Abastecimento de água sob a ótica da Teoria Geral de Sistemas

As antigas civilizações do Novo Mundo (i.e. Maias, Astecas e Incas) desenvolveram tecnologias sofisticadas para abastecimento de água (ANGELAKIS et al., 2012). Os romanos, por exemplo, desenvolveram sistemas centralizados de aquedutos e de coleta de água que utilizavam vários tipos de sistemas de pequeno porte para succionar água de poços e fontes (JUUTI, KATKO, VUORINEN, 2007).

As partes componentes que efetuam funções específicas no abastecimento de água, desde a retirada de água do manancial até o encaminhamento de água potável ao consumidor final são: captação de água, estação elevatória de água bruta, adutoras, estação de tratamento de água, estação elevatória de água tratada, reservatórios e rede de distribuição:

a) Captações de água bruta: são conjuntos de estruturas e dispositivos, construídos ou montados junto ao manancial6, para retirada de água para o abastecimento. Devem ser projetadas e construídas para funcionamento ininterrupto ao longo do ano, com fácil acesso para sua operação e manutenção e permitindo retiradas em quantidade suficiente de água com a melhor qualidade possível (GOMES, 2009). As fontes para captação de água visando abastecimento público podem ser encontradas em águas superficiais (doces ou salobras) ou subterrâneas (lençóis freáticos ou artesianos).

b) Estações elevatórias de água (bruta ou tratada): são componentes essenciais dos SAA e possuem, basicamente, poço de sucção e casa de máquinas (HELLER e PÁDUA, 2010, p. 511). São utilizadas da captação de água à distribuição, sendo compostas por equipamentos eletromecânicos (bomba e motor), tubulações (sucção, barrilete e recalque), instalações elétricas e construção civil (poço de sucção e casa de máquinas) (TSUTIYA, 2005, p.226).

6 _{Manancial é o corpo hídrico de onde se retira água para abastecer a população (TSUTIYA, 2005),} podendo ser de águas superficiais (rios, lagos), subterrâneas (encosta, fundo de vale, poços) ou pluviais (GARCEZ, 1976).

c) Adutoras: são condutos, tubulações ou canais, encarregados do transporte de água entre unidades do SAA que precedem a rede de distribuição de água e são projetadas de acordo com a norma NBR 12.215 de 1991 “Projeto de adutora de água para abastecimento público”. No caso de existirem derivações de uma adutora destinadas a conduzir água até outros pontos do sistema, constituindo canalizações secundárias, as mesmas receberão denominação de subadução e podem ser de água bruta ou água tratada (AZEVEDO NETTO et al., 2002; HELLER e PÁDUA, 2010):

d) Estações de Tratamento de Água (ETA): são destinadas a realizar o processamento da água bruta, cuja qualidade varia em função da natureza do solo de onde são originárias, das condições climáticas e do grau de poluição que lhes é conferido, especialmente, por despejos municipais e industriais. Por isso, são empregados, então, diferentes operações e processos unitários, como, por exemplo, micro peneiramento, aeração, coagulação, floculação, flotação etc. a fim de que se torne a água adequada ao consumo humano. (SANTOS FILHO, 1985, p.5; CEBALLOS, DANIEL e BASTOS, 2004, p.25; BRASIL, 2004).

e) Reservatórios: são unidades de SAA destinadas a regularizar as variações horárias entre as vazões de adução e de distribuição. Devem estar localizados, de maneira que, propiciem pressão estática máxima sob condição de consumo nulo de 500 kPa (50 mca) e pressão dinâmica mínima sob condição de consumo não nulo de 100 kPa (10 mca) (AZEVEDO NETTO et al, 2002; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1994g).

f) Rede de distribuição: é composta por tubulações e órgãos acessórios; responsável por conduzir, de maneira ininterrupta, água potável, em quantidade e pressões recomendadas, aos consumidores de determinada cidade (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS E TÉCNICAS, 1994h; AZEVEDO NETTO et al, 2002). São formadas, basicamente, por canalizações dos tipos principal e secundária: a rede principal (conduto tronco ou canalização mestra) consiste em tubulações, de grandes diâmetros, que abastecem as tubulações de menor porte (canalizações secundárias) e os condutos secundários têm menor diâmetro, tendo o papel de conduzir a água aos pontos de consumo do SAA (HELLER e PÁDUA, 2010).

Considerando a necessidade local, o SAA pode apresentar distintos arranjos dessas partes componentes, possuindo todas (SAA convencional) ou não (SAA simplificado) e, nesse sentido, na Figura 1 é apresentada concepção constituída por todas essas componentes, ou seja, SAA convencional.

Figura 1: sistemas de abastecimento de água convencional.

Fonte: Tsutiya (2005).

No entanto, o SAA pode ter diversos arranjos de unidades para realizar captação, tratamento e distribuição de água, seja ela superficial ou subterrânea e na Figura 2 é possível observar alguns exemplos criados para representação desses arranjos.

Figura 2: Exemplos de arranjos de unidades de SAA.

Tendo conhecimento básico do que é SAA, a partir da ótica da TGS sobre o mesmo, surge possibilidade de nova abordagem para avaliá-lo, no caso, a abordagem sistêmica. Logo, para o entendimento do SAA é necessário ter conhecimento das suas partes e inter-relações entre as mesmas e, portanto, que são preponderantes para o seu desempenho. Nesse sentido, é importante identificar elementos, inter-relações entre elementos, objetivo comum e meio externo para SAA.

É possível considerar como elementos de SAA as suas partes que o compõe, no caso captação, adução, estações elevatórias, estações de tratamento, reservação e redes de distribuição. Esses elementos possuem inter-relacionamento, onde ocorre troca ou fluxo de massa e energia, respectivamente, de água e de energia hidráulica. Para exemplificar, existe fluxo de água entre a captação de água bruta e sua estação elevatória, entre a estação elevatória e a adução e assim sucessivamente e, além disso, existe transferência de energia entre o reservatório elevado e a rede de distribuição etc.

O objetivo comum dos elementos de SAA é captar água no meio ambiente e distribuí-la em quantidade suficiente e na forma potável para os consumidores. Quanto ao meio externo ao SAA, pode ser considerada a infraestrutura urbana que não seja o SAA, como habitação, esgotamento sanitário e o próprio meio ambiente como um todo.

Pelo exposto, com o objetivo de desenvolver metodologia para avaliação do desempenho hidroenergético de SAA, é necessário, então, verificar quais as principais problemáticas que podem ocorrer na operação dos elementos e que forçam o regulamento do sistema para a piora do desempenho. O conhecimento desses problemas visa identificação de ações corretivas, ou seja, ações para melhorias na inter-relação entre os elementos de SAA (que a partir desse momento serão tratadas como unidades, por conveniência conceitual já consolidada na literatura).

2.2 PROBLEMAS HIDROENERGÉTICOS NOS SISTEMAS DE