Como reduzir o custo de operação na
extração da água de poços tubulares
Quando um poço novo é perfurado ou um poço
já existente é recuperado, o objetivo principal é
de fornecer um abastecimento de água confiável, com qualidade
e a um preço competitivo. Infelizmente, o principal enfoque é
muitas vezes dirigido aos aspectos relativos ao custo inicial, e os
consumidores pagam um preço demasiadamente alto pela sua água,
uma vez que a eficiência do método de extração
em si recebeu muito pouca atenção. A eficiência
do processo de extração de água subterrânea
de poços envolve as características do aqüífero,
as características construtivas do poço, a correta especificação
das bombas, motores e cabos, a perda de carga nos tubos edutores e a
instalação de equipamentos de controle e automação.
Características do aqüífero
O volume e a qualidade da água que pode ser explotada
dependendo das condições geológicas do aqüífero.
Para determinar o volume explotável e o efeito do rebaixamento
nos poços, é fundamental determinar a transmissividade
do aqüífero, que é a relação entre
o volume de água extraído em uma hora e o rebaixamento
do nível d'água dentro do poço. Atualmente há
uma tendência em perfurar mais poços com diâmetros
menores em uma mesma área, com o objetivo de diminuir o risco,
fazendo com que cada poço se torne menos vulnerável à
contaminação, descargas atmosféricas e grandes
rebaixamentos.
A qualidade físico-química e bacteriológica da
água deverá ser analisada em cada poço, e repetida
regularmente, uma vez que a qualidade poderá variar com o tempo.
Desta forma, poderá ser dado um aviso precoce de qualquer ameaça
de contaminação natural ou provocada pelo homem na área
de captação.
Estas análises são também usadas para identificar
o padrão de operação que oferece o tratamento mais
eficiente, caso necessário.
Características construtivas dos poços
A eficiência de um poço é definida por sua capacidade
específica em m3/h por metro de rebaixamento durante um determinado
tempo. A produtividade de um poço é expressa como sua
eficiência em percentagem, que é a relação
entre o rebaixamento e o nível estático. Se a eficiência
for de 50%, o rebaixamento dentro do poço será o dobro
do rebaixamento no aqüífero em torno do poço. Este
rebaixamento maior é causado pela perda de carga no conjunto
pré-filtro e filtro do poço.
Um rebaixamento maior significa uma altura manométrica maior
de bombeamento, e conseqüentemente um consumo maior de energia
por m3 de água subterrânea bombeada. O risco do bombeamento
a "seco" também aumenta. Como exemplo, o acréscimo
de 10 metros no rebaixamento de um poço com nível dinâmico
de 50 metros e vazão de 90 m3/h aumentará os custos de
energia elétrica em 25%.
O aumento do custo corresponde, grosso modo, ao preço de uma
bomba nova a cada ano!
Muitos poços se tornam menos produtivos rapidamente devido a
maior facilidade de obstrução dos filtros por incrustações.
Isto reduz a eficiência e a capacidade específica do poço.
Em muitos casos, a reabilitação removerá totalmente
ou em parte estes depósitos, e restabelecerá a capacidade
do poço de forma correspondente. A reabilitação
do poço não deverá ser efetuada antes que a produção
caia pelo menos 10%. Até este ponto ainda existe área
aberta suficiente para permitir uma limpeza e a remoção
de partículas indesejáveis. Se a manutenção
do poço não puder ser feita quando necessária,
deverá ser considerado um regime de operação diferente.
Por exemplo, a instalação de uma bomba menor, que em termos
de desempenho seja mais adequada ao poço em questão. Também
é possível obter o mesmo volume de água aumentando
o tempo de operação de uma bomba menor.
O melhor mesmo seria equipar todos os poços com medidores de
vazão e de nível, para que seja possível executar
um acompanhamento "on line" da eficiência e da capacidade
específica, e assim assegurar que a reabilitação
seja feita na época certa.
Bombas
A escolha da bomba certa está diretamente ligada à evolução
dos níveis piezométricos do poço. Uma vez que a
eficiência máxima de uma bomba se situa dentro de uma faixa
relativamente estreita, poderá ser muito difícil alcançar
a operação ideal em sistemas complexos com vários
poços. A melhor solução nestas circunstâncias
seria instalar um sistema de monitoramento de vazão e de nível
para cada poço controlado por computador que calcule o melhor
padrão operacional para todos os pontos de bombeamento.
Se a eficiência for aumentada em apenas 10% por exemplo, de 65%
para 75%, significa que bombeando-se 400 m3/h a uma altura de 80 metros
durante 10 anos (4.700 horas/ano), poderão ser economizados 62.000
kW ou R$280.000,00.
A experiência tem mostrado que a causa mais freqüente do
mau desempenho de bombas é a escolha inadequada das mesmas. O
receio de não bombear uma quantidade suficiente de água
quase sempre conduz à compra de bombas superdimensionadas para
o poço. É aqui que começam todos os problemas de
rebaixamento excessivo, desperdícios de energia, etc. Para reduzir
o custo de operação, a perfuração de outros
poços deverá ser considerada como alternativa caso haja
necessidade de mais água do que o poço existente possa
produzir.
Com a bomba correta os períodos entre a manutenção
e a reabilitação se tornam os mais longos possíveis.
Devido ao desgaste e as incrustações, o desempenho de
uma bomba será freqüentemente reduzido ao longo do tempo,
e em algum momento deverá ser feita a limpeza e a manutenção.
A determinação da melhor época para fazer a manutenção
de uma determinada bomba deverá também ser deixada a cargo
de um sistema de gerenciamento. A escolha da hora certa de fazer a manutenção
depende do conhecimento dos custos da reabilitação e a
informação "on-line" dos níveis piezométricos,
vazão e consumo de energia para o poço em questão.
Esta informação é então processada pelo
computador e comparada aos dados de desempenho do fabricante da bomba.
Com relação ao desgaste, deve-se observar o seguinte:
se forem escolhidas bombas com mancais lubrificados a água, os
mancais teoricamente poderão durar a vida útil da bomba,
independente da velocidade. Na realidade, porém, nem sempre é
possível obter uma água isenta de partículas em
poços de água subterrânea. Conseqüentemente,
a teoria e a prática comprovaram que há um certo desgaste
nas superfícies dos mancais, de forma que na hora da manutenção
é importante substituir todas as peças desgastadas. Se
isto não for feito, poderá resultar no desempenho reduzido
da bomba, e os custos de operação aumentarão de
forma expressiva. O custo da substituição de peças
de reposição poderá ser recuperado em questão
de meses. Para evitar o desgaste e a corrosão dos rotores e da
carcaça das bombas, é importante também escolher
materiais com alta resistência. Isto não significará
somente uma vida útil mais longa, mas também assegurará
um desempenho maior e contínuo ao longo de sua vida útil.
Seria, portanto, um desperdício de dinheiro ter uma bomba com
uma eficiência elevada durante cinco anos, que funcionasse durante
os cinco anos seguintes com pouca eficiência. Somente o monitoramento
"on-line" do desempenho da bomba poderá assegurar que
seja escolhida a freqüência correta de manutenção.
Cabos Elétricos
Um aspecto importante do dimensionamento e da especificação
das bombas e dos motores é a escolha dos cabos. A tentativa de
cortar os custos aqui poderá sair caro em termos de custo geral
de operação.
Exemplo: Com uma bomba submersa de 75 kW e um cabo de 75 metros até
a bomba, a economia entre a queda de tensão de 5% para 1% será
de 170.000 kW após 10 anos de operação correspondente
a R$ 77.000,00, e um prazo de retorno de 1-2 anos.
Motor
O elemento mais sensível de uma instalação submersa
é o motor. A proteção do motor é vital para
assegurar sua longevidade. Isto é feito com a monitoração
da temperatura do motor, uma vez que quase todos os efeitos prejudiciais
tais como fornecimento inadequado de energia, etc., conduzirão
à temperatura elevada do motor.
A Grundfos desenvolveu um dispositivo técnico que permite ao
usuário verificar a temperatura do motor e monitorar a resistência
do isolamento sem o uso de cabos adicionais no poço. Além
disto, este sistema inclui uma proteção embutida contra
o funcionamento "a seco" também sem o uso de cabos
ou sensores no poço.
Tubos edutores
O bombeamento da água dos poços através das tubulações
até os reservatórios é o ultimo elemento principal
nosistema de extração. O fluxo na tubulação
resulta em perdas de carga devido ao atrito, curvas, válvulas,
etc., que deverão ser compensadas pelas bombas. A perda poderá
ser tão elevada que o desempenho de uma bomba poderá resultar
em uma água muito cara se os tubos edutores forem dimensionados
de forma incorreta. Vejamos o exemplo de uma bomba submersa que opera
de acordo com os seguintes parâmetros: Q = 85 m3/h; H = 65 m.c.a.
; o tubo edutor possui 80 m de comprimento e 4 polegadas de diâmetro.
Após um ano de operação, ou 3.450 horas, teremos
um volume de 293.303 m3 de água bombeada e um consumo de energia
de 81.558kW. O uso de um tubo edutor de 5 polegadas de diâmetro
reduzirá a perda por atrito na tubulação de 7,7metros
para 2,7metros. Os parâmetros de operação da bomba
melhoram para 94 m3/h e a altura manométrica total cai para 60
metros. Com o mesmo volume total de água, o consumo de energia
cai para 74.748 kW. Em outras palavras, uma economia anual de energia
de 6.810 kW ou R$ 3.065 por ano. As incrustações no interior
da tubulação também agravam as perdas de carga
e podem ocorrer vazamentos de água na tubulação.
Ambas as situações podem ser monitoradas através
da medição "on-line" da pressão de descarga.
Conclusão
Como foi mostrado, existem fortes razões para que sejam observados
os aspectos físicos, financeiros, e de qualidade da água,
que influenciam os custos de extração de água subterrânea,
o que pode gerar grandes economias. E a receita é simples:
¨ Ao investir, leve em consideração, além
do custo inicial, a influência do produto no custo de operação.
¨ Deverá ser dada maior atenção para a manutenção
preventiva e para a operação, uma vez que as condições
de bombeamento estão mudando constantemente.
¨ Durante a operação os dados de cada poço
deverão ser coletados "on-line". A utilização
de um bom sistema de monitoramento possibilitará a otimização
da operação, no que se refere a segurança do fornecimento,
qualidade e preço da água.
Há quem possa acreditar que tais medidas aumentem a mão-de-obra
mas isto certamente não é o caso. Um sistema de monitoramento
somente processa os dados - assim como qualquer outro computador. Temos
ainda um longo caminho a percorrer antes que os computadores assumam
a manutenção e a reposição de tubulações,
bombas e outros componentes! Mas o deslocamento de pessoal de um poço
a outro para monitorar fisicamente, ou ainda pior, somente quando não
houver mais água jorrando, deverá ser coisa do passado!
Olho: Ao investir, leve em consideração, além
do custo inicial, a influência do produto no custo de operação
Jacob Lochte
Engenheiro Mecânico -
Gerente de Produtos
Bombas Submersas Grundfos - Dinamarca
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