Programando Reparos de Bombas Usando Métricas Financeiras


A maioria das manutenções de bombas nas concessionárias de saneamento não é planejada. Uma bomba comissionada e em operação é largamente deixada em paz, desde que continue funcionando. Mesmo que uma bomba funcione perfeitamente, ela acabará se desgastando e gradualmente se tornará menos eficiente. Provavelmente, ela permanecerá em serviço bem após o término de sua vida útil. Em algum momento, alguém percebe que a bomba não está atendendo à demanda ou sofrerá uma falha catastrófica. Em ambos os casos, a manutenção na bomba não é algo agendado ou previsto; é uma crise. Essa prática é chamada de "Execução por falha".

Com a maioria dos sistemas atuais de controle e monitoramento, não há muito mais que as concessionárias possam fazer. Eles realmente não sabem em que estado estão as bombas, não sabem onde essas bombas estão operando e não sabem como devem controlar suas bombas. A integridade da bomba é um enigma e, na falta de dados corretos para prever reparos, as concessionárias reagem aos problemas à medida que surgem. Ninguém quer usar uma bomba que não pode contribuir. Ninguém quer desperdiçar dinheiro com bombas ineficientes. Ninguém quer colocar suas bombas em falha. Porém, mesmo assim estes sistemas são considerados o estado da arte.

No entanto, existem melhores maneiras de operar as estações e gerenciar reparos/manutenções de bombas usando o Intelligent Pump Management. Utilizando dados históricos das estações, podemos calcular o quanto estas bombas consomem de energia e portanto o quanto estão custando para a companhia. Juntamente com alguns fatores econômicos básicos, podemos transformar esses custos de energia em métricas financeiras que nos informam quando agendar o reparo da bomba. Existem alguns pré-requisitos, no entanto. Primeiro, você precisa de curvas de teste atuais e precisas para cada bomba em uma estação de bombeamento. Segundo, você precisa de Mapas de Energia Específica para planejar o que a estação é capaz em um determinado conjunto de demandas e pressões do sistema (para mais informações sobre estes mapas, consulte este link).

Com curvas de bomba testadas e mapas de energia específica, todo o potencial de uma estação de bombeamento é desbloqueado. Ao correlacionar esses mapas com o histórico operacional, você pode calcular quanto cada bomba gasta está custando à concessionária em um determinado momento. Por exemplo, digamos que temos uma estação de bombeamento com cinco bombas de velocidade variável. Neste exemplo, queremos saber quanta energia poderíamos economizar reparando a bomba 2, a bomba mais antiga da estação. Começamos analisando o histórico operacional da estação e descobrimos que durante uma hora a vazão foi de 1630 gpm (ou 370.213 l/h). Usando nosso Mapa de Energia Específica resolvido para esse conjunto de condições do sistema, queremos encontrar a maneira mais eficiente de atingir essa vazão com o conjunto atual de bombas:

A melhor maneira da estação operar com uma vazão de 1630 gpm é com um consumo de energia específico de 1521,6 kWh / MG no ponto em ciano. Durante essa hora, as bombas atuais produziriam 98.040 galões de água e usariam 149,2 kWh para isso. Em seguida, para verificar se o estado da bomba 2 está afetando a concessionária, precisamos de outro mapa com as mesmas condições do sistema, mas com a bomba 2 substituída (virtualmente) por uma bomba nova:

A substituição da bomba 2 permitiria que a estação atingisse essa vazão com um consumo de energia específico de 1460,3 kWh / MG. Portanto, a estação produziria os mesmos 98.040 galões de água, mas consumiria 143,2 kWh para isso. Isso representa uma economia de 6 kWh por hora.

Em seguida, repita essa comparação em cada ponto operacional diferente no ano passado. Finalmente, totalize todos esses deltas de energia para calcular a redução anual de energia para o reparo da bomba. Esse é todo o processo, e é simplesmente calcular o quão eficiente a estação de bombeamento pode ser com uma bomba nova.

Esse processo precisa ser feito para cada bomba por si só, para que possamos ver quanto cada bomba gasta está nos custando de forma independente. Depois de termos essa redução anual de energia para cada bomba, precisamos obter os fatores econômicos:

  • Taxa de desconto anual: cálculo aplicado sobre um valor futuro para determinar sua equivalência no presente . Usaremos 3% para o nosso cálculo, o que é comum.
  • Vida útil esperada da bomba: quantos anos queremos receber crédito por economia de energia. Estamos usando 10 anos.
  • Custo de energia: custo médio de energia em $ / kWh. Estamos usando 0,1 $ / kWh.
  • Custo de reparo da bomba: seria o quanto custa para fazer a troca ou o reparo da bomba e colocá-la novamente em operação.

Com estas entradas, podemos tratar a redução de energia anual como uma anuidade e calcular o seguinte: 

  • Valor Presente Líquido (VPL): a diferença entre um custo de investimento e o "valor presente" de seus dividendos. No nosso caso, o custo de reparo da bomba versus o valor presente da economia de energia resultante. Um VPL positivo significa que o investimento gera dinheiro.
  • Retorno do investimento (ROI): o ganho líquido de um investimento dividido pelo custo do investimento. Normalmente expresso em porcentagem, o ROI mostra a eficiência relativa de um investimento (quanto você ganha pelo seu investimento).
  • Taxa Interna de Retorno (TIR): a taxa de desconto calculada que tornaria o VPL de um projeto em US $ 0. Ele mostra a que taxa o projeto seria equilibrado.

Todas essas métricas dependem do "valor presente" da economia anual de energia. Encontrar o valor presente da anuidade significa que estamos depreciando as economias de cada ano pela taxa de desconto, porque o dinheiro no futuro vale menos que o dinheiro agora. Por exemplo, um pagamento único de US $ 10.000, dez anos no futuro, tem um valor presente de US $ 7440,94. É descontado 3% todo ano conforme a tabela abaixo:

Em nosso exemplo, o reparo da bomba 2 economizaria 111.580 kWh por ano, ou US $ 11.158 por ano. Descontamos cada economia futura de energia para o ano atual e, em seguida, somamos todas para obter seu valor presente. Usando uma vida útil da bomba de dez anos, o valor presente dessas economias se parece com o seguinte:

ANOECONOMIA DE ENERGIA $VALOR PRESENTE $
111.580,0010.833,00
211.580,0010.517,00
311.580,0010.211,00
411.580,009.914,00
511.580,009.625,00
611.580,009.345,00
711.580,009.072,00
811.580,008.808,00
911.580,008.552,00
1011.580,008.303,00
Valor Presente Total
95.180,00


Por fim, subtraia o custo do reparo e você ficará com o Valor Presente Líquido do reparo da bomba. Se seu VPL for positivo, isso significa que você economizará dinheiro com o reparo:

Depois de executarmos essa análise para cada bomba, os dados ficam assim:


Bomba 1 Bomba 2Bomba 3Bomba 4Bomba 5
Redução Anual de Energia4.229$ 11.158$ 11.163$ 11.189$ 8.628
Valor Presente da Redução de Energia39.052$ 98.165$ 98.205$ 98.426$ 70.526
Custo de Reparo50.000$ 50.000$ 50.000$ 50.000$ 50.000
Valor Presente Líquido$ 13.931$ 45.148$ 45.194$ 45.409$ 22.526
Retorno de Investimento (ROI)27.9%90.3%90.4%90.8%41.0%
Taxa Interna de Retorno (TIR)2.9%18.1%18.1%18.1%10.4%


Tudo o que resta é comparar os VPLs na estação de bombeamento. Várias bombas possuem VPL positivos, o que significa que o reparo da bomba se pagaria em economia de energia. No entanto, recomendamos o reparo da bomba 4, pois ela tem o maior VPL (ainda que por uma pequena margem). A conclusão desta tabela é que é do melhor interesse econômico do proprietário reparar a bomba 4. Deixar a bomba em serviço vai custar mais dinheiro à concessionária. Além disso, reparar ou substituir a bomba gasta tem outros benefícios, como aumento da capacidade e confiabilidade da estação, que não estamos tentando quantificar aqui. Observe também que a bomba 1, a bomba mais nova e saudável, tem um VPL negativo.

Observe que esses VPLs na estação não são aditivos. Cada um é bom apenas para um único reparo da bomba. Se a bomba 4 for reparada, os outros VPLs calculados serão inválidos porque o desempenho energético da linha de base da estação da bomba mudou. No entanto, você pode executar uma nova solução com essa nova linha de base e verificar se faz sentido econômico reparar outra bomba.

As bombas não precisam mais ser operadas até o ponto de falha. É uma maneira antiga e pouco eficaz de fazer as coisas. Esse processo permite que as concessionárias mantenham suas estações de bombeamento em melhores condições e economizem dinheiro enquanto o fazem. Com poucos dados e algumas análises, é possível obter relatórios financeiros claros e transparentes. Isso ajuda a tornar a indústria de saneamento mais segura e eficiente.