aplicação de válvulas redutoras de pressão na redução de perdas reais em redes de...

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI

FILIPE FORCINITO PEREIRA

APLICAO DE VLVULAS REDUTORAS DE PRESSO NA REDUO DE PERDAS REAIS EM REDES DE DISTRIBUIO DE GUA NA UNIDADE DE NEGCIO LESTE SABESP

SO PAULO 2009

ii

Orientador: Prof. MSc. Jos Carlos de Melo Bernardino



Trabalho de Concluso de Curso apresentado como exigncia parcial para a obteno do ttulo de Graduao do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi

SO PAULO 2009

iii

Trabalho____________ em: ____

de_______________de 2009.

______________________________________________

Prof. MSc. Jos Carlos de Melo Bernardino

______________________________________________

Prof. MSc. Maurcio Costa Cabral da Silva



Trabalho de Concluso de Curso apresentado como exigncia parcial para a obteno do ttulo de Graduao do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi

Comentrios:_________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

iv

Aos meus pais Luiz e Rita, pelo amor e dedicao que sempre me

transmitiram e pelo exemplo incessante de fora de vontade.

Ao meu irmo Rodolfo pelo companheirismo e alegria contagiantes,

que serviram de estimulo para seguir em frente.

v

AGRADECIMENTOS

Chegar a este momento a vitria de uma batalha muito especial. Mas aqui cheguei

com a ajuda de muitos e nada mais justo do que agradec-los.

Agradeo ao meu Orientador o Professor Jos Carlos de Melo Bernardino, pelo

incentivo, pacincia e dedicao e ao Professor Wilson Shoji Iyomasa pelas

sugestes de melhoria ao trabalho.

Aos Colegas de trabalho da SABESP, Eng. Jairo Tardelli, Eng. Humberto De Luca,

Eng. Eliane Xavier, Eng. Nivaldo Rodrigues, Tecg. Hilton Alexandre, Sheilla

Marques Guedes e Tecg Marzeni Pereira da Silva, por compartilhar o

conhecimento, enriquecendo de maneira muito significativa o contedo aqui exposto.

Aos Amigos de Turma pelo apoio nos momentos difceis, pacincia nos momentos

necessrios e pelos muitos momentos alegres, que com certeza estaro registrados

para sempre na minha memria.

Por fim gostaria de agradecer aos meus familiares e amigos, pelo apoio nessa difcil

trajetria e pela compreenso nas ausncias inevitveis.

vi

RESUMO A reduo de perdas reais em redes de distribuio de extrema importncia para a sade econmica e ambiental de uma companhia de saneamento bsico, uma vez que a gua um bem finito dotado de valor econmico e os conflitos entre seus diversos usos so, a cada dia, mais numerosos. O parmetro responsvel por uma parcela significativa dessas perdas a presso a que a rede est sujeita, j que, a vazo dos vazamentos diretamente proporcional a essa presso. A aplicao de Vlvulas Redutoras de Presso em redes de distribuio tem justamente o intuito de reduzir a presso a jusante da vlvula para nveis operacionais satisfatrios, reduzindo assim a vazo dos vazamentos que ocorrem na distribuio, alm de proporcionar a reduo do nmero de ocorrncia de vazamentos. O estudo de caso apresentado nesse trabalho mostra a implantao de um conjunto de redutor de presso em uma unidade operacional da Companhia de Saneamento Bsico do Estado de So Paulo, desde a sua concepo at sua entrada em operao e medindo a eficincia do mtodo de controle. Palavras Chave: Redes de distribuio de gua, Perdas, Vlvulas Redutoras de Presso.

vii

ABSTRACT The reduction of real losses in distribution networks is extremely important for the economic and environmental health of a company of basic sanitation, since the water is a finite resource with economic value and the conflicts between their various uses are, for each days, more numerous. The parameter responsible for a significant portion of these losses is pressure to which the network is subject, since the flow of leaks is directly proportional to this pressure. Applying Pressure-Reducing Valves in distribution networks is precisely the aim of reducing the pressure downstream of the valve for operating levels satisfactory, thus reducing the flow of leaks that occur in distribution, in addition to providing the reduction of occurrence of leaks. The case study presented in this paper, shows the implantation of a set of pressure reducer in an operating unit of Companhia de Saneamento Basico do Estado de Sao Paulo (SABESP), from conception to start-up, measuring the efficiency of the method of control. Keywords: networks of water distribution, losses, pressure reducing valve.

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 5.1 Sistema de abastecimento de gua

Figura 5.2 Perdas em sistemas de abastecimento de gua

Figura 5.3 Esquema geral do sistema de abastecimento de gua

Figura 5.4 Exemplos de durao de vazamentos

Figura 5.5 Conceito do Fator Noite/ Dia FDN < 24h/dia

Figura 5.6 Conceito do Fator Noite/ Dia FDN > 24h/dia

Figura 5.7 Setorizao em sistemas de abastecimento

Figura 5.8 Componentes do controle de Perdas Reais

Figura 5.9 VRP Automtica

Figura 5.10 Esquema de funcionamento de uma VRP de sada fixa

Figura 5.11 Esquema de funcionamento da VRP Modulada pela Vazo

Figura 5.12 Grfico para verificao de cavitao nas VRPs

Figura 5.13 Instalao tpica de uma VRP (Planta)

Figura 5.14 Instalao tpica de uma VRP (perspectiva)

Figura 6.1 Setores de Abastecimento da ML

Figura 6.2 Distribuio das perdas na ML

Figura 6.3 ndice de perdas anualizado da ML 2008-2009

Figura 6.4 Evoluo do nmero de VRPs na ML ao longo dos anos

Figura 6.5 VRP Singer 106-PG

Figura 6.6 Esquema de Instalao da VRP Antonio de Siqueira

Figura 6.7 Execuo da Laje Superior da Caixa da VRP

Figura 6.8 Obra da VRP Antonio de Siqueira Concluda

Figura 6.9 Vazo e Presso a jusante da VRP (antes e aps a regulagem)

Figura 6.10 Presso a montante da VRP (antes e aps a regulagem)

Figura 6.11 Presso no ponto crtico (antes e aps a regulagem)

ix

Figura 6.12 Comparativo de vazes na sada de VRP no perodo de pr-operao

Figura 6.13 Comparativo das curvas de vazo do dia tpico

Figura 7.1 Esquema Comparativo da economia obtida

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 5.1 Caracterizao geral das perdas

Tabela 5.2 Principais Causas de Vazamentos

Tabela 5.3 Tabela para dimensionamento de VRPs

Tabela 6.1 Caractersticas dos setores da ML

Tabela 6.2 Zonas de Presso e DPs x Setores de Abastecimento

Tabela 6.3 Extenso, dimetro e materiais de redes primrias x Setor de Abastecimento

Tabela 6.4 Extenso, dimetro e materiais de redes secundrias x Setor de Abastecimento

Tabela 6.5 Extenso x Idades das redes de distribuio secundrias x Setor de Abastecimento

xi

LISTA DE QUADROS

Quadro 5.1 Matriz de Balano Hdrico

Quadro 5.2 Lista de Materiais para o Conjunto Redutor DN 80 mm

Quadro 5.3 Quantidade de Caixas e Tampes em funo do Dimetro da VRP

Quadro 6.1 Matriz de Balano Hdrico da ML

Quadro 6.2 Pontos Monitorados

xii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABENDE Associao Brasileira de Ensaios No Destrutivos

ABES Associao Brasileira de Engenharia Sanitria

CLP Controlador Lgico Programvel

DMC Distrito de Medio e Controle

DP Distrito Pitomtrico

IWA International Water Association

M Diretoria Metropolitana da SABESP

ML Unidade de Negcio Leste da SABESP

PLANASA Plano Nacional de Saneamento

SABESP Companhia de Saneamento Bsico do Estado de So Paulo

SAM Sistema Adutor Metropolitano

UN Unidade de Negcio

VD Volume Disponibilizado

VRP Vlvula Redutora de Presso

VU Volume Utilizado

xiii

LISTA DE SMBOLOS

IP ndice de perdas

Q Vazo

P Presso

1N Expoente que depende do material da relao presso x vazo dos vazamentos

vxK Coeficiente de vazo

G Densidade do lquido em relao a gua

P Perda de carga admissvel

xiv

SUMRIO p.

1. INTRODUO ..................................................................................................... 1

2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 3

2.1 Objetivo Geral ................................................................................................. 3

2.2 Objetivo Especfico ........................................................................................ 3

3. MTODO DE TRABALHO .................................................................................. 4

4 JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 5

5 APLICAO DE VALVULAS REDUTORAS DE PRESSO NA REDUO DE PERDAS REAIS EM REDES DE DISTRIBUIO DE GUA. ................................... 7

5.1 Sistemas de abastecimento de gua ............................................................ 7 5.1.1 Histrico .................................................................................................... 7

5.1.2 Definies .................................................................................................. 7

5.2 Controle e Reduo Perdas em sistemas de abastecimento de gua ..... 11 5.2.1 Introduo s perdas em sistemas de abastecimento ............................. 11

5.2.2 Tipos de perdas ....................................................................................... 12

5.2.3 Indicadores de perdas ............................................................................. 17

5.2.4 Perdas reais ............................................................................................ 19

5.2.5 Controle de Perdas Reais em redes de distribuio de gua .................. 25

5.3 Vlvulas Redutoras de Presso .................................................................. 30 5.3.1 Princpio de Funcionamento .................................................................... 30

5.3.2 Tipos de VRPs......................................................................................... 31

5.3.3 Noo sobre o funcionamento dos CLPs utilizados em VRPs ................ 33

5.4 Aplicao de VRPs em redes de distribuio ............................................ 34 5.4.1 Dados necessrios para a escolha da rea de instalao de uma VRP . 34

5.4.2 Dimensionamento de VRPs .................................................................... 35

xv

5.4.3 Instalao e Infra-estrutura necessria ................................................... 37

5.4.4 Pr-operao ........................................................................................... 41

5.4.5 Operao regular ..................................................................................... 43

5.4.6 Superviso .............................................................................................. 44

5.4.7 Manuteno ............................................................................................. 45

6 IMPLANTAO DE VRPS NA UNIDADE DE NEGCIO LESTE - SABESP .. 46

6.1 Caracterizao Operacional da Unidade de Negcio Leste ...................... 46 6.1.1 Breve Histrico da UN Leste ................................................................... 46

6.1.2 Caractersticas fsicas, Infra-Estrutura e Perdas na ML .......................... 46

6.1.3 VRPs na Unidade de Negcio Leste ....................................................... 56

6.2 VRP Antonio de Siqueira ............................................................................. 57 6.2.1 Caractersticas Fsicas e Estudos Preliminares da rea da VRP ............ 57

6.2.2 Dimensionamento do conjunto da VRP ................................................... 59

6.2.3 Instalao da VRP ................................................................................... 60

6.2.4 Comissionamanto e Campanhas de Medio de Vazo e Presso da

VRP............. .............................................................................................. 64

6.2.5 Resultados obtidos .................................................................................. 69

7 ANLISE DOS RESULTADOS ......................................................................... 71

8 CONCLUSES .................................................................................................. 74

9 RECOMENDAES.......................................................................................... 75

REFERNCIAS ......................................................................................................... 76

ANEXO A .................................................................................................................... 1

1. INTRODUO

inimaginvel a vida humana sem gua. O homem tem empreendido esforos

desde as civilizaes mais remotas para ser suprido de forma satisfatria com este

bem to precioso. Existem registros histricos de obras com este fim que datam de

6000 a.C.

Entretanto, os sistemas pblicos de abastecimento de gua passaram ter uma

evoluo mais acentuada a partir da inveno e utilizao dos tubos de ferro fundido

em grande escala. No Brasil a expanso dos sistemas de abastecimento se deu a

partir do sculo XIX onde vrias cidades passaram a contar com o servio. Hoje

aproximadamente 90 % da populao urbana brasileira atendida com o servio de

abastecimento de gua.

Mesmo com a evoluo da tecnologia e dos materiais, as perdas de gua em

sistemas de abastecimento de gua sempre foram uma constante. Nos sistemas

brasileiros os volumes de perdas so bastante significativos. Na ltima dcada

esforos tm sido empregados no sentido de reduzir os volumes perdidos.

Focando a parte do sistema de abastecimento de gua responsvel por distribuir e

entregar gua ao consumidor final, as redes de distribuio, um importante fator que

influencia de forma considervel o numero e vazo dos vazamentos (responsveis

por uma parcela significativa das perdas) so as presses a que a rede est

submetida, portanto, gerir as presses nas redes de distribuio fundamental para

um atendimento adequado aos consumidores e para reduo de perdas reais.

Uma das ferramentas para ajustar as presses da rede de distribuio a limites

adequados a utilizao de Vlvulas Redutoras de Presso (VRPs), que

basicamente, quando implantadas tem por funo reduzir a presso jusante da

vlvula, criando um sub-setor de controle perfeitamente definido onde possvel a

partir da cota piezomtrica estabelecida na sada da vlvula garantir o

abastecimento no sub-setor sem prejuzos aos pontos mais desfavorveis e com

presses adequadas do ponto de vista operacional.

2

A implantao de VRPs aliada a outras aes voltadas a reduo de perdas reais,

como, por exemplo, as pesquisas de vazamentos, tem apresentado resultados

satisfatrios e reduzido o ndice de perdas nas reas de atuao das vlvulas,

tornando essa soluo bastante utilizada, cabendo neste estudo uma exposio

mais detalhada do tema, buscando demonstrar com dados operacionais a eficcia

deste mtodo de controle de presso para a reduo de perdas reais nos sistemas

de abastecimento.

3

2. OBJETIVOS

Este estudo tem por objetivo caracterizar as perdas de gua em sistemas pblicos

de abastecimento, dando destaque s redes de distribuio, elencar suas principais

causas e conseqncias e demonstrar algumas das medidas aplicadas para

reduo do ndice de perdas reais no sistema.

2.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste estudo demonstrar a importncia do desenvolvimento

operacional dos sistemas de distribuio de gua, no sentido de possibilitar a

reduo de perdas reais, melhorando assim a eficincia operacional das prestadoras

de servios de saneamento e contribuindo diretamente para a conservao dos

recursos hdricos, visto que, a gua cada vez mais reconhecida como um recurso

natural escasso.

2.2 Objetivo Especfico

O objetivo especfico deste trabalho expor a aplicao de Vlvulas Redutoras de

Presso (VRPs) no gerenciamento das presses nas redes de distribuio de gua

dentro da rea de atuao da Unidade de Negcio Leste da Companhia de

Saneamento Bsico do Estado de So Paulo (SABESP), alm do estudo da

influncia desse mtodo de controle, na reduo das perdas reais dentro da rea de

atuao das vlvulas nos setores de abastecimento.

4

3. MTODO DE TRABALHO

O trabalho foi desenvolvido a partir de pesquisa e seleo de livros tcnicos, artigos,

normas, trabalhos de consultoria e material desenvolvido na SABESP, relacionados

ao tema Reduo de Perdas em sistemas abastecimento de gua, mtodos de

gerenciamento de presses em redes de distribuio por meio da aplicao de

Vlvulas Redutora de Presso (VRPs).

Na continuao do trabalho foi realizada a organizao da bibliografia selecionada,

leitura e anlise dos artigos relacionados ao tema, com o objetivo de dar a

fundamentao terica necessria continuidade do estudo.

Para demonstrar a aplicao e a viabilidade do tema proposto, foi selecionada a

rea de uma VRP na Unidade de Negcio Leste da SABESP e para a vlvula

escolhida foram coletados dados operacionais de campo, necessrios avaliao

da aplicao da VRP no gerenciamento das presses na rea de atuao da mesma

e os ganhos obtidos com relao reduo de perdas reais.

O trabalho prtico consistiu basicamente em acompanhar a instalao de uma VRP

medir de maneira sistemtica as vazes que nela passaram antes e aps sua

entrada em operao, acompanhar o ajuste das presses jusante da vlvula para

que o ponto crtico de abastecimento no fosse prejudicado e posterior comparao

com os resultados esperados pelo projeto.

Aps a etapa de levantamento de dados no campo, com subsdio da bibliografia

consultada, realizou-se a anlise dos dados obtidos, a verificao da funcionalidade

da aplicao proposta, exposio dos resultados obtidos e consideraes sobre o

trabalho realizado.

5

4 JUSTIFICATIVA

A crescente preocupao com a utilizao de recursos naturais de maneira racional

para que as prximas geraes tenham a garantia de acesso a esses recursos,

conduz todas as esferas de nossa sociedade reflexo. Quando o assunto gua

essa preocupao se potencializa, j que a gua elemento fundamental para

existncia humana.

Os conflitos para obteno desse recurso (gua) e entre seus diversos usos so

cada vez mais freqentes e numerosos. O abastecimento humano sendo uso

prioritrio entre os demais deve ser garantido, e para isso a gua deve ser utilizada

de maneira eficiente e responsvel.

As empresas prestadoras de servios de saneamento tm importante papel na

conservao da gua, j que so as responsveis por produzi-la e entreg-la em

quantidade suficiente e com qualidade ao consumidor final. Durante as etapas de

captao, tratamento, aduo, reserva e distribuio ocorrem perdas de vrios tipos

e em volumes significativos. A busca em reduzir esses volumes tem sido objetivo de

primeira relevncia por parte das concessionrias, j que alm do aspecto

importantssimo de conservao dos recursos hdricos (reduo de perdas reais), h

tambm o aspecto da eficincia operacional, sendo o ndice de perdas de uma

empresa de saneamento um importante indicador dessa eficincia.

Seguindo nessa linha, aes tm sido desenvolvidas por concessionrias de

servios de saneamento para combater as perdas em sistemas pblicos de

abastecimento de gua. Dando nfase rea de distribuio, objeto deste estudo, a

literatura afirma que as presses a que as redes esto submetidas um dos

principais fatores que influenciam o nmero e a vazo de vazamentos, portanto, gerir

de forma eficiente s presses na rede de distribuio uma das ferramentas de

combate s perdas reais.

Considerando os argumentos acima expostos este estudo justifica-se por abordar de

forma sistemtica o mtodo de gerenciamento de presses na rede de distribuio

6

atravs da aplicao de Vlvulas Redutora de Presso (VRPs), apresentando os

ganhos obtidos tanto no aspecto operacional quanto na reduo das perdas reais e

conseqente conservao de recursos hdricos.

7

5 APLICAO DE VALVULAS REDUTORAS DE PRESSO NA REDUO DE PERDAS REAIS EM REDES DE DISTRIBUIO DE GUA.

5.1 Sistemas de abastecimento de gua

5.1.1 Histrico

De acordo com Tsutiya (2004), desde que as pessoas passaram a dominar a

agricultura e a viver em cidades, surgiu a necessidade de dispor de gua tanto para

irrigao quanto para atendimento das necessidades humanas, o que motivou a

construo das primeiras obras com essas finalidades. Registros histricos e runas

dessas obras so encontrados na regio da antiga Mesopotmia, Egito, Turquia, Ilha

de Creta na Grcia e em territrios dominados pelo Imprio Romano. No Brasil, a

primeira cidade a ser suprida por sistema de abastecimento de gua foi o Rio de

Janeiro que em 1561 teve seu primeiro poo escavado por Estcio de S e em 1673

iniciaram-se as obras de aduo de gua para a cidade (TSUTIYA, 2004).

Nas ultimas dcadas a implantao de sistemas de abastecimento de gua no Brasil

teve imenso progresso muito em funo do PLANASA Plano Nacional do

Saneamento, levando o pas a atingir nveis de atendimento de cerca de 90 % da

populao urbana (TSUTIYA, 2004), o que se traduz em aproximadamente 28,9

milhes de ligaes de gua, conforme ABES (2003 apud TSUTIYA, 2004).

5.1.2 Definies

Sistemas abastecimento de gua podem ser definidos como o conjunto de obras

equipamentos e servios destinados ao abastecimento de gua potvel a uma

comunidade para fins de consumo domstico, servios pblicos, consumo industrial

e outros usos. Essa gua fornecida pelo sistema dever ser, em quantidade

suficiente e da melhor qualidade, do ponto de vista fsico, qumico e bacteriolgico

(NETTO, 1998).

8

Basicamente os sistemas de abastecimento de gua so constitudos por Manancial,

Captao, Estaes elevatrias, adutoras, Estao de tratamento de gua,

Reservatrios e Rede de Distribuio, definidos a seguir:

Figura 5.1 Sistema de Abastecimento de gua

Fonte: NIIDA (2004 apud TSUTIYA, 2004).

5.1.2.1 Manancial

o corpo de gua superficial ou subterrneo, de onde retirada a gua para o

abastecimento (TSUTIYA, 2004). O manancial subterrneo pode ser entendido

como aquele cuja gua seja retirada do subsolo, podendo aflorar superfcie ou ser

elevada artificialmente atravs de conjuntos motor-bomba, j os mananciais

superficiais so constitudos pelos crregos, rios, lagos, represas, etc., ou seja, so

os que possuem o espelho dgua na superfcie terrestre. As guas desses

mananciais devero atender requisitos mnimos no que diz respeito qualidade das

mesmas no ponto de vista fsico qumico e bacteriolgico, como tambm atender s

necessidades quantitativas (NETTO, 1998).

9

5.1.2.2 Captao

Conjunto de estruturas e dispositivos, construdos ou montados junto ao manancial,

para retirada de gua destinada ao sistema de abastecimento. As obras de captao

devem ser projetadas e construdas para funcionar em qualquer poca do ano,

permitir a retirada de gua para o sistema de abastecimento em quantidade

suficiente ao abastecimento e com a melhor qualidade possvel e facilitar o acesso

para operao e manuteno (TSUTIYA, 2004).

5.1.2.3 Adutoras

Tubulaes e rgos acessrios que se destinam a transportar a gua entre as

unidades do sistema que anteriores rede de distribuio. No tem a finalidade de

distribuir a gua aos consumidores, mas podem existir as derivaes que so as sub

adutoras (TSUTIYA, 2004). Elas interligam a captao e tomada dgua estao

de tratamento de gua, e esta aos reservatrios. As adutoras e subadutoras podem

ser classificadas como de gua bruta ou de gua tratada, de acordo com a natureza

da gua transportada e ainda classificadas quanto a energia utilizada para

transporte da gua, podendo ser por gravidade (conduto livre ou conduto forado),

por recalque ou ainda mistas pela combinao das duas anteriores (NETTO, 1998).

5.1.2.4 Estaes Elevatrias

Segundo Tsutiya (2004), Estao Elevatria o conjunto de obras e equipamentos

destinados a recalcar a gua para a unidade seguinte. Em sistemas de

abastecimento de gua, geralmente h vrias estaes elevatrias, tanto para o

recalque de gua bruta, quanto para recalque de gua tratada. Tambm comum a

estao elevatria do tipo booster, que se destina a aumentar a presso e/ou

vazo em adutoras ou redes de distribuio de gua.

10

5.1.2.5 Estao de tratamento de gua

Conjunto de unidades destinado a tratar a gua de modo a adequar as suas

caractersticas aos padres de potabilidade (TSUTIYA, 2004). Segundo Netto

(1998), o tratamento da gua efetuado para atender vrias finalidades sendo

finalidades higinicas a remoo de bactrias, eliminao ou reduo de

substncias txicas ou nocivas; reduo do excesso de impurezas; reduo de

teores elevados de compostos orgnicos, algas, protozorios e outros

microrganismos, como finalidades estticas correo da cor, turbidez, odor e sabor e

como finalidades econmicas a reduo da corrosividade, dureza, cor, turbidez,

ferro, mangans, odor e sabor.

5.1.2.6 Reservatrios de Distribuio Segundo Netto (1998), reservatrios so os elementos dos sistemas de

abastecimento responsveis por absorver as variaes horrias de vazo garantindo

o fornecimento s redes de distribuio durante as horas de maior consumo, alm

de ter a funo de garantir os nveis necessrios para que as presses na rede se

mantenham. Os reservatrios podem ser classificados quanto sua configurao,

podendo ser enterrados, semi-enterrados, apoiados ou elevados, sendo tambm

classificados quanto sua posio em relao rede, podendo ser de montante ou de

jusante.

5.1.2.6 Redes de Distribuio A rede de distribuio a parte do sistema formada por tubulaes e rgos

acessrios destinada a entregar a gua ao consumidor final, para tanto deve dispor

de gua em quantidade, qualidade e com presso adequada (TSUTIYA, 2004).

As canalizaes das redes de distribuio so classificadas em dois tipos, principais

e secundrias. As principais so as de maior dimetro tendo como funo alimentar

as tubulaes secundrias, j as secundrias, de menor dimetro, tem como

finalidade o atendimento direto aos pontos de consumo do sistema (NETTO, 1998).

11

Quanto disposio das canalizaes principais e o sentido de escoamento nas

canalizaes secundrias, as redes de distribuio podem ser classificadas em trs

tipos: ramificada, malhada, ou ainda, mistas. As redes ramificadas so assim

denominadas, por apresentarem uma tubulao tronco alimentada por um

reservatrio ou estao elevatria que abastece diretamente as tubulaes

secundrias sendo conhecido o sentido de escoamento da vazo em qualquer

trecho. Redes malhadas so aquelas onde as tubulaes principais formam anis ou

blocos, sendo possvel abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um

caminho o que confere rede maior flexibilidade para manutenes, minimizando a

rea afetada por interrupes de fornecimento de gua. As redes mistas consistem

na associao de redes ramificadas com redes malhadas (TSUTIYA, 2004).

As presses a que a rede de distribuio estar submetida so importante parmetro

para projeto das mesmas. A NBR 12118 estabelece que a rede deve ser projetada

para que se tenha uma presso esttica mxima 500 kPa (50 mH2O) em funo da

resistncia das tubulaes existentes e do controle de perdas, no limite inferior uma

presso dinmica mnima de 100 kPa (10 mH2O) de modo a abastecer os

reservatrios domiciliares (ABNT, 1994). Buscando atender os limites de presso, a

rede pode ser subdividida em zonas de presso (alta, mdia, e baixa), sendo cada

zona de presso abastecida por um reservatrio de distribuio. A rea abrangida

pelo reservatrio denominada setor de abastecimento. Em geral para atendimento

da zona alta utiliza-se um reservatrio elevado ou booster, para as zonas mdias e

baixa so utilizados reservatrios apoiado, semi-enterrado, enterrado e/ou VRPs

(TSUTIYA, 2004).

5.2 Controle e Reduo Perdas em sistemas de abastecimento de gua

5.2.1 Introduo s perdas em sistemas de abastecimento

Nas obras de infra-estrutura urbana h uma tendncia a se supervalorizar a

construo deixando em segundo plano a operao e manuteno. A suposio

de que o simples fato de se implantar a infra-estrutura garantia de um

funcionamento perfeito muito comum. Porm, o que se nota que num curto

prazo, a obra, os equipamentos e instrumentos sofrem um certo nvel de

12

deteriorao e o no reparo adequado leva ao comprometimento de suas

funcionalidades. Nos sistemas de abastecimento no diferente. Imagina-se que a

operao e manuteno dos sistemas de abastecimento teriam carter meramente

passivo e corretivo, ficando distante de tcnicas prprias, agilidade, eficincia e

eficcia que se deseja para esses sistemas.

A ocorrncia de perdas em sistemas de abastecimento de gua se d desde a

captao no manancial, at a distribuio ao consumidor final. Tais perdas so em

grande parte oriundas de uma operao e manuteno das canalizaes deficiente

e tambm de inadequada gesto comercial das empresas de saneamento.

Entretanto no possvel contar com um nvel de perdas zero pelo fato de que em

sistemas de abastecimento existem tubulaes enterradas pressurizadas (ocorrncia

de vazamentos no-visveis e no-detectveis) e da impreciso em medidores de

volume e vazes, que levam as perdas a um nvel aceitvel, do ponto de vista

operacional, econmico e de conservao de recursos hdricos.

Aes contnuas no combate e reduo de perdas leva a uma melhoria da

performance econmica da companhia de saneamento podendo reverter tal

resultado em tarifas mais baratas e tambm postergao de investimentos na

ampliao dos sistemas de produo, aduo e reservao de gua (TARDELLI

FILHO, 2004).

5.2.2 Tipos de perdas

As perdas em sistemas de abastecimento podem ser classificadas em reais e

aparentes.

Perdas reais so aquelas que correspondem ao volume de gua produzido que no

chega ao consumidor final. A principal causa das perdas reais so os vazamentos

ocorridos nas adutoras, redes de distribuio, reservatrios e extravasamento de

reservatrios setoriais.

Perdas Aparentes correspondem ao volume de gua consumido, porm no

contabilizado pela companhia de saneamento. As perdas aparentes so decorrentes

13

de erros de medio nos hidrmetros e demais tipos de medidores, fraudes, ligaes

clandestinas e falhas no cadastro comercial (TARDELLI FILHO, 2004).

Tabela 5.1 Caracterizao geral das perdas

Fonte: TSUTIYA (2004).

Em geral, as perdas podem ser avaliadas medindo-se a vazo (ou volume) no ponto

inicial de uma fase do sistema de abatecimento e no ponto final da mesma fase, a

diferena entre as vazes medidas constitui a perda, como ilustrado na Figura 5.2.

14

Figura 5.2 Perda em sistemas de abastecimento

Fonte: SABESP (2005).

Quantificar e representar os usos da gua em um sistema de abastecimento em

todas as suas etapas proporciona uma viso integrada e completa dos fluxos de

processo, importaes, exportaes, pontos de medio e pontos de uso ou

consumo, como mostra a Figura 5.3 (TARDELLI FILHO, 2004).

Figura 5.3 Esquema geral do sistema de abastecimento de gua

Fonte: ALEGRE (2000 apud TSUTIYA, 2004).

15

Uma das formas de avaliar de maneira estruturada os componentes dos fluxos e dos

usos da gua no sistema e os seus valores absolutos ou relativos o balano

hdrico, sendo uma poderosa ferramenta de gesto, j que podem ser gerados

diversos indicadores de desempenho com o objetivo de acompanhar aes tcnicas,

operacionais e empresariais. Com o intuito de uniformizar uma estruturao bsica

para o Balano Hdrico a International Water Association (IWA) props uma matriz

com as variveis que compe os fluxos e usos da gua, conforme mostra o Quadro

5.1 (SABESP, 2005).

Quadro 5.1 Matriz de Balano Hdrico


Para melhor entendimento a seguir so apresentadas as definies dos

componentes do balano hdrico, segundo a IWA.

16

gua que entra no sistema: Volume anual de gua introduzido na parte do sistema de abastecimento que objeto do clculo do Balano Hdrico;

Consumo Autorizado: Volume anual medido e/ou no medido fornecido a consumidores cadastrados, prpria empresa de saneamento (usos

operacionais) e a outros que estejam autorizados a faz-lo;

Perdas de gua: volume referente diferena entre a gua que entra no sistema e o consumo autorizado;

Consumo Autorizado Faturado: volume que gera receita potencial para a companhia de saneamento corresponde somatria dos volumes constantes

nas contas emitidas aos consumidores;

Consumo Autorizado No-Faturado: volume que no gera receita para a empresa de saneamento, oriundo de usos legtimos de gua no sistema de

distribuio;

Perdas Aparentes: correspondem aos volumes consumidos, porm no-contabilizados;

Perdas Reais: correspondem aos volumes que escoam atravs dos vazamentos nas tubulaes, vazamentos nos reservatrios e extravasamentos nos

reservatrios;

guas Faturadas: representam a parcela de gua comercializada, traduzida no faturamento do fornecimento de gua ao consumidor;

guas No-Faturadas: representam a diferena entre os totais anuais da gua que entra no sistema e do consumo autorizado faturado.

17

5.2.3 Indicadores de perdas

Os indicadores so os instrumentos pelos quais possvel retratar a situao das

perdas, gerenciar a evoluo dos volumes perdidos, redirecionar aes de controle e

ainda, em principio, comparar sistemas de abastecimento diferentes (TSUTIYA,

2004).

5.2.3.1 Indicador percentual Este indicador a relao entre o volume total perdido (Perdas reais + aparentes) e

o volume total produzido ou disponibilizado ao sistema (volume fornecido), em bases

anuais. A expresso bsica para a rede de distribuio de gua dada pela

equao (1):

( )%100FornecidoVolume

Perdido Total Volume =IP eq.(1)

O indicador percentual apresenta a desvantagem de dificultar a comparao de

performance entre sistemas distintos.

5.2.3.2 ndice de perdas por ramal

a relao entre o volume perdido total anual e o nmero de ramais existentes na

rede de distribuio de gua. O indicador por ramal tem a vantagem de introduzir um

fator de escala para comparao entre sistemas de diferentes tamanhos, e pode

ser expresso pela equao (2):

( )diaramalmIPramal ./365ramaisde n Anual Perdido Volume 3= eq.(2)

Por ser intimamente dependente do nmero de ramais, este indicador pode

apresentar valores muito elevados quando for aplicado em rea de baixa ocupao

urbana, portanto, recomenda-se seu uso apenas onde a densidade de ramais for

18

superior a 20 ramais / km, o que ocorre em praticamente todas as reas urbanas

(TSUTIYA, 2004).

5.2.3.3 ndice de perdas por extenso de rede Indicador que relaciona o volume perdido total anual com a extenso da rede de

distribuio de gua, tambm apresentando um fator de escala. Pode ser calculado

de acordo com a equao (3):

( ) ( )diakmmIPk ./365rede de Extenso Anual Perdido Volume 3= eq.(3)

Este indicador pode apresentar valores altos quando ocorre uma ocupao urbana

muito elevada, seu emprego recomendado quando a densidade de ramais

inferior a 20 ramais/km, geralmente as regies que apresentam essa caracterstica

so os subrbios urbanos com caractersticas prximas ocupao rural (TARDELLI

FILHO, 2004).

5.2.3.4 ndice infra-estrutural de perdas O indicador infra-estrutural, desenvolvido pelo IWA a proposta mais recente para

avaliao das perdas e permitir a comparao entre sistemas distintos (citao). Tal

indicador relaciona a condio atual de perdas de um sistema com o nvel mnimo de

perdas esperado para o mesmo sistema (perdas inevitveis), sendo um nmero

adimensional. calculado de acordo com a equao (4):

( )ladmensionaAnualInevitvelTotalPerdidoVolume

Anual Total Perdido Volumeestrutural-Infra ndce = eq.(4)

Como vantagem este indicador apresenta a incorporao de variveis que

influenciam de forma importante as perdas, como por exemplo, a presso de

operao da rede.

19

5.2.4 Perdas reais

5.2.4.1 Vazamentos Os vazamentos ocorrem em todas as etapas do sistema de abastecimento de gua,

dependendo da extenso e das condies de implantao as redes de distribuio e

os ramais prediais so as partes do sistema onde a ocorrncia e os volumes dos

vazamentos so maiores, levantamentos efetuados na Regio Metropolitana de

So Paulo apontaram que dos vazamentos consertados na distribuio, cerca de

90% ocorreram nos ramais prediais e cavaletes, ficando os restantes 10% para as

redes primrias e secundrias (TARDELLI FILHO, 2004).

Segundo Tardelli Filho (2004) estima-se que a vazo dos vazamentos nas redes

primrias e secundrias seja muito superior aos que ocorrem nos cavaletes e

ramais. A Tabela 5.2 mostra as principais causas dos vazamentos.

Tabela 5.2 Principais causas de vazamentos

Fonte: Tardelli Filho (2004).

20

Os vazamentos podem ser classificados em dois tipos, sendo visveis e no-visveis.

Vazamentos visveis so aqueles facilmente detectveis por tcnicos das empresas

de saneamento e at mesmo pela populao. Nestes casos as equipes de

manuteno podem ser prontamente acionadas e o reparo efetuado rapidamente.

Vazamentos no-visveis no so to simples de se detectar, exigindo-se a

aplicao de tcnicas e equipamentos especficos para sua deteco sem que seja

necessrio esperar que o vazamento aflore e assim o reparo seja efetuado. Essas

pesquisas devem ser realizadas periodicamente para que os resultados sejam

satisfatrios. Mesmo realizando essas pesquisas no possvel detectar todos os

vazamentos no-visveis (vazamentos inerentes), seja por limitao dos

equipamentos, seja por inviabilidade econmica (TARDELLI FILHO, 2004).

5.2.4.2 Durao dos Vazamentos

Durao de um vazamento o intervalo de tempo entre o surgimento e o reparo do

mesmo pela equipe de manuteno. Nas redes de distribuio a durao mdia de

um vazamento dada pela soma de trs componentes: conhecimento, localizao e

reparo, definidos a seguir:

Conhecimento: tempo mdio entre o incio do vazamento e o instante em que a empresa de saneamento toma conhecimento do vazamento;

Localizao: tempo mdio entre o conhecimento do vazamento pela companhia at sua localizao exata;

Reparo: Tempo mdio entre a localizao e o estancamento definitivo do vazamento.

Nos vazamentos visveis o tempo de localizao praticamente nulo, j que em

geral ao se tomar conhecimento do mesmo, se tem idia do local onde ocorre. Nos

vazamentos no-visveis o tempo de conhecimento bem superior em relao aos

visveis. J nos vazamentos inerentes o tempo para conhecimento infinito. A

Figura 5.4 apresenta exemplos de durao de vazamentos.

21

Figura 5.4 Exemplos de durao de vazamentos


5.2.4.3 Relao entre Presso e Vazo dos Vazamentos

Elevadas presses na rede de distribuio tem efeito duplo na quantificao dos

volumes perdidos. Ao mesmo tempo em que a freqncia de arrebentados aumenta

a vazo dos vazamentos tambm maior (TARDELLI FILHO, 2004).

A vazo dos vazamentos tem relao direta com o tipo de material da rede, isso

porque para tubos metlicos a rea da seo do furo do vazamento constante

independente da presso a que a rede est submetida. J os tubos plsticos (PVC e

PEAD) tm a rea do furo varivel com a presso de servio da rede, quanto maior a

presso maior a rea do furo, o que aumenta de forma significativa a vazo dos

vazamentos (SABESP, 2005). A Equao 5 apresenta a relao existente entre

vazo dos vazamentos e a presso de servio na rede.

1

0

1

0

1N

PP

QQ

= eq.(5)

onde:

Q0 = Vazo inicial presso P0;

Q1 = Vazo final presso P1;

N1 = expoente que depende do tipo de material dos tubos.

22

Ensaios realizados em alguns pases apontam os seguinte valores para N1:

Tubos metlicos: N1 = 0,5 Tubos plsticos: N1 entre 1,5 e 2,5 Vazamentos inerentes: N1 1,5

Para sistemas com redes compostas por materiais diferentes, caso mais comum, o

expoente N1 apresenta valores prximos a 1,15. Porm, para fins prticos admite-se

para N1 o valor de 1, assim sendo, a relao entre vazo do vazamento e presso

torna-se linear, ou seja, para uma diminuio de presso de 10% a vazo do

vazamento tambm vai diminuir 10% (SABESP, 2005).

5.2.4.4 Extravasamentos em Reservatrios de Distribuio

Como os reservatrios de distribuio tm por funo regularizar as vazes de

consumo horrias, seu nvel dgua varia durante o dia, de modo que esteja prximo

ao mnimo nas primeiras horas da noite a partir da ocorra o carregamento,

chegando nas primeiras horas da manh com seu volume mximo. Os

extravasamentos ocorrem justamente nesse perodo de carregamento, onde por

falta de equipamentos de controle a gua excedente corre para os extravasores e

muitas vezes os operadores do sistema nem tomam conhecimento do problema. A

determinao dos volumes perdidos nos extravasamentos bastante difcil e deve

ser efetuado com critrio. Em geral a magnitude das perdas por extravasamento tem

pouco impacto em termos de volume, em relao ao sistema (TARDELLI FILHO,

2004).

5.2.4.5 Determinao das Perdas Reais Quantificar as perdas uma tarefa relativamente fcil, para tanto basta subtrair do

volume disponibilizado os volumes autorizados (Volumes micromedidos + usos

operacionais). Entretanto fracionar as perdas totais em perdas reais e perdas

aparentes uma tarefa mais complexa que exige a adoo de hipteses e ensaios

de campo para sua determinao.

23

Segundo Tardelli Filho existem dois mtodos para determinar a parcela relativa s

perdas reais, sendo eles o Mtodo do Balano Hdrico e o Mtodo das Vazes

Mnimas Noturnas.

O Mtodo do Balano Hdrico consiste em determinar a partir dos dados de

macromedio o volume disponibilizado, subtrair do valor obtido a soma do volume

micromedido mais os usos operacionais (volumes autorizados) e ainda subtrair as

perdas aparentes, obtidas atravs de estimativas criteriosas. A Equao (6) define

as parcelas para o clculo das perdas reais pelo Mtodo do Balano Hdrico.

Aparentes Perdas-VA-VDReais Perdas = eq.(6)

Onde:

VD = Volume Disponibilizado

VA = Volume Autorizado (Micromedido + Usos Operacionais)

Este mtodo apresenta como vantagens a possibilidade de ser aplicado tanto em um

setor de abastecimento quanto em subsetores e distritos pitomtricos,

disponibilidade de dados de macromedio e micromedio nas empresas de

saneamento, as hipteses da qual o mtodo lana mo, em geral, so objetos de

estudos preexistentes e custo de aplicao relativamente barato. Como

desvantagem podem ser citadas as hipteses e estimativas efetuadas, o que pode

interferir na quantificao das perdas reais.

J o Mtodo das Vazes Mnimas Noturnas baseado na variao das vazes de

consumo durante o dia. A Vazo Mnima Noturna a que corresponde ao consumo

mnimo no dia, em geral este consumo ocorre entre 3:00 e 4:00 h. Sua determinao

realizada atravs de equipamentos de medio de vazo e presso.

A utilizao da Vazo Mnima Noturna para a quantificao das perdas reais

adequada, j que no momento em que ela ocorre h pouco consumo e as vazes

so estveis, o que significa que uma parcela considervel dessa vazo

corresponde a vazamentos. Porm, a vazo dos vazamentos obtida atravs da

24

Vazo Mnima Noturna corresponde vazo mxima dos vazamentos, pois, em

geral, no horrio de ocorrncia da mesma a presso no sistema e mxima e a

simples multiplicao do valor por 24 h superestimaria o volume dirio perdido.

Como soluo para esse problema introduziu-se no mtodo o Fator Noite/Dia, que

segundo Tardelli Filho um nmero dado em horas por dia, que multiplicado pela

vazo dos vazamentos (extrada da Vazo Mnima Noturna) resulta no Volume

Mdio Dirio dos Vazamentos, ou seja, nas Perdas Reais mdias do ensaio. Para a

determinao do Fator Noite/Dia mede-se a presso em um ponto mdio

representativo do subsetor e faz-se uso da relao presso x vazo dos vazamentos

descrita no item 5.2.4.3. As Figuras 5.5 e 5.6 ilustram o conceito do Fator Noite/Dia

(TARDELLI FILHO, 2004). Logo o Volume Dirio das Perdas Reais pelo mtodo da

Vazo Mnima Noturna dado pela equao (7).

( ) ( )Vazamentos dos VazoFND Reais Perdas das Dirio Volume = eq.(7)

onde: FND = Fator Noite/Dia.

Figura 5.5 Conceito do Fator Noite/Dia FND < 24h/dia

Fonte: Lambert (2002 apud TSUTIYA, 2004).

25

Figura 5.6 Conceito do Fator Noite/Dia FND > 24h/dia

Fonte: Lambert (2002 apud TSUTIYA, 2004).

5.2.5 Controle de Perdas Reais em redes de distribuio de gua

5.2.5.1 Unidades de Controle

A adequada operao das partes que constituem a distribuio de gua em um

sistema de abastecimento exige a compartimentao da rede de distribuio, de

maneira que se crie por meio da instalao e manobra de registros uma rea

perfeitamente definida onde seja possvel controlar os volumes disponibilizados para

a distribuio, realizar de campanhas de medio de Vazes mnimas noturnas,

controlar o plano piezomtrico ao longo do dia, monitorar a qualidade da gua, medir

volumes entregues aos clientes e os consumos sociais. A esse seccionamento d-se

o nome de Setor de Abastecimento, sendo definido a partir de pontos de entrega de

gua para a distribuio (Reservatrios de distribuio ou derivaes de adutoras).

Dentro do Setor de Abastecimento existem ainda outros nveis de setorizao. No

segundo nvel est o zoneamento piezomtrico, que consiste na implantao de

zonas de presso homogneas buscando atender os limites de presso

estabelecidos na NBR 12118 citados no item 5.1.2.6. Em geral, o zoneamento

piezomtrico composto por uma zona baixa abastecida pelo prprio reservatrio

setorial e uma zona alta que pode ser abastecida por um reservatrio elevado que

recebe gua recalcada do reservatrio setorial ou por uma elevatria que alimenta a

26

rede diretamente. No terceiro nvel esto as reas de influencia de boosters e VRPs

que tem, respectivamente, a funo aumentar e reduzir a presso na rede de

distribuio (TARDELLI FILHO, 2004).

H ainda os Distritos Pitomtricos (DPs) tambm conhecidos como Distritos de

Medio e Controle (DMCs), esses, no necessariamente tm sua rea vinculada a

algum Zoneamento Piezomtrico. Para que uma rea seja considerada um DP

necessrio que:

Nmero de ligaes entre 1.000 e 5.000; rea estanque, sem fluxo entre DPs adjacentes; Medio de vazo e presso na entrada do DP.

O DP importante ferramenta para o controle e reduo de perdas, o

monitoramento de reas menores permite a realizao de ensaios mais precisos,

alm de facilitar a implantao de aes corretivas, o que as torna mais eficazes. A

Figura 5.7 mostra um exemplo de setorizao em um sistema de abastecimento.

Figura 5.7 Setorizao em Sistemas de Abastecimento

Fonte: ABENDE (2001 apud TSUTIYA, 2004).

27

5.2.5.2 Aes para o Controle de Perdas Reais

O Controle de Perdas Reais passa basicamente por quatro etapas principais, que

tem por objetivo atuar no nvel de Perdas atual buscando atingir o nvel de Perdas

econmico (SABESP, 2005). Essas etapas so:

Controle ativo de vazamentos; Agilidade e Qualidade no reparo de vazamentos; Melhoria da condio da Infra-estrutura; Gerenciamento das presses.

Para garantir que as medidas citadas anteriormente sejam eficazes preciso

garantir uma boa qualidade dos materiais e equipamentos utilizados nos reparos dos

vazamentos, mo-de-obra qualificada para a execuo dos servios e a existncia

de um cadastro com informaes precisas das tubulaes, que demonstre fielmente

as caractersticas da infra-estrutura (TARDELLI FILHO, 2004). A Figura 5.8

apresenta um esquema com as aes a serem realizadas para reduo de perdas

reais.

Figura 5.8 Componetes do Controle de Perdas Reais


28

O componente e mais relevante para este trabalho o Gerenciamento das presses

na rede de distribuio. Como dito anteriormente as presses a que a rede de

distribuio est submetida so os principais fatores que influenciam o nmero e a

vazo dos vazamentos, e o seu gerenciamento fundamental para reduo de

perdas reais. Segundo Tardelli Filho, muitos profissionais e consumidores ainda tm

o entendimento equivocado de que altas presses na rede um bom padro de

atendimento no servio de abastecimento de gua. A operao do sistema com

nveis de presso que atendam aos mnimos estabelecidos pela norma e por

particularidades do mesmo so um bom parmetro para se tomar de referncia.

A soluo para o problema das presses nas redes de distribuio est no

Zoneamento Piezomtrico. Dividir o setor de abastecimento em zonas de

comportamento homogneo dos planos de presso, que podem ser definidos em

funo do nvel dgua de um reservatrio enterrado, apoiado ou elevado, pela cota

piezomtrica de uma estao elevatria ou booster ou ainda pela cota piezomtrica

obtida aps a instalao de uma VRP so as formas de realizar o zoneamento

piezomtrico.

Para utilizao de Vlvulas Redutoras de Presso realizada a implantao de um

distrito pitomtrico, ou seja, um subsetor perfeitamente definido com o fechamento

dos registros que delimitam a rea garantindo sua estanqueidade e conseqente

controle. De acordo com Tardelli Filho o funcionamento de uma VRP consiste no

controle hidrulico das aberturas dos dispositivos de fluxo da gua, atravs da

operao de uma vlvula-piloto situada em uma comunicao entre as cmaras de

entrada e sada, consegue-se manter um valor estipulado de presso a jusante,

independente da vazo. Por se tratar do tema central desse trabalho o tema VRPs

ser melhor Apresentado nos itens 5.3 e 5.4.

Os Boosters at pouco tempo foram considerados uma soluo provisria, visando

atender pontos do sistema onde, em funo do crescimento desordenado, da

verticalizao ou outro fator a demanda em pontos elevados do setor de

abastecimento aumentasse (SABESP, 2005). Hoje, porm, seu uso associado ao de

VRPs tem sido uma boa soluo, j que permite a explorao do potencial de

29

reduo de presso da vlvula ao mximo, sendo implantado nos pontos mais altos

para aumentar a carga piezomtrica garantindo as presses necessrias.

Outra vantagem dos boosters atuais a utilizao do inversor de freqncia,

equipamento que permite a estabilidade da presso de sada de modo a atender o

ponto crtico de abastecimento para qualquer vazo de jusante e presso a

montante, esse fato importante porque elevadas presses de jusante acarretariam

Perdas reais maiores. Os requisitos necessrios ao projeto de implantao de um

booster segundo Tardelli Filho (2004) so:

Anlise da rea a ser pressurizada; Definio do ponto de instalao do booster; Delimitao da rea atravs do fechamento e instalao de registros

limtrofes;

Avaliao das demandas mximas e mnimas; Definio do lay-out da instalao; Dimensionamento dos equipamentos; Verificaes hidrulicas do conjunto e do Distrito pitomtrico.

30

5.3 Vlvulas Redutoras de Presso A principal caracterstica de uma rea controlada por VRP que sua delimitao

perfeitamente definida por meio do fechamento de registros limtrofes, permitindo

assim no s o gerenciamento das presses, como tambm conhecimento das

vazes e o monitoramento de pontos de controle na rea da mesma, ou seja, a

instalao de VRPs torna possvel a melhoria da gesto de combate s perdas, j

que agiliza o reconhecimento de qualquer alterao dos parmetros controlados,

tornando ainda as aes corretivas mais precisas (SABESP, 2003).

5.3.1 Princpio de Funcionamento

Basicamente existem dois tipos de vlvulas de controle, as de deslocamento rotativo

(Vlvulas borboleta, vlvulas de esfera, etc.) e as de deslocamento linear (vlvula

globo e vlvula agulha). As VRPs atualmente empregadas so usualmente do tipo

globo, com um piloto configurado para reduzir as presses a jusante. A VRP

hidraulicamente operada, atravs de um atuador, com cmaras separadas por um

diafragma, que aciona o obturador. O conjunto atuador-obturador montado sobre

um corpo fundido, introduzindo uma perda de carga que exerce o controle da

presso na rede de distribuio (SABESP, 2003).

Tardelli Filho (2004) define ainda as VRPs como sendo vlvulas que se destinam a

manter o nvel piezomtrico no tubo a jusante do n, onde se situam e funcionam

introduzindo uma perda de carga que proporcional presso do lado de montante

da mesma, ou seja, atravs da operao de uma vlvula piloto que se situa em

comunicao com as cmaras de entrada e sada mantendo a presso de jusante

constante independente da vazo que passa pela vlvula, conforme mostra a Figura

5.9.

31

Figura 5.9 VRP Automtica Fonte: SABESP (2005).

Ainda observando a Figura 5.9, na primeira ilustrao, observamos que quando a

vlvula piloto (B) estiver aberta, a presso contida no circuito de controle no exerce

nenhuma fora na membrana da vlvula principal (A), o que faz com que o sistema

de fechamento fique livre e a vlvula principal abre.

Na segunda ilustrao da Figura 5.9 temos a vlvula piloto (B) fechada, a presso

contida no circuito de controle exerce uma fora na membrana da vlvula principal

(A) que fecha.

5.3.2 Tipos de VRPs

Para que seja possvel atender o maior nmero de situaes operacionais, existem

basicamente trs configuraes de vlvula que podem ser utilizadas.

A primeira opo trata da VRP de sada fixa, esta configurao a mais bsica, e o

seu funcionamento se d como descrito no item 5.3.2. Seu uso indicado para

subsetores onde as perdas de carga so relativamente pequenas e nos horrios de

maior consumo o abastecimento dos pontos crticos no seja prejudicado. A Figura

5.10 representa o esquema de funcionamento de uma VRP de Sada Fixa.

32

Figura 5.10 Esquema de Funcionamanto da VRP de Sada Fixa


A outra opo a VRP com controlador eletrnico modulado pela vazo, nessa

configurao a presso a jusante varivel e funo da vazo que passa pela

VRP. Tal controle possvel atravs da programao do controlador que associado

a um hidrmetro em srie com a vlvula permite a regulagem da vlvula piloto de

acordo com a vazo que passa pela VRP, assim nos horrios de maior consumo a

vlvula est praticamente aberta oferecendo pouca resistncia ao fluxo e nos

horrios de baixo consumo mantm a presso no patamar preestabelecido de modo

a garantir a estabilidade das presses nos pontos crticos do subsetor (Figura 5.11).

uma configurao de alta flexibilidade operacional, indicada para subsetores

onde a perda de carga elevada ou para VRPs de porte que justifique o custo desse

alto nvel de controle.

E como ultima opo existe a VRP com controlador eletrnico modulado pelo tempo,

nesse caso a presso de jusante tambm varivel, porm, o controlador

programado para regular a presso de sada por perodos definido ao longo do dia.

Podem ser definidos duas ou mais faixas de presso, geralmente uma para o

perodo de maior consumo e outra para o perodo de menor consumo. Sua utilizao

recomendada em subsetores de perda de carga elevada e curva de consumo sem

muita variao, esse tipo de configurao possui menos recursos de controle,

exigindo assim menores custos de implantao quando comparada a VRP modulada

por vazo.

33

Figura 5.11 Esquema de Funcionamanto da VRP Modulada pela vazo


5.3.3 Noo sobre o funcionamento dos CLPs utilizados em VRPs

Segundo a SABESP o CLP (Controlador Lgico Programvel), ou controlador

eletrnico, um microprocessador que modula a diminuio ou aumento da presso

de jusante, em funo do horrio do dia, compensando a variao de vazo durante

o dia e a perda de carga entre a VRP e os pontos com presses mnimas (pontos

crticos). Conectado a um medidor de vazo que fornece pulsos de consumo

(hidrmetro pulsado), o microprocessador atua na variao de abertura/fechamento

do obturador, conforme a curva de demanda da rea de abrangncia (Distrito

Pitomtrico). O hidrmetro pulsado fornece dados sistemticos dos volumes

consumidos pela rea protegida, os quais servem como parmetros de deciso

para aes corretivas ou preventivas nas redes e VRPs, bem como para as aes

de controle de perdas reais.

34

5.4 Aplicao de VRPs em redes de distribuio

5.4.1 Dados necessrios para a escolha da rea de instalao de uma VRP

As principais etapas de levantamento de dados para escolha da rea de instalao

de uma VRP so:

Histrico de incidncia de altas presses e arrebentados de rede e ndices de perdas elevados;

Avaliao de medio de presso durante o perodo de mxima vazo; Medio de presso durante o perodo noturno de menor consumo (o ponto

crtico tambm pode dar indicao do sobre a viabilidade de controle de

presso na rea);

Avaliao, providncias e verificao do efetivo isolamento da rea atravs do fechamento e instalao de vlvulas de controle;

Escolha dos pontos de medio de vazo e presso montante do local da vlvula;

Medio de presso no ponto crtico, definido pelo ponto de altimetria mais elevada e/ou mais distante dentro da rea selecionada;

Medio de presso no ponto mdio (representativo da presso mdia noturna);

Medio de presso prxima a um grande consumidor (se houver); Instalao de equipamentos de medio e coleta de dados; Anlise das informaes demanda e sazonalidade.

Para este ltimo item algumas observaes so importantes. Tanto o

dimensionamento quanto o mtodo de controle ou modulao da vlvula so

bastante afetados pelas flutuaes sazonais na demanda. Para tanto as informaes

da macromedio, ainda que a rea da VRP represente apenas uma parcela do

setor de abastecimento, so um bom indicativo da demanda sazonal. Cidades com

perfil predominantemente residencial o consumo tende a aumentar no vero e

reduzir no inverno, j cidades tursticas, a flutuao da demanda ser mais em

funo da populao, do que do perfil de consumo da populao residencial.

35

Portanto, na anlise da escolha do local devem ser considerados os dados de

macromedio dos ltimos 12 meses (SABESP/BBL, 1999).

5.4.2 Dimensionamento de VRPs

Dimensionar uma VRP significa determinar qual vlvula tem o tamanho e as

caractersticas mais adequadas para o controle de presso que se pretende.

Intuitivamente a primeira sensao a de que a VRP tivesse o mesmo dimetro da

tubulao na qual seria instalada. Porm, em geral, essa no a soluo adotada

na prtica. Considerando todos os aspectos tcnicos e econmicos envolvidos o

dimetro de uma VRP bem dimensionada, em geral, menor que o dimetro da

tubulao (GONALVES; LIMA, 2007).

Para o dimensionamento da VRP entre outras utilizada a frmula a seguir:

21

= PGQKvx eq.(8)

onde:

Kvx o coeficiente de vazo, em m/h;

Q a vazo mxima horria, em m/h;

G a densidade do lquido em relao gua (=1);

P a perda de carga admissvel em bar.

Como uma reserva de segurana ao dimensionamento pode-se adotar o seguinte

critrio:

vovx KK 25,1 eq.(9)

onde:

Kvo o coeficiente de vazo da vlvula selecionada.

36

O Kvo a vazo mxima que gera uma perda de carga de 1 bar com a vlvula

totalmente aberta, de acordo com as tabelas fornecidas pelos fabricante.

Outra forma de dimensionamento, mais prtica, a utilizao de tabelas fornecidas

pelos fabricantes, onde so mostradas as vazes mximas e mnimas, bem como

Kvo para determinao da perda de carga (GONALVES; LIMA, 2007). A Tabela 5.3,

mostra o exemplo de uma tabela de dimensionamento de um fabricante de vlvulas.

Tabela 5.3 Tabela para dimensionamento de VRPs

Dimetro Nominal Vazo (m3/h) Kv0

(mm) (pol.) Mnima Mxima (m3/h)

32 11/4" 3 26 8,40

38 11/2" 5 36 9,09

50 2" 8 59 12,49

65 21/2" 14 84 21,58

80 3" 22 129 28,39

100 4" 34 227 49,97

150 6" 76 522 104,48

200 8" 136 886 190,79

250 10" 212 1363 317,98

300 12" 305 1953 392,93

350 14" 416 2385 522,40

400 16" 543 3180 670,03

Fonte: Watts Regulator Co. (1996).

A ultima etapa do dimensionamento de uma VRP a verificao do risco de

cavitao da vlvula, para tanto utiliza-se a Figura 5.12, onde feito o cruzamento

da presso mxima de entrada na VRP com a presso de sada requerida. O ponto

de cruzamento deve estar fora da rea sombreada, caso contrrio haver a

possibilidade de danos vlvula e at mesmo rudos. Caso ocorra esse tipo de

problema, deve-se estudar a possibilidade de instalar VRPs de mesmo dimetro em

srie ou reavaliar a concepo, criando mais de um plano piezomtrico na rea onde

a presso deve ser reduzida.

37

Figura 5.12 Grfico para verificao de cavitao


5.4.3 Instalao e Infra-estrutura necessria

Aps a escolha do local onde a vlvula ser instalada e de posse de todas as

informaes necessrias elaborao do projeto executivo, algumas verificaes

devem ser realizadas com o objetivo de garantir o melhor arranjo possvel. A

SABESP recomenda o levantamento dos seguintes dados para elaborao do

projeto executivo da VRP:

Interferncias com acessos de propriedades prximas, comrcio, trnsito, redes de telefonia, rede eltrica, rede de esgotos e redes de guas pluviais;

Localizao da rede de distribuio onde ser instalada a VRP, verificando a sua profundidade e posio relativa (passeio, tero da rua, eixo, etc.);

38

Verificao das dimenses do passeio, j que, preferencialmente, a caixa da VRP deve ser posicionada no passeio.

Com todas as informaes de campo levantadas o projeto executivo de instalao

do conjunto deve ser posto em prtica e deve definir os seguintes parmetros:

Necessidade de rebaixamento da rede de modo a se obter a profundidade adequada para operao dos equipamentos, com especial ateno aos

registros de manobra;

Determinao das medidas internas da caixa da VRP, que deve ter espao suficiente para as atividades de regulagem e manuteno;

Clculo estrutural e estanqueidade da caixa, prevendo a situao de trfego, tipo de terreno e posio do lenol fretico aos quais mesma estar

submetida;

Prever os espaos necessrios construo dos blocos de ancoragem de ts e curvas, quando necessrios;

Dimensionamento dos beros de apoio de concreto para a VRP e para o hidrmetro.

Algumas recomendaes ainda so importantes. Os registros de manobra devem

ficar fora da caixa da VRP, suportes para os controladores eletrnicos devem ser

sempre previstos. As Lajes superiores das caixas no devem ter espessuras

inferiores a 20 cm. As Figuras 5.13 e 5.14 ilustram a instalao tpica de uma VRP.

39

Figura 5.13 Instalao tpica de uma VRP DN 80 mm (planta)


40

O Quadro 5.2 mostra a relao de peas para o conjunto redutor apresentado na

Figura 5.13.

Quadro 5.2 Lista de Materiais de um Conjunto Redutor DN 80 mm


41

Figura 5.14 Instalao tpica de uma VRP (perspectiva)


Quadro 5.3 Quantidade de Caixas e Tampes em funo do Dimetro da VRP


Aps a construo e montagem de todos os equipamentos e antes do reaterro e

recuperao do pavimento, o sistema dever ser posto em carga para verificao da

estanqueidade do conjunto redutor (SABESP, 2003).

5.4.4 Pr-operao

A pr-operao a etapa onde se realizam os ajustes finos do conjunto redutor,

onde a situao projetada ser posta prova. Para tanto deve ser realizada

seguindo uma metodologia, a fim de se evitar problemas no abastecimento da rea

42

de controle e ainda buscando atravs de coleta de dados sistemticas as melhores

condies operacionais. A SABESP recomenda a metodologia a seguir:

5.4.4.1 Medies com a VRP Aberta

Por um perodo de 24 horas deve ser medida a vazo de entrada no Distrito

Pitomtrico, as presses de entrada, sada e nos pontos crticos do sistema, esses

dados devem ser coletados atravs da instalao de dataloggers

O fluxo deve passar pela VRP na condio totalmente aberta para garantir que toda

perda de carga relacionada instalao do conjunto redutor seja considerada. Aps

a esse perodo de medio, com os dados obtidos, os seguintes parmetros devem

ser levantados:

Vazo total que entra no Distrito Pitomtrico; Vazo mnima noturna; Presses mnimas e mximas no(s) ponto(s) critco(s); Clculo da vazo dos vazamentos; Presso mdia noturna no Distrito Pitomtrico.

5.4.4.2 Teste Controlado com Presses de Sada Reduzidas Nesse estgio a vlvula regulada para reduzir a presso mxima do sistema,

gradualmente, em estgios de aproximadamente 5 mca, para tanto as vazes e

presses devem ser monitoradas e por um perodo de 24 horas. Os mesmos

parmetros descritos no item anterior devem ser obtidos. Esse teste deve ser

repetido at que se atinja a presso desejada no ponto crtico. A superviso desses

estgios necessria para que seja possvel comparar as caractersticas estimadas

nos estudos preliminares.

43

5.4.4.2 Teste Adicional para Vlvulas com Modulao por vazo Para o caso de vlvulas moduladas por vazo, os testes citados nos itens 5.4.4.1 e

5.4.4.2 devem ser realizados com o modulador de vazo desligado, aps a

realizao desses, deve ser aplicada uma modulao e realizado um monitoramento

por um perodo de 24 horas. A cada tentativa de reduo de presso por modulao

de vazo o monitoramento deve ser repetido, at que se atinja a presso necessria

para o atendimento ao ponto crtico do subsetor.

5.4.5 Operao regular

A medida de performance de um conjunto redutor de presso pode ser conseguido

pela medio do volume consumido em um perodo de 24 horas. Tal

acompanhamento pode ser realizado e atravs da leitura do hidrmetro instalado no

conjunto ou pelo armazenamento dos dados de vazo no datalogger do

controlador eletrnico. A anlise dessas informaes servem como referncia para

eventuais manutenes no sistema. Alteraes na performance sem causa

justificada so um indicativo de problemas na rea controlada. No caso de

ocorrncia de variaes bruscas de vazo a SABESP recomenda que sejam

realizadas as seguintes investigaes suplementares:

Verificao da estanqueidade dos registros de fronteira; Levantamento da instalao de novas ligaes de grandes consumidores; Levantamento de ocorrncias de arrebentamentos ou vazamentos de grandes

volumes;

Adequao de problemas de funcionamento do conjunto VRP / Controlador Eletrnico, quando for o caso.

A tecnologia atual possibilita ainda que essas medies de consumo sejam

telemetrizadas, permitindo assim que as mudanas na performance sejam

identificadas em tempo real o que reduz o tempo de acionamento das equipes de

manuteno, podendo ter reflexo direto na reduo de perdas reais.

44

5.4.6 Superviso Supervisionar uma VRP significa verificar os elementos de controle de maneira

sistematizada ao longo do tempo para que a vlvula atue de forma compatvel com

os parmetros pr-estabelecidos. Para tanto, so estabelecidos perodos de

verificao e a cada um deles est associada uma rotina. A seguir so explicitadas

as rotinas para cada perodo de verificao.

Superviso Diria

Verificao do Ponto Crtico da rea da VRP; Observar novos empreendimentos e ligaes dimensionadas no

subsetor da VRP.

Superviso Mensal

Verificar a leitura do hidrmetro da vlvula para registro do volume mdio dirio, com o intuito de avaliar as perdas no subsetor da VRP;

Registrar atravs da utilizao de dataloggers a vazo mnima noturna.

Superviso Trimestral

Realizar testes de estanqueidade nos limites da rea das VRPs;

Superviso Semestral

Executar pesquisas de vazamentos nos subsetor e monitorar os ndices de cobertura, de acerto, etc.

45

Superviso Anual

Diagnosticar o subsetor da VRP atravs do ndices de perdas, ponto de equilbrio de pesquisas de vazamentos, dinmica de abastecimento da

rea, etc.

5.4.7 Manuteno

Aps a instalao da VRP, sua correta modulao e calibrao necessrio que se

estabelea um plano de manuteno preventiva, com o objetivo de assegurar uma

operao eficiente e continua. Para elaborao do programa de manuteno

preventiva, alguns fatores devem ser levados em considerao. reas com

intermitncia no abastecimento, com ocupao populacional de carter sazonal, por

exemplo, tem a necessidade de maior freqncia de visitas, enquanto que uma rea

com abastecimento regular, ocupao populacional estvel, baixo densidade de

ligaes e baixo ndice de vazamentos demanda uma freqncia menor de visitas.

Portanto o estabelecimento de um plano de manuteno deve tomar por base as

caractersticas particulares de cada rea. De maneira geral a freqncia das visitas

varia entre um e trs meses. Seguindo nessa linha, seria razovel: para os casos

mais crticos a freqncia de uma vez a cada ms e para os casos mais favorveis a

freqncia de uma vez a cada trs meses, independente de visitas que aconteam

em funo de ocorrncias excepcionais.

Nas manutenes preventivas todo o conjunto redutor (Vlvula, controlador, caixa e

rea de controle) deve ser inspecionado e toda e qualquer anomalia deve ser

reparada para garantir o bom funcionamento do conjunto (SABESP, 2003).

46

6 IMPLANTAO DE VRPS NA UNIDADE DE NEGCIO LESTE - SABESP

Este captulo far meno instalao de VRPs na Unidade de Negcio Leste

(Unidade Operacional da SABESP). Ser exposto um breve histrico sobre o

sistema de abastecimento de gua da unidade, suas caractersticas fsicas e um

panorama geral das perdas e as medidas de controle adotadas. A nfase do estudo

ser a exposio do caso da VRP Antonio de Siqueira visando demonstrar de forma

prtica, como a aplicao de VRPs em redes de distribuio serve de ferramenta

para controle e reduo de perdas reais, para tanto, toda metodologia desenvolvida

desde a concepo at a instalao e pr-operao da vlvula ser explicitada.

6.1 Caracterizao Operacional da Unidade de Negcio Leste

6.1.1 Breve Histrico da UN Leste

A Unidade de Negcio Leste (ML) uma Superintendncia ligada diretoria

Metropolitana (M) da SABESP. Sua rea de atuao abrange oito municpios da

regio metropolitana sendo eles: Aruj, Biritiba-Mirim, Ferraz de Vasconcelos,

Itaquaquecetuba, Po, Salespolis, So Paulo (regio leste, a partir da margem

esquerda do Rio Aricanduva) e Suzano. Atualmente a ML atende uma populao de

3.432.674 habitantes, o que resulta num Volume Utilizado (VU) da ordem de 161 x

106 m por ano (SABESP, 2007).

6.1.2 Caractersticas fsicas, Infra-Estrutura e Perdas na ML

6.1.2.1 Setorizao e Zonas de Presso

A ML est dividida em 25 setores de Abastecimento (Figura 6.1), desses 22 tem sua

demanda atendida pelo Sistema Adutor Metropolitano (SAM) e 3 so atendidos por

sistemas isolados. A principal caracterstica dos setores da ML a grande extenso.

Com exceo dos setores Cidade Tiradentes e Santa Etelvina, todos passaram por

estudos para sua implantao, alguns como o caso dos setores Artur Alvim,

47

Itaquera e Itaquaquecetuba ainda so objetos de estudos e implantao de obras

para serem subdivididos (SABESP, 2007). A Tabela 6.1 traz a relao de setores da

ML e suas principais caractersticas.

48

Figura 6.1 Setores de Abastecimento da ML


49

Tabela 6.1 Caractersticas dos setores de abastecimento da ML


Os setores de abastecimento da ML tiveram em sua delimitao e otimizao as

condies topogrficas como principal agente, resultando em setores com duas ou

mais zonas de presso e ainda de derivaes em marcha. Alm dos setores e zonas

de presso existentes, por necessidade ou melhoria operacional, foram criados

Distritos Pitomtricos, objetivando reduzir perdas com a reduo de presses na

rede (instalao de VRPs) e diminuir a intermitncia do abastecimento com o

aumento das presses dinmicas (instalao de Boosters). A seguir a Tabela 6.2

apresenta por setor de abastecimento as zonas de presso e o nmero de DPs

controlados por VRPs e Boosters da ML.

50

Tabela 6.2 Zonas de Presso e DPs x Setor de Abastecimento


6.1.2.2 Infra-Estrutura

As redes de distribuio dos setores de abastecimento da ML possuem dimetros,

materiais e idades de implantao bem variados. O Predomnio do material fica por

conta do ferro fundido (cerca de 61% do total) e do PVC (aproximadamente 37% do

total, quanto ao dimetro o domnio absoluto (75% do total) de redes com at 75

mm, j a idade das redes de distribuio apenas 1% do total tem acima de 50 anos

ou foram implantadas antes de 1973, quando os tubos de ferro fundido no eram

revestidos internamente com argamassa de cimento e areia. As Tabelas 6.3, 6.4 e

6.5 do um panorama das condies da Infra-estrutura das redes da ML por setor de

abastecimento.

51

Tabela 6.3 Extenso, Dimetro e Materiais de redes Primrias x Setor de Abastecimento


Tabela 6.4 Extenso, Dimetro e Materiais de Redes Secundrias x Setor de Abastecimento

52


Tabela 6.5 Extenso x Idades das Redes de Distribuio Secundrias x Setor de

Abastecimento


53

6.1.2.3 Perdas na ML

Aplicando a metodologia proposta pelo IWA para elaborao da matriz de balano

hdrico apresentada no item 5.2.2, a ML estabeleceu a sua matriz, como mostra no

Quadro 6.1.

Quadro 6.1 Matriz de Balano Hdrico da ML (m x 106 / ano)


Observando o balano hdrico possvel verificar que a parcela correspondente s

perdas reais superior parcela de perdas aparentes e entre todas as causas de

perdas consideradas na metodologia os vazamentos tm a maior relevncia (e tm

relao direta com as presses na rede), com aproximadamente 70% do total

perdido. A Figura 6.2 mostra a distribuio das perdas na ML.

54

Figura 6.2 Distribuio das Perdas na ML


6.1.2.4 Combate s perdas na ML

A ML vem empreendendo aes de combate e reduo de perdas ao longo dos

ltimos anos. Entre as principais medidas de controle empregadas est o

gerenciamento de presses na rede de distribuio atravs da implantao de VRPs

e instalaes de Boosters. Outra ao que tem contribudo para melhoria contnua

dos resultados da ML so as obras para fechamento dos setores de abastecimento

da unidade, que permitem maior controle do volume disponibilizado (VD) e por

conseqncia a reduo de perdas. Por ltimo, cabe destacar as melhorias no

gerenciamento das falhas na infra-estrutura atravs de sistemas de registro de

falhas visando identificar os locais onde ocorrem a predominncia das falhas na

infra-estrutura e direcionando aes preventivas, a melhoria dos materiais

empregados e a reabilitao redes de distribuio. O resultado das aes

empregadas pode ser expresso pela evoluo do IPramal da UN que vem mantendo a

tendncia de queda nos ltimos anos, fazendo com que a ML atingisse o menor

ndice de perdas entre as UNs da Diretoria Metropolitana, conforme registra a Figura

6.3.

55

Figura 6.3 IP Anualizado da ML 2008 / 2009

Fonte: MLET (2009).

56

6.1.3 VRPs na Unidade de Negcio Leste Apesar dos estudos de setorizao na ML terem sido realizados a mais de 10 anos,

nem todas as obras previstas foram implantadas, o que gerou a necessidade de se

buscar solues que pudessem melhorar as condies operacionais, bem como o

combate e reduo de perdas, para tanto se lanou mo da utilizao de VRPs e

Boosters.

Aps a setorizao, em meados da dcada de 90 era dado incio a 1 fase do

Programa Interno de Reduo de Perdas da Regio Metropolitana, o que

proporcionou o emprego em maior escala das VRPs na SABESP. Em 1997 a ML

teve suas primeiras vlvulas instaladas, em 2005 j contava com 136 vlvulas

instaladas, cobrindo 1.100 km dos quase 5.800 km de redes de distribuio

atendidas pela UN LESTE, ou seja, 18 % do total (SABESP, 2007), a Figura 6.4

ilustra a evoluo da instalao de VRPs na ML.

Figura 6.4 Evoluo do Nmero de VRPs na ML ao Longo dos Anos


57

6.2 VRP Antonio de Siqueira

Os estudos e instalao da VRP Antonio de Siqueira foram realizados pela empresa

ENCIBRA Estudos e Projetos de Engenharia S/A servio da Companhia de

Saneamento Bsico do Estado de So Paulo SABESP, atravs de contrato cujo

objeto a Prestao de Servios de Engenharia para Implantao de Sistemas de

Controle de e Reduo de Presses, atravs da Instalao de VRPs na Unidade de

Negcio Leste. Os dados utilizados neste estudo foram obtidos no data-book da

vlvula, gentilmente cedido pela Diviso de Operao de gua da UN Leste (MLEA).

6.2.1 Caractersticas Fsicas e Estudos Preliminares da rea da VRP

A VRP Antonio de Siqueira foi instalada na Zona Baixa do setor Ermelino Matarazzo,

sua rea circundada ao norte pela Avenida Assis Ribeiro, ao sul pela Avenida So

Miguel e Avenida Nova Trabalhadores (Jacu-Pssego) a leste. A topografia do local

revela altitudes na rea que variam entre 730 m e 760 m e tomando a configurao

de vale, que drena para o Rio Jacu. A regio tem ocupao predominantemente

residencial com alguns estabelecimentos comercias. A presena de grandes

consumidores na rea no foi detectada.

Tomadas de presso instantneas antes da implantao da VRP na rea revelaram

presses entre 30 mca (cota 760 m) e 56 mca (cota 730 m), podendo chegar a 42

mca e 66 mca, respectivamente, nos perodos de menor consumo (perodo noturno),

um indicativo do potencial de reduo no subsetor.

A linha de entrada no subsetor est localizada na Rua Antonio de Siqueira e de

300 mm em material ferro fundido, sua cota de instalao 755 m, extenso total da

rede de distribuio inserida na rea da vlvula de aproximadamente 8,1 km,

possuindo 917 ligaes de gua e 1.314 economias, nenhuma dessas se

enquadrando na condio de grande consumidor. A instalao de 9 vvulas de

gaveta limtrofes foram necessrias para garantir a criao e pemitir a

estanqueidade do subsetor.

58

Para definio do ponto critico foram utilizadas as medidas de presso instantneas

realizadas em diversos pontos da rede de distribuio na rea, caracterizados por

apresentarem uma ou mais das seguinte condies condies:

Cota mais elevada em relao ao ponto de entrada do setor; Pontos distantes em relao ao ponto de entrada; Importncia operacional.

Aps a avaliao de todos os dados medidos de pontos com estas caractersticas,

definiu-se o ponto mais desfavorvel ou crtico como sendo:

Rua Padre Joo Martins, 448 e o critrio estabelecido foi: cota mais elevada (760 m).

Nos estudos preliminares de viabilidade com base no nmero de ligaes e na

micromedio (15219 m / ms), estimou- se uma vazo mxima horria da ordem

de 15,8 L/s ou 56,9 m/h e a vazo mnima noturna foi estimada em 6,7 L/s ou 24,1

m/h, resultando num ndice de perdas estimado de 631 L/lig /dia.

Considerando a presso no ponto crtico variando entre 32 mca e 42 mca, foi

considerada para efeito de estudos preliminares uma quebra mdia de 20 mca,

portanto, a presso mdia no setor passaria de 54 mca para 34 mca. De posse

desses dados e utilizando a relao entre presso e vazo dos vazamentos descrita

no item 5.2.4.3, admitindo o valor do expoente n igual a 1, obteve-se a nova vazo

mnima noturna terica com valor de 4,2 L/s.

Comparando o valor das vazes mnimas noturnas tericas observa-se que a

economia seria da ordem de 2,5 L/s o que levaria o ndice de perdas no setor para

393 L/lig/dia.

59

6.2.2 Dimensionamento do conjunto da VRP

O Dimensionamento da VRP Antonio de Siqueira consistiu na determinao dos

seguintes parmetros:

Determinao da vazo mxima horria; Determinao da perda de carga mxima admissvel; Clculo co Kvx; Clculo do Kv0; Escolha do dimetro da vlvula;

A vazo mxima horria foi determinada a partir da micromedio nas ligaes

inseridas no subsetor da vlvula (15220 m/ms), resultando, como dito

anteriormente, no valor de 15,8 L/s ou 56,9 m/h, j considerando as variaes de

consumo diria e horria, alm de uma reserva de segurana da ordem de 20%.

A perda de carga mxima admissvel foi obtida pela soma das perdas de cargas

distribudas e localizadas do conjunto redutor o que resultou no valor de 2,9 mca

para a vazo mxima e 0,13 mca para a vazo mnima.

De posse dos valores acima mencionados pode se obter atravs da eq.(8) o valor de

Kvx, como segue:

1033,0

19,5621

=

=vxK

De posse do kvx impondo se a condio da eq.(9) obtemos:

012910325,1 vK=

A vlvula escolhida foi uma SINGER 106-PG com 100 mm de dimetro que atender

o Kv0 de 129 determinado pela eq.(9). A Figura 6.5 mostra a VRP utilizada no

conjunto.

60

Figura 6.5 VRP SINGER 106-PG Fonte: SINGER VALVES (2009).

Definido o dimetro da VRP os acessrios e elementos do by-pass (filtro, medidor e

peas) foram escolhidos com o mesmo dimetro da vlvula. O hidrmetro escolhido

para o conjunto foi um do tipo Woltman horizontal com DN 100 mm, modelo

Meinecke WSD, possuindo as seguintes caractersticas metrolgicas:

Vazo nominal: 90 m/h; Vazo mxima temporria: 180 m/h; Vazo mnima: 0,30 m/h; Vazo de transio: 3,0 m/h.

6.2.3 Instalao da VRP

Definidos todos os parmetros do projeto executivo, partiu-se para a instalao da

vlvula. Consultada as informaes cadastrais da tubulao de entrada da rea da

VRP (300 mm em Ferro Fundido) e pesquisas de campo verificou-se que no seria

61

necessrio o aprofundamento da rede, e sua posio permitiu que a todo o conjunto

redutor fosse instalado no passeio. Outro fator importante na instalao foi a

presena do lenol fretico em nvel elevado, o que tornou necessria a execuo

da caixa de abrigo da VRP em concreto armado, tomando-se especial ateno para

impermeabilizao da mesma. A Figura 6.6 a seguir mostra a o esquema de

instalao da VRP Antonio de Siqueira.

62

Figura 6.6 Esquema de instalao da VRP Antonio de Siqueira

Fonte: ENCIBRA/SABESP (2008)

63

A seqncia de instalao do conjunto redutor obedeceu aos seguintes passos:

Montagem do conjunto redutor (VRP, filtro, hidrmetro e by-pass) no canteiro de obras;

Programao da interrupo no fornecimento de gua na rea de influncia da VRP;

Escavao da cava;Corte da tubulao existente; Instalao do conjunto; Execuo da caixa da proteo; Reaterro; e Reposio da Pavimentao.

A seguir so apresentadas as Figuras 6.7 e 6.8, ilustrando algumas das etapas de

instalao da VRP Antonio de Siqueira.

Figura 6.7 Execuo da laje superior da caixa da VRP


64

Figura 6.8 Obra Concluda


6.2.4 Comissionamanto e Campanhas de Medio de Vazo e Presso da VRP

A etapa de comissionamento foi realizada logo aps a concluso da obra de

instalao do conjunto redutor e tem como finalidade promover a melhor condio

operacional para que a vlvula obtenha o melhor rendimento. Tal condio obtida

quando se consegue a mxima reduo de presso possvel para a rea de

influncia da VRP, a qual corresponde quela que resulta numa presso dinmica

mnima no ponto crtico durante a vazo mxima que ocorre no subsetor, ou seja, no

momento em que est ocorrendo a maior perda de carga, o ponto crtico deve ser

atendido satisfatoriamente.

As premissas para regulagem inicial da VRP Antonio de Siqueira admitiram as

seguintes condies de operao:

VRP de Sada Fixa; Pres

aplicação de válvulas redutoras de pressão na redução de perdas reais em redes de...

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