Novas exigências no consumo energético das bombas

Com a Directiva 2009/125/EC, em 21 de Outubro de 2009, o Parlamento Europeu e o Conselho da União Europeia estabeleceram a criação de um quadro que definisse os requisitos de concepção ecológica dos produtos relacionados com o consumo de energia, que é hoje conhecida como ErP (Energy-related Products). Fig novas exig energ 1 Fig.1: Simbologia KSB para produtos que cumprem a directiva

O propósito desta regulamentação é o de atingir os objectivos “20/20/20” do protocolo de Kioto até 2020 (20 % menos de gases com efeito de estufa, 20 % mais de energias renováveis e 20 % menos de consumo energético).

Estudos mostram que as bombas consomem 10% da electricidade mundial [1] e dois terços de todas as bombas consomem até 60% de energia desnecessária [2].

Assim, se a globalidade dos sistemas de bombagem fossem convertidos para alta eficiência, teríamos uma poupança de 4% no consumo global de energia, o que seria comparável ao consumo residencial de mil milhões de pessoas (quase a população total da China) !!!

As bombas que não cumprirem não podem ser vendidas

Desde o início de 2013 só bombas que cumpram os requisitos mínimos desta directiva ErP podem ser produzidas. Isto quer dizer que após o fim dos stocks ainda existentes deixará de ser possível fornecer bombas que não cumpram os requisitos.

Estes requisitos construtivos serão ainda mais apertados em 2015, tanto para bombas como para os motores eléctricos que as accionam, e em 2017 a fasquia volta a subir para os motores.

Além de todos os produtos KSB aos quais se aplica esta directiva já cumprirem com as exigências ErP 2013, muitos já cumprem neste momento também as exigências de 2015, como as bombas de água do tipo normalizado (Etanorm) ou os circuladores (Rio-Eco). O nosso motor eléctrico SuPremE, mais eficiente do mundo (em motores síncronos livres de ímanes permanentes aplicados a bombas), atinge mesmo a classificação IE4, excedendo assim já as exigências ErP de 2017 !!!

As etiquetas de classificação energética da UE (D, C, B, A, A+...) que todos conhecemos de alguns electrodomésticos, como os frigoríficos, e que eram usadas voluntariamente na classificação de circuladores desde 2005, terminaram no final de 2012, já que na prática todos os circuladores teriam de passar a ter classificação A ou A+ (e isto só face à ErP 2013).

Não existem requisitos de simbologia na directiva ErP, pois só existem exigências mínimas, mas na KSB estes produtos podem ser identificados pela simbologia “ErP 2013”, “ErP 2015” ou “ErP 2017” (ver fig. 1), através de etiqueta aposta no próprio produto. Por outro lado, também o certificado de conformidade CE implica o cumprimento da ErP, pelo que o utilizador/consumidor pode também garantir que os produtos estão a cumprir a legislação, através deste certificado.

Legislação, exigências e aplicabilidade

Relativamente às bombas, foram até ao momento elaborados três regulamentos resultantes da Directiva ErP. Estes aplicam-se obrigatoriamente a todos os países da União Europeia, Suíça, Noruega e Turquia, e sobrepõem-se a qualquer lei nacional, sendo que a responsabilidade de garantir a sua implementação cabe às entidades fiscalizadoras de cada país.

O primeiro destes três regulamentos é o 2009/640/EC, que se refere aos motores eléctricos e estipula requisitos mínimos através de novos métodos e nomenclaturas para as classes de rendimento, baseando-se na norma IEC 60034-30 da Comissão Electrotécnica Internacional.

Comparando com a legislação anterior (ver fig. 2) a antiga classe EFF2 corresponde à nova IE1(eficiência standard) e a antiga classe EFF1 corresponde à IE2 (eficiência elevada), que desde 16 de Junho de 2011 é também o requisito mínimo para comercialização na UE. Existem ainda as classificações IE3 (eficiência premium) e IE4 (eficiência super premium), abrangendo agora motores de 6 pólos entre 0,75 e 375kW, para além dos de 2 e 4 pólos anteriormente abrangidos.
Fig novas exig energ 2 Fig.2: Comparação das classes de eficiência de motores

O diagrama da fig. 3 compara ainda a curva de eficiência de um motor KSB SuPremE (IE4) para uma potência de 7,5 kW e 1500 rpm, com a de um motor assíncrono IE3 de 2 pólos [3]. Através deste diagrama conclui-se que o motor KSB SuPremE, associado ao variador de velocidade PumpDrive, permite uma elevadíssima poupança energética, especialmente em regimes de carga parcial.


Fig novas exig energ 3 Fig.3: Eficiência a carga parcial, SuPremE vs IE3

O segundo regulamento, composto pelo 2009/641/EC + 2012/622/EC, estabelece um índice de eficiência energética para as bombas circuladoras de rotor imerso (modelo Rio-Eco, da KSB).

O EEI (“Energy efficiency index”) é um número adimensional que relaciona a potência consumida pelo circulador com uma potência de referência. Para esta referência foi escolhida a fronteira entre as classes D e E da etiqueta energética, classes estas de baixa eficiência. Assim, um EEI de 0,27 significa que o circulador consome apenas 27% da potência de referência (ou seja, de um circulador que esteja entre as classes D e E), sendo este valor (EEI=0,27) o mínimo exigido pela ErP 2013. Actualmente o “benchmark” (o melhor da tecnologia) para este tipo de bombas é o EEI de 0,20, mas este valor não é ainda exigido nem se prevendo que o seja a curto prazo. Mesmo assim, a grande maioria das bombas actualmente comercializadas vai ser excluída do mercado, como se pode ver no gráfico da fig. 4. Fig novas exig energ 4 Fig.4: Bombas circuladoras excluídas do mercado [4]

A principal causa desta enorme exclusão é o facto das bombas circuladoras sem variação de velocidade não cumprirem a ErP 2013, pelo que desde 1 de Janeiro de 2013 que só podem ser comercializadas bombas circuladoras com variação de velocidade.

O estudo preparatório para este regulamento revelou que são colocadas anualmente no mercado comunitário cerca de 14 milhões de bombas circuladoras, e que o seu principal impacto ambiental é o consumo energético (outros impactos menos importantes são a produção e o desmantelamento da bomba), que ascendeu a 50 TWh em 2005, o que corresponde a 23 milhões de toneladas de CO2 emitido para a atmosfera. Se não fossem adoptadas estas medidas, o consumo de electricidade aumentaria para 55 TWh até 2020. Como o objectivo deste regulamento é reduzir esse consumo para 32 TWh em 2020, ele vai conseguir uma poupança energética de 23 TWh (poupança de 42%), e evitar a emissão de 11 milhões de ton de CO2 para a atmosfera (redução de 42%).

O terceiro e último regulamento, o 2012/547/EC, define um índice de eficiência mínimo para as bombas de água normalizadas. São consideradas bombas de água normalizadas as bombas do tipo horizontal (modelos Etanorm, Etabloc e Etachrom, da KSB), do tipo em linha/”in line” (modelo Etaline, da KSB), do tipo multicelular submersível (modelo UPA) e do tipo multicelular vertical (modelo Movitec).

O MEI (“Minimum Efficiency Index”) é uma escala adimensional que especifica quantas bombas de água têm uma eficiência inferior à da bomba em avaliação. Ou seja, uma bomba que tenha um MEI de 0.4, significa que 40% das bombas disponíveis no mercado, têm uma eficiência inferior a esta, pelo que, quanto mais elevado for o MEI, melhor. Como se pode ver na tabela abaixo, em 1 de Janeiro de 2013 foram excluídos do mercado os 10% de bombas com pior eficiência, e em 1 de Janeiro de 2015 serão excluídos os 40% com pior eficiência.

Por outro lado, este regulamento acrescenta uma nova exigência que é, como as bombas são muitas vezes utilizadas a carga parcial, obrigar os fabricantes a produzirem bombas com bons rendimentos fora do ponto de melhor eficiência (BEP - Best Efficiency Point), ou seja, com curvas de eficiência mais planas, em vez de tomarem a opção fácil de produzirem bombas só com boa eficiência no BEP. Este objectivo é conseguido incluindo no cálculo do MEI, não só eficiências mínimas requeridas para o BEP, mas também para os pontos de caudal 75% do BEP e 110% do BEP (ver fig. 5). Fig.5: Representação gráfica do cálculo do MEI Fig.5: Representação gráfica do cálculo do MEI

O estudo preparatório para este regulamento, realizado a nível Europeu em 2010, mostra mais uma vez que o consumo energético é o aspecto ambiental mais significativo do ciclo de vida das bombas, e que o consumo anual de electricidade das bombas de água ascende a 109 TWh, o que corresponde a 50 milhões de ton. de CO2 emitido.

Apesar de em termos do conjunto bomba + motor este regulamento prever uma melhoria da eficiência energética na ordem de 20% a 30%, a poupança energética prevista com a aplicação deste regulamento é de 2% (3 TWh, de 136 TWh previstos para 2020 se estas medidas não fossem aplicadas, para 133 TWh), pois este regulamento apenas se aplica à componente bomba, onde a tecnologia de ponta actual está perto dos seus limites.

A implementação temporal destes regulamentos é a seguinte: Fig novas exig energ 6 * Excepção: Bombas circuladoras especialmente concebidas para circuitos primários de sistemas solares térmicos ou integradas em bombas de calor. Estas podem ser controladas pelo equipamento onde serão incorporadas e assim obter uma correcção da velocidade específica.

Toda a legislação pode ser consultada em http://eur-lex.europa.eu/pt/index.htm. De notar que toda esta legislação não tem aplicação retroactiva, pelo que não é obrigatório reconverter sistemas existentes.

A ErP na prática: um exemplo concreto

Produzir bombas gasta energia, mas uma análise típica dos seus Custos do Ciclo de Vida mostra que 95 a 97% do impacto ambiental se deve ao consumo de energia durante o funcionamento da bomba. No início, devido ao seu mais elevado investimento inicial, podem existir resistências à aquisição de um sistema de bombagem de elevada eficiência, mas é preciso considerar que o tempo médio de retorno do investimento se situa entre 1 a 5 anos. Para além disto, a poupança na factura da electricidade é imediata.

Se tomarmos como exemplo [5] um circuito fechado de um sistema de ar condicionado para refrigeração de uma unidade de produção fabril (ver fig. 6), e introduzirmos como medida de optimização energética, a substituição de uma das bombas instaladas pelo seguinte sistema KSB com variação de velocidade:

Bomba de água normalizada monobloco, modelo Etabloc, de 18.5kW, com motor síncrono KSB SuPremE® + variador de velocidade PumpDrive + sensor diferencial de pressão inteligente PumpMeter

Obtém-se uma redução no consumo de energia de 500 para 129 kWh.

Para o perfil de carga desta instalação, a essa redução no consumo corresponde uma poupança de energia de aprox. 371 kWh/dia.

Para o nº de horas de funcionamento desta instalação, e considerando um custo de electricidade de 9 cêntimos por kWh, temos uma poupança de € 15,700/ano, que significa a uma poupança energética de 75%

A redução emissões de CO2 neste caso é de 1.900 ton/ano, da mesma ordem de grandeza que a poupança energética (75%).

São boas notícias para o ambiente e para a sua empresa.
Fig novas exig energ 7 Fig.6: Distribuição dos custos do ciclo de vida da bomba industrial do exemplo

Conclusão

A concepção ecológica das bombas e dos motores constitui um elemento essencial para a poupança de energia e redução das emissões de CO2 a nível global. Esta nova legislação representa uma abordagem preventiva, que pretende optimizar o desempenho ambiental dos produtos, sem prejudicar a sua funcionalidade, e apresenta novas e efectivas oportunidades de melhoria para o fabricante, para o consumidor, para as indústrias e para a sociedade em geral.

Estamos convictos que esta nova legislação vai contribuir de forma decisiva para um melhor futuro do nosso planeta, e que a fundamental cooperação de todas as partes envolvidas, sejam utilizadores/consumidores, instaladores, entidades fiscalizadoras, distribuidores ou fabricantes, irá torná-la um verdadeiro sucesso. 

Rui Figueiredo, Depto. Edifícios

[1] IEA Report 2009, IEA Statistics, CO2 Emissions from fuel combustion

[2] Almeida, Anibal T. et al; EuP Lot 11 Motors Final Report, Universidade de Coimbra, Dezembro 2007, p: 68

[3] Dipl.-Ing. M. Wiele, Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Hannover University of Applied Sciences. Perfil de carga de acordo com os requisitos da etiqueta de eficiência energética “Blue Angel”.

[4] Europump, 2009

[5] Estudo realizado na Continental ContiTech Vibration Control GmbH, Alemanha

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