém se as duas trabalharem pelo o mesmo período (exemplo 4 horas) o desperdício será o mesmo.
Fizemos uma visita à sede da Franklin Eletric, que fabrica as Bombas Schneider, localizada em Joinville, Santa Catarina. Lá eles nos apresentaram um produto que vem com todo o sistema implantado e necessita somente do espaço para instalação. Utilizando o mesmo exemplo, vamos fazer a simulação para o caso da utilização do inversor de frequência.
Através das curvas do fabricante, escolhemos nossa bomba e obtivemos os resultados:
Mesmo sendo uma bomba de maior potência, o seu consumo de energia é menor, pois o motor vai trabalhar com uma rotação menor que a nominal. A economia em relação ao pressostato é de aproximadamente 39%.
E se faltar energia?
Em alguns empreendimentos, é necessária a instalação de gerador de energia devido a exigência de órgãos públicos, como por exemplo o Corpo de Bombeiros. Isso pode ser uma vantagem para utilizar este sistema, pois o gerador pode ser aproveitado para manter o sistema com autonomia. Para as edificações que não necessitam de gerador, o ideal é a instalação de uma motobomba à combustão.
Hoje no mercado existem motobombas com combustão interna que são compactas, silenciosas e de fácil manutenção, não trazendo problemas quanto a sua utilização.
Como fica a reserva técnica de incêndio?
O volume da reserva de incêndio fica no reservatório inferior, e junto dela as bombas.
Quando é utilizado o reservatório superior, em muitos casos, não é necessário utilizar o conjunto de motobombas pois a altura do reservatório é suficiente para atender a pressão do hidrante mais desfavorável. Este item pode ser considerado para a análise da viabilidade, vamos discutir o espaço necessário e os custos a seguir.
Qual o espaço que devo prever?
O espaço para o sistema deve contemplar: o volume de reservatório, necessário para atender toda a demanda e o local para o conjunto de pressurização (duas motobombas, tanque de pressão, barrilete e quadro com inversor de frequência).
Além do volume de consumo, o reservatório deve ter o volume necessário para a RTI e mais o espaço para o conjunto de pressurização próprio para o combate à incêndio (duas motobombas, tanque de pressão, bomba jockey e quadro de comando das bombas).
Para a questão da autonomia do sistema, deve ser previsto um espaço para gerador de energia ou espaço para as motobombas à combustão e seus respectivos tanques de combustíveis, este item deve atender tanto o sistema de consumo quanto o de incêndio, sendo necessário então duas bombas e dois tanques de combustível.
Como fica a manutenção do sistema?
Em nossa visita à fábrica da Franklin Eletric, questionamos este item. A resposta da fábrica foi que, mesmo com um número de partidas maior, o conjunto de motobombas para abastecimento por tanques de pressão tem o mesmo custo de manutenção do que o outro sistema se respeitadas as condições especificadas pelo fabricante.
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Nossa análise
Analisando a questão de viabilidade do empreendimento, algumas prefeituras exigem, através de seu plano diretor ou lei de ordenamento territorial, alguns parâmetros que a edificação deve respeitar. Um destes parâmetros, muito importante para realizar um estudo de viabilidade do empreendimento, é a altura máxima da edificação (em algumas regiões é chamado de gabarito).
Devido a este limitante, a construção de um empreendimento pode se tornar inviável. Em alguns casos, a simples inclusão de um pavimento de apartamentos resolveria este problema. Isto nem sempre é possível uma vez que pavimentos de serviço, como por exemplo casas de máquinas e reservatórios, são considerados para determinar a altura máxima do edifício.
Com o abastecimento através de tanques de pressão, podemos substituir o pavimento de reservatório superior por um pavimento de apartamentos, tendo uma lucratividade maior no empreendimento.
Como visto, as características desse sistema fazem com que ele necessite de um número de equipamentos maior do que os sistemas convencionais. Além disto, o espaço necessário para a implantação, não é algo simples de se prever.
Em nossa avaliação, o abastecimento de água deverá ser sempre feito através do sistema com inversor de frequência, visto que o usuário tem um maior conforto na hora de fazer a utilização da água, pois a pressão não vai variar durante seu uso. O fabricante também afirma que, o uso do inversor de frequência, além de proporcionar economia, vai dar uma vida útil maior para o equipamento.
Sabendo quanto custa e qual o espaço necessário para a instalação, podemos fazer uma análise econômica, observando todas as variáveis do projeto e assim determinando qual é a melhor solução para o empreendimento.
Fizemos outro post sobre um estudo de implantação deste sistema, em um edifício residencial localizado na cidade de Itajaí – Santa Catarina. Acesse ele AQUI.
Outro case de sucesso, feito pela Thórus Engenharia, foi em um edifício em Chapecó – Santa Catarina. No empreendimento foi possível aumentar o número de pavimentos tipo, mantendo a altura original do edifício. O que consequentemente, mesmo com o custo do sistema adicional, aumentou o Valor Geral de Venda do empreendimento. Veja o case completo AQUI.
Fontes:
Fonte da capa: Grundfos
Autor:
Allan Souza Mendes
Engenheiro Civil
Orientador:
Cristiano Schneider
Engenheiro Civil
3 respostas
excelente trabalho
Muito obrigado, Uriel!
Esperamos ter contribuído de alguma forma.
Muito bem elaborado esse assunto.