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JOSÉ DO CARMO DE SOUZA JÚNIOR
DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE COMO
FERRAMENTA DE GESTÃO DE PERDAS EM REDES
DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CAMPINAS 2014
iii
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
JOSÉ DO CARMO DE SOUZA JÚNIOR
DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE COMO
FERRAMENTA DE GESTÃO DE PERDAS EM REDES
DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
Orientador: Prof. Dr. Paulo Vatavuk
Dissertação de Mestrado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO JOSÉ DO CARMO DE SOUZA JÚNIOR E ORIENTADO PELO PROF. DR. PAULO VATAVUK.
ASSINATURA DO ORIENTADOR
______________________________________
CAMPINAS 2014
vii RESUMO
O volume global de perdas de água é significativo. Cada ano, mais de 32 bilhões de m3 de água tratada são perdidos por vazamentos em redes de distribuição. Tendo em vista a complexidade dos sistemas de abastecimento de água, a divisão em sistemas menores permite analisar individualmente cada componente do sistema e definir ações que proporcionem uma gestão mais adequada.
O presente trabalho tem por objetivo apresentar as ferramentas para gestão de perdas de água através da utilização dos Distritos de Medição e Controle (DMC's), que são áreas menores e mais gerenciáveis e possibilitam um controle efetivo de pressões e vazões nas redes de distribuição, proporcionando a redução dos volumes de água perdidos.
A metodologia de utilização dos DMC's é internacionalmente aceita como uma das melhores práticas para redução de perdas de água, entretanto, sua aplicação é relativamente recente no campo de redes de distribuição. As áreas de abrangência dos DMC's são definidas tomando-se por base parâmetros como número de ligações de água, requisitos de pressão mínima e máxima, nível atual de vazamentos, limites do sistema de abastecimento, como áreas de bombeamento e áreas de válvulas redutoras de pressão, ou limites definidos através de estudos que identificam locais estratégicos para implantação de medidores de vazão.
Após a implantação dos DMC's é realizado o gerenciamento das perdas de água, através do monitoramento das pressões e vazões. Os efeitos positivos do gerenciamento das pressões são reais para diminuir as perdas de água através da redução de pressões. A medição de vazão em redes de distribuição é outro fator importante no controle de perdas de água, pois sua correta utilização tem influência direta nos índices de perdas, onde é possível identificar áreas com níveis elevados de vazamentos.
O trabalho apresenta um estudo de caso da implantação de DMC's no município de Bragança Paulista, operado pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – SABESP, demonstrando as ferramentas utilizadas para o gerenciamento das pressões e vazões, e propõe uma metodologia para intensificar os trabalhos de redução de perdas em DMC's, através de um sistema de informações geográficas, indicadores de desempenho adotados pela International Water Association (IWA) e da elaboração do balanço hídrico com o software gratuito do Banco Mundial WB-EasyCalc. Os resultados demonstram que a ferramenta possibilita uma gestão efetiva, através de uma ação mais focada nos DMC's que apresentam os maiores índices de perdas de água. Palavras-chave: Água – Distribuição, Abastecimento de água, Engenharia de abastecimento de água.
ix ABSTRACT
The overall volume of water losses is considerable. Each year, more than 32 billion m3 of drinking water are lost through leakage in water distribution networks. Given the complexity of water supply systems, the division into smaller structures allows the analysis of individual components and define actions that provides better management. This study presents the tools for managing water losses using District Metered Areas (DMAs), which are smaller and more manageable areas and enable effective control of pressures and flows in water distribution networks, providing a reduction in the volume of water losses.
The methodology of using DMAs is internationally accepted as one of the best practices for reducing water losses, however, it’s application is relatively new in the field of water distribution networks. The areas covered by the DMAs are defined by taking into consideration parameters like number of connections, minimum and maximum pressure requirements, current leakage level, limits of the water supply system as pump areas, and pressure reducing valves areas, or boundaries defined by studies that identify strategic locations for deployment of flowmeters.
After having established DMAs, management of water losses is performed supervising the pressures and flow rates. The pressure management result in positive effects reducing water losses through reduced pressures. The measurement of flow in water distribution networks is another important factor in water loss control, because it’s proper use has a direct influence on loss rates, where can identify areas with high levels of leakage.
This study presents a case study about implementation of DMAs in the city of Bragança Paulista, operated by the Water Sanitation & Company of the State of São Paulo - SABESP, showing the tools used to manage pressures and flow rates, and proposes a methodology to improve works about water losses reduction in DMAs, through a Geographic Information System, performance indicators used by the International Water Association (IWA) and the development with the free water balance software from the World Bank, WB EasyCalc. The results shows that the tool allows effective management of water losses through actions in DMAs wich have the highest water losses.
xi SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO... 1
1.1 DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE ... 1
1.2 PERDAS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ... 2
1.3 SETORIZAÇÃO ... 5
1.4 OBJETIVOS ... 9
1.4.1 OBJETIVO GERAL ... 9
1.4.2 OBJETIVO ESPECÍFICO ... 9
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 11
2.1 DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE ... 11
2.1.1 CONCEITOS ...11
2.1.2 HISTÓRICO ...12
2.1.3 CRITÉRIOS PARA IMPLANTAÇÃO ...17
2.1.4 LIMITES ...22
2.1.5 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ABRANGÊNCIA ...23
2.1.6 NÚMERO DE LIGAÇÕES DE ÁGUA ...24
2.1.7 RESTRIÇÕES ...29
2.1.8 VERIFICAÇÃO DA ESTANQUEIDADE ...30
2.2 GERENCIAMENTO DE PRESSÕES EM DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE ... 32
2.2.1 DMC's EM ÁREAS DE VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO ...33
2.2.2 DMC'S EM ÁREAS DE BOMBEAMENTO (“BOOSTERS”) ...36
2.2.3 MONITORAMENTO DE PONTOS CRÍTICOS ...38
2.3 GERENCIAMENTO DAS VAZÕES EM DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE ... 39
xii
2.3.2 VAZÃO MÍNIMA NOTURNA ...43
2.3.3 CONSUMO NOTURNO ...44
2.3.4 BALANÇO HÍDRICO ...45
2.4 SISTEMAS DE SUPORTE À GESTÃO DE DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE 46 2.4.1 SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (SIG) ...46
2.4.2 SISTEMAS DE TELEMETRIA ...48
2.4.3 SISTEMAS DE MODELAGEM HIDRÁULICA ...50
2.5 METODOLOGIAS E INDICADORES PARA REDUÇÃO DE PERDAS DE ÁGUA EM DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE ... 52
2.5.1 RELAÇÃO PRESSÃO X VAZAMENTOS (METODOLOGIA FAVAD) ...52
2.5.2 CONCEITO DA ESTIMATIVA DE VAZAMENTOS INERENTES E ARREBENTADOS (METODOLOGIA BABE) ...55
2.5.2.1 PERDAS REAIS INEVITÁVEIS ...56
2.5.2.2 PERDAS POR VAZAMENTOS INERENTES ...58
2.5.3 ÍNDICE DE PERDAS POR LIGAÇÃO (IPDt) ...59
2.5.4 ÍNDICE DE PERDAS NA DISTRIBUIÇÃO (IPD) ...61
2.5.5 ÍNDICE DE ÁGUAS NÃO FATURADAS (ANF) ...61
2.5.6 ÍNDICE DE PERDAS DA INFRAESTRUTURA (ILI) ...62
2.5.7 METODOLOGIAS PARA DETECÇÃO E LOCALIZAÇÃO DE VAZAMENTOS ...63
3 MATERIAIS E MÉTODOS DE PESQUISA ... 65
3.1 MÉTODOS UTILIZADOS ... 65
3.1.1 METODOLOGIA PROPOSTA ...66
3.2 MATERIAIS UTILIZADOS ... 74
4 ESTUDO DE CASO: IMPLANTAÇÃO DE DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE NO MUNICÍPIO DE BRAGANÇA PAULISTA/SP ... 79
xiii
4.2 IMPLANTAÇÃO DOS DMC'S NO MUNICÍPIO ... 80
4.3 GESTÃO ATUAL DE DMC'S NO MUNICÍPIO ... 87
4.3.1 MONITORAMENTO DAS VAZÕES NOS DMC’S ...89
4.3.2 MONITORAMENTO DAS PRESSÕES NOS DMC’S ...92
4.3.3 RESULTADOS COM A GESTÃO ATUAL DE DMC’S ...96
4.4 GESTÃO DE DMC'S COM A METODOLOGIA PROPOSTA ... 100
4.4.1 DESENHO DO DMC NO SIG ...100
4.4.2 LEVANTAMENTO DOS VOLUMES MICROMEDIDOS NO SIG ...105
4.4.3 LEVANTAMENTO DOS VOLUMES MACROMEDIDOS ...107
4.4.4 CÁLCULO DO ÍNDICE DE PERDAS POR LIGAÇÃO ...108
4.4.5 CÁLCULO DO PERCENTUAL DE ÁGUAS NÃO FATURADAS ...109
4.4.6 ELABORAÇÃO DO RANKING DOS DMC’S COM AS MAIORES PERDAS ...110
4.4.7 BALANÇO HÍDRICO COM O SOFTWARE WB-EASYCALC...113
4.4.8 RESULTADOS COM A METODOLOGIA PROPOSTA...139
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 145
xv
DEDICATÓRIA
Ao único e verdadeiro Senhor e Salvador: Jesus Cristo. A Ele toda honra, toda glória e todo louvor!
xvii
AGRADECIMENTOS
Ao Primeiro e o Último, o Alfa e o Ômega: Jesus Cristo! Por ter feito tudo novo em minha vida e ter me transformado em uma nova criatura.
À minha esposa Márcia Lina Almeida de Souza, pelo amor, carinho e compreensão; simplesmente a esposa mais linda que Jesus já fez!
Aos meus filhos lindos e abençoados, Lucas Almeida de Souza e Júlia Almeida de Souza, um presente de Deus para minha vida.
Aos meus pais, Carmo e Leni, pelo carinho que sempre demonstraram. Aos meus irmãos, Elthon, Pedro e Luciana, pelo incentivo aos estudos.
Ao Professor Doutor Paulo Vatavuk, pela orientação, ensinamentos e parceria durante todos os trabalhos realizados.
Aos Professores Doutores Edevar Luvizotto Júnior e José Geraldo Penna de Andrade, pelas valiosas contribuições a esta dissertação.
Aos engenheiros da Sabesp, José Carlos de Camargo e Luiz Paulo Madureira, pela visão de futuro e incentivo a este trabalho.
À toda equipe da Sabesp do Polo de Manutenção Bragança Paulista, em especial à equipe do CCO Bragança Paulista, Carlos Sales, Marcus Trestini, José Silvério, Natália Cursi e Johnny William, aos encarregados José Carlos e João Rafael, ao Técnico Sidnei Teixeira e ao analista Sérgio Conti pela significativa contribuição ao trabalho. Ao estudante Fábio de Melo Sotelo, pela contribuição e parceria na pesquisa realizada. Ao Primeiro e o Último, o Alfa e o Ômega: Jesus Cristo! Por ter feito tudo novo em minha vida e ter me transformado em uma nova criatura.
xix
“O temor do Senhor
é o princípio do conhecimento, mas os insensatos desprezam
a sabedoria e a disciplina.”
xxi
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Configuração típica em distritos de medição e controle ... 1
Figura 2 - Integração necessária para redução de perdas de água ... 3
Figura 3 – Cidades com Águas Não Faturadas acima de 20% ... 4
Figura 4 – Cidades com Águas Não Faturadas abaixo de 20% ... 5
Figura 5 – Setorização em zonas de pressão (alta e baixa) ... 6
Figura 6 - Setorização clássica em redes de distribuição de água ... 8
Figura 7 - Mapa com a delimitação de distritos em 1924 ... 12
Figura 8 - Divisão da rede em DMC's após análise da relação custo/benefício ... 21
Figura 9 - Número de ligações de água em DMC's ... 27
Figura 10 - Vazamentos Visíveis e Não Visíveis ... 32
Figura 11 – Estrutura redutora de pressão (detalhe da válvula redutora de pressão) ... 33
Figura 12 – Medidor de vazão junto à válvula redutora de pressão ... 34
Figura 13 - Modulação de pressão em válvulas redutoras ... 35
Figura 14 - Estação Pressurizadora - "Booster" ... 37
Figura 15 - Ponto crítico em redes de distribuição de água ... 38
Figura 16 – Macromedição em sistemas de abastecimento de água ... 40
Figura 17 - Medidor de vazão eletromagnético ... 41
Figura 18 - Diagnóstico da macromedição em sistemas de abastecimento ... 42
Figura 19 - Componentes da Vazão Mínima Noturna ... 44
Figura 20 - Matriz do Balanço Hídrico IWA ... 46
Figura 21 - Representação de diferentes tipos de dados no SIG ... 48
Figura 22 – Telemetria em sistema de abastecimento de água ... 50
Figura 23 - Representação simplificada de um modelo de redes hidráulicas ... 52
xxii
Figura 25 - Fluxograma com a metodologia proposta para aprimorar a gestão de DMC's ... 67 Figura 26 - DMC Cantareira, detalhe do hidrômetro eletromagnético ... 71 Figura 27 - Macromedidor DMC Jardim América ... 75 Figura 28 - Manômetro Digital ... 76 Figura 29 - Data-logger Maxxiloger ... 77 Figura 30 - Software WB-EasyCalc ... 78 Figura 31 - Principais características do município de Bragança Paulista ... 79 Figura 32 - Delimitação da área de abrangência da VRP CDHU ... 83 Figura 33 - Instalação de data-logger no ponto crítico VRP CDHU ... 84 Figura 34 - Projeto de instalação hidromecânica VRP CDHU ... 86 Figura 35 – Sistema redutor de pressão VRP CDHU instalado ... 87 Figura 36 - Equipamentos monitorados por telemetria ... 89 Figura 37 - Monitoramento das vazões no DMC Bosque das Pedras ... 91 Figura 38 - Monitoramento diário das vazões mínimas noturnas nos DMC's ... 92 Figura 39 - Monitoramento das pressões de sucção e recalque DMC Águas Claras ... 93 Figura 40 - Monitoramento do ponto crítico no DMC Torozinho ... 95 Figura 41 - Gráfico dos vazamentos em redes e ramais no município de Bragança Paulista .... 98 Figura 42 - Índice de perdas de água no município de Bragança Paulista ... 99 Figura 43 - Desenho de DMC´s no modo de edição no sistema Signos... 101 Figura 44 – Desenho do DMC Jardim América ... 102 Figura 45 - Sumário de dados básicos DMC Jardim América ... 103 Figura 46 - Relatório das redes de água DMC Jd América ... 104 Figura 47 - Consulta Espacial das Ligações no Sistema Signos ... 106 Figura 48 - Dados operacionais do DMC no sistema Signos ... 107 Figura 49 - Volume macromedido DMC Jardim América ... 108
xxiii
Figura 50 – Desenho dos DMC’s no município de Bragança Paulista ... 111 Figura 51 - Ranking dos DMC's por índice de perdas ... 112 Figura 52 - Planilha inicial do software WB-EasyCalc - "Start" ... 114 Figura 53 - Planilha volume de entrada no sistema - "Sys. Imput" ... 115 Figura 54 - Planilha consumo faturado - "Billed Cons" ... 116 Figura 55 - Planilha consumos não faturados - "Unb. Cons." ... 117 Figura 56 - Histórico de irregularidades no DMC Jd América ... 118 Figura 57 – Planilha consumo não autorizado - "Unauth. Cons." ... 119 Figura 58 - Planilha imprecisão de medidores e erro de manipulação de dados - "Meeter errors" ... 120 Figura 59 - Planilha dados da rede - "Network" ... 122 Figura 60 - Curvas de nível no DMC Jardim América ... 123 Figura 61 - Pressões de recalque do booster DMC Jardim América ... 124 Figura 62 - Pressões no ponto crítico DMC Jardim América ... 125 Figura 63 - Planilha Pressões - "Pressure" ... 126 Figura 64 - Planilha Abastecimento Intermitente - "Intermittent supply" ... 127 Figura 65 - Planilha informação financeira - "Financial data" ... 128 Figura 66 - Planilha balanço hídrico em m3/dia - "Water Balance m3day" ... 129 Figura 67 - Planilha balanço hídrico para o período - "Water Balance" ... 130 Figura 68 - Planilha balanço hídrico m3/ano - "Water Balance m3year" ... 131 Figura 69 - Planilha indicadores de performance - "PI´s" ... 133 Figura 70 - Matriz de avaliação de perdas reais -"Matrix" ... 135 Figura 71 - Planilha gráficos, visualização do ILI - "Charts" ... 137 Figura 72 - Planilha gráficos, visualização do volume e valor de perdas de água - "Charts" ... 138 Figura 73 - Planilha gráficos, percentual de águas não faturadas - "Charts" ... 139 Figura 74 - Serviços de manutenção executados no DMC Jd América ... 140
xxiv
Figura 75 - Índice de Perdas DMC Jd América ... 141 Figura 76 - Índice de perdas acumulado por DMC's ... 142 Figura 77 - Identificação das ligações para a troca de ramal nos DMC’s ... 144
xxv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Número de Ligações de Água em DMC's Pesquisados ... 28 Tabela 2 - Número de Ligações de Água em DMC's de Pequeno Porte ... 28 Tabela 3 - Ensaios para obtenção do coeficiente exponencial N1 ... 54 Tabela 4 - Perdas reais inevitáveis em litros/(ligação*dia) ... 57 Tabela 5 – Critérios para o dimensionamento de hidrômetros ... 69 Tabela 6 - Vazões de hidrômetros classe B ... 70 Tabela 7 - Precisão dos macromedidores de vazão ... 72 Tabela 8 - DMC's implantados no município de Bragança Paulista ... 81 Tabela 9 - Monitoramento diário das vazões na ETA Bragança ... 90 Tabela 10 - Queda na pressão de sucção DMC Primavera ... 94 Tabela 11 - Histórico dos serviços de manutenção em redes e ramais de água ... 97
xxvii
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANSI American National Standards Institute AWWA American Water Works Association BABE Background and Burst Estimates CAD Computer Aided Design
CCO Centro de Controle da Operação CDMA Code Division Multiple Acess CEP Controle Estatístico de Processo CLP Controlador Lógico Programável CSI Comercial, Serviços e Informações DEFOFO Diâmetro Equivalente ao Ferro Fundido DMA District Metered Area
DMC Distrito de Medição e Controle DTA Documento Técnico de Apoio
EPA United States Environmental Protection Agency ETA Estação de Tratamento de Água
FAVAD Fixed and Variable Area Discharge FOFO Ferro Fundido
GIS Geografic Information System
GIZ Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (Germany) GPRS General Packet Radio Services
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
ISO International Organization for Standardization IWA International Water Association
JICA Japan International Cooperation Agency
LP Linha Privativa
MC Unidade de Negócio Centro da Sabesp MN Unidade de Negócio Norte da Sabesp NBR Norma Brasileira
xxviii PC Ponto Crítico de Abastecimento PEAD Polietileno de Alta Densidade PPMS Ponto de Pressão Média do Setor PVC Policloreto de Vinil
SABESP Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SIG Sistema de Informações Geográficas
SIGAO Sistema de Gerenciamento ao Atendimento Operacional SIGNOS Sistema de Informações Geográficas no Saneamento SNIS Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SWAN Smart Water Network Forum
USAID United States Agency for International Development VRP Válvula Redutora de Pressão
WB World Bank
WDN Water Distribution Network WHO World Health Organization WLTF Water Loss Task Force WRC Water Research Centre
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LISTA DE SÍMBOLOS
ANF = águas não faturadas [m3]
B(X)i = total de benefícios econômicos no período [$] C(X)i = custo total dos investimentos no período [$]
CARL = perda real atual [l/dia]
Cramal = comprimento médio do ramal desde a divisa do imóvel ao hidrômetro [m] ICF = fator de condição da infraestrutura
ILI = índice de perdas da infraestrutura intR = taxa anual de retorno [%]
IPD = índice de perdas na distribuição [%]
IPDt = índice de perdas totais por ligação [l/(lig*dia)] Lm = extensão da rede [m]
n = número de períodos de investimento [mês]
n = fator de correção da pressão
N1 = expoente da relação pressão/vazão do vazamento NL = número de ligações de água [un]
NPV(X) = valor presente líquido [$] P = pressão média [mca]
P0 = pressão inicial na rede [mca] P1 = pressão final na rede [mca] PMn = pressão média noturna [mca] Q0 = vazão inicial dos vazamentos [m3/h] Q1 = vazão final dos vazamentos [m3/h]
ti = tempo entre o início do projeto e o início do período de investimento [mês]
UARL = perda real inevitável [l/dia] VD = volume disponibilizado [m3] Vi = vazamentos inerentes no DMC [l/h] VU = volume utilizado [m3]
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE
Os distritos de medição e controle (DMC's), são áreas de controle menores, obtidas a partir da subdivisão dos setores de abastecimento de água. A partir dos DMC's é possível estabelecer o gerenciamento das pressões e vazões nestas áreas de menor abrangência, visando reduzir as perdas de água que ocorrem nos sistemas de distribuição. A figura 1 apresenta a configuração típica em DMC's.
Figura 1 - Configuração típica em distritos de medição e controle
Fonte: Adaptado de Klingel & Knobloch (2011)
Podem ser estabelecidos DMC's com medição de vazão em uma única entrada de água (o mais recomendado, pois facilita o controle), DMC's com entradas múltiplas
2
(mais de um medidor de vazão), ou ainda DMC's em cascata (a água é medida sequencialmente em um DMC menor).
1.2 PERDAS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
Do ponto de vista operacional, as perdas de água podem ser divididas em perdas reais e perdas aparentes. As perdas reais correspondem ao volume de água produzido que não chega ao consumidor final devido à ocorrência de vazamentos nos diversos componentes do sistema de abastecimento, como reservatórios, adutoras, redes e ramais. As perdas aparentes correspondem ao volume de água consumido, porém não medido, decorrente de fatores como erros de medição nos hidrômetros, fraudes, ligações clandestinas e falhas no cadastro comercial, sendo que nesses casos a água é efetivamente consumida, mas não é faturada (FREITAS, 2010).
Segundo relatório do Banco Mundial, elaborado por Kingdom et al. (2006), o volume global de perdas de água é significativo. Cada ano, mais de 32 bilhões de m3 de água tratada são perdidos por vazamentos nos sistemas de distribuição, ou seja, entre 40 e 50% de toda a água produzida no mundo é perdida através de vazamentos. Um adicional de 16 bilhões de m3 por ano são entregues aos clientes, mas não são faturados. Uma estimativa conservadora do custo total anual para as empresas de saneamento, devido às perdas de água, é da ordem de 14 bilhões de dólares.
Farley (2008), apresenta a gestão de perdas de água não como uma atividade pontual, mas como uma atividade onde há a necessidade de um compromisso de longo prazo e envolvimento de diversas áreas, bem como a integração entre processos em uma companhia de saneamento, onde todos tem que ser envolvidos, para que a informação seja acessível e seja compreendida por todos. Trata-se de um processo complexo, com impacto na empresa, como questões financeiras e satisfação dos clientes, e não apenas a solução de um problema técnico, mas é uma questão ligada à
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gestão de ativos, operação, atendimento ao cliente, aporte de recursos e outros fatores, conforme demonstrado na figura 2.
Figura 2 - Integração necessária para redução de perdas de água
Fonte: Adaptado de Farley (2008)
A integração apresentada é realmente necessária para se obter resultados satisfatórios na redução de perdas de água. Usualmente as empresas de saneamento possuíam uma única área responsável pela redução de perdas de água, o que se mostrou ineficiente, pois são necessárias diversas ações, com o envolvimento de praticamente todas as áreas da empresa, para se obter a redução de perdas.
Podemos observar que os diversos itens citados são necessários e estão inter-relacionados, como por exemplo, na gestão da infraestrutura, onde há a necessidade de substituição de redes, ramais, hidrômetros, etc, deve haver uma gestão eficiente, onde devem ser previstos recursos financeiros para atendimento desses itens ao longo
ÁGUAS NÃO FATURADAS CONHECIMENTO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO AÇÕES COMERCIAIS GESTÃO DA INFRAESTRUTURA ATENDIMENTO AO CLIENTE GESTÃO EFICIENTE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO RECURSOS FINANCEIROS SISTEMAS DE INFORMAÇÕES
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do tempo (devido aos custos elevados), nas questões de operação e manutenção dos sistemas é necessário uma equipe bem treinada e com conhecimento profundo do sistema de abastecimento, de forma a identificar problemas como vazamentos e falta de água com a maior brevidade possível, os sistemas de informações são necessários para suporte das ações comerciais, operacionais e acatamento das informações dos clientes, entre outras diversas atividades que são necessárias para se obter resultados satisfatórios na redução de perdas.
A Smart Water Network Forum (SWAN), (2011), apresentou documento demonstrando os índices de águas não faturadas (ANF) em diversas cidades do mundo, sendo estas cidades divididas em dois grandes blocos: cidades com ANF acima de 20% e cidades com ANF abaixo de 20%, conforme apresentado nas figuras 3 e 4.
Figura 3 – Cidades com Águas Não Faturadas acima de 20%
Fonte: SWAN Forum (2011)
Observam-se as maiores perdas de água nas cidades dos seguintes países: Equador, Turquia e Bulgária, respectivamente, e as menores perdas nas cidades dos seguintes países: Austrália, Cingapura e Dinamarca, respectivamente. A cidade de São Paulo é citada no referido documento com o índice ANF de 38%.
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Figura 4 – Cidades com Águas Não Faturadas abaixo de 20%
Fonte: SWAN Forum (2011)
1.3 SETORIZAÇÃO
Tendo em vista a complexidade dos sistemas de abastecimento de água, a divisão em sistemas menores, tais como: captação, tratamento, adução, reservação e distribuição, permite analisar individualmente cada componente do sistema e definir ações que proporcionem uma gestão mais adequada (GOMES, 2011).
Da mesma forma, o sistema de distribuição de água é dividido em sistemas menores, chamados setores, que delimitam diversas áreas de abastecimento, geralmente a partir de reservatórios, ou em alguns casos, a partir de derivações em marcha de adutoras.
Segundo Yoshimoto et al. (1998), o setor de abastecimento é definido pela área abastecida por um reservatório de distribuição, destinado a regularizar as vazões e equalizar as pressões na rede de distribuição. Através da implantação de reservatórios, que podem ser elevados, apoiados, enterrados ou semienterrados, é possível estabelecer setores, de forma a evitar pressões excessivas nas redes e atender os
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pontos mais desfavoráveis, ou seja, os pontos mais distantes ou de cota mais elevada. A figura 5 apresenta um desenho esquemático de setorização que demonstra a área atendida pelos reservatórios elevado (zona alta) e apoiado (zona baixa), sendo que a zona intermediária deve ser abastecida preferencialmente pela zona baixa, visando reduzir despesas com energia elétrica.
Figura 5 – Setorização em zonas de pressão (alta e baixa)
Fonte: Yoshimoto et al. (1998)
Mais recentemente, observa-se que devido ao alto custo e dificuldade de manutenção de reservatórios elevados tipo torre, têm-se optado pela construção de boosters de pequena capacidade para abastecimento da zona alta ou zona de coroa, devido ao menor custo de implantação e maior facilidade de manutenção. Esses equipamentos são instalados geralmente com controlador lógico programável (CLP) e inversor ou conversor de frequência, o que permite manter pressões adequadas na rede de distribuição e um atendimento aos requisitos de pressão mínima e máxima nos imóveis.
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Segundo Morrison et al. (2007), as redes de distribuição de água devem ser divididas em setores adequadamente dimensionados, utilizando o conhecimento operacional da rede, dados hidráulicos de pressão e vazão, limites naturais tais como rios, ferrovias, estradas e topografia da cidade, de modo que a área seja dividida em zonas de pressão adequadas.
Segundo a Norma Técnica Brasileira ABNT NBR 12218 (1994), o setor de medição é a parte da rede de distribuição perfeitamente delimitada e isolável, com a finalidade de acompanhar a evolução do consumo e avaliar as perdas de água na rede. Deve ser dividido em zonas, nas quais as pressões dinâmicas e estáticas deverão obedecer aos limites mínimo e máximo pré-estabelecidos, respectivamente 100 e 500 KPa (aproximadamente 10 e 50 metros de coluna d’água - mca ou mH2O), porém,
quando justificado tecnicamente, poderão ocorrer exceções.
Entende-se que essas exceções de atendimento às pressões mínima e máxima estabelecidas são aceitas devido a locais onde a topografia irregular, com a existência de grandes desníveis geométricos, não permite realizar o abastecimento dentro desses padrões com um custo/benefício aceitável.
A setorização traz inúmeras vantagens, porém há algumas dificuldades para implantação, como falta ou desatualização de cadastro técnico das redes de distribuição para verificação dos limites, obtenção da estanqueidade dos setores, ocorrência de problemas de qualidade da água e, durante a fase de implementação, poderão ocorrer dificuldades ao nível do fornecimento de água, com eventuais reclamações de clientes (GOMES, 2011).
Gonçalves e Lima (2007), apresentam a setorização clássica, ponderando que as grandes extensões das redes de distribuição de água necessitam ser divididas em setores que possibilitem um melhor gerenciamento, conforme demonstra a figura 6. Observa-se porém que em muitos casos, apesar de serem criados os setores de
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abastecimento, muitos não possuem os macromedidores de vazão instalados, dificultando o gerenciamento das perdas de água.
Figura 6 - Setorização clássica em redes de distribuição de água
Fonte: Gonçalves e Lima (2007)
Apesar do aumento da eficiência operacional com a implantação de setores de abastecimento, ainda há dificuldades no gerenciamento das perdas de água desses setores, devido a grande área de abrangência dos mesmos. Dessa forma, a divisão dos setores de abastecimento em áreas de controle menores, chamadas de Distritos de Medição e Controle (DMC's), possibilita uma gestão mais focada, visando reduzir as perdas que ocorrem nos sistemas de distribuição de água.
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1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GERAL
A dissertação visa avaliar a utilização dos DMC's como uma ferramenta efetiva na gestão de perdas de água e propor uma metodologia para aprimorar os trabalhos de redução de perdas com a utilização dos DMC’s.
1.4.2 OBJETIVO ESPECÍFICO
A partir da visão do objetivo geral do trabalho, são propostos os seguintes objetivos específicos:
Discutir as diversas alternativas para implantação de DMC's;
Demonstrar as formas de gerenciamento de perdas de água realizadas atualmente com a utilização de DMC's no município de Bragança Paulista;
Propor uma metodologia para aprimorar a gestão de perdas de água com a utilização de DMC’s, utilizando como suporte um sistema de informações geográficas;
Avaliar através de indicadores de desempenho e da utilização do balanço hídrico, as perdas de água em DMC's, em um estudo de caso real.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 DISTRITOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE
2.1.1 CONCEITOS
Em diversas bibliografias pesquisadas, encontram-se referências aos DMC's como uma prática moderna de gerenciamento para redução de perdas em redes de distribuição de água.
Entretanto, a aplicação de distritos de medição e controle é relativamente recente no campo de redes de distribuição de água e sua gestão é geralmente parte de uma estratégia de redução de perdas nos sistemas de abastecimento (MARQUES et al., 2005; GOMES, et al. 2012).
Segundo Farley et al. (2008), dividir uma rede de abastecimento de água em distritos de medição e controle (DMC's), que são áreas menores e mais gerenciáveis, é internacionalmente aceito como uma das melhores práticas para redução de perdas de água em sistemas de abastecimento público, pois permite compreender melhor o sistema e facilita a análise e a identificação de problemas de pressão e vazão nas redes de distribuição.
Sabesp (2008), relata a implantação dos DMC's como uma metodologia utilizada nas maiores e mais sérias companhias de saneamento do mundo e como prática já incorporada na filosofia da moderna gestão do processo de distribuição de água.
Di Nardo e Di Natale (2011), complementam ainda que o gerenciamento de redes de abastecimento de água pode ser substancialmente desenvolvido através da implantação do DMC, que é uma das mais eficientes técnicas para detecção de perdas de água e gerenciamento das pressões.
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Considerando-se as referências sobre os DMC's em diversas bibliografias, em países distintos, entende-se que a utilização dos DMC's é internacionalmente aceita como uma das melhores práticas para redução de perdas em sistemas de distribuição de água.
2.1.2 HISTÓRICO
Segundo Thornton (2013), os primeiros relatos sobre a utilização de conceitos para subdividir os setores de abastecimento em áreas menores são bem antigos, sendo datados de 1924, conforme apresentado na figura 7.
Figura 7 - Mapa com a delimitação de distritos em 1924
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Os primeiros relatos sobre a implantação de distritos são da cidade de Cincinnati, estado de Ohio, nos Estados Unidos da América, onde se verifica a utilização de mapas com a divisão do sistema de distribuição de água em distritos.
Apesar dos primeiros relatos da utilização dos conceitos da subdivisão de sistemas de distribuição em áreas menores em 1924, na investigação realizada em busca de literatura especializada sobre o assunto, somente após 1980 foram encontrados documentos sobre os DMC´s.
Segundo John Morrison & Steve Tooms (2007), nos últimos anos diversos trabalhos internacionais foram publicados apresentando os conceitos dos DMC's, visando desenvolver a redução de perdas de água em sistemas de distribuição, entre eles:
1980 - Leakage Control Policy and Practice (Políticas e Práticas para Controle de Vazamentos)
Este trabalho realizado em 1980 pelo National Water Council (Conselho Nacional das Águas), no Reino Unido, aborda os conceitos iniciais de DMC, descrevendo que os mesmos são formados a partir da instalação de um medidor ou uma combinação de medidores de vazão onde são registrados os dados dos volumes de entrada de água em cada área e descreve o planejamento dos DMC's, abordando questões como o número de ligações de água, dimensionamento e calibração dos medidores de vazão, monitoramento e realização de vistorias nos DMC's.
Este relatório é o pioneiro na descrição das práticas para implantação e gestão de perdas de água com a utilização de DMC’s, sendo que diversos trabalhos elaborados posteriormente tiveram como base este trabalho.
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conjunto com o Water Research Centre (Centro de Pesquisa da Água), ambos do Reino Unido, lançam uma segunda edição do relatório Leakage Control Policy and Practice, para ampliar a divulgação das práticas de gestão de perdas com a utilização de DMC’s, considerando que diversos procedimentos deste trabalho passaram a ser utilizados pelas empresa de abastecimento de água do Reino Unido após o lançamento da primeira edição.
1994 - Managing Leakage (Gerenciando Vazamentos)
Este trabalho foi elaborado pela U.K. Water Industry Association (Associação das Empresas de Água do Reino Unido), publicado pelo Water Research Centre em conjunto com a Water Services Association (Associação dos Serviços de Água), é dividido em diversos relatórios que apresentam temas como a metodologia para o controle de vazamentos associada ao uso dos DMC's, gerenciamento de pressões e a medição da vazão mínima noturna em DMC's para o gerenciamento dos vazamentos. Após a publicação, o documento se tornou uma referência para o controle de vazamentos no Reino Unido, sendo a metodologia posteriormente expandida para outros países. Este trabalho vem sendo atualizado ao longo dos anos, passando por atualizações desde o seu lançamento, sendo a versão mais recente lançada no ano de 2011.
1999 A Manual of DMA Practice (Manual de Práticas de DMC's)
Elaborado pela U.K. Water Industry, este manual disponibiliza diversas orientações para o gerenciamento de DMC's, apresentando as diversas fases necessárias para a implantação e a gestão de perdas nos sistemas de distribuição de água com a utilização de DMC's. Compreende as diversas etapas de criação, manutenção, monitoramento, detecção de vazamentos e gerenciamento de pressões nos DMC's. Apresenta as diversas técnicas utilizadas no gerenciamento de pressões e vazões nos DMC's.
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2001Leakage management and control (Gerenciamento e controle de vazamentos) Publicado pela World Health Organization (WHO), a Organização Mundial da Saúde, através do Water Supply and Sanitation Collaborative Council (Conselho de Cooperação para o Abastecimento de Água e Saneamento), apresenta diversas referências aos trabalhos anteriores e apresenta o foco da detecção de vazamentos em DMC's, abordando também tópicos sobre a manutenção e principais problemas que podem ocorrer na implantação de DMC's, como alterações na qualidade da água. São apresentados os conceitos sobre a implantação de sistemas de telemetria para monitoramento dos DMC's e a utilização de áreas de gerenciamento de pressão (áreas de bombeamento - boosters e válvulas redutoras de pressão - VRP's), para serem utilizadas como DMC's.
2004 Managing Leakage by District Metered Areas: a practical approach (Gestão de vazamentos por Distritos de Medição e Controle: uma abordagem prática)
Este artigo, publicado pela International Water Association - IWA (Associação Internacional da Água), através do grupo denominado Water Loss Task Force - WLTF (Força Tarefa para Redução de Perdas de Água) em 2004, apresenta questões como a vazão mínima noturna, vazamentos inerentes e consumos noturnos em DMC's. O artigo faz parte de uma série de artigos publicados pela IWA visando a elaboração de um manual para o gerenciamento de perdas de água em DMC's, manual este que veio a ser concluído em 2007.
2007 Leakage Management Technologies (Tecnologias para o Gerenciamento de Vazamentos)
Elaborado pela American Water Works Association (AWWA), a Associação Americana de Trabalhos sobre a Água e United States Environmental Protection Agency (EPA), a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, é um trabalho
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complexo, que aborda diversos temas do gerenciamento de perdas em DMC's, como implantação, definição de medidores de vazão, monitoramento de dados de pressão e vazão, análise dos dados, gerenciamento de pressões para gestão de vazamentos e especificação de VRP's. Demonstra a aplicação de DMC's em empresas de abastecimento de água na América do Norte.
2007 District Metered Area Guidance Notes (Distritos de Medição e Controle: Notas de Orientação)
Elaborado pelo grupo de especialistas em gerenciamento e operação eficiente da WLTF, tem o objetivo de ser um orientador sobre DMC's e apresenta os critérios de implantação, controle e detecção de vazamentos, avaliação da vazão mínima noturna, vazamentos inerentes, estimativa de consumos e principais problemas na implantação. Apresenta ainda, exemplos de implementação bem sucedida em alguns países, como Estados Unidos, Reino Unido, Malásia e Indonésia, demonstrando a aplicação dos principais indicadores de performance adotados pela IWA.
2008 - The Manager's Non-Revenue Water Handbook (Manual de Gerenciamento de Águas Não Faturadas)
Publicado pela United States Agency for International Development (USAID), a Agência dos Estados Unidos para o Desenvolvimento Internacional, em parceria com a empresa da Malásia, Ranhill Utilities Berhad, trata-se de um manual com uma proposta de apresentar o entendimento sobre as perdas de água em sistemas de abastecimento. Aborda os conceitos de águas não faturadas e estabelece os passos para o cálculo do balanço hídrico, detalhamento das perdas reais, onde apresenta as questões sobre o gerenciamento das pressões e vazões, perdas aparentes, onde detalha questões como a margem de erro dos medidores de vazão, como tratar as questões de abastecimento com irregularidades causadas pelos clientes, critérios para implantação e monitoramento de DMC's e apresenta alguns estudos de casos de implantação bem
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sucedida na empresa de abastecimento de água da Malásia. Apresenta a utilização do software do banco mundial WB-Easy Calc para realização das etapas do balanço hídrico.
2011 - Guidelines for water loss reduction. A focus on pressure management. (Diretrizes para Redução de Perdas de Água. Um Foco no Gerenciamento de Pressões)
Publicado pelo ministério de cooperação econômica e desenvolvimento da Alemanha (GIZ), em parceria com a empresa alemã VAG Armaturen, este guia traz conceitos para o entendimento da ocorrência de perdas em sistemas de distribuição de água, com foco no gerenciamento de pressões nas redes, apresentando detalhadamente as questões sobre válvulas redutoras de pressão, demonstrando a modulação e operação dos diversos tipos de válvulas, monitoramento dos pontos críticos nas redes de distribuição, onde adota a utilização dos DMC's como área de controle, apresentando ainda, em um anexo, as principais ferramentas para implantação de DMC's e subsídios para utilização de sistemas de informações geográficas e modelagem hidráulica como ferramentas de apoio para o gerenciamento de DMC's.
Pode-se notar nos diversos trabalhos citados, a relação direta dos DMC's com a questão de localização de vazamentos nas redes de distribuição de água. Observa-se ainda que as pesquisas foram iniciadas no Reino Unido na década de 80 e a partir da década de 90 se expandiram para diversos países.
2.1.3 CRITÉRIOS PARA IMPLANTAÇÃO
A concepção de um conjunto de DMC’s é muito subjetiva, e é improvável que dois engenheiros trabalhando em um mesmo sistema de abastecimento venham a propor a mesma concepção (FARLEY et al., 2008).
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Isso demonstra a complexidade da definição de DMC's, pois há diversos parâmetros relacionados aos sistemas de distribuição de água, que serão apresentados a seguir. De forma geral, a implantação de DMC's em sistemas de distribuição existentes sempre terá que considerar as características operacionais já existentes no sistema. Já em sistemas novos, a definição de DMC's pode ser planejada juntamente com os setores de abastecimento que estão sendo criados. Em ambos os casos, podem-se utilizar modelos de redes hidráulicas para auxiliar na implementação dos DMC's, porém no caso de redes existentes, o processo se torna mais complexo devido a necessidade de calibração do modelo hidráulico.
Segundo Morrison et al. (2007), diversos fatores devem ser considerados para implantação dos DMC's, são eles:
Nível atual de vazamentos
Nível econômico de perdas
Número de ligações de água
Problemas de qualidade da água
Requisitos de pressão mínima e máxima
Capacidade de combate a incêndios
Número de válvulas a serem fechadas
Número de medidores de vazão
Grandes consumidores
Condições da infraestrutura
Área geográfica
Uso e ocupação da área
Topografia
Farley et al., (2008), também apresentam critérios a serem utilizados na definição dos DMC's:
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Número de ligações de água
Válvulas a serem fechadas
Número de medidores de vazão
Variações de pressão dentro da área estabelecida
Limites naturais (rios, canais de drenagem, estradas de ferro, rodovias, etc) As condições de fronteira naturais do sistema, tais como estações elevatórias, boosters, válvulas redutoras de pressão (VRP’s) e reservatórios de pequena capacidade também podem ser utilizados para implantação dos DMC's. As partes da rede de abastecimento com comportamento hidráulico, padrões de consumo, estado de conservação e parâmetros de qualidade da água semelhantes, também devem ser considerados para estabelecimento dos DMC's (GOMES, 2011).
Como as áreas de VRP's e bombeamento são áreas bem definidas, elas são fundamentais na implantação de DMC's em sistemas de distribuição existentes, pois com a instalação de medidores de vazão nesses locais, imediatamente são criados os DMC's, não necessitando de implantação de válvulas e/ou outras adequações para criação do DMC, evitando assim, possíveis problemas com a qualidade da água.
Recentemente, outros parâmetros também tem sido empregados na definição de DMC's, considerando as questões relativas a implantação, tais como custo dos medidores de vazão, instalação de válvulas, interligações necessárias, seccionamento para isolamento das redes, etc.
Gomes et al. (2012), propõem a divisão de redes de distribuição de água em DMC's através da função objetivo que maximiza o valor presente líquido da diferença entre os benefícios econômicos (redução de perdas de água através de redução da pressão média) e o custo total de implantação dos DMC's (medidores de vazão, tubulações para interligação de redes e reforço do abastecimento, válvulas, etc), conforme apresentado na equação 1:
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onde:
NPV(X) – valor presente líquido ($) n – número de períodos de investimento
B(X)i – total de benefícios econômicos no período ($) C(X)i – custo total dos investimentos no período ($)
ti – tempo entre o início do projeto e o início do período de investimento intR – taxa anual de retorno (%)
A divisão dos DMC's neste caso, é feita após a construção e calibração de um modelo de simulação hidráulica e dois modelos operacionais, o primeiro utilizado para dividir as redes de distribuição de água em DMC's, baseado em conceitos da teoria dos grafos, utilizando o algoritmo de Floyd–Warshall e critérios definidos pelo projetista, tais como extensão de rede, número máximo de ligações e diferença de nível permitida, sendo ainda impostas as restrições tais como capacidade de bombeamento e capacidade de reservação. O segundo modelo identifica o número apropriado de medidores de vazão e sua respectiva localização, válvulas limítrofes e tubulações de reforço necessárias, através da resolução de um problema de otimização, considerando o cálculo do custo/benefício para implantação dos DMC’s.
Um exemplo da implantação de DMC's após a análise do custo/benefício é apresentada por Gomes et al. (2012), conforme figura 8.
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Figura 8 - Divisão da rede em DMC's após análise da relação custo/benefício
Fonte: adaptado de Gomes (2012)
Observa-se que no exemplo citado, obtido a partir de um estudo de caso hipotético, foram criados 03 DMC's, porém nota-se que foram instalados medidores de vazão somente na entrada dos DMC's 1 e 2, não havendo medidor de vazão específico para o DMC 3, porém sua vazão pode ser obtida pela diferença entre a vazão total do setor e a vazão dos demais DMC's. Este procedimento pode induzir a erros, pois quaisquer problemas nos medidores de vazão 1 e 2, induzirão a erros na medição de vazão do DMC 3. Assim, sempre que possível, deve-se ter um medidor na entrada de cada DMC, para manter uma maior confiabilidade dos dados.
Devem também ser consideradas as questões de operação e manutenção durante a realização dos estudos de implantação, bem como a estruturação de equipes para o gerenciamento dos mesmos, devendo ser observados itens como a obtenção dos dados (campo ou telemetria), equipes de análise e especialmente quanto aos
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medidores de vazão, pois possuem elevado custo de manutenção e em alguns casos pode ser necessária a interrupção do abastecimento para manutenção dos mesmos.
Com relação aos DMC's temporários, onde as medições das pressões e vazões são realizadas através de equipamentos portáteis, com uma determinada periodicidade, os mesmos também auxiliam nos trabalhos de redução de perdas, porém, sempre que possível, os DMC's devem ser instalados de forma permanente, de modo a proporcionar um gerenciamento constante.
2.1.4 LIMITES
Os DMC's podem ser definidos tomando-se por base os limites naturais, como rios, canais de drenagem, estradas de ferro, rodovias, divisa de municípios, limites do sistema de abastecimento, como áreas de bombeamento “boosters”, área de válvulas redutoras de pressão (VRP´s), áreas de pequenos reservatórios (geralmente em sistemas de menor porte), ou podem ser definidos através da elaboração de estudos onde pode-se determinar um local adequado para instalação de medidor de vazão, geralmente áreas isoláveis mais facilmente.
Thornton et al.(2008), complementam que cada DMC deve ser abastecido preferencialmente a partir de um único ponto de entrada de água, uma vez que isso facilita a implantação do DMC, reduz os erros de medição de vazão, e permite uma melhor compreensão pelos operadores do sistema. Ressalta que por outro lado, devem-se privilegiar os pontos de abastecimento a partir de reservatórios, já que estes permitem equilibrar as flutuações de consumo, as pressões à jusante, e o sistema adutor à montante.
Os limites também podem ser definidos com o auxílio de um modelo matemático de redes hidráulicas, porém sempre será necessário a verificação posterior destes limites antes de sua efetiva implantação, tendo em vista que o modelo teórico pode
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apresentar resultados que na prática não sejam viáveis de serem implantados imediatamente, havendo a necessidade de realizar alguns ajustes para viabilizar a implantação.
2.1.5 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ABRANGÊNCIA
O tamanho de cada DMC tem um impacto sobre o seu custo de implantação, pois quanto menor a área de abrangência do DMC, maior é o custo para implantação, devido à necessidade de um número maior de medidores de vazão, válvulas e intervenções necessárias nas redes para proporcionar a estanqueidade do DMC e posteriormente, a manutenção também tenderá a ter um custo maior. Nota-se porém, que áreas de controle menores, possibilitam um controle mais efetivo na gestão dos DMC’s. Na prática, haverá sempre uma variação significativa do tamanho de cada DMC devido ao leiaute da infraestrutura existente e da necessidade de otimizar as pressões (MORRISON et al., 2007).
Embora a dimensão dos DMC's possa estar relacionada com o número de ligações (ramais) e/ou a extensão da rede, a topologia depende fundamentalmente do traçado da rede, do desnível topográfico e do comportamento hidráulico do sistema (GOMES, 2011).
Segundo Lambert & Taylor (2010) há várias opiniões quanto ao tamanho ideal dos DMC's, porém na prática haverá sempre uma variação significativa do tamanho de cada DMC, em função da infraestrutura existente.
De forma geral, a implantação de DMC's sempre terá que considerar as características operacionais locais. Como geralmente há deficiências nos cadastros técnicos das redes de distribuição de água das empresas de saneamento, recomenda-se que as equipes de operação e manutenção recomenda-sejam envolvidas no processo de construção dos DMC's, pois o conhecimento sobre as áreas de abastecimento,
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manobras de registros hidráulicos, etc, podem auxiliar na obtenção de um melhor resultado. A definição de DMC's sem considerar os requisitos operacionais existentes, pode levar a construção de DMC's extremamente teóricos, podendo ocasionar problemas no abastecimento durante o processo de implantação dos mesmos.
2.1.6 NÚMERO DE LIGAÇÕES DE ÁGUA
Não há um consenso quanto ao número de ligações (também chamados conexões ou ramais) de água que devem fazer parte de um DMC, porém a literatura apresenta números relativamente semelhantes em diversos estudos.
A Water Authorities Association, que publicou em 1985 um dos trabalhos pioneiros sobre DMC's, refere que um DMC ideal deve possuir entre 2000 e 5000 ligações, para que os trabalhos de redução de perdas possam ser realizados de forma adequada e cita que a configuração das redes de distribuição tem grande efeito sobre os limites e a área de abrangência do DMC. O trabalho porém não relata especificamente porque utilizar entre 2000 e 5000 ligações.
O trabalho realizado pela IWA, por Morrison et al. (2007), apresenta que em áreas urbanas os DMC's variam entre 500 e 3000 ligações e que em DMC's com mais de 5000 ligações, torna-se difícil identificar pequenos vazamentos nas redes. Ressalta entanto, que os DMC's maiores podem ser divididos em pequenos DMC's temporários por fechamento de válvulas previstos no estudo de concepção, de modo a facilitar as atividades de detecção de vazamentos e cita que em locais com redes de distribuição em condições ruins, com grande ocorrência de vazamentos, podem ser utilizados com menos de 500 ligações. O número de ligações apresentado está associado ao custo de implantação dos DMC's, pois quanto menor o DMC, maior é o custo de implantação e manutenção, apesar do DMC menor trazer vantagens como a localização e agilidade no reparo de vazamentos, bem como a redução dos custos com detecção. Pondera que
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na prática, sempre haverá uma variação significativa no tamanho dos DMC 's, devido a topologia da rede existente e a necessidade de adequação das pressões.
Farley et al. (2008) afirmam que os DMC's possuem geralmente entre 1000 e 2500 ligações e apresenta um estudo de caso em Ranhill, Malásia, onde foram implantados 820 DMC's com uma média de 1055 ligações cada. Alguns critérios para implantação como número de medidores de vazão, número de válvulas e topografia são citados. Para empresas com restrição orçamentária, há a sugestão de implantação de DMC's com cerca de 5000 ligações, podendo-se subdividir os mesmos futuramente, inferindo-se que o número de ligações está associado ao custo de implantação, porém não está explicitamente apresentado no trabalho.
Thornton et al. (2008) sugere o DMC ideal com cerca de 1000 ligações, porém relata que geralmente os DMC's possuem entre 3000 e 5000 ligações. O DMC ideal citado está relacionado a facilitar os trabalhos de detecção de vazamentos, porém implica em um aumento significativo dos custos, por isso a adoção de um número maior de ligações.
Sabesp (2008) informa que o tamanho ideal para um DMC depende do tipo de uso encontrado na área em estudo e pode variar entre 500 e 2500 ligações, sendo que estudos efetivamente realizados pela empresa propõe a utilização de cerca de 2000 ligações para cada DMC. O estudo realizado considera as questões do custo de implantação e propõe a utilização de todas as VRP's já existentes para serem utilizadas como DMC's e recomenda a instalação dos macromedidores em redes de diâmetro menor, evitando assim custos elevados com medidores de grande porte.
Lambert & Taylor (2010) afirmam que o número de ligações em áreas urbanas deve variar entre 500 e 3000 ligações, dimensionamento geralmente utilizado no Reino Unido. Também associam a quantidade de ligações a topologia das redes e a
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necessidade de adequação das pressões, considerando que em DMC's com mais de 5000 ligações a localização de pequenos vazamentos se torna extremamente difícil.
United States Environmental Protection Agency, EPA (2010) relata o uso de 1500 a 2000 ligações em DMC's de forma a proporcionar um monitoramento adequado das vazões, determinando com maior precisão a identificação de áreas com ocorrência de vazamentos, considerando também as características das redes hidráulicas, topografia e consumos dos clientes.
Gomes (2011) cita que a experiência tem demonstrado que em áreas urbanas a dimensão média para DMC's deve estar compreendida entre 500 e 3000 ligações, podendo vir a ser reduzida para valores da ordem dos 500 a 1000 ligações em sistemas mais antigos, porém, não se recomendam valores acima de 5000 ligações, pelo fato de se tornar mais difícil a localização de vazamentos. Ressalta que se deve considerar a análise custo/benefício entre diferentes alternativas de implantação, observando-se as características de cada sistema. Em um estudo de caso hipotético, apresentado por Gomes (2012), são obtidos resultados entre 2303 e 4089 ligações por DMC, obtidos a partir da divisão das redes com a utilização da teoria dos grafos.
De forma geral, os diversos autores consideram na definição do número de ligações a questão do custo de implantação e manutenção dos DMC's, a topologia e as características das redes hidráulicas. Podem ocorrer problemas com DMC's muito grandes (dificuldade na localização de vazamentos, maior custo com pesquisa de vazamentos, não obter um resultado efetivo em redução de perdas) e no caso de DMC's muito pequenos os problemas são os custos elevados de implantação e a necessidade de uma estrutura muito grande para uma operação e manutenção adequada.
Outros parâmetros também podem ser utilizados para definição dos DMC's, como por exemplo, a NBR 12218 (1994) que não utiliza critérios relativos ao número de
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ligações. A norma estabelece alguns parâmetros como a extensão máxima de rede e o número máximo de válvulas para isolamento da área. A figura 9 apresenta o número de ligações de água em DMC's.
Figura 9 - Número de ligações de água em DMC's
Fonte: Adaptado de Gomes (2011)
Pode-se observar ainda que em sistemas de abastecimento de água de pequeno porte, como em municípios pequenos, áreas ou núcleos isolados e outros locais com poucos habitantes e baixo número de ligações, os DMC's podem ser divididos em áreas menores com o número de ligações inferior ao mínimo recomendado nas literaturas citadas, pois as mesmas se referem a grandes centros urbanos. A divisão dependerá basicamente dos limites naturais e zonas de pressão existentes.
A tabela 1 apresenta um resumo com o número de ligações mínimo e máximo apresentado pelos diversos autores pesquisados, enquanto a tabela 2 apresenta o
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número de ligações em DMC's estabelecidos em áreas de VRP e boosters, no município de Bragança Paulista, operado pela Sabesp.
Tabela 1 - Número de Ligações de Água em DMC's Pesquisados
FONTE MÍNIMO MÁXIMO
Morrison et al. (2007) 500 3000 Farley et al. (2008) 1000 2500 Sabesp (2008) 500 2500 Thornton et al. (2008) 1000 5000 Lambert&Taylor (2010) 500 3000 EPA (2010) 1500 2000 Gomes (2011) 500 3000 MÉDIA 786 3000
Fonte: Elaborado pelo autor neste trabalho
Tabela 2 - Número de Ligações de Água em DMC's de Pequeno Porte
DMC TIPO N° LIGAÇÕES
Vila Real Área de Booster 38
Campo Verde Somente DMC 44
Bosques da Pedra Área de Booster 89
Água Comprida Somente DMC 104
Portal das Estâncias Área de Booster 129
Hípica Área de Booster 155
MÉDIA 93
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Observando-se a tabela 1 e a tabela 2 nota-se uma grande diferença entre o número de ligações pelo fato da primeira se referir ao número médio de ligações em sistemas de abastecimento de água complexos, em grandes centros urbanos, enquanto a segunda refere-se ao número médio de ligações nos menores DMC's implantados em um município de pequeno porte (Bragança Paulista/SP).
Analisando alguns sistemas, podemos citar como exemplo a cidade de São Paulo, onde cada unidade de negócio da Sabesp administra cerca de 800 mil ligações de água, ou seja, um DMC médio com 2000 ligações, sugerido pela Sabesp (2008), corresponde a 0,25% do total. No caso de implantação de DMC’s citado por Farley et al. (2008), o número médio de 1055 ligações por DMC corresponde a 0,13% do total de 820 mil ligações de água. No município de Bragança Paulista, também operado pela Sabesp, que possui cerca de 50 mil ligações de água e 620 Km de redes de distribuição, os menores DMC's implantados possuem em média 93 ligações, o que corresponde a 0,19% do total de ligações do município, porém no município, nos 30 DMC’s existentes, o número médio é de 772 ligações, ou seja, 1,54% do total de ligações.
Pode-se verificar que mesmo sistemas de grande porte são distintos e não mantém uma proporcionalidade no número de ligações de água enquanto sistemas de pequeno porte possuem características bem peculiares para implantação de DMC’s. Pode-se afirmar, entretanto, que em ambos os casos há a possibilidade de implantação de DMC's para intensificar os trabalhos de redução de perdas de água nas redes distribuição, porém não é possível estabelecer uma correlação entre esses sistemas.
2.1.7 RESTRIÇÕES
Para dividir um setor de abastecimento em uma série de DMC's, é essencial o fechamento de algumas válvulas para o isolamento de determinadas áreas, ou o seccionamento e isolamento de trechos das redes de distribuição, além da instalação
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de medidores de vazão. Este processo pode interferir nas pressões do sistema de abastecimento, tanto no DMC que está sendo implantado, quanto nos DMC's do entorno. Deve-se observar, portanto, a garantia do abastecimento de água para os clientes, de forma que não haja intermitência, falta de água, pouca pressão, pressões muito elevadas ou qualquer outra alteração que venha a comprometer o fornecimento de água em termos de pressão e vazão, segundo os parâmetros adotados na NBR 12218/94 ou as características de potabilidade da água definidas em legislação, no caso do Brasil, a portaria do Ministério da Saúde n° MS 2914 (2011), dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade.
2.1.8 VERIFICAÇÃO DA ESTANQUEIDADE
Segundo Morrison et al. (2007), após o desenho dos limites dos DMC's, deve ser realizado ensaio através do fechamento de válvulas para verificação da estanqueidade da área definida, também chamado teste de “pressão zero”. Caso haja válvulas que apresentem problemas de estanqueidade, os limites do DMC podem ser comprometidos devido à entrada ou saída de água que não estará sendo adequadamente medida. No teste é realizado o fechamento das válvulas de entrada e válvulas limítrofes e verificadas as pressões no interior do DMC. Isto envolve o fechamento da água que entra no DMC, e a verificação se a pressão tende a zero. Um problema comum encontrado no campo, é a existência de válvulas fechadas, parcialmente fechadas ou encobertas após serviços de pavimentação. Se forem encontradas válvulas defeituosas, estas deverão ser substituídas ou reparadas e o teste de pressão repetido. O uso de um modelo matemático de redes hidráulicas, permite que alguns problemas sejam previamente identificados.
Morrison et al. (2007), listam ainda, o procedimento típico para um ensaio de “pressão zero”:
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Identificação das válvulas limítrofes através da marcação das tampas de válvulas (por exemplo, pintando de vermelho a tampa da válvula);
Programar a realização do ensaio no período da madrugada, geralmente entre 01:00 e 05:00h, informando clientes com necessidades especiais (hospitais, presídios, grandes consumidores, etc.);
Assegurar que a equipe tem uma planta indicando os limites do DMC, as válvulas de entrada de água e de divisa com outros DMC's;
Instalar medidores de pressão (data-loggers) em locais-chave de todo o DMC (geralmente pontos de entrada de água, pontos de maior cota, pontos mais distantes, etc.);
Fechar a entrada de água do DMC para isolamento do mesmo;
Analisar os dados de pressão. Se a pressão tende a zero, então é provável que o limite esteja correto;
Se a pressão não diminui, uma segunda verificação deve ser feita através da simulação de consumo (por exemplo, a abertura de um hidrante) para induzir algum fluxo. Se não há interligações desconhecidas, a pressão deve permanecer baixa, tendendo a zero. Se o teste falha, isto é, a pressão sobe, é provável que exista alguma interligação desconhecida;
Caso necessário, pode-se ainda realizar uma subdivisão dentro do DMC para identificar as interligações desconhecidas.
Após consolidada esta etapa do teste de estanqueidade dos DMC's, os mesmos estão aptos para que sejam iniciados os trabalhos de gerenciamento das pressões e vazões em cada um deles.
