Energetic analysis of hydraulic systems - Aplication of pumps working as turbines to a water supply subsystem

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEm localidades com uma configuração topográfica bastante acidentada, tal como a cidade de Coimbra e como muitas outras cidades portuguesas, torna-se necessário reduzir as pressões nos sistemas quer por razões funcionais, económicas e/ou regulamentares. Para tal recorre-se a um conjunto de soluções que podem apresentar uma contribuição para o aumento da eficiência energética dos sistemas.Uma das formas de aumentar a eficiência energética dos sistemas de abastecimento de água consiste no aproveitamento do excesso de carga hidráulica usualmente dissipado com câmaras de perda de carga ou com válvulas redutoras de pressão. Em alternativa a este procedimento clássico poder-se-á estudar a viabilidade da introdução de micro-geração recorrendo eventualmente a bombas funcionando como turbinas (BFT) dado serem mais acessíveis que as microturbinas. O problema apresenta portanto à partida uma globalidade considerável. Por isso, no presente trabalho, propõe-se a identificação prévia de um Município que apresente potencial para desenvolver a abordagem anteriormente referida, tendo sido escolhido o Município de Penela. Este engloba o sistema de captação da Louçainha, com início na própria barragem da Louçainha. O primeiro troço deste sistema tem início na barragem e termina na ETA de Cancelas. Neste troço, propõe-se o estudo da substituição da válvula redutora de pressão (VRP) por uma bomba a funcionar como turbina (BFT), de modo a possibilitar a produção de energia elétrica para venda à RESP. Este estudo inclui a caraterização hidrológica das afluências à barragem, a construção do seu modelo hidráulico e a simulação da sua exploração, levando em conta o tarifário vigente e os consumos na ETA de Cancelas, por ela servida. No final será efetuada uma comparação com a situação atual, de modo a avaliar os potenciais ganhos energéticos envolvidos e estudar a viabilidade técnica da sua implantação.In locations with a rather rugged topographic configuration, such as the city of Coimbra and like many other Portuguese cities, it is necessary to reduce pressure in the systems either for functional, economic and/or regulatory reasons. This is done by using a set of solutions that can contribute to increase the energy efficiency of the systems.One way to increase energy efficiency of the water supply systems consists on the use of the hydraulic load usually dissipated through grit chambers or pressure reducing valves. Alternatively to this classic procedure, it will be possible to study the feasibility of introducing microgeneration possibly through pumps working as turbines (PaT), as they are more affordable than microturbines. Therefore the problem presents a considerable globality. Thus, in this study, it is proposed the previous identification of a location that shows potential to develop the above approach, having been chosen the Municipality of Penela. This one includes the water catchment system of Louçainha, starting at the Louçainha dam itself. The first section of this system starts at the dam and ends at the water treatment station of Cancelas. In this section, it is proposed to study the replacement of the pressure reducing valve (PRV) for a pump working as a turbine (PaT), in order to enable the production of energy for sale to the Public Electric Utility Network. This study includes the hydrological characterization of the inflows to the dam, the construction of its hydraulic model and the simulation of its exploitation, taking into account the current tariff and the consumption of the Water Treatment Station of Cancelas, served by it. In the end it will be done a comparison with the current situation, in order to evaluate the potential energetic gains involved and study the technical feasibility of its implantation