PT1731684E - Processo de operação para uma estação elevatória de águas residuais e estação operada por este processo - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE OPERAÇÃO PARA UMA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUAS RESIDUAIS E ESTAÇÃO OPERADA POR ESTE PROCESSO A invenção refere-se a um processo para o ajuste e a operação de uma estação elevatória de águas residuais equipada com uma bomba centrífuga que se destina à bombagem de águas residuais contendo matérias fecais ou isentas de matérias fecais e, se necessário, de águas superficiais para um sistema de canalização, sendo que as águas residuais a bombear através de um órgão de retenção, nomeadamente, uma válvula de retenção dentro de uma tubagem, surgem de preferência, abaixo de um nível de retorno definido em relação ao sistema de canalização e sendo que para a bombagem é predefinida uma velocidade de descarga mínima.

Além disso, a invenção refere-se à própria estação elevatória de águas residuais.

Estações elevatórias de águas residuais que têm de bombear águas que surgem abaixo do nível de retorno de um sistema de canalização estão instaladas, maioritariamente, em prédios de habitação.

Servem principalmente para a bombagem de águas residuais contendo matérias fecais que surge nas caves de tais prédios.

Por isso, são denominadas muitas vezes também de estações elevatórias de águas residuais contendo matérias fecais.

Para a conceção destas instalações são determinadas, em primeiro lugar, a altura manométrica geodésica existente no edifício e as perdas dinâmicas provocadas pela corrente.

Com base nestes dados é determinada a curva característica da tubagem. A seguir, são calculados os caudais mínimo e máximo com base nas velocidades de descarga mínima e máxima previstas por norma e introduzidos num diagrama preparado. É aconselhável introduzir no diagrama as curvas características de várias estações elevatórias disponíveis.

Um ponto de interseção entre a curva característica da estação elevatória e a curva característica da tubagem situado na área admissível dá uma indicação quanto a uma estação elevatória adequada. 0 trabalho necessário para a conceção de uma estação elevatória pode ser minimizado por um programa informático; mas o risco de sobredimensionar a estação elevatória por serem calculadas perdas demasiado grandes mantém-se.

Daí resulta que a estação seja operada fora das velocidades de descarga admissíveis sendo provocados ruídos indesejáveis.

Adicionalmente aos ruídos de fluxo na tubagem, em caso de fluxos volumétricos muito grandes e quando é atingido o nível de líquido mínimo pode haver sugação que igualmente provoca ruídos incomodativos no prédio. A invenção baseia-se no objetivo de criar um processo que ultrapassa os problemas apontados na conceção e que permite obter uma estação elevatória que seja adequada ao respetivo caso de aplicação e que trabalhe sem ruídos incomodativos.

Este objetivo é atingido em relação a uma estação do tipo indicado supra, através de um processo em que são determinadas, em primeiro lugar, numa estação elevatória já instalada, as velocidades de rotação da bomba centrífuga significativas para diversos pontos de operação relevantes, com a ajuda de um motor elétrico equipado com um conversor de frequência programável que aciona a bomba centrífuga, sendo estas e os dados daí resultantes memorizados numa unidade central que comanda a estação servindo de base à operação seguinte. 0 processo segundo a invenção determina automaticamente todos os parâmetros relevantes da estação em concreto e procede ao respetivo ajuste da estação elevatória.

Este auto-ajuste tem a vantagem de a estação elevatória ser operada com a velocidade de descarga ideal, não havendo os ruídos incomodativos acima mencionados. 0 trabalho que até agora era necessário para a conceção da estação é reduzido.

Os requisitos da norma quanto a determinadas velocidades de descarga são satisfeitos com segurança.

Além disso, a estação pode trabalhar num vasto âmbito de aplicação, fazendo com que o número de variantes necessários de estações elevatórias seja reduzido, o que, por sua vez, traz economias a nivel de fabrico e armazenagem.

Adicionalmente, a unidade de comando usada para o auto-ajuste pode executar ainda um grande número de tarefas de supervisão até à auto-ajuda.

Uma conceção útil do processo segundo a invenção prevê que numa primeira entrada em funcionamento ou numa reentrada em funcionamento da estação elevatória de águas residuais a bomba centrífuga seja acionada continuamente até atingir a velocidade de rotação máxima e desligada antes de ser atingido um nível mínimo de águas residuais que ainda poderia ser bombeado; a seguir, com o órgão de retenção fechado, a bomba centrífuga é novamente ligada e a sua velocidade de rotação continuamente aumentada, sendo a velocidade de rotação que é atingida no momento em que o órgão de retenção é aberto memorizada como a velocidade de rotação correspondente à altura manométrica de ponto zero; a seguir, é determinada e memorizada a velocidade de rotação correspondente à velocidade de descarga mínima predefinida. A determinação da velocidade de rotação correspondente à velocidade de descarga mínima predefinida pode ser feita de várias formas.

Por um lado, a velocidade de rotação pode ser calculada matematicamente.

Neste método, a curva característica da estação (definida pela altura manométrica de ponto zero determinada) e a curva característica da bomba são cortadas num determinado ponto de caudal maior que a velocidade de descarga mínima.

Por outro lado, a velocidade de rotação em questão também pode ser determinada por um medidor de caudal instalado dentro da tubagem.

Para esse efeito é conveniente usar como medidor de caudal uma válvula de retenção concebida segundo o princípio de pressão dinâmica.

Numa outra forma de execução vantajosa da invenção propõe-se que a desativação da bomba centrífuga se realize através de uma rampa predefinida para a velocidade de rotação.

Daí resulta o efeito favorável de o órgão de retenção fechar lentamente sendo evitado o ruído de fecho duro e bem audível.

Como já mencionado, uma estação elevatória que trabalha com o processo que constitui o objeto da invenção também é capaz de executar tarefas de supervisão durante a operação.

Assim, graças a um esquema de avaliação correspondentemente concebido, o processo deteta um bloqueio do órgão de retenção ou uma perturbação do fluxo na tubagem e pode, a partir dai, desencadear uma ação para resolver a situação.

Quando se trata de uma perturbação do fluxo, pode ser aumentada a velocidade de rotação da bomba centrífuga sendo criada, de certo modo, uma corrente de descarga.

Apenas se passado um determinado período de tempo predefinido, a perturbação ainda persistir, é emitido um sinal de desativação e/ou de aviso.

Finalmente ainda se propõe que em caso de passagem do caudal para uma área de carga de pico predefinida, se realize um aumento da velocidade de rotação mas cumprindo a respetiva velocidade de descarga admissível.

Se a bomba centrífuga apresentar as respetivas dimensões, será possível prescindir da bomba para cargas de pico que até aqui era necessária.

Uma estação elevatória de águas residuais que usa o processo segundo a invenção, com uma bomba centrífuga destinada à bombagem de águas residuais contendo matérias fecais ou isentas de matérias fecais e/ou águas superficiais para um sistema de canalização, dispõe de um motor elétrico equipado com um conversor de frequência para o acionamento da bomba centrífuga.

Para facilitar o ajuste da estação elevatória, a válvula de retenção situada a seguir à bomba centrífuga pode estar equipada com um sensor que comunica a abertura da válvula de retenção.

Sendo utilizado o processo segundo a invenção também constitui uma vantagem usar a válvula de retenção como medidor de caudal de acordo com o principio da pressão dinâmica.

Isto facilita o ajuste, pois deste modo é possível constatar o alcance da velocidade de descarga mínima prevista.

Além disso, o medidor de caudal permite um controlo permanente da operação da estação elevatória. A EP 1 138 950 AI divulga um sistema de aumento da pressão ao qual estão ligados os consumidores.

Uma bomba para líquidos é acionada por um motor elétrico, e um regulador destina-se a comparar um valor real de uma pressão de saída da bomba para líquidos com um valor nominal predefinido da pressão de saída.

Como é habitual nos sistemas de aumento da pressão, a possibilidade de regular a capacidade da bomba através da variação da velocidade de rotação do acionamento da bomba é usada para dar cobertura a valores de consumo variáveis com pressão constante ou pressões variáveis segundo determinados critérios predefinidos.

Devido a uma operação fora do normal do regulador, provocada por um circuito de controlo, o regulador é colocado numa espécie de estado de vibração no qual, em caso de quantidades de consumo próximas de zero, o valor real ultrapassa o valor nominal da pressão, resultando daí a redução da velocidade do motor e a paragem da bomba.

Os problemas acima mencionadas em relação a uma estação elevatória de águas residuais em que águas residuais ou águas superficiais são bombeadas para um sistema de canalização, não são resolvidas pela EP 1 138 950 Al. A DE 35 20 538 A divulga uma instalação para a bombagem de leite em que uma bomba centrífuga está equipada com um conversor de frequência. A unidade de comando da instalação ocupa-se dos problemas de cavitação.

Com a ajuda de um exemplo de execução, a invenção é explicada mais detalhadamente. O desenho mostra na

Fig. 1 uma estação elevatória de matérias fecais que usa o processo segundo a invenção;

Fig. 2 um diagrama semelhante aos que se usava para a conceção de estações elevatórias do tipo anteriormente conhecido;

Fig. 3 uma estação elevatória de matérias fecais que foi ajustada e que trabalha de acordo com o processo segundo a invenção. A estação representada na Fig. 1 está instalada, na sua maior parte, abaixo do nível de retorno 1, identificado aqui por um triângulo. A estação inclui um coletor 2 ligado a uma tubagem de águas residuais 3 e uma tubagem de transporte 4 que desemboca num canal de águas residuais 5.

Dentro do coletor 2 encontra-se uma bomba centrífuga (não representada) que bombeia as águas residuais contendo matérias fecais ou isentas de matérias fecais provenientes da tubagem de águas residuais 3 para o canal de águas residuais 5, através de uma válvula de retenção 6.

Até à data a conceção de uma estação deste tipo era feita do modo que mostra o diagrama da Fig. 2.

Num primeiro passo, foram determinadas a altura manométrica geodésica existente e as perdas dinâmicas provocadas pela corrente ou com base em valores derivados da experiência.

Com base nestes dados era calculada a curva característica de uma tubagem. - No diagrama está representada uma curva característica de tubagem identificada pelo número 7. - A seguir, calculava-se o caudal mínimo Qmin θ o caudal máximo Qmax com base nas velocidades de descarga mínima e máxima previstas pela norma em vigor sendo os valores depois transferidos para o diagrama.

Finalmente, face às curvas caracteristicas das estações elevatórias disponíveis, que no exemplo de execução são HA 1 a HA 3, era possível escolher uma estação adequada. 0 ponto de interseção da curva característica da estação elevatória tinha de situar-se na área admissível entre Qmin e Qmax< o que no diagrama da Fig. 2 se aplica à estação H 2. A desvantagem de uma estação concebida deste modo, não era apenas o trabalho necessário para a sua conceção.

Um fator ainda mais importante era o risco de não dimensionar a estação corretamente, com base em suposições erradas quanto às perdas a ter em consideração.

Para estar aqui "do lado seguro", ou seja, para conceber uma estação sempre operacional, preferia-se estimar as perdas muito elevadas em vez de demasiado baixas.

Daí resultava, no entanto, que as velocidades de descarga admissíveis eram ultrapassadas o que, por sua vez, dava origem a ruídos incomodativos na estação.

Além disso, ao atingir um nível de líquido mínimo, os grandes débitos das bombas levavam à sugação que igualmente provocava ruídos incomodativos no prédio.

Com o processo segundo a invenção não são apenas resolvidos os problemas relacionados com a conceção.

Este processo permite também que a estação seja operada com um autocontrolo permanente e que as pequenas perturbações, aquelas que, quando não são resolvidas, podem provocar grandes perturbações ou mesmo a paragem da instalação, sejam resolvidas automaticamente.

Esta situação é explicada com a ajuda da estação elevatória de materiais fecais esboçada na Fig. 3. A estação elevatória está equipada com uma bomba centrífuga 8 cujo motor elétrico 9 dispõe de um conversor de frequência 10 programável. A bomba centrífuga 8 pode ser operada, portanto, com várias velocidades de rotação. A seguir à bomba centrífuga 8 encontra-se uma válvula de retenção 11 equipada com um sensor que comunica a abertura da válvula de retenção 11. A estação elevatória dispõe de um coletor 12 dentro do qual está previsto um sensor de nível 13 que reage a três níveis de líquido predefinidos diferentes: quando o líquido atinge o nível mínimo, emite o sinal "DESLIGAR bomba", quando a água está no nível máximo normal, emite o sinal "LIGAR bomba" e quando a água ultrapassa este último nível mencionado, emite o sinal "ALARME nível de água alto".

Aquando de uma primeira entrada em funcionamento ou de uma reentrada em funcionamento e quando o nível de líquido no coletor 12 for alto, a unidade de comando do conversor de frequência 10 recebe do sensor de nível 13 a ordem "LIGAR bomba".

Agora, o conversor de frequência 10 aciona a bomba centrífuga 8 ao longo de uma rampa, isto é, com um aumento contínuo da velocidade de rotação. A velocidade de rotação máxima é atingida quando a altura geodésica máxima para a estação elevatória e as perdas dinâmicas estiverem ultrapassadas com segurança.

Passado um determinado período que depende do volume do coletor 12 e antes de ser atingido o nível de líquido mínimo, a bomba centrífuga é desligada.

Agora, a válvula de retorno 11 fecha-se e a coluna de líquido da conduta que se encontra por cima desta exerce uma pressão estática sobre a válvula de retenção 11.

No passo seguinte, a bomba centrífuga 8 é novamente acionada ao longo de uma rampa para a velocidade de rotação, sendo memorizada a velocidade de rotação em que o sensor comunica à válvula de retenção 11 "Abrir". A velocidade de rotação assim memorizada encontra-se numa relação direta à altura manométrica de ponto zero que, por sua vez, corresponde à altura manométrica geodésica. A seguir, a velocidade de rotação é continuamente aumentada, até ser atingida com segurança a velocidade de descarga mínima prevista. 0 aumento da velocidade de rotação necessário pode ser calculado com base na curva característica da estação que agora é conhecida ou através de um medidor de caudal cuja função poderia ser exercida, por exemplo, por uma válvula de retenção 11 correspondentemente equipada, de acordo com o princípio da pressão dinâmica.

Com a conclusão do processo até aqui descrito, a estação elevatória está ajustada para a operação.

Mas o processo em conformidade com a invenção também está adequado para otimizar a operação e para proteqê-la contra várias perturbações.

Assim, o processo pode ser usado, por exemplo, para conseguir um fecho suave da válvula de retenção 11, na medida em que a bomba centrífuga 8 é desligada ao longo de uma rampa de velocidades de rotação. A estação que trabalha com o processo ou que está correspondentemente equipada, tem capacidade para detetar um bloqueio da válvula de retenção 11 ou o início de uma obstrução dentro da parte hidráulica e de reagir correspondentemente.

Se um breve aumento da velocidade de rotação com o efeito de descarga assim obtido não for o suficiente para eliminar a perturbação, a estação pode emitir um sinal de aviso e/ou de desativação.

Nas estações que tenham sido concebidas por métodos tradicionais e equipadas adicionalmente com uma bomba para cargas de pico, é possível prescindir de uma segunda bomba, se for utilizado o processo segundo a invenção.

Apenas é necessária uma bomba com dimensões maiores que normalmente trabalha com uma velocidade de rotação limitada mas que em caso de cargas de pico satisfaz as exigências através de um aumento da velocidade de rotação.

Naturalmente será necessário estar atento à velocidade de descarga admissível. LISBOA, 6 de JANEIRO de 2015

Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Processo para o ajuste e a operação de uma estação elevatória de águas residuais equipada com uma bomba centrífuga que se destina à bombagem de águas residuais contendo matérias fecais ou isentas de matérias fecais e, se necessário, de águas superficiais para um sistema de canalização, sendo que as águas residuais a bombear através de um órgão de retenção (6, 11), nomeadamente, uma válvula de retenção dentro de uma tubagem (4), surgem, de preferência, abaixo de um nível de retorno (1) definido em relação ao sistema de canalização (5) e sendo que para a bombagem é predefinida uma velocidade de descarga mínima, caracterizado por numa estação elevatória já instalada, serem determinadas, em primeiro lugar, as velocidades de rotação da bomba centrífuga (8) significativas para diversos pontos de operação relevantes - altura geodésica máxima incluindo as perdas dinâmicas, altura manométrica geodésica e alcance da velocidade de descarga mínima -, com a ajuda de um motor elétrico (9) equipado com um conversor de frequência (10) programável que aciona a bomba centrífuga (8), sendo estas e os dados daí resultantes memorizados numa unidade central que comanda a estação servindo de base à operação seguinte, e ser criada a curva característica da estação elevatória de águas residuais com base nos dados averiguados e mediante esta curva característica ser determinada a velocidade de rotação correspondente à velocidade de descarga mínima predefinida.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por numa primeira entrada em funcionamento ou numa reentrada em funcionamento da estação elevatória de águas residuais a bomba centrífuga (8) ser acionada continuamente até atingir a velocidade de rotação máxima e desligada antes de ser atingido um nível mínimo de águas residuais que ainda poderia ser bombeado, a seguir, com o órgão de retenção (11) fechado, a bomba centrífuga (8) ser novamente ligada e a sua velocidade de rotação continuamente aumentada, sendo a velocidade de rotação que é atingida no momento em que o órgão de retenção (11) é aberto memorizada como a velocidade de rotação correspondente à altura manométrica de ponto zero e, a seguir, ser determinada e memorizada a velocidade de rotação correspondente à velocidade de descarga mínima predefinida.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a velocidade de rotação correspondente à velocidade de descarga mínima predefinida ser determinada por um medidor de caudal instalado dentro da tubagem.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por ser usada como medidor de caudal uma válvula de retenção (11) que trabalha segundo o princípio de pressão dinâmica.
5. 5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a desativação da bomba centrífuga (8) se realizar através de uma rampa predefinida para a velocidade de rotação.
6. 6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um esquema de avaliação que deteta um bloqueio do órgão de retenção (11) de onde resulta a respetiva ação.
7. 7. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um esquema de avaliação que deteta uma perturbação na tubagem (4) de onde resulta a respetiva ação.
8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por no caso de se detetar uma perturbação do fluxo, ser aumentada a velocidade de rotação da bomba centrífuga (8) e depois de ter sido ultrapassado um período de tempo predefinido e se a perturbação persistir, ser emitido um sinal de desativação e/ou sinal de aviso.
9. 9. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por em caso de passagem do caudal para uma área de carga de pico predefinida, se realizar um aumento da velocidade de rotação mas cumprindo a respetiva velocidade de descarga admissível.
10. 10. Estação elevatória de águas residuais para a execução do processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9, em que a estação elevatória de águas residuais inclui um coletor (2) ligado a uma tubagem de águas residuais (3) e uma tubagem de transporte (4) que desemboca num canal de águas residuais (5) , sendo que a estação elevatória de águas residuais está equipada com uma unidade central que comanda a estação elevatória de águas residuais e uma bomba centrífuga (8) cujo motor elétrico (9) está equipado com um conversor de frequência (10) programável e sendo que a seguir à bomba centrífuga (8) se encontra uma válvula de retenção (11) prevista dentro da tubagem de transporte (4), caracterizada por a bomba centrífuga (8) se encontrar dentro do coletor (2) e ser operada em conformidade com o processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9.
11. 11. Estação elevatória de águas residuais de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por a válvula de retenção (6) estar equipada com um sensor que comunica a sua abertura.
12. 12. Estação elevatória de águas residuais de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por a válvula de retenção (6) ser concebida como medidor de caudal que trabalha segundo o princípio de pressão dinâmica. LISBOA, 6 de JANEIRO de 2015