Abstract: As redes de distribuição de água (WDN) são consideradas fonte renovável potencial, apresentando energia de pressão mais que suficiente para entregar água aos usuários. Para controlar a pressão excessiva, comumente as WDN são divididas em áreas de medição distrital (DMA), com válvulas redutoras de pressão (PRV). A energia desperdiçada pelas PRV pode ser recuperada por bombas como turbinas (PAT). Entretanto, a seleção da bomba adequada ainda é um desafio, pois devem-se considerar as mudanças diárias de pressão e vazão dos consumidores (off-design). Neste artigo, uma combinação de modelos foi validada e aplicada para selecionar a bomba adequada para operar em uma WDN real. A substituição de duas PRV por PAT de uma rede real previamente dividida em duas DMA, operando em velocidade constante, foi investigada. As análises econômica e ambiental também foram efetuadas. A PAT1 foi tecnicamente melhor que PAT2, que apresentou pressão de saída negativa, prejudicando a pressão na DMA2. As melhores eficiências só ocorrem nas vazões no melhor ponto de eficiência da bomba ou próximo a ele, reproduzindo o controle da pressão como se fossem as próprias válvulas. A melhor bomba recuperou 4.331 kWh/ano, o equivalente à redução de 1.732.400 gCO2/ano, atendendo duas casas categorizadas como baixa renda. A utilização de PAT mostrou-se uma alternativa viável, com período de retorno de 2,1 anos, uma vez que é capaz de recuperar a energia renovável. Contudo, para o controle efetivo da pressão em WDN, devem-se buscar outras estratégias de operação, como a operação em velocidade variável.
Water distribution networks (WDNs) are considered a potential renewable energy source, as they have more than enough pressure energy to deliver water to users. To control excessive pressure, WDNs are commonly divided into district metered areas (DMAs) with pressure-reducing valves (PRVs). The energy wasted by PRVs can be recovered using pumps as turbines (PATs). However, selecting the appropriate pump remains a challenge, as it must account for daily pressure and flow variations from consumers (off-design conditions). In this article, a combination of models was validated and applied to select the suitable pump for operating in an actual WDN. The replacement of two PRVs with PATs in a real network, previously divided into two DMAs and operating at constant speed was investigated. Economic and environmental analyses were also conducted. PAT1 was technically superior to PAT2, as PAT2 exhibited negative outlet pressure, affecting the pressure in DMA2. Optimal efficiencies are achieved at flow rates corresponding to the pump’s best efficiency point or near it, mimicking pressure control as if they were the valves themselves. The most efficient pump recovered 4,331 kWh/year, equivalent to a reduction of 1,732,400 gCO2/year, serving two households categorized as low-income. PATs proved to be a viable alternative, with a payback period of 2.1 years, as it can recover renewable energy. However, for effective pressure control in WDNs, other operational strategies, such as variable speed operation, should be explored.
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