SABESP Substitui Válvulas Redutoras por Turbogeradores HIGRA

O compromisso da HIGRA com a eficiência energética pode ser visto em todos os projetos e ações que a empresa realiza. A tecnologia embarcada nas bombas e turbogeradores que desenvolvemos e fabricamos permite que esses equipamentos operem com um alto nível de eficiência em termos de energia.

Isso é um diferencial de nossos produtos que faz com que a tecnologia HIGRA seja utilizada nas mais variadas aplicações presentes no mercado. Um dos usos que podemos citar é a substituição de válvulas redutoras de pressão por Turbogeradores Anfíbios (TGAs).

Entre as primeiras empresas a adotar esse processo está a SABESP, concessionária responsável pelo fornecimento de água potável para as cidades do estado de São Paulo.

Neste artigo, traremos em detalhes como se deu esse processo de substituição e quais foram os benefícios que os upgrades das linhas de pressurização trouxeram para a empresa.

Válvulas Redutoras de Pressão: o que são e qual sua função

As Válvulas Redutoras de Pressão (VRPs) são dispositivos essenciais em sistemas de distribuição de água, controlando e regulando a pressão dentro das redes de abastecimento. Em sistemas hidráulicos, a pressão da água pode variar significativamente devido a fatores como desníveis topográficos, variações de demanda e configurações da rede de distribuição. Sem um controle adequado, essa pressão excessiva pode causar vazamentos, rompimentos de tubulações e desperdício de água.

O papel das VRPs é justamente evitar esses problemas, garantindo que a pressão da água se mantenha dentro de um limite seguro e adequado para o consumo. Elas operam reduzindo a pressão da água de um nível mais alto para um nível pré-determinado, protegendo a integridade da rede e melhorando a eficiência do sistema.

Apesar de serem amplamente utilizadas, as válvulas redutoras de pressão têm uma limitação importante: elas dissipam o excesso de pressão transformando a energia hidráulica em calor, sem aproveitamento energético. Essa característica motivou a busca por soluções mais eficientes que, além de controlar a pressão, convertam essa energia dissipada em eletricidade, agregando valor ao processo.

É aí que entram os turbogeradores!

O que são Turbogeradores?

Como mencionado anteriormente, ao serem aplicadas em sistemas hidráulicos, as VRPs acabam dissipando o excesso de pressão convertendo-a em calor. Já os turbogeradores aproveitam essa energia excedente para gerar eletricidade.

O funcionamento dos turbogeradores baseia-se na conversão da energia hidráulica em energia mecânica e, posteriormente, em energia elétrica. A água pressurizada, proveniente de um reservatório ou conduto forçado, movimenta as pás da turbina, convertendo a energia hidráulica em rotação mecânica do eixo.

Esse eixo está acoplado a um gerador elétrico, que transforma a energia mecânica em eletricidade por meio da indução eletromagnética. A energia gerada pode ser utilizada localmente ou integrada à rede elétrica, dependendo da necessidade do sistema.

Além do aproveitamento energético, o equipamento desempenha a mesma função de controle de pressão das válvulas convencionais, garantindo a segurança da rede de abastecimento sem desperdício de recursos.

Esse diferencial torna a tecnologia especialmente vantajosa para concessionárias de saneamento, como a SABESP, que buscam reduzir custos operacionais e melhorar a sustentabilidade de suas operações.

Turbogeradores Anfíbios: conheça a tecnologia proprietária da HIGRA

Os Turbogeradores Anfíbios (TGAs) desenvolvidos e patenteados pela HIGRA são equipamentos integrados de geração de energia que combinam uma turbina e um gerador submerso do tipo molhado “oil free”, com capacidade de operar em diferentes condições de fluxo de água. Projetados para substituir VRPs em sistemas de abastecimento e aproveitamento de quedas d’água, os TGAs são projetados por ferramentas de simulação de dinâmica de fluidos (CFD) para otimizar sua geometria e maximizar o rendimento.

A turbina é dimensionada conforme as características operacionais de cada aplicação, garantindo alta eficiência na conversão de energia potencial em energia elétrica.

O gerador elétrico submerso é do tipo molhado e atende a norma internacional NSF/ANSI 61 de compatibilidade para operar com água potável e utiliza o próprio fluido que passa pela máquina para refrigerar o equipamento. Esse design integrado proporciona um desempenho robusto do tipo monobloco e oferece condições ideais de operação contínua e segura, com baixíssima manutenção, alta durabilidade e baixo nível de ruído.

O funcionamento é baseado em uma turbina, que é impulsionada pelo fluxo de água com determinada pressão a montante. Essa turbina, conectada a um gerador, converte a energia mecânica em energia elétrica. A energia gerada pode ser utilizada para alimentar os próprios sistemas de bombeamento e tratamento de água, reduzindo o consumo de energia da rede elétrica.

Caso a energia gerada seja maior que o consumo da unidade, pode ser injetada na rede gerando créditos de energia, dentro da modalidade de geração distribuída.

Substituição de VRPs por TGAs na SABESP

A utilização de novas tecnologias, como os Turbogeradores Anfíbios HIGRA, permite o surgimento de modelos de geração distribuída inovadores. Entre as aplicações possíveis, podemos citar a capacidade de pequenas e médias indústrias poderem utilizar o potencial hidráulico disponível em suas operações para gerar parte da energia que consomem. Isso reduz custos operacionais e a dependência da rede elétrica convencional.

Esse tipo de aplicação já existe no Brasil e está em plena operação na SABESP, uma das maiores concessionárias de saneamento do país. A HIGRA instalou 10 sistemas de geração distribuída, as UCHAs (Usina Compacta de Hidrogeração Anfíbia), que utilizam os TGAs da empresa, na entrada dos reservatórios da SABESP. No total, elas têm 1,44 MW de potência instalada, suficiente para abastecer, mensalmente, 5 mil residências.

Um estudo de caso baseado nestas aplicações demonstra a implementação de TGAs em substituição a duas válvulas redutoras de pressão (VRPs) em uma adutora de 800 mm (DN800) de diâmetro, controlando a pressão de distribuição de água em um sistema de abastecimento. Os dados operacionais incluem:

• Pressão de entrada: 40 a 50 metros de coluna d’água (mca);
• Pressão requerida para distribuição: entre 24 e 26 mca;
• Vazão média diurna: 450 litros por segundo (l/s), com abastecimento diário de aproximadamente 16 horas (das 05h às 21h);
• Energia hidráulica disponível: entre 65 e 110 kW;
• Potência de geração esperada: de 40 a 75 kWh.

No Gráfico 1, são apresentados dados de operação durante um dia típico de operação, ilustrando o comportamento da pressão da rede de distribuição conforme o valor de controle e a geração de energia.

Os resultados obtidos após 26 meses de operação foram os seguintes:

• Controle de pressão automatizado: O sistema operou eficientemente, substituindo completamente a funcionalidade de duas VRPs e mantendo a pressão adequada de distribuição;
• Aproveitamento energético: O TGA aproveitou a energia hidráulica disponível, gerando uma média de 50 kWh, com picos de até 72 kWh durante os períodos de maior demanda;
• Eficiência energética: A performance foi de 79% da energia disponível convertida em eletricidade útil;
• Geração acumulada: Durante o período de operação, o sistema gerou 612.730 kWh;
• Ruído: A operação foi silenciosa, atendendo às normas locais para áreas residenciais, com emissões de ruído abaixo de 50 dB;
• Redundância operacional: O sistema conta com um dispositivo de reserva (duplicidade), garantindo a continuidade da operação em caso de falha.

Alto desempenho e eficiência energética com os Turbogeradores Anfíbios HIGRA

Os Turbogeradores Anfíbios apresentam-se como uma solução viável e eficiente para substituir válvulas redutoras de pressão em sistemas de abastecimento de água, com vantagens claras em termos de geração de energia, sustentabilidade e automação. A tecnologia, desenvolvida pela HIGRA, demonstrou alto rendimento em aplicações práticas, como visto no estudo de caso apresentado.

Com uma performance de 79% da energia gerada sobre a energia potencial disponível e a possibilidade de automação completa do controle de pressão, o TGA surge como uma alternativa promissora para o futuro da energia renovável em sistemas hidráulicos.

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