Variação temporal do fator de perda de carga em sistemas fluido mecânicos provocada pela bioincrustação do mexilhão dourado : um estudo de caso
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Teofania Heloisa Dutra Amorim Vidigal
Luiz Gustavo Martins da Silva
Luiz Gustavo Martins da Silva
Resumo
Os sistemas de bombeamento, principalmente os utilizados no setor de abastecimento de água
e em instalações industriais e hidrelétricas, são comumente infestados pelo mexilhão dourado.
Isso causa um aumento de operações de manutenção (por exemplo, desligamentos do sistema
para limpeza) que podem gerar um aumento do custo de energia. A expansão geográfica do
mexilhão dourado na América Latina apresenta um risco econômico, não só para o ecossistema
em geral, mas também para o setor de energia. A iminência de sua disseminação na Amazônia,
uma das principais bacias hidrográficas da América do Sul, preocupa pelos problemas que a
bioinvasão desta espécie pode causar. Dada a ausência de estudos sobre a perda de eficiência
energética em sistemas de bombeamento impactados pelo mexilhão dourado, este estudo
propõe um metodologia para estimar o aumento do consumo de energia e custo de
bombeamento, causado pela bioinfestação. Para a padronização dos métodos e
desenvolvimento de cálculos (novas equações), foram feitas avaliações da literatura disponível
(sobre o crescimento do mexilhão dourado em função do tempo de bioinfestação) e uma análise
das dimensões (comprimento e altura) de um amostra de mexilhões disponíveis no laboratório.
Também foi analisado, em campo, preferência de fixação (quanto à escolha dos materiais
dispostos) e interferência da profundidade de fixação. Esses dados foram usados para calcular
a rugosidade, gerada pela bioincrustação de mexilhão na sucção do bombeamento e na
tubulação de descarga, necessária para determinar a perda de eficiência energética (perda de
carga, consumo de energia e custo de bombeamento). Os métodos foram aplicados a uma
estação elevatória representativa da Amazônia brasileira, como estudo de caso. Os resultados
mostram um aumento médio nos indicadores econômicos (consumo e custo de bombeamento)
após o sistema sofrer bioinfestação. Este aumento total correspondeu a 19% e 44% nos primeiro
e segundo anos, respectivamente, atingindo a estabilização do aumento do custo de
bombeamento em 46%, nos 30 meses de operação. Nossos resultados demonstram o
pioneirismo da proposta, já que estes são os primeiros dados quantitativos sobre a eficiência
energética do bombeamento associados à bioinfestação pelo mexilhão dourado e a evolução do
fator de perda de carga. Esses resultados também podem ser usados para estimar o aumento de
custos causado pela bioinfestação de mexilhão dourado no bombeamento de água bruta
sistemas de outras instalações.
Abstract
Pumping systems, mainly those used in the water supply sector and in industrial and
hydroelectric facilities, are commonly infested by the golden mussel. This causes an increase
in maintenance operations (for example, system shutdowns for cleaning) which can lead to an
increase in energy costs. The geographic expansion of the golden mussel in Latin America
presents an economic risk, not only for the ecosystem in general, but also for the energy sector.
The imminence of its spread in the Amazon, one of the main river basins in South America, is
a matter of concern due to the problems that the bioinvasion of this species can cause. Given
the lack of studies on the loss of energy efficiency in pumping systems impacted by the golden
mussel, this study proposes a methodology to estimate the increase in energy consumption and
pumping cost caused by bioinfestation. For the standardization of methods and development of
calculations (new equations), evaluations of the available literature (on the growth of the golden
mussel as a function of the time of bioinfestation) and an analysis of the dimensions (length and
height) of a sample of available mussels were carried out. in the lab. It was also analyzed, in
the field, the fixation preference (in terms of the choice of materials arranged) and the
interference of the fixation depth. These data were used to calculate the roughness, generated
by mussel biofouling in the pumping suction and discharge piping, necessary to determine the
loss of energy efficiency (head loss, energy consumption and pumping cost). The methods were
applied to a pumping station representative of the Brazilian Amazon, as a case study. The results
show an average increase in economic indicators (consumption and pumping cost) after the
system suffers bioinfestation. This total increase corresponded to 19% and 44% in the first and
second years, respectively, reaching the stabilization of the pumping cost increase in 46%, in
the 30 months of operation. Our results demonstrate the pioneering nature of the proposal, as
these are the first quantitative data on the energy efficiency of pumping associated with
bioinfestation by the golden mussel and evolution of the load loss factor. These results can also
be used to estimate the cost increase caused by golden mussel bioinfestation in the raw water
pumping systems of other facilities.
Assunto
Engenharia mecânica, Mexilhão-dourado, Custos, Eficiência energética, Bombeamento de água
Palavras-chave
Bioincrustação, Custo, Eficiência energética, Preferência de fixação, Profundidade, Sistemas de bombeamento