Aproveitamento hidroenergético em adutoras utilizando turbinas

Abstract

Este trabalho busca avaliar o potencial técnico e econômico da implantação de sistemas de aproveitamento energético em sistemas de abastecimento de água, em trechos operantes por gravidade. O objetivo geral é avaliar o aproveitamento hidroenergético em adutoras por meio de turbina, de forma a contribuir com a eficiência energética do sistema. A abordagem metodológica envolve análise hidráulica, verificação da disponibilidade de carga, simulação de cenários operacionais e seleção de tecnologias apropriadas, como turbinas hidráulicas e bombas operando como turbinas. Dentre os objetivos específicos, destacam-se: discutir aspectos técnicos e econômicos da implementação de aproveitamento hidroenergético por turbinas em sistemas de abastecimento de água; avaliar as potencialidades desse aproveitamento em uma adutora do sistema de abastecimento de Florianópolis/SC; e propor um fluxograma orientativo para identificação da viabilidade de implantação, com base na avaliação de caso realizada. A avaliação econômica baseia-se nos indicadores Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Taxa Mínima de Atratividade (TMA), adotando-se esta última com base na taxa SELIC e no risco associado ao projeto. Os resultados demonstram que o aproveitamento hidroenergético tem potencial para ser tecnicamente viável e pode ser economicamente justificado, especialmente quando os custos de operação e manutenção são otimizados. Como resultado prático complementar ao estudo, foi desenvolvido um fluxograma orientativo, estruturado a partir das etapas aplicadas no exemplo de aplicação e aprimorado com base em referências técnicas e experiências recentes. Esse fluxograma apresenta, de forma simplificada e funcional, os principais pontos de atenção e decisões críticas envolvidas na avaliação da viabilidade de sistemas de microgeração em redes hidráulicas, e pode ser aplicado a outros sistemas com características semelhantes. Considerando o exemplo de aplicação realizado, conclui-se, de forma preliminar, que há viabilidade técnica e econômica para a implementação de uma turbina na adutora analisada. Contudo, reforça-se a necessidade de análises técnicas mais aprofundadas, especialmente quanto ao regime hidráulico real, à compatibilidade entre a turbina e as condições operacionais da adutora, e aos aspectos de operação e manutenção, para que a decisão de investimento seja tomada com maior robustez. O estudo evidencia o potencial de geração de energia em sistemas hidráulicos similares, especialmente em adutoras com desníveis topográficos relevantes e vazões constantes ou previsíveis, contribuindo para a sustentabilidade, a eficiência energética e a inovação no setor de saneamento.

This work aims to evaluate the technical and economic potential of implementing energy recovery systems in water supply systems, in sections operating by gravity. The main objective is to assess the hydroenergy recovery in pipelines through turbines, in order to contribute to the energy efficiency of the system. The methodological approach involves hydraulic analysis, verification of available head, simulation of operational scenarios, and selection of appropriate technologies, such as hydraulic turbines and pumps operating as turbines. Among the specific objectives are: to discuss the technical and economic aspects of implementing hydropower recovery in water supply systems; to evaluate the potential of such recovery in a pipeline of the water supply system of Florianópolis/SC; and to propose a guiding flowchart for feasibility assessment, based on the case study conducted. The economic evaluation is based on Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), and Minimum Acceptable Rate of Return (MARR), the latter defined according to the SELIC rate and the project’s associated risk. The results show that hydropower recovery has the potential to be technically feasible and economically justified, especially when operation and maintenance costs are optimized. As a practical contribution, a simplified and functional flowchart was developed, structured from the stages applied in the case study and enhanced with technical references and recent experiences. This tool highlights the main decision points and critical aspects involved in the feasibility assessment of microgeneration systems in hydraulic networks and may be applied to other systems with similar characteristics. Based on the case study, it is preliminarily concluded that there is technical and economic feasibility for implementing a turbine in the analyzed pipeline. However, further technical analysis is necessary, particularly regarding the real hydraulic regime, the compatibility between the turbine and the pipeline’s operating conditions, and operation and maintenance aspects, to support a more robust investment decision. The study highlights the energy generation potential in similar hydraulic systems, especially in pipelines with significant elevation differences and constant or predictable flow rates, contributing to sustainability, energy efficiency, and innovation in the sanitation sector.