O caminho para o Net Zero: Melhorar a eficiência energética na indústria da água com o SAM4 Energy

Explore como as empresas de água podem reduzir os custos de energia e a pegada de carbono dos sistemas de água potável e das estações de tratamento de águas residuais, optimizando o desempenho do equipamento com o SAM4 Energy.

Sobre o Samotics

A Samotics é um fornecedor líder de informações acionáveis em tempo real para otimizar o desempenho e a eficiência energética de motores CA e equipamento rotativo. Uma equipa especializada de cientistas de dados, programadores de software e especialistas técnicos desenvolveu uma plataforma orientada para a IA que apoia empresas industriais globais na redução do desperdício de energia e do tempo de inatividade não planeado. A nossa base de clientes inclui empresas líderes do sector, como a Yorkshire Water, a Anglian Water, a Northumbrian Water e a Pidpa.

O desafio para as empresas do sector da água: atingir o Net Zero

As empresas do sector da água em todo o mundo estão sob pressão para operarem com emissões líquidas nulas. Por exemplo, todo o sector da água do Reino Unido está empenhado em atingir este objetivo até 2030. Ao mesmo tempo, as empresas estão sob pressão para tratar maiores quantidades de águas residuais e produzir e distribuir maiores quantidades de água limpa, à medida que a população e a poluição aumentam. Até dois terços das emissões na indústria da água são causadas pelo consumo de eletricidade em bombas, aeradores e outros equipamentos, o que faz desta a maior fonte de emissões controlável. Com até 40% da eletricidade utilizada pelos sistemas acionados por motores eléctricos a ser desperdiçada devido a ineficiências operacionais, desajustes processo-máquina e danos em desenvolvimento, estas emissões tornam-se ainda mais significativas. Ao mesmo tempo, os orçamentos OPEX estão sob pressão com o aumento dos preços da eletricidade e com formas limitadas de transferir estes custos para os clientes finais. Existe uma clara necessidade de uma solução que reduza o consumo de eletricidade.

A solução: SAM4 Energy

No sector da água, o equipamento tem normalmente de servir uma grande variedade de exigências de fluxo, pelo que a sua otimização não é uma tarefa simples. Como líder global na análise de dados eléctricos, a solução SAM4 Energy da Samotics fornece a primeira ferramenta automatizada do mundo para alcançar uma otimização contínua da eficiência. O SAM4 Energy analisa a eficiência de todo o trem de acionamento, desde as perdas no motor elétrico até os equipamentos acionados, como bombas. Além disso, a plataforma distingue as perdas inerentes ao equipamento - como a eficiência nominal do motor - e aquelas causadas pela forma como o equipamento é operado, como as perdas de eficiência da bomba por operar fora do ponto de melhor eficiência.

Munidos desta informação, os algoritmos avançados do SAM4 vão para além do desempenho individual dos activos, fornecendo uma visão do desempenho de estações de bombagem completas com várias bombas co-localizadas em comparação com os valores de referência da indústria. Isto gera recomendações económicas que podem ser postas em prática, muitas vezes num período de tempo muito curto e sem a necessidade de investimentos de capital dispendiosos. Ajuda os nossos muitos clientes a reduzir o seu consumo de energia e a obter poupanças anuais recorrentes de eletricidade de 10-15% em todo o seu equipamento e até quase 40% em activos específicos. Isto tem um impacto muito positivo nos objectivos de sustentabilidade e na pegada de carbono.

Potencial de poupança de energia no sector da água potável

As bombas são a força vital da indústria de abastecimento de água, com os sistemas de bombas a representarem, em média, mais de 80% do consumo total de energia nas estações de tratamento de água potável. Em todas as redes de abastecimento de água, cerca de dois terços do consumo de energia é atribuído à distribuição final de água. O SAM4 Energy pode conseguir poupanças de energia de 10-15% em média, com bombas individuais a mostrarem poupanças de até quase 40% em casos específicos. Identificar onde o desempenho e a eficiência das bombas críticas e de outros equipamentos industriais podem ser melhorados requer um conhecimento profundo do consumo de energia em todo o sector da água e soluções comprovadas para resolver os problemas de eficiência associados.

O SAM4 Energy é utilizado por muitas empresas de abastecimento de água para detetar onde e quando há desperdício de energia na sua rede de abastecimento de água, melhorando a eficiência e reduzindo os custos e as emissões. As recomendações vão desde o ajuste de limiares de fluxo em bombas co-localizadas (para funcionar mais perto de pontos de eficiência ideais) até a sugestão de substituição de componentes e até mesmo de bombas inteiras. As mudanças de processo do SAM4 Energy fornecem às empresas de abastecimento de água um método rápido e económico para reduzir custos e emissões sem investimento de capital.

O SAM4 Energy também detecta ineficiências eléctricas devido ao desenvolvimento de danos nos activos industriais e nos seus componentes, ajudando os clientes da indústria da água a otimizar as estratégias e o planeamento da manutenção, reduzindo ainda mais os custos.

Utilização de energia em sistemas de água potável

Os sistemas de bombas são responsáveis por 87% do consumo total de energia em sistemas de água potável. O SAM4 Energy pode permitir poupanças entre 3% e 37% para estes sistemas. Para um sistema típico que serve 200.000 pessoas, isto significa uma redução de até 1,5 GWh-equivalente a mais de 325.000 euros por ano-ao mesmo tempo que evita aproximadamente 660 toneladas de emissões de CO₂ por ano*.

*O custo de 1 kWh é de 0,21 euros e 1 MWh de emissões de CO₂ equivale a 0,429 toneladas.

Cálculo do potencial de poupança de energia

O potencial de poupança de energia no sector da água potável varia em função do consumo total de energia, das operações específicas e das definições de controlo. Factores como os padrões diurnos e sazonais da procura de água, bem como as configurações do equipamento (idade, presença de variadores de velocidade, etc.), também terão impacto no potencial de poupança de energia.

Nesta infografia, foram enumerados potenciais de poupança significativos (médios) e elevados para os tipos de equipamento mais utilizados, com base na experiência do sector.

SAM4 Energy em ação: Bombeamento de água limpa: um estudo de caso

Resolver operações ineficientes da bomba para reduzir o consumo de energia

Três bombas que formam o núcleo de uma estação de bombeamento de água limpa foram analisadas pela plataforma SAM4 Energy. Estas bombas são cruciais para o abastecimento de água aos clientes durante os períodos de ponta e fora de ponta. A estação inclui duas bombas maiores de 55 kW e uma bomba mais pequena de 11 kW.

O SAM4 Energy identificou que as bombas maiores eram frequentemente utilizadas de forma ineficiente, lidando com caudais que a bomba mais pequena poderia gerir de forma mais eficiente. O SAM4 Energy constatou que as ineficiências operacionais na bomba e no motor levaram a aproximadamente 10% de perdas totais de eficiência.

Ao implementar as recomendações do SAM4 Energy, o cliente ajustou duas configurações simples para conseguir um bombeamento mais eficiente durante os períodos de baixo caudal. Em primeiro lugar, o limite de caudal da bomba de 11 kW foi aumentado, uma vez que esta conseguia lidar com o baixo caudal de forma mais eficiente do que as duas bombas maiores. Em segundo lugar, a velocidade da bomba de 11 kW foi aumentada através do ajuste da frequência de alimentação do VFD, alargando a sua gama de funcionamento para fornecer um maior caudal à pressão necessária. As bombas maiores foram activadas apenas quando necessário. Estas alterações foram implementadas em poucas horas, sem qualquer despesa de capital.

Após a implementação destas alterações ao processo, o SAM4 Energy mostrou que as três bombas estavam a funcionar mais perto dos seus pontos de eficiência óptimos. A eficiência total da estação de bombagem melhorou em 7,1%, tendo em conta a distribuição das diferenças de tempo de funcionamento, pressão e caudal entre as antigas e as novas configurações. Isto resultou numa poupança anual de eletricidade de 2 500 euros e numa redução de 9,2 toneladas de CO₂. O escalonamento destas poupanças em toda uma rede de abastecimento de água oferece benefícios significativos.

Potencial de poupança de energia no sector das águas residuais

No sector das águas residuais, SAM4 Energy pode permitir poupanças significativas em toda a rede. As bombas e os ventiladores consomem até 65% de energia nas estações de tratamento de águas residuais. O SAM4 Energy pode permitir poupanças de 10-15% em média para estes sistemas e até quase 40%* para activos específicos. Ao analisar o desempenho e o desperdício de energia em toda a rede variável de águas residuais, o SAM4 Energy aumenta a eficiência e reduz os custos e as emissões. À semelhança do sector de abastecimento de água, o SAM4 Energy deu uma variedade de conselhos, desde alterações de processos (ou seja, alterar a configuração operacional de bombas co-localizadas para funcionarem mais perto dos seus melhores pontos de eficiência) até à substituição de componentes ou mesmo de activos (ou seja, substituir um impulsor gasto ou adicionar um variador de velocidade).

As mudanças de processo recomendadas pelo SAM4 Energy fornecem às empresas de água uma forma rápida e económica de reduzir custos e emissões sem a necessidade de investimento de capital. Além disso, os conhecimentos do SAM4 Energy identificam uma indicação de operações ineficientes que podem estar a causar danos ao equipamento ou aos seus componentes, permitindo poupanças adicionais ao abordar as necessidades de manutenção de forma proactiva.

*Coligação Mundial de Investigação sobre a Água: Energy Efficiency in the Water Industry: A Compendium of Best Practices and Case Studies Global Report.

Utilização de energia em estações de tratamento de águas residuais

As bombas e os ventiladores consomem até 65% da energia total nas estações de tratamento de águas residuais. O SAM4 Energy pode permitir poupanças entre 3% e 40% para estes sistemas. Para um sistema típico que serve 200.000 pessoas, isto significa uma redução de até 1,7 GWh de energia poupada, o que se traduz em mais de 360.000 euros por ano, evitando aproximadamente 740 toneladas de CO₂ por ano.*

*O custo de 1 kWh é de 0,21 euros e 1 MWh de emissões de CO₂ equivale a 0,429 toneladas.

Cálculo do potencial de poupança de energia

O cálculo do potencial de poupança de energia para diferentes equipamentos no sector das águas residuais é uma combinação do consumo total de energia do equipamento e do grau de variação dos modos de funcionamento do equipamento. Factores como a variação dos níveis de carência biológica de oxigénio, que afectam a espessura das lamas, também têm impacto nas variações de carga do equipamento.

SAM4 Energy em ação: Estudo de caso do sector das águas residuais

Otimização do funcionamento das bombas de parafuso para reduzir o consumo de energia

Numa estação de tratamento de águas residuais, duas bombas de parafuso de 185 kW funcionam frequentemente em paralelo para satisfazer os requisitos de fluxo. O SAM4 Energy monitora as bombas, que são cruciais para manter um fornecimento estável de águas residuais.

Além disso, qualquer falha pode resultar no retorno de águas residuais para a rede de recolha, potencialmente causando transbordos de esgotos. A plataforma SAM4 determinou que as duas bombas de parafuso eram utilizadas de forma ineficiente (funcionando a baixas cargas). Ambas funcionaram simultaneamente a baixas cargas durante aproximadamente 75% do tempo. Este comportamento é benéfico em condições de caudal em tempo húmido (comum durante as tempestades). No entanto, durante os períodos de tempo seco, uma única bomba poderia satisfazer adequadamente a procura/fluxos necessários. O funcionamento de uma única bomba nestas condições permitiu-lhe funcionar mais perto do seu ponto de eficiência máxima, optimizando a eficiência energética de ambas as bombas durante o tempo seco. Com as recomendações fornecidas pelo SAM4 Energy, o cliente aplicou uma simples mudança de configuração, melhorando a eficiência do bombeamento durante os períodos de fluxo baixo e regular. O ajuste envolveu a alteração do limite de fluxo, determinando quando uma bomba deve operar independentemente e quando ambas as bombas devem funcionar em conjunto.

Após a implementação desta simples mudança de processo, a plataforma SAM4 Energy mostrou imediatamente uma melhoria significativa na eficiência do sistema. O novo modo de funcionamento aumentou significativamente a eficiência, levando a uma redução de energia de 25% nas duas bombas. Isto equivaleu a uma poupança de até 41 mil euros por ano em custos de eletricidade e a uma redução associada de cerca de 75 toneladas métricas de CO2eq por ano, apenas com base na redução de energia. Isto proporciona poupanças muito significativas quando se traduzem em toda uma rede de águas residuais que pode incluir centenas de estações elevatórias. Para além das poupanças imediatas geradas, ter o equipamento industrial a funcionar mais próximo do seu melhor ponto de eficiência prolonga a vida útil do equipamento. Este facto tem benefícios financeiros e de sustentabilidade adicionais no que diz respeito às despesas de capital, à depreciação e aos custos industriais e ambientais da produção de capital.

Como funciona a plataforma SAM4 Energy na indústria da água

1. Monitorizar a eficiência energética do equipamento 24 horas por dia, 7 dias por semana
   O SAM4 Energy realiza o monitoramento contínuo de seus sistemas de bombeamento e outros ativos industriais, integrando-o às suas fontes de dados existentes ou coletando dados de sensores IoT dentro do seu gabinete de controle do motor. Isso fornece uma imagem detalhada do uso de energia e da eficiência de cada ativo ao longo do tempo para permitir relatórios de energia eficazes.
2. Identificar o desperdício de energia e dar prioridade às oportunidades
   Utilizando análises avançadas, o SAM4 Energy processa os seus dados continuamente. Ele identifica o desperdício de energia em seus sistemas industriais, quantificando onde o consumo de energia, os custos e as perdas de eficiência são maiores. Isto ajuda-o a compreender exatamente onde são necessárias melhorias para cortar custos e reduzir a sua pegada de carbono.
   
   O SAM4 Energy oferece conselhos concretos que pode seguir para reduzir o desperdício de energia, os custos e a pegada de carbono da sua empresa de água. Isto é conseguido com a abordagem passo-a-passo descrita nestas páginas.
   
3. Receber recomendações acionáveis
   O SAM4 Energy diagnostica a causa do seu desperdício de energia e gera recomendações que podem ser implementadas. Seja ajustando processos operacionais como limites de fluxo ou substituindo componentes, o SAM4 Energy classifica essas sugestões por seu potencial de economia, para que você saiba onde se concentrar para obter o maior impacto. A implementação destas alterações pode levar a uma redução de 10-15% nos seus custos anuais de eletricidade e a uma diminuição das emissões de carbono.
   
4. Validar os resultados e ver as poupanças
   Depois de implementar as recomendações do SAM4 Energy, a plataforma continua a medir, acompanhar e validar os resultados, dando-lhe uma visibilidade clara da economia de energia e de custos alcançada. Isto ajuda-o a monitorizar o desempenho do seu sistema e a garantir que está a maximizar a eficiência dos seus activos industriais.

Aprofundamento técnico: Auditoria da eficiência energética das máquinas em tempo real

O SAM4 Energy audita a eficiência energética das suas máquinas em tempo real, utilizando a análise da assinatura eléctrica (ESA). Ao contrário de muitos serviços de monitorização energética que apenas têm em conta a eficiência nominal do seu equipamento, os algoritmos do SAM4 Energy determinam a eficiência das suas máquinas, e a forma como as opera, de três formas:

• Eficiência da rede eléctrica: A má qualidade da energia, como os desequilíbrios de tensão ou as distorções harmónicas do seu fornecedor de serviços, pode reduzir o desempenho do motor elétrico.
• Eficiência do motor elétrico: Um motor elétrico funciona melhor com a sua carga e velocidade nominais. O SAM4 Energy analisa a forma como várias definições afectam a eficiência, o fator de potência e a potência de saída.
• Eficiência da carga acionada: Como os motores, as cargas acionadas (por exemplo, bombas, sopradores, compressores) funcionam de forma ideal no ponto de trabalho projetado. O SAM4 Energy calcula automaticamente quanto da potência de entrada se traduz em potência hidráulica (por exemplo, fluxo da bomba).

Monitorizar o funcionamento das bombas em tempo real sem sensores de caudal

O SAM4 Energy monitoriza sinais eléctricos, mas os seus conhecimentos não se limitam aos motores eléctricos. Utilizando algoritmos avançados, a nossa plataforma de análise também fornece informações sobre o caudal e a altura manométrica da bomba, tendo em conta

• Curva da bomba: Cada fabricante de bombas projeta suas bombas para um determinado fluxo e altura manométrica, com uma potência de entrada específica. O SAM4 Energy combina estes dados com sinais eléctricos em tempo real para fornecer estimativas fiáveis do funcionamento da bomba em qualquer momento. Se as curvas da bomba não estiverem disponíveis, o SAM4 pode integrar dados existentes de caudal ou pressão como alternativa.
• RPM da bomba: O SAM4 Energy determina a velocidade de uma bomba através da análise da frequência de alimentação do motor elétrico e regula a altura e o caudal da bomba em conformidade

Principais benefícios do SAM4 Energy para a indústria da água

Saiba como pode beneficiar da plataforma de análise avançada do SAM4 Energy para atingir os seus objectivos de sustentabilidade e redução de carbono.

Aceda à nossa plataforma de análise líder mundial: Maximize o valor dos seus dados

Os seus dados energéticos são processados na nossa plataforma de análise avançada. Utilizando algoritmos próprios apoiados por anos de experiência na indústria, transformamos os seus dados em informações acionáveis. Estas informações permitem-lhe reduzir o desperdício de energia em toda a sua rede de água, dando-lhe controlo sobre a sua utilização de energia industrial. O Samotics combina a monitorização baseada em IA com o conhecimento especializado no sector da água para apoiar a sua jornada de eficiência energética.

Rápido e fácil de implementar: Sem grandes perturbações ou alterações de infra-estruturas

A instalação do sistema SAM4 Energy é rápida e fácil. Integra-se com as suas fontes de dados existentes ou através dos nossos sensores de energia instalados no seu quadro de controlo do motor, tudo isto com o mínimo de perturbações. O sistema pode ser implementado por fases, permitindo-lhe adaptar-se facilmente às suas operações, sem grandes custos ou alterações de infra-estruturas. Esta configuração rápida significa que pode começar a ver resultados rapidamente.

Fácil de utilizar, a toda a hora: Monitorize a eficiência das suas bombas em tempo real

O SAM4 Energy fornece-lhe uma ferramenta de relatório visualmente interactiva para monitorizar continuamente o estado das suas bombas e outros equipamentos. É possível realizar auditorias energéticas contínuas sem a necessidade de instalar sensores (de fluxo) adicionais no campo. Esta funcionalidade permite-lhe acompanhar continuamente a utilização de energia e identificar áreas de desperdício, ajudando-o a dar prioridade às oportunidades de poupança de energia com maior impacto. Também é possível exportar dados para análise posterior.

Apoiando-o ao longo do processo: Tornando simples a sua jornada para a eficiência

O Samotics apoia-o em todas as etapas da sua jornada de eficiência energética com o SAM4 Energy. Ajudamo-lo a identificar as bombas, sopradores e outros equipamentos industriais mais adequados para se concentrar e oferecemos uma orientação clara durante a implementação. Fornecemos-lhe a familiarização com o sistema e as métricas que pode gerar para otimizar a sua experiência de cliente. Ajudamo-lo ainda a rever os seus resultados após uma fase inicial de recolha e análise de dados.

Entrada para substituição de bombas: Utilizar dados históricos para tomar decisões informadas

Quando uma bomba precisa ser substituída devido a uma falha, o SAM4 Energy fornece uma visão geral abrangente do histórico de taxas de fluxo, pontos de serviço e uso de energia. Isso ajuda a selecionar a bomba de substituição mais eficiente com base em dados reais de desempenho.

Adaptação com a sua empresa de água: Escalabilidade e flexibilidade com o SAM4 Energy

O sistema SAM4 Energy foi concebido para escalar sem esforço, seja numa única estação de tratamento ou em toda uma rede de água. A flexibilidade do sistema significa que pode implementá-lo sem interrupções e que continua a funcionar sem problemas à medida que expande ou actualiza os seus activos. O SAM4 adapta-se à evolução da sua infraestrutura, garantindo uma eficiência energética contínua sem inconvenientes.

Desfrute de um elevado retorno do investimento: Experimente o valor real e o rápido retorno do investimento

Os clientes do sector da água do Samotics obtêm um elevado retorno do investimento com o SAM4 Energy, normalmente com um retorno do investimento em apenas 3-6 meses. A plataforma fornece recomendações económicas, permitindo que os clientes priorizem e visem primeiro as áreas com maior potencial de poupança de energia. Ao concentrar-se em processos ineficientes, as empresas podem muitas vezes reduzir o desperdício de energia e os custos com um investimento mínimo ou nenhum investimento adicional, oferecendo o caminho mais rápido e mais acessível para alcançar reduções de energia e CO2. Esta abordagem garante uma rápida obtenção de valor. Em comparação com outras soluções, o SAM4 Energy é uma escolha altamente económica que ajuda as empresas de água a exceder os seus objectivos financeiros e de sustentabilidade.