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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
RAFAEL DE JESUS SANTANA SANTOS
AVALIAÇÃO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO ATUAL E EXPANSÃO DA MALHA
HÍDRICA COM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA EPANET:
ESTUDO DE CASO NO BAIRRO GINÁSIO E LOTEAMENTO ROCHA - PRESIDENTE
TANCREDO NEVES
CRUZ DAS ALMAS - BA
2019
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RAFAEL DE JESUS SANTANA SANTOS
AVALIAÇÃO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO ATUAL E EXPANSÃO DA MALHA
HÍDRICA COM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA EPANET:
ESTUDO DE CASO NO BAIRRO GINÁSIO E LOTEAMENTO ROCHA - PRESIDENTE
TANCREDO NEVES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, como parte dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Ciências Exatas e Tecnológicas.
Orientador: Prof. Dr. Jorge Luiz Rabelo
CRUZ DAS ALMAS - BA
2019
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Dedico este trabalho aos meus familiares e
amigos que sempre me incentivaram e torceram
por minhas conquistas.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me ter concedido a vida, saúde e muita garra
para seguir em busca dos meus objetivos.
Agradeço aos meu pais, Joanice e Rudval por todo amor e incentivo, por apoiar as
minhas decisões, e por fazer o máximo possível todos os dias para ver seu filho feliz
e realizado, além serem meu suporte e inspiração de vida, obrigado por tudo.
A minha querida e amada esposa Francine por estar ao meu lado em todos os
momentos, me incentivando e encorajando com todo o seu amor e compreensão, e
também por ter me presenteado com a maior dádiva de um relacionamento, o nosso
filho Joaquim.
Aos meus amigos da republica, Nathan, Gabriel e Lucas, pela parceria e
companheirismo durante essa caminhada.
Aos meus amigos e colegas, que tive a imensa honra de conhece-los durante esse
período, por sempre me apoiarem, tornando todos os desafios enfrentados possíveis
de realiza-los.
A todos familiares que de alguma forma contribuíram e incentivaram para que eu
chegasse até a conclusão dessa etapa, muito obrigado.
E agradeço especialmente ao professor Rabelo, pelo acompanhamento, confiança e
compreensão, agregando seu conhecimento e experiência no desenvolvimento desse
trabalho.
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RESUMO
A água é um elemento da natureza que interviu diretamente na história da formação
das populações, a começar da existência do ser humano até os dias atuais. Este
recurso natural é indispensável para a sobrevivência e manutenção da humanidade,
auxiliando também na execução dos afazeres recorrentes, bem como no progresso
dos serviços industriais, comercias, dentre outros. Desta maneira o abastecimento de
água deve assegurar os aspectos quantitativos e qualitativos referentes à demanda
da comunidade que abastece. Este trabalho tem como objetivo simular uma rede de
distribuição de água no bairro Ginásio e loteamento Rocha, localizado em Presidente
Tancredo Neves - BA, visando atender critérios estabelecidos pela norma NBR 12218
– Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público, considerando
as vazões reais e necessárias de entrada e saída, além de avaliar alternativas de
configurações da rede para análise atual e expansão. Devido a inexistência de dados
topográficos, foi preciso a utilização do aplicativo GNSS Mobile Topographer para a
coleta de pontos a serem georreferenciados no raster oferecido pela EMBRAPA. Para
a realização da modelagem da rede de distribuição, foi utilizado o programa EPANET,
juntamente com os programas AutoCAD, ArcGIS e EpaCAD. Foi concebido
primeiramente o modelo de traçado da rede atual dos bairros, em seguida a viável
expansão e por fim a rede sendo executada com a vazão máxima que o sistema de
abastecimento pode fornecer. Dessa forma, foram simulados alguns tipos de casos
variando a vazões de entrada e saída de água na rede a fim de atender a toda sua
demanda habitacional verificando as pressões geradas. Os resultados mostraram que
a vazão atual da rede de entrada é insuficiente em todos os cenários para abastecer
a área de estudo em conjunto com o restante da cidade. Porém, em uma análise geral,
foi possível observar que no Cenário C1, na qual a simulação ocorre na rede de
distribuição atual e com a concessionária fornecendo a vazão máxima de entrada de
30 l/s da rede, os bairros em análise e a área com a menor densidade populacional
seriam atendidas em constância, mas os demais bairros sofreriam com a falta de
água, vale ressaltar que com a expansão habitacional simulada nos Cenários B1 e
B2, variando as vazões de entrada e saída dos bairros, os parâmetros para um
abastecimento adequado ficam cada vez mais inconsistentes.
Palavras-Chaves: Abastecimento; vazão; topografia; aplicativo.
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ABSTRACT
Water is a nature element that intervened directly on the population formation history,
starting from the beggining of the human being existence until nowadays. This natural
resource is indispensable for the humanity survavel and maintenence, also assisting
in the implementation of recurring chores, as well as in the progress of industrial
services, trade companies, among others. As a result the water supply must ensure
the quantitative and qualitative aspects related to the demand of the community it
supplies. This work has as objective simulate a water distribution network in the
Ginásio neighborhood and Rocha allotement, located on Presidente Tancredo Neves
- BA, craiving to obey the criteria established by the NBR 12218 - Water project
distribution network for public supply, considering the actual and necessary flows of
input and output, beyond evaluating alternative configurations of the network for
current analysis and expansion. Due to the inexistance of topographic data, it was
necessary to use the GNSS Mobile Topographer app to collect points to be
georeferenced in the "raster" offered by EMBRAPA. To perform the modeling of the
distribution network, the EPANET program was used along with the AutoCAD, ArcGIS
and EpaCAD programs. First, it was designed the layout model of the neighborhoods
current network, then the viable expansion and finally the network was being executed
with the maximum flow that the supply system can provide. Therefore, some types of
cases were simulated, ranging the water input and output flows in the network in order
to meet their entire housing demand, verifying the generated pressures. The results
showed that the current flow of the inlet network is insufficient in all scenarios to supply
the study area along with the rest of the city. However, in a general analysis, it was
possible to observe that in Scenario C1, in which the simulation takes place in the
current distribution network and with the concessionaire providing the maximum flow
from of 30 l/s the network input, the neighborhoods under analysis and the area with
the lowest population density would be served in constancy but the other
neighborhoods would suffer with the lack of water, it is worthy pointing out that with the
housing expansion simulated in Scenarios B1 and B2, varying the inflows into and out
of the neigborhoods, the parameters for an adequate supply are increasingly
inconsistent.
Keywords: Supply; flow rate; topography; app.
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a.C: Antes de Cristo;
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas;
App: Aplicativo;
BA: Bahia;
C: Coeficiente de rugosidade;
CEDAE: Companhia Estadual de Águas e Esgotos do Rio de Janeiro;
DN: Diâmetro Nominal;
DS: Departamento de Saneamento da Bahia;
dxf: Drawing Exchange Format;
EMBASA: Empresa Baiana de Águas e Saneamento;
EMBRAPA: Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
EPA: Environmental Protection Agency;
ETA: Estação de tratamento de água;
FAEF: Faculdade de Ensino Superior e Formação Integral
FUNASA: Fundação Nacional de Saúde;
GLONASS: Sistema de Navegação Global via Satélite (Russo);
GNSS: Sistema de Navegação Global por Satélite;
GO: Goiás;;
GPS: Sistema de Posicionamento Global
h: Horas;
IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística;
Km: Quilômetro
KPa: Quilo Pascal;
LENHS: Laboratório de Eficiência Energética em Hidráulica e Saneamento;
m.c.a: Metros Coluna de Água;
m: Metro;
MDE: Modelo Digital de Terreno;
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MG: Minas Gerais;
mm: Milímetro;
NBR: Norma Brasileira Regulatória;
P: População;
PAC: Programa de Aceleração do Crescimento;
PAT: Programa Água para Todos;
PLANASA: Plano Nacional de Saneamento;
PNB: Projeto de Norma Brasileira;
PR’: Perdas na distribuição;
PTN: Presidente Tancredo Neves;
PVC: Policloreto de polivinila;
RFN: Reservatório de nível fixo;
RNV: Reservatório de nível variável;
SGB: Sistema Geodésico Brasileiro;
shp: Shapefile;
SNIS: Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento;
SRTM: Shuttle Radar Topography Mission
UFPB: Universidade Federal da Paraíba;
UTM: União Transversa de Mercator;
𝑄𝑑: Vazão de distribuição;
𝑞𝑚: Vazão média
Q𝒎á𝒙: Vazão máxima
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Unidades de um sistema de abastecimento de água ................................ 17
Figura 2 - Esquema de uma rede ramificada ............................................................ 22
Figura 3 - Esquema de uma rede malhada com quatro malhas/anéis ...................... 22
Figura 4 - Esquema de uma rede mista. ................................................................... 23
Figura 5 - Componentes físicos de um sistema de distribuição de água .................. 24
Figura 6 - Bairro Ginásio e Loteamento Rocha na cidade de PTN – Bahia............... 34
Figura 7 - Bairro Ana Lucia, Inocoop e área com vegetação..................................... 37
Figura 8 - Sobreposição dos rasters e da planta topográfica de Cruz das Almas ..... 37
Figura 9 - Interface do aplicativo com os pontos coletados ....................................... 40
Figura 10 - Propriedades do Raster da EMBRAPA ................................................... 42
Figura 11 - Definição da Projeção do Raster ............................................................. 43
Figura 12 - Projeção do Raster ................................................................................. 43
Figura 13 - Planta a ser referenciada no AutoCAD ................................................... 44
Figura 14 - Seleção de ponto de origem no AutoCAD .............................................. 45
Figura 15 - Nós da rede de distribuição feito no AutoCAD ........................................ 46
Figura 16 - Checagem das posições dos pontos do “shapefile”. ............................... 48
Figura 17 - Campo “Elevation” do “shp” de pontos preenchidos, após a extração do
“raster”. ...................................................................................................................... 49
Figura 18 - Traçado das tubulações da rede no AutoCAD ........................................ 50
Figura 19 - Modelo da rede de distribuição no EPANET ........................................... 51
Figura 20 - Inserção do valor de "Consumo-Base" no EPANET ............................... 54
Figura 21 - Inserção do valor de "diâmetro" no EPANET .......................................... 55
Figura 22 - Inserção do custo linear para implantação de tubos no EPANET ........... 56
Figura 23 - Entradas do bairro e diâmetros das redes .............................................. 57
Figura 24 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário A1. ........................... 61
Figura 25 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário A2. ........................... 62
Figura 26 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário B1. ........................... 63
Figura 27 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário B2. ........................... 64
Figura 28 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário C1. .......................... 65
Figura 29 - Distribuição das pressões dos nós para o Cenário C2. .......................... 66
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Média do Consumo médio per capita anual, perda e consumo de água
entre 2013 e 2017. .................................................................................................... 52
Tabela 2 - Resultados Gerais dos cenários simulados ............................................. 68
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Solo com vegetação ............................................................................... 38
Gráfico 2 - Solo com edificações ............................................................................... 38
Gráfico 3 - Solo intermediário .................................................................................... 39
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 12
2. OBJETIVOS .................................................................................................... 14
2.1. Objetivo Geral .............................................................................................. 14
2.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 14
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 15
3.1. História do abastecimento ............................................................................ 15
3.2. Sistema de abastecimento ........................................................................... 17
3.3. Evolução do sistema de abastecimento ....................................................... 19
3.4. Rede de distribuição ..................................................................................... 20
3.5. Estimativa de demandas .............................................................................. 25
3.6. Critérios hidráulicos de dimensionamento .................................................... 27
3.7. Programa Epanet ......................................................................................... 29
3.8. App Mobile Topographer .............................................................................. 30
3.9. Trabalhos na área ........................................................................................ 31
4. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................. 34
4.1. Caracterização da área de estudo ............................................................... 34
4.2. Avaliação do SRTM de Cruz das Almas ...................................................... 36
4.3. Levantamento de pontos planimétricos na cidade de PTN .......................... 39
4.4. Descrição do método utilizado para a geração da rede de distribuição ....... 40
4.5. Modelagem da rede ..................................................................................... 42
4.5.1. Fase 1 – Tratamento do raster .............................................................. 42
4.5.2. Fase 2 – Geração da rede de distribuição ............................................. 44
4.5.3. Fase 3 – Dados para o dimensionamento do projeto ............................ 51
4.5.4. Fase 4 – Descrição dos traçados da rede ............................................. 56 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 60
5.1. Simulação do cenário atual (A) ................................................................. 61
5.1.1. Cenário A1 ............................................................................................. 61
5.1.2. Cenário A2 ............................................................................................. 62 5.2. Simulação do cenário em expansão (B) ................................................... 63
5.2.1. Cenário B1 ............................................................................................. 63
5.2.2. Cenário B2 ............................................................................................. 64 5.3. Simulação com vazão máxima de entrada (C) ......................................... 65
5.3.1. Cenário C1............................................................................................. 65
5.3.2. Cenário C2............................................................................................. 66 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 69
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 71
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1. INTRODUÇÃO
A água é considerada como um dos elementos mais fundamentais para o
surgimento e desenvolvimento da vida de todos os seres vivos do planeta, sendo que
a sua ingestão é de extrema importância e seu uso vital no preparo de alimentos,
hábitos higiênicos e no saneamento são indispensáveis (BRASIL, 2006). Sua
preponderância foi essencial para a formação de civilizações, provocando os
indivíduos a procura de água limpa e suficiente para o seu consumo, promovendo
alternativas e técnicas para melhor manejo da água.
A acelerada urbanização das últimas décadas, ocasionada pelo
crescimento populacional e êxodo rural intenso, vem colaborando para o
empobrecimento dos recursos naturais, como as vegetações e os corpos hídricos
(RAMACHANDRA et al., 2014). Relacionado a isso, a urbanização na forma como
acontece, requer capacidade dos gestores em suprir as demandas de serviços
básicos, como o saneamento (WATSON, 2009), e de modo consequente o
abastecimento público de água, que é um relevante aspecto do saneamento básico.
Saneamento pode ser definido como um conjunto de ações que tem por
objetivo preservar o meio em que o indivíduo está inserido para prevenir doenças e
promover saúde, proporcionando uma melhora na qualidade de vida e
desenvolvimento da sociedade, onde é caracterizado pelas seguintes atividades:
abastecimento de água, esgotamento sanitário, limpeza urbana, drenagem urbana,
manejos de resíduos sólidos e de águas pluviais (BARROS, 2014).
Assim, com o aumento das populações e com o crescimento relativo do
consumo de água, o homem passou a se importar com a maneira de transporte e
distribuição desse elemento essencial para a vida. Através dessa postura, nasceram
grandes evoluções no que se refere a obras destinadas a captação, transporte,
armazenamento e distribuição de água para todos os cidadãos, do mesmo modo que
é feito na época atual.
O abastecimento de água dentro de um corpo social é habitualmente
composto pela associação de sistema de abastecimento de água, soluções individuais
e soluções alternativas (BRASIL, 2006). Portanto, a junção das alternativas é de suma
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importância para assegurar o abastecimento da água a toda a população e a
preservação da saúde pública (HELLER, 2006).
Nessa composição, a rede de distribuição é de relevância imprescindível
para o desempenho do sistema de abastecimento de água. Ela é constituída por
tubulações, bombas, reservatórios e acessórios, com o intuito de distribuir água
potável do local onde é armazenado até o consumidor final, em quantidade e
qualidade satisfatória.
Para Tsutiya (2006), a implantação das redes de distribuição é o
componente que necessita de maior investimento do total de obras do sistema, cerca
de 50 a 75% do custo total. Dessa maneira, seja qual for a redução de custo nessa
parte do sistema, gerará um amortecimento financeiro significativo no sistema como
um todo. Para tal fim, é primordial que haja uma otimização nos parâmetros envolvidos
para que se obtenha um dimensionamento eficiente da rede.
Conforme a topografia de cada sistema, a energia disponível pode ser
menor que a perda de carga para o escoamento, necessitando o aumento na altura
de reservatórios ou implantação de pressurização no sistema. Contudo, deve se
atender toda a população dentro dos critérios mínimos e máximos estabelecidos pelas
normas vigentes.
Devido aos incessantes avanços tecnológicos computacionais, e se
tratando de estudos referentes a modelagens das redes de distribuição, constata-se
que o software EPANET se apresenta como um dispositivo prático no auxílio de
simulação e diagnósticos destes sistemas que fora dimensionado. No programa, é
possível simular diversos cenários da mesma rede, comparando os resultados frente
ao custo e critérios básicos de projeto.
Por conseguinte, a evolução em aplicativos de smartphones no auxílio da
topografia tem sido utilizado em alguns estudos, devido a facilidade na obtenção de
dados, o Mobile Topographer vem se mostrando como um bom mecanismo para tal
(SILVA; FELIPE, 2018).
No presente trabalho, são executadas simulações da rede de distribuição
de água do Bairro Ginásio e Loteamento Rocha, localizado no município de Presidente
Tancredo Neves, no estado da Bahia, Brasil. A área de estudo caracteriza-se por ser
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predominantemente com habitações residenciais e uma parcela que tende a se
expandir. Este trabalho tem como objetivo a utilização de aplicativos na topografia
para a obtenção de dados práticos e a realização de simulações em possíveis
cenários de rede de distribuição de água para o bairro e loteamento usando o
programa EPANET, de modo a atender todas as demandas e critérios técnicos
contidos na norma NBR 12218, comparando a situação atual e a possibilidade
existencial de ampliação do território de análise.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo avaliar o sistema de abastecimento de
água e sua expansão, referente ao bairro Ginásio e loteamento Rocha, localizado em
Presidente Tancredo Neves – BA, a fim de criar subsídios técnicos para a melhor
gestão do abastecimento de água no município, utilizando o software EPANET 2.0.
2.2. Objetivos Específicos
Realizar simulações da rede com um cenário atual e outro em expansão,
visando atender os parâmetros normatizados;
Analisar a utilização de aplicativos em smartphones no estudo da topografia;
Comparar, por critérios hidráulicos a rede de distribuição atual e sua possível
expansão;
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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. História do abastecimento
Depois que o homem deixou o seu estilo de vida nômade, iniciou-se um
período marcado pela formação de agrupamentos de pessoas. Com essa nova
configuração de sociedade, as solicitações por água ganharam uma maior
complexidade, devido ao seu emprego na pecuária e agricultura, além de atender as
necessidades fisiológicas humanas. Assim sendo, a existência de um bom
abastecimento de água tornou-se um dos fatores fundamentais na busca por
territórios para criação das comunidades (HELLER; PÁDUA, 2006).
A civilização humana foi, ao longo dos séculos, dominando diferentes
formas de obtenção e racionalização das águas. Em Netto (1984), são evidenciadas
antigas obras relacionadas ao abastecimento, como o primeiro sistema de
abastecimento de água em Jerwan na Assíria 691 a.C., o sistema de irrigação a 4000
a.C. na Mesopotâmia, sistemas de água e drenagem no Vale do Indo em 3200 a.C.
O Império Romano também construiu seu sistema de abastecimento de
água, o aqueduto Aqua Apia em forma de arco, com cerca de 17km de extensão, em
312 a.C. Foi a primeira grande civilização a cuidar especificamente do saneamento,
formando inúmeros outros grandes aquedutos, reservatórios, grandes termas,
banheiros públicos, chafarizes (BARROS, 2014).
Segundo Barros (2014), o Brasil entra no cenário do saneamento no ano
de 1561, quando Estácio de Sá mandou escavar no Rio de Janeiro o primeiro poço
para abastecer a cidade, onde em seguida foi construído o aqueduto utilizado para
transportar águas do rio Carioca em direção ao Chafariz, atualmente, o aqueduto é
conhecido como os Arcos da Lapa.
Em 1808, com a chegada da Família Real, o Brasil iniciou grandes avanços
nos serviços de saneamento devido a uma familiaridade maior com as pesquisas
desenvolvidas na Europa (RIBEIRO E ROOKE, 2010). Posteriormente, diversas obras
no ramo de abastecimento de água passaram a ser realizadas. Dentre elas, está a
construção da 1ª adutora de Ribeirão das Lajes em 1940, do sistema de captação do
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Canal de Imuana, em 1954, contendo uma vazão em torno de 500 litros por segundo
(CEDAE, 2019).
De acordo com o Instituto Trata Brasil (2012, p. 17), com referência ao
período das décadas de 50 a 70, surgiu a seguinte frase em relação ao aparelhamento
hídrico, “Corresponde ao início da industrialização do país, período marcado pelo
surgimento de órgãos ou empresas municipais de saneamento básico. ”
A partir de 1970, tivemos a criação do Plano Nacional de Saneamento
(PLANASA), que teve como objetivo atender 80% da população urbana com serviços
de água, e 50% com serviços de esgoto até 1980. Nessa circunstância, em 1971
houve a criação da Empresa Baiana de Águas e Saneamento S.A. - Embasa, no
Estado da Bahia, gerando assim uma significativa evolução nas redes de distribuição
de água do estado (EMBASA, 2015).
Segundo Heleno (1993), pouco antes da implantação da Embasa, as
atuações no campo de abastecimento de água e esgoto, produzidas pelo estado da
Bahia eram quase que em sua totalidade voltadas para a cidade de Salvador. Mas
com a criação da Comissão de Águas e Esgotos de Salvador, passava a existir uma
organização maior do setor na cidade, com consideráveis avanços no serviço de
distribuição de água e capacitação técnica dos seus colaboradores. Sendo assim, esta
comissão foi transformada no Departamento de Saneamento do Estado da Bahia –
DS, que passava a desenvolver projetos para algumas cidades do interior, próximas
da capital.
Após a institucionalização da EMBASA, foram desenvolvidas algumas
obras que tinham como objetivo melhorar a produção de água em Salvador e cidades
vizinhas. Dentre elas, está a segunda adutora Joanes I/Bolandeira, as estações de
tratamento de água Vieira de Mello e Theodoro Sampaio, a barragem de Pedra do
Cavalo e implantação da Estação de Tratamento de Água (ETA) principal em
Candeias.
Devido ao lançamento do programa Água para todos (PAT) pelo Estado da
Bahia, e com o auxílio de recursos do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC
Saneamento), e recursos também do Governo do Estado e próprios da Embasa. Entre
os anos de 2007 e 2015, ocorreu uma evolução expressiva nos sistemas de
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abastecimento de água devido à expansão e criação de obras em todo o estado
(EMBASA, 2015).
3.2. Sistema de abastecimento
O Sistema de Abastecimento Público de Água representa um conjunto de
obras, instalações e serviços, designados a produzir e racionar água a uma
comunidade, em quantidade e qualidade compatível com as utilidades da população,
para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial dentre outros
usos (FUNASA, 2007).
O enorme benefício dos sistemas de abastecimento de água à saúde da
população em todos os estratos sociais, possibilita as mesmas oportunidades de
higiene, conforto e bem-estar, mesmo às classes mais desfavorecidas, além de ter
um reflexo instantâneo na redução da necessidade por serviços de saúde garantindo
a longevidade da população (TSUTIYA, 2006).
Para Tsutiya (2006), o sistema de abastecimento de água é constituído por
diversas unidades, conforme demonstrado na Figura 1.
Figura 1 - Unidades de um sistema de abastecimento de água
Fonte: Manual de Saneamento FUNASA, 2007.
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Os segmentos são determinados como:
Manancial: Fonte de onde é retirada a água para abastecimento da região,
podendo ser esta fonte superficial ou subterrânea;
Captação: Conjunto de estruturas e equipamentos instalados junto ao
manancial para a extração da água e posteriormente transporte e
abastecimento;
Estação elevatória: Conjunto de obras e dispositivos destinado a recalcar a
água para a unidade seguinte e/ou aumentar pressões em adutoras;
Adutoras: canalização que têm como função conduzir a água da captação até
a estação de tratamento de água, a adução pode funcionar por gravidade e por
meio de recalque com uso de estação elevatória;
Estação de tratamento de água (ETA): Conjunto destinado a tratar a água,
passando por algumas etapas de modo a adequar suas características aos
padrões de potabilidade;
Reservatórios: Responsáveis pelo armazenamento de água, mantendo uma
pressão constante na rede de distribuição e regularidade no abastecimento;
Rede de distribuição: Formado por tubulações e responsável pela distribuição
de água do reservatório para os consumidores de forma contínua, em
quantidade adequada e pressão suficiente.
Ramal predial: Tubulação que liga a rede pública ao estabelecimento de
consumo.
Eventualmente na engenharia possui uma única solução para um
determinado assunto, dessa maneira, para obtenção de um resultado mais assertivo
a ser aplicado ao projeto de abastecimento de água, há a indispensabilidade de
averiguar alguns aspectos constituintes, para que a solução seja a mais apropriada à
realidade social em que será aplicada (HELLER; PÁDUA, 2006).
De acordo com Tsutiya (2006), a idealização de um sistema de
abastecimento de água ocorre devido à realização de um diagnóstico do sistema
existente, além da previsão de uma situação futura, assim como a escolha dos
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parâmetros básicos exigidos no projeto, para que neste contexto seja possível fazer o
pré-dimensionamento das unidades dos sistemas. Ao término dessas etapas é
essencial a comparação de forma técnica, ambiental e econômica as possibilidades
existentes para uma escolha mais satisfatória.
3.3. Evolução do sistema de abastecimento
O abastecimento de água de forma sistemática nas cidades do território
brasileiro seguiu, de modo geral, a evolução sucedida em outros países, dando início
logo após meados do século XIX, em algumas capitais das então províncias do
Império e em eventuais cidades, podem ser citadas o Rio de Janeiro, Recife, Salvador,
São Paulo, Porto Alegre e algumas cidades do interior dos estados de São Paulo e do
Rio Grande do Sul (AZEVEDO NETTO et al., 1973).
Ao encerrar a primeira década do século XXI, uma parte expressiva da
população brasileira ainda não possuía acesso ao abastecimento de água e ao
esgotamento sanitário e se a continha era de forma precária e limitada. Apesar disso,
o Brasil atravessava uma conjuntura favorável no desenvolvimento das ações de
saneamento, assegurado pelo marco legal recém-criado e pela crescente
institucionalização do setor. A Lei dos Consórcios Públicos Nº 11.107/2005 e a Lei de
Diretrizes Nacionais para o Saneamento Básico Nº 11.445/2007 ocasionou grandes
perspectivas de progresso para a Política Nacional de Saneamento, podendo
coordenar a prestação dos serviços a um novo nível, aumentando as possibilidades
de se evoluir rumo à universalização, com integralidade e com igualdade (LIMA e
MARQUES, 2012).
Com a constatação da evolução da abrangência de redes de água e
esgotos, desde a implantação do PLANASA, nota-se que a extensão da cobertura de
redes urbanas de água, entre os anos de 1972 e 2007, mais do que duplicou,
passando de aproximadamente 42% para 97%. A rapidez deste desdobramento foi
superior ao alcance de redes de esgotos em praticamente todo o período observado
(LIMA E MARQUES, 2012).
Como ações e estratégia de investimentos, foi estabelecido o Programa
Saneamento para Todos, Estados e municípios poderão solicitar financiamento para
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obras de implantação e ampliação de redes de abastecimento de água, esgotamento
sanitário, manejo de resíduos sólidos, águas pluviais e resíduos da construção,
saneamento integrado, além da preservação e recuperação de mananciais e
elaboração de estudos e projetos que tenham o objetivo de qualificar a gestão da
prestação de serviços (FEDERAL, 2019).
De acordo com o SNIS (2017), no Brasil, 93,0% da população urbana é
contemplada por rede de abastecimento de água. Isso corresponde a
aproximadamente 160 milhões de pessoas atendidas por esse serviço, um número
bastante significativo.
Na época atual, o setor tem conquistado o máximo de atenção
governamental e existe uma parcela considerável de recursos a serem aplicados.
Todavia, esses investimentos devem ocasionar os incentivos já almejados, quanto à
melhoria da qualidade da água e dos indicadores de saúde pública, cumprindo aos
parâmetros mínimos de qualidade, sendo determinado pela legislação representativa
da seção, com a intenção de preservar a sustentabilidade dos mesmos (LEONETI;
PRADO; OLIVEIRA, 2011).
3.4. Rede de distribuição
Um sistema de distribuição de água é o conjunto de tubulações, acessórios,
reservatórios, bombas etc., que tem finalidade de garantir o adequado fornecimento
de água, dentro de exigências sanitárias, com vazão precisa e pressão suficiente, a
cada um dos inúmeros pontos de consumo de uma cidade ou setor de abastecimento,
preservando sua qualidade (PORTO,2006).
São obras que em grande parte do seu cenário costumam ser encontradas
enterradas, as quais se distribuem sob as vias públicas e/ou passeios, sendo o
acesso, inspeção e manutenção bem mais difícil, sendo operadas por profissionais da
área. Geralmente, as redes são constituídas por diversos segmentos de tubulações e
peças (reduções, curvas, tês, válvulas etc.), que devem suportar as variações de
pressões e esforços externos (FURUSAWA, 2011).
-
21
Tsutiya (2006), afirma que uma rede de distribuição de água é usualmente
composta por dois tipos de canalizações:
Principal: são tubulações que tem a finalidade de abastecer as
canalizações secundárias e possuem um maior diâmetro;
Secundária: são tubulações de menor diâmetro e tem a função de
abastecer diretamente os pontos de consumo.
A depender das atribuições dos condutos e o sentido de escoamento, as
redes de distribuição de água podem ser classificadas como:
Ramificada;
Malhada;
Mista.
A rede é considerada ramificada devido seu abastecimento ser por
tubulações tronco alimentado por um reservatório ou na presença de uma pressão de
bombeamento, e a distribuição de água para o consumidor final se dá pelos condutos
secundários até a extremidade (ponta seca), sendo que a vazão e o sentido em
qualquer trecho são conhecidos (PORTO, 2006).
Este modelo de rede é caracterizado por ter escoamento unidirecional e se
comparada à rede malhada de mesmo porte, apresentam baixo custo de implantação
graças aos seus menores diâmetros. Todavia, este tipo de rede detém alguns
problemas, como no caso de avaria, no qual todo o abastecimento a jusante tende a
ficar sem água, do mesmo modo que pode ocorrer cenários de pressões insuficientes
no caso de uma variação no consumo de água, assim como concentração de
sedimentos nos trechos sem saída. Desta forma a utilização deste tipo de rede tem
sido descartada em cidades de médio e grande porte, onde o abastecimento de água
não pode sofrer paralisação (GOMES, 2009). A Figura 2 demonstra um traçado desse
tipo de rede.
-
22
Figura 2 - Esquema de uma rede ramificada
Fonte: Porto, 2006.
Em referência às redes malhadas, estas apresentam seus trechos
interligados em formatos de anéis ou malhas, de forma que seu escoamento
bidirecional possa atingir qualquer ponto da rede por percursos alternativos, gerando
uma maior facilidade de suprir a demanda, assim nos casos de avaria, o
abastecimento não é interrompido a jusante. Contudo, seu custo de implantação é
superior, tanto devido a um maior consumo de tubagens e acessórios, quanto pela
complexidade do cálculo de dimensionamento (JUSTINO; NOGUEIRA, 2013). A
Figura 3 apresenta um esquema mais usado desse tipo de rede.
Figura 3 - Esquema de uma rede malhada com quatro malhas/anéis
Fonte: Porto, 2006.
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23
Já as redes mistas, são associações das redes ramificadas e malhadas. E
reproduzem a maior parcela das redes empregadas hoje em dia, inclusive as
compreendidas nesse estudo, onde possui diversas malhas e trechos sem saídas. A
Figura 4 mostra um esquema desse tipo de rede.
Figura 4 – Esquema de uma rede mista.
Fonte: Porto, 2006.
O modelo de uma rede de distribuição possui alguns componentes físicos,
como mostrado na Figura 5:
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24
Figura 5 - Componentes físicos de um sistema de distribuição de água
Fonte: Manual do usuário - Epanet Brasil, 2009.
Para Gomes (2009), esses componentes são definidos como:
Nós: Pontos de conexão dos trechos, onde a água entra e sai;
Reservatórios de Nível Fixo (RNF): Nós especiais, que correspondem um
volume de armazenamento, considerando uma carga hidráulica constante e
capacidade ilimitada;
Reservatórios de Nível Variável (RNV): Também caracterizados como nós
especiais, tem uma capacidade limitada e volume oscilando ao longo do tempo;
Tubulações: Trechos responsáveis pelo deslocamento da água entre os pontos
da rede, funcionando como conduto forçado;
Perda de carga localizada: Aumento da perturbação devido às conexões e
mudança de diâmetro brusca, resultando em perdas de carga;
Bombas: Refere-se a trechos da rede que transferem energias para o
escoamento, aumentando a sua altura manométrica e com isso a sua pressão;
Válvulas: Refere-se a trechos que em um ponto particular da rede limitam a
vazão e pressão.
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25
Conforme Gomes (2009), as redes dispõem de elementos não físicos que
indicam e reproduzem o comportamento operacional do sistema de distribuição,
sendo eles: curvas, padrões e controles.
No sistema de abastecimento de água, a unidade de maior custo é a rede
de distribuição, totalizando cerca de 50 a 75% do valor total (TSUTIYA, 2006). Dessa
maneira, para a realização de um projeto inicial de rede de distribuição torna-se
necessário um estudo prévio utilizando todas as alternativas possíveis para a
execução de um comparativo, a fim de aplicar a melhor solução de custo-benefício.
3.5. Estimativa de demandas
A implantação de um sistema de abastecimento de água tem que ser
planejada para fornecer um grupo vasto e com diferenciação de demandas e, não
exclusivamente os relacionados ao uso domiciliar, apesar que essa categoria deve ter
caráter prioritário. Esta concepção é muito importante na idealização e na execução
do projeto dessas instalações, pois a identificação dessa demanda é determinante
para o dimensionamento racional de cada uma de suas unidades. Dessa forma,
devem ser consideradas todas as necessidades a serem satisfeitas pelas instalações,
considerando o período futuro de alcance do sistema e as vazões adequadas
(HELLER; PÁDUA, 2006).
Para a caracterização da vazão de distribuição do dimensionamento, é
essencial determinar a classificação dos consumidores, o consumo per capita, a
variação no consumo e estimativa populacional (FURUSAWA, 2011).
Segundo Furusawa (2011), os consumidores são classificados em quatro
grandes categorias, sendo:
Doméstico;
Comercial;
Industrial;
Público.
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26
A categoria de uso doméstico (residenciais) é a mais homogênea, onde a
instabilidade de consumo diário de água é baixa e a forma de consumo se permanece
praticamente constante por toda semana.
Sendo a classe comercial e industrial mais heterogênea, sua variação está
presente entre pequenos até grandes consumidores, onde a demanda de água está
justamenete vinculada com o seu uso e o perfil de consumo.
Por sua vez, a categoria de uso público varia referente ao abastecimento
dos prédios públicos e das demandas urbanas como praças e jardins, e tem um peso
representativo que varia entre 10% e 20%, em relação ao consumo total de uma
cidade.
O consumo per capita, dado em (L/hab/dia), de água de um sistema pode
ser obtido através de medições existentes ou estimado a partir de uma perspectiva
com características semelhantes, que tem como resultado final a segmentação entre
o máximo de demanda a ser atendida pelo sistema e a população abastecida
(TSUTIYA, 2006).
Um aspecto muito importante, é o da variação temporal das vazões, desse
modo, as unidades devem ser empregadas a fim de atender o funcionamento
garantindo uma demanda média, porém capazes de suprir as alterações que ocorrem
diariamente e anualmente (FURUSAWA, 2011).
Para a estimativa populacional, devem ser considerados os seguintes
fatores: as especificidades da área de projeto, suas características sócioeconômicas,
urbanísticas e a dinâmica da ocupação do solo. A partir da estimativa populacional, a
implantação do sistema de abastecimento de água pode ser avaliada e subdividida
em etapas para evitar ociosidade do mesmo (HELLER; PÁDUA, 2006)..
A quantidade de água consumida em uma rede de abastecimento varia
continuamente ao longo do dia e ao longo do ano em função das atividades e hábitos
da população, condições climáticas e outros (TSUTIYA, 2006).
No dimensionamento e realização de redes de distribuição de água, tendo
em vista suas variações, devem ser adotados os denominados coeficientes de reforço.
O coeficiente do dia de maior consumo K1 é a relação entre o maior consumo diário
verificado no período de um ano e o consumo médio diário neste mesmo período,
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27
sendo recomendado um período de observação consecutivo de cinco anos. O
coeficiente da hora de maior consumo K2 é a relação entre a maior vazão horária
observada num dia e a vazão média horária do mesmo dia (HELLER; PÁDUA, 2006).
Para a determinação desses coeficientes, o modelo para ótimos resultados
é a verificação de uma série de dados existentes, pois esse valor muda de acordo
com a característica de cada local estudado.
Os sistemas de abastecimento de água precisam ser projetados para
satisfazer um determinado público, via de regra maior que a existente, que equivale
ao crescimento demográfico para um estipulado número de anos. Esse tempo é
denominado horizonte de projeto, que geralmente é adotado um período de 20 anos
(FURUSAWA, 2011).
3.6. Critérios hidráulicos de dimensionamento
A concepção de um traçado de rede de distribuição tem que obedecer aos
critérios estabelecidos pela NBR 12218 da ABNT, intitulada Projeto de rede de
distribuição de água para abastecimento público.
A relevância das pressões hidráulicas fixas que irão operar na rede de
distribuição desempenha um papel indispensável no projeto de abastecimento de
água, tendo uma função significativa no custo de implantação e execução do sistema
bem como na qualidade do serviço (GOMES, 2009).
Para o dimensionamento de rede de distribuição, são estabelecidos limites
de pressão mínima dinâmica e pressão máxima estática, limites que visam garantir o
atendimento adequado nos pontos de consumo e à resistência das tubulações e às
perdas físicas, respectivamente (FURUSAWA, 2011).
Em relação às pressões sofridas pela rede de distribuição, a NBR 12218
da ABNT afirma que a pressão mínima dinâmica seja de 100 kPa (10 m.c.a) e a
pressão máxima estática seja de 500 kPa (50 m.c.a), sendo pressões fora dos limites
aceita, desde que justificadas técnica e economicamente.
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28
Ainda segundo a NBR 12218 da ABNT, as tubulações principais devem ser
instaladas em vias púbicas, de preferência criando circuitos fechados, já as tubulações
secundárias precisam ter uma configuração de rede malhada, estando interligadas
nos locais de cruzamentos.
Com relação à velocidade, a NBR 12218 da ABNT exige uma velocidade
mínima de 0,6 m/s, e a máxima de 3,5 m/s nas tubulações para as necessidades
diárias no início e no final da etapa da execução da rede . Para Tsutiya (2006), o uso
de baixas velocidades na rede de distribuição propicia a durabilidade, sob aspecto da
abrasão das tubulações, além de não aletrar a qualidade da água tratada. Já a
utilização de velocidades altas na rede de distribuição possibilita a redução dos
diâmetros das tubulações e consequentemente o custo, entretanto, causam aumento
da perda de carga, provocam ruídos nas tubulações, além de facilitar o desgaste por
abrasão de peças, aumentando os custos de manutenção.
Para determinar o diâmetro mínimo a ser utilizado para as redes de
distribuição de água deve levar em conta as perdas de carga e as vazões
solicitadas.Conforme a norma NBR 12218 da ABNT, o diâmetro mínimo das
tubulações secundárias é de 50 mm, todavia não há nenhuma recomendação para as
tubulações principais.
Ainda de acordo com a norma NBR 12218 da ABNT, também não há
nenhuma sugestão para o valor da perda de carga máxima. Na antiga norma PNB 594
da ABNT, era recomendado o valor máximo de perda de carga de 8 m/km para
indicação do limite máximo de vazão das tubulações secundárias, segundo diâmetro
e material da mesma.
Os fluidos em escoamento apresentam uma energia onde parte dela é
perdida em virtude das turbulência e atritos entre os elementos do liquido. A energia
dissipada nomeia-se perda de carga contínua, no qual é encargo do comprimento da
tubulação e suas características (rugosidade absoluta, diâmetro interno), massa
especifica e da viscosidade do fluido (GOMES, 2009). A NBR 12218 da ABNT
menciona que para o cálculo dessa perda, seja usada preferivelmente a fórmula
universal, considerando o envelhecimento do material.
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3.7. Programa Epanet
O EPANET foi idealizado pela agência estatal norte-americana U.S.
Environmental Protection Agency (EPA), sendo sua primeira versão lançada em
janeiro de 1993, é um programa computacional que possibilita a realização de
simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico de um sistema
pressurizado, inclusive atendendo critérios referente a qualidade da água, em um
determinado período.
Traduzido e adaptado pelo Laboratório de Eficiência energética e Hidráulica
em Saneamento (LENHS) da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) e tendo
conformidade com o Manual do EPANET 2.0 Brasil, o programa tem aplicação prática
em diversas situações fornecendo dados de saídas, tais como, pressão em cada nó
da rede, valores de vazão em cada trecho, cota de água em cada reservatório de nível
variável (RNV), a avaliação dos consumos e da concentração de cloro residual ao
longo do sistema de distribuição.
Dessa forma, o software EPANET surge como um instrumento de auxílio
para simulação e análise de sistemas de distribuição de água, deste modo é possível
prever e estabelecer cenários de operação da rede, como por exemplo, a expansão
de uma rede existente, no qual se caracteriza no objeto de estudo desse trabalho,
assim como, selecionar tubos tanto para limpeza como para substituição e alterar a
origem da água em um sistema com múltiplas origens. Com essa conjuntura, o
EPANET torna-se importante na gestão dos sistemas, de forma que algumas
estratégias e alternativas possam ser avaliadas, resultando eficiência dos serviços de
distribuição.
Com o objetivo de se obter um ótimo dimensionamento, a rede deve ser
completamente caracterizada, para isso, o software EPANET oferece uma
modelagem hidráulica com inúmeras ferramentas, garantindo bons resultados. O
Manual do EPANET lista algumas dessas características, sendo elas:
Quantidade ilimitada de número de componentes na rede;
Perdas de carga calculada utilizando as fórmulas Hazen-Williams,
DarcyWeisbach ou Chezy-Manning;
-
30
Inclui as perdas de cargas localizadas de conexões;
Simula o funcionamento de bombas de velocidade constante ou variável e
calcula a energia de bombeamento e seu custo;
Modela as principais válvulas, sendo essas do tipo retenção,
seccionamento, de pressão e vazão;
Simula reservatórios de nível variável, atribuindo a diversificada forma
geométrica;
Permite estabelecer divisão de categorias de consumo nos nós, tendo cada
um com seu próprio padrão de variação no tempo;
Simula relação entre pressão e vazão em aparelhos emissores;
Capacidade de basear as condições de operação do sistema em controles
dependentes de uma ou múltiplas condições;
Por outro lado, também há a alternativa de modelagem da qualidade da
água, capaz de permitir a modelagem de simulação do transporte, tempo de percurso,
idade da água, período de crescimento e decaimento de algum componente da água.
3.8. App Mobile Topographer
A maior parte dos levantamentos topográficos usada no campo e no meio
urbano é exercida com o intuito de aquisição de plantas planimétricas e
planialtimétricas. Estas concepções são compostas de esboços que representam, de
forma plana e em escala, uma área delimitada (AZAMBUJA, 2007).
Em relação a construção destes mapas é indispensável a aplicação de
alguns métodos e equipamentos normalmente caros e de uso restrito. Os dispositivos
e acessórios empregados em levantamentos topográficos diversificam conforme seu
nível tecnológico, usualmente os mais utilizados são os teodolitos, a estação total e o
GNSS (TULER, 2014).
Com a evolução dos smartphones e o desenvolvimento e aprimoramento
dos aplicativos, os smartphones têm demonstrado ilimitadas opções de trabalho na
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31
área da Topografia. Sendo lançado em dezembro de 2012, o Mobile Topographer é
um aplicativo inovador que possibilita a obtenção de pontos planimétricos em diversos
sistemas de coordenadas, permitindo o cálculo da distância entre os pontos, do
tamanho da área de estudo e da altura elipsoidal, além disso, a sua calibração visa
aumentar a precisão do GPS, mostrando a posição dos satélites no céu, bem como a
força do sinal e a regularidade no ponto analisado (KUBOń; PLEWAKO, 2018).
Este app oferece a opção de salvar as coordenadas em arquivos DXF, GPX
ou KML, o que simplifica e desenvolve o método de elaboração de mapas topográficos
e levantamentos cadastrais. Contudo, o maior valor agregado a este aplicativo é a
alternativa de interpor as informações obtidas do sistema GNSS e GLONASS,
alcançando assim uma maior acurácia (GONÇALVES, 2016).
3.9. Trabalhos na área
3.9.1. Epanet
O software EPANET apresenta-se como uma excelente ferramenta para
execução no que se diz respeito a modelagem e otimização de desempenho de redes
de abastecimento, sendo assim, existem inúmeros trabalhos realizados com o auxílio
dessa plataforma. No entanto, cada trabalho possui uma orientação no que se refere
ao uso do EPANET, seja ele apenas para uma análise de parâmetros hidráulicos ou
métodos de otimizações de redes, bem como simples simulação estática ou dinâmica
de determinada área de estudo.
O trabalho produzido por Pires e Paiva (2015) avaliou a análise hidráulica
da rede de abastecimento de água potável. Os autores criaram diversas simulações,
visando encontrar os pontos de altas pressões na rede no bairro Pontal Norte
localizado em Catalão - GO. A modelagem foi realizada por intermédio do software
EPANET. Os resultados obtidos no EPANET apontaram que os parâmetros de
pressões, velocidades de escoamento e perda de cargas foram insatisfatórios e
inadequados para todos os cenários analisados no bairro.
Outro estudo relacionado à modelagem de rede de distribuição de água, foi
realizado por Faria, Calijuru e Oliveira (2009), apresentou uma análise de simulação
-
32
hidráulica para uma rede de abastecimento de água, provocada pela expansão de
uma rede já existente no Bairro Bom Jesus, localizado no município de Viçosa – MG.
Para tal fim, o autor recorreu a interação dos softwares EPANET e SPRING, com a
finalidade de ponderar as possíveis demandas de pressão e vazão do novo sistema.
Os resultados adquiridos no EPANET determinaram que as pressões nos
nós da nova rede admitiram valores negativos, indicando que a rede existente, por si
própria, seria insuficiente para suprir a demanda da nova rede. Dessa maneira, para
que não houvesse uma intervenção no sistema atual, foi colocado um reservatório de
nível variável no local de maior cota do bairro e válvulas reguladoras de pressão em
trechos de menores cotas, e em seguida foram realizados outras simulações com o
propósito de atingir pressões entre 15 e 50 m.c.a, para atender a demanda solicitada
(FARIA; CALIJURI; OLIVEIRA, 2009).
3.9.2. Mobile Topographer
Inúmeros trabalhos no contexto de localização, intensidade dos sinais dos
satélites, opções de configurações de coordenadas em diferentes Datum,
possibilitando a coleta de pontos com suas respectivas distâncias unido ao cálculo de
área de modo simples e instantâneo já foram realizados, e o aplicativo Mobile
Topographer mostra-se como um amplo recurso na realização desses processos,
tanto o app gratuito, quanto o PRO.
Concernente a utilização de aplicativos na topografia, o trabalho elaborado
por Silva e Felipe (2018) no campus da Faculdade de Ensino Superior e Formação
Integral (FAEF), investigou os aplicativos Fields Area Measure e o Mobile
Topographer PRO através das avalições dos seus usuários, verificando se os mesmos
são confiáveis na obtenção de resultados, como o cálculo de distâncias e análise dos
dados georreferenciados. Através dos resultados alcançados foi possível determinar
que a utilização desse aplicativos para fins de levantamentos georreferenciados não
são tão confiáveis, pois suas precisões em relação aos cálculos das distâncias são
divergentes, mas pode-se usá-los para ter um reconhecimento da área antes do
trabalho, mesmo assim o aplicativo que teve melhor desempenho foi o Mobile
Topographer PRO.
-
33
Outra análise referente a comparação de coordenadas obtidas com Mobile
Topographer foi executada por Čehić (2018) em uma floresta. O autor instalou o
aplicativo em três smartphones (HTC, LG, SONY) para efetivar a comparação com os
dados fornecidos pelo Magellan Triton – GPS, normalmente usados como receptor na
silvicultura. Para a verificação das informações foram usadas tarefas que conduziria
o resultado do estudo, tais como, gravações, medições em campo, processamento e
análise dos dados nos eixos y e z. Os resultados obtidos em formas de gráficos e
tabelas, apontaram que foram encontradas diferenças significativas nas coordenadas
registradas com os dispositivos e o Magellan Triton – GPS.
-
34
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Caracterização da área de estudo
4.1.1. Localização e Aspectos físicos
A área de estudo desse trabalho, compreende o bairro Ginásio e do
loteamento Rocha, localizado no município de Presidente Tancredo Neves, no estado
da Bahia, Brasil, conforme definida na figura 6.
Figura 6 - Bairro Ginásio e Loteamento Rocha na cidade de Presidente Tancredo Neves – Bahia.
Fonte: Adaptado de Secretaria de Obras da cidade de Presidente Tancredo Neves, 2015.
Os bairros se localizam em uma zona de grande relevância da cidade, pois
neles se concentram escolas municipais e estaduais, hospital e secretarias, com ajuda
dos trabalhadores experientes da EMBASA que conhecem o referido local foi possível
delimitar os bairros de forma estratégica afim de obter uma parte habitada e outra em
expansão. Vale salientar que não foi possível obter informações oficiais sobre o bairro
e o loteamento, dessa forma, foi necessária uma visita de campo para coleta de
informações, tendo como exemplos, anotações in loco com os possíveis pontos de
tomada d’água de entrada para os bairros e os diâmetros das tubulações existentes.
Sendo o bairro Ginásio um dos primeiros bairros a serem constituídos no município, o
mesmo possui sua extensão territorial totalmente ocupada, já o loteamento é
-
35
devidamente novo, parte da sua área é construída e está habitada enquanto outra
parte se encontra em vegetação, mas ambas localidades têm predominância em
habitações domiciliares. No que se refere ao relevo, no bairro Ginásio este é
predominantemente plano, já o loteamento possui um terreno com variações sendo
uma parcela plana, e outra com declive.
Com a finalidade de tornar o estudo em aplicações práticas, atribuiu-se que
todos os pontos de consumo d’água são concernentes a um domicílio, isto é, todas as
moradias tiveram as mesmas demandas de consumo-base. Também foi considerado
que esses pontos denominados na área de estudo são similares aos dados reais,
compreendendo a altimetria, consumo per capita de água, a média de moradores por
domicílio e a localização dos domicílios.
4.1.2. Evolução urbana do município
A urbanização reflete no desenvolvimento da cidade, exercendo domínio
sobre a vida social e ambiental. Segundo Braga & Carvalho (2004, p. 12), devido a
expansão do município, os usos inclinam-se a se tornarem incompatíveis entre si e a
capacidade de suporte da infraestrutura urbana e do meio ambiente.
Sendo considerado um dos municípios que mais crescem no baixo sul,
esse progresso não vem sendo visível, pois no que se refere em ocupação de áreas
impróprias para moradia e seu crescimento desenfreado, sem que haja infraestrutura
urbana adequada, vem acarretando uma enorme carência de saneamento dessas
áreas, e no tocante ao abastecimento de água, os mesmos sofrem com racionalização
e escassez, afetando diretamente na qualidade de vida dos munícipes.
Ao analisar o crescimento da cidade, existe a influência da expansão dos
bairros, foco do objetivo de estudo, logo somos remetidos aos trajetos da água, que
deve fornecer todo subsídios para as localizações totalmente habitadas e para as que
estão em ascensão, garantindo que toda a demanda da população seja atendida.
Vale ressaltar que alguns fatores podem ter impulsionado a expansão
urbana do município como, por exemplo, o afloramento da agricultura familiar, onde
os pequenos produtores estão arrecadando cada vez mais com seus produtos
-
36
regionais, e posteriormente constrói-se residências na zona urbana, afim de ter um
empreendimento.
Diante do cenário apresentado, o aumento populacional urbano é uma das
principais razões do processo de expansão da cidade. Mas, acontece que esse
processo é realizado por uma configuração diferenciada, seja pelo uso do solo, seja
pelas arquiteturas das moradias, pelas dinâmicas empreendidas, ou ainda pela
disposição dos bairros, da infraestrutura e dos recursos disponíveis. (CARLOS, 2007).
Embora exista a necessidade de limites naturais, a cidade cresce em todos
os aspectos, mas acompanhado ao processo de desenvolvimento crescem, também,
os problemas socioambientais, explícito pela composição e ineficiência da
infraestrutura urbana. Desse modo, a aplicação de recursos pelo poder público, nesse
campo, torna-se imprescindível.
4.2. Avaliação do SRTM de Cruz das Almas
Devido à ausência de informações topográficas da cidade de Presidente
Tancredo Neves, foi necessária a utilização de recursos alternativos para a obtenção
de tais dados, o MDE fornecido pela EMBRAPA foi de suma importância para a
determinação das cotas esperadas, vale salientar que o mesmo possui formato geotiff,
com uma resolução espacial de 90 metros utilizando o sistema de coordenadas
geográficas Datum WGS-84.
Para a validação do MDE concedido pela EMBRAPA, os bairros Ana Lucia
e Inocoop da cidade de Cruz das Almas foram delimitados por 6 pontos como
parâmetro, a fim de assegurar o procedimento utilizado.
-
37
Figura 7 – Bairro Ana Lucia, Inocoop e área com vegetação.
Fonte: Adaptado de Planta Topográfica de Cruz das Almas, 2019.
Dessa forma, dentro dessa área demarcada, foram selecionados 15 pontos
entre os bairros da planta planialtimétrica existente do município com dados coletados
diretamente no campo, a fim de comparar com os dados do MDE e garantir o uso
desse mecanismo em outros trabalhos posteriores. Esse procedimento foi possível
ser realizado, pois o município de Cruz das Almas possui um raster interpolado que
foi sobreposto no raster obtido através da EMBRAPA, todo esse processo foi realizado
no programa ArcGis.
Figura 8 – Sobreposição dos rasters e da planta topográfica de Cruz das Almas.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
-
38
Por meio dos 15 pontos adquiridos foi possível realizar uma análise linear
através das cotas topográficas e cotas da EMBRAPA, diferenciando as zonas de
vegetação, edificação e intermediária. Desse modo, verificando a melhor situação
para a realização do estudo.
Gráfico 1 – Solo com vegetação
Fonte: Próprio Autor (2019)
Gráfico 2 - Solo com edificações
Fonte: Próprio Autor (2019)
R² = 0.7618
177
182
187
192
197
202
207
212
217
222
227
177 187 197 207 217
CO
TA T
OP
OG
RÁ
FIC
A
COTAS EMBRAPA
SOLO C/ VEGETAÇÃO
R² = 0.5985
219
219.5
220
220.5
221
218.5 219 219.5 220 220.5 221 221.5 222 222.5 223 223.5
CO
TA T
OP
OG
RÁ
FIC
A
COTA EMBRAPA
SOLO C/ EDIFICAÇÕES
-
39
Gráfico 3 - Solo intermediário
Fonte: Próprio Autor (2019)
No decorrer da análise, o melhor resultado foi dado pelo solo com
vegetação, e como previsto, o solo intermediário possui o pior resultado devido a
transição de solos, onde pode ter níveis destoantes, podendo afirmar que em
trabalhos subsequentes, o mais adequado seria a não utilização do solo intermediário
para resultados mais assertivos.
4.3. Levantamento de pontos planimétricos na cidade de PTN
Com a sustentação da análise e resultado do método anterior, a utilização
do MDE foi deferida para o progresso do estudo, contudo, a cidade de Presidente
Tancredo Neves não possui nenhum documento planimétrico, para a obtenção das
coordenadas. Dessa forma, se fez necessário o uso do aplicativo Mobile Topographer
para obtenção de pontos com as devidas coordenadas planimétricas com intuito de
definir o modelo digital de terreno, assim sendo, foi coletado o total de 6 pontos,
utilizando o SIRGAS 2000 como sistema de referência, para a delimitação da área de
estudo.
R² = 0.2189
202
204
206
208
210
212
214
216
218
220
222
180 190 200 210 220 230
CO
TAS
TOP
OFR
ÁG
ICA
S
COTAS EMBRAPA
SOLO INTERMEDIÁRIO
-
40
Para a coleta dos 6 pontos, o tempo de estacionamento foi cerca de 8
minutos com o celular na horizontal, afim de se obter o valor da coordenada com mais
precisão, o aparelho utilizado foi o Samsung J4 Plus.
Figura 9 – Interface do aplicativo com os pontos coletados.
Fonte: Adaptado de Mobile Topographer, 2016.
Após esse procedimento, foi dada a inicialização da rede de distribuição de
água, tendo em vista que todos os dados necessários para a realização da mesma
foram alcançados.
4.4. Descrição do método utilizado para a geração da rede de distribuição
Para a criação da rede de distribuição no software EPANET, foi usado
inicialmente o auxílio dos programas AutoCAD 2018 na versão estudantil, o ArcGIS
10.3 com uma licença de uso livre por 60 dias, o EpaCAD software gratuito, e por fim,
o EPANET, a modelagem da rede foi estruturada em quatro fases.
A 1º fase, houve o tratamento do raster georreferenciado oferecido pela
Embrapa, convertendo o Sistema de Coordenadas Geográfica
Datum: WGS-84 para SIRGAS 2000, sendo esse o mais novo sistema de referência
geodésico para o Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) e para as atividades da
Cartografia Brasileira.
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41
A 2º fase, houve a geração da rede de distribuição, usou-se a planta no
AutoCAD para obter a imagem da área de estudo e também para inserção dos pontos
de tomada d’água. Com o ArcGIS, foram atribuídas as cotas altimétricas dos nós,
fazendo uma interpolação dos dados topográficos do município de Presidente
Tancredo Neves, obtidos por meio do aplicativo Mobile Topographer, utilizando o
AutoCAD novamente para traçar as tubulações. Em seguida, dispondo do EpaCAD,
foi realizada a conversão do arquivo para o formato “inp”, o qual é admitido pelo
software EPANET.
A 3º fase, foram caracterizadas a obtenção e atribuição dos dados de
projeto na rede de distribuição concebida na 2º fase. E por fim, na 4º fase, foram
reproduzidos os traçados da rede de acordo com cada uma das simulações
determinadas.
Fluxograma das fases para a modelagem da rede
Fonte: Próprio Autor (2019)
Logo depois, são detalhadas estas etapas, com a finalidade de auxiliar a
aplicação dos programas abordados por potenciais envolvidos em empregar essa
metodologia, que automatiza a atribuição espacial dos dados da rede no EPANET,
sem que fique restrito à sua interface, o que é de grande benefício, especialmente
para a concepção de redes extensas.
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4.5. Modelagem da rede
4.5.1. Fase 1 – Tratamento do raster
Para que houvesse compatibilidade entre os dados coletados e o sistema
de referência geodésico, foi utilizada a metodologia subsequente, descrita no passo
4.5.1.1.
4.5.1.1. Alteração do sistema de georreferenciamento
I. No programa Arcgis insere o raster disponibilizado pela EMBRAPA, para a
devida alteração do sistema de referência, conforme a seguir:
A. Seleciona-se a ferramenta: Catalog ► Add Data ► Escolhe-se o arquivo ►
Clica na imagem para verificar suas propriedades.
Figura 10 – Propriedades do Raster da EMBRAPA.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
B. Em seguida, faz-se a alteração da coordenada geográfica: ArcToolbox ►
Data Manangement ► Projection and Transformations ► Define Projection
► Adiciona-se o raster e a coordenada a ser trabalhada, respectivamente.
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Figura 11 – Definição da Projeção do Raster.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
C. Para realizar a alteração do sistema de referência, deve-se seguir:
ArcToolbox ► Data Manangement ► Projection and Transformations
►Raster ► + ► Project Raster ► Adiciona-se o raster, onde será salvo e o
sistema a ser executado, nessa ordem.
Figura 12 – Projeção do Raster.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
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4.5.2. Fase 2 – Geração da rede de distribuição
Nessa fase, para atribuição das altimetrias nos nós, foi necessária aplicar
a metodologia proposta por Silva (2017), mostrada nos passos 4.5.2.3. a 4.5.2.6.,
conforme a seguir.
4.5.2.1. Importação dos pontos do Mobile Topographer para o ambiente
AutoCAD
I. No Mobile Topographer, é gerado um arquivo dos pontos coletados em
formato dxf, sendo estes deslocados horizontalmente e verticalmente entre
si, formando a área de estudo;
II. Anotam-se as coordenadas de cada ponto;
III. Em seguida salva-se os pontos, pois será importante para visualização e
indicação dos pontos de tomada d’água;
Figura 13 - Planta a ser referenciada no AutoCAD.
Fonte: Adaptado de Secretaria de Obras da cidade de PTN, 2015.
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IV. No AutoCAD, configura-se o mesmo para coordenadas UTM. Feito isso,
abre-se o arquivo dwg da cidade de Presidente Tancredo Neves e usando
o comando “Ponto”, cria-se seis pontos com as mesmas coordenadas dos
que foram coletados no Mobile Topographer;
V. Ainda no ambiente do AutoCAD, usa-se o comando “Alinhar”, seleciona-se
a planta da cidade e aperta-se o botão “Enter”. Após isso, aparecerá à aba
com a opção “Especificar o primeiro ponto de origem”, com isso, seleciona-
se exatamente o centro do Ponto “P1” dado pelo Mobile Topographer, como
visto na Figura 14.
Figura 14 - Seleção de ponto de origem no AutoCAD.
Fonte: Adaptado de Secretaria de Obras da cidade de PTN, 2015.
Em seguida, aparecerá à aba com a opção “Especificar o primeiro ponto de
destino”, daí, digitam-se as coordenadas referentes ao mesmo e clica-se no botão
“Enter”. Em seguida será pedido o próximo ponto de origem, basta repetir o mesmo
procedimento anterior, agora com o ponto “P2”, e assim sucessivamente até o ponto
“P6”. Depois de feita a inserção dos seis pontos, é só apertar o botão “Enter” duas
vezes e a região será redimensionada para a escala real;
VI. Checa-se se os pontos criados no AutoCAD estão sobrepostos no centro
dos pontos determinados no Mobile Topographer.
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4.5.2.2. Geração de nós no AutoCAD – Pontos de tomada d’água
I. Sobre a imagem do local de estudo, traça-se polilinhas nos arruamentos do
bairro usando o comando “Polilinha”. Estas servirão de guia para que os
nós fiquem alinhados;
II. Usa-se o comando “Ponto” para inserir os nós da rede sobre as polilinhas,
sendo estes colocados nos locais de tomada d’água (consumidores), e nos
pontos de mudança de direção das tubulações, ou vértices. Todas as
edições permanecem na camada base “0”;
III. Apagam-se todas as polilinhas, deixando apenas na imagem os nós da
rede, como visto na Figura 15;
IV. Salva-se o arquivo contendo pontos em formato “dxf” 2013.
Figura 15 - Nós da rede de distribuição feito no AutoCAD.
Fonte: Adaptado de Secretaria de Obras da cidade de PTN, 2015..
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4.5.2.3. Inserção de cotas altimétricas aos nós da rede no ArcGIS
I. Abre-se no ambiente ArcGIS, o arquivo de dados topográficos do município
de Presidente Tancredo Neves no formato “dwg”, contendo isolinhas. Foi
necessária a criação de um arquivo MDE no formato “raster”, para isso,
apagam-se todos as camadas 150 complementares do arquivo que contém
os dados topográficos, de modo que fique somente a camada com pontos
altimétricos. Então, faz-se:
(A). Na aba “dados”, exporta-se o arquivo “dwg” para o formato de
“shapefille” (“shp”);
(B). Seleciona-se a ferramenta: ArcToolbox ► 3D Analyst ► Data
Management ► TIN ► Create TIN;
(C). Ao selecionar esta opção, insere-se a coordenada UTM da região, e o
arquivo “shp” de pontos altímetricos criado anteriormente;
(D). Em seguida, converte-se o arquivo do formato “TIN” para “raster”.
Seleciona-se a ferramenta: ArcToolbox ► 3D Analyst ► Conversion ►
From TIN ► TIN to Raster;
II. Ainda no ambiente do ArcGIS, importa-se o arquivo “dxf” de pontos criado
na seção anterior;
III. Apagam-se todas as camadas complementares, deixando somente a de
“pontos”. Na aba “dados”, exporta-se o arquivo no formato “dxf” para o
formato “shp”;
IV. Depois é feita uma checagem de compatibilidade de escala e
posicionamento das ruas do arquivo contendo dados topográficos do
município, com as ruas formadas pelo alinhamento dos pontos. Caso
necessário, pode-se recorrer ao menu de edição do ArcGIS, que permite
levar o conjunto de pontos a um melhor posicionamento, tomando
referência as ruas dos bairros.
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Figura 16 - Checagem das posições dos pontos do “shapefile”.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
V. Para a extração das cotas altimétricas dos nós da rede, preenche-se o
campo “Elevation” deste arquivo com as cotas do arquivo “raster”,
realizando uma interpolação entre os dados dos arquivos. Para isso,
mantem-se o arquivo de pontos na área de trabalho do ambiente ArcGIS,
então:
(A). Seleciona-se a ferramenta: ArcToolbox ► Spatial Analyst ► Extraction
► Extract Multi Values to Points;
(B). Ao selecionar esta opção, insere-se o arquivo “shp” de pontos e o MDE
(Modelo Digital de Elevação) em formato “raster”. Depois da confirmação,
irá aparecer na tabela de atribuições do arquivo “shp”, uma coluna com o
mesmo nome do arquivo “raster”, contendo cotas altimetricas de cada
ponto;
(C). Copia-se os valores de cotas da coluna criada, para a coluna
“Elevation”;
(D). Apaga-se a coluna com o nome do arquivo “raster”, por não ser mais
necessária.
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VI. Na aba “dados”, exporta-se o arquivo “shp” (Com o campo “Elevation” já
devidamente preenchido), em formato “dxf” 2007.
Figura 17 - Campo “Elevation” do “shp” de pontos preenchidos, após a extração do “raster”.
Fonte: Adaptado de Arcgis 10.3, 2014.
4.5.2.4. Traçado das tubulações entre os nós da rede no ambiente do
AutoCAD
I. No AutoCAD, abre-se o arquivo “dxf” criado no passo anterior, este já com
dados de elevação em seus nós;
II. Traçam-se as tubulações ligando ponto a ponto, para isso usa-se o
comando “linha” (não usar polilinhas);
III. Salva-se o arquivo em formato “dxf” 2013, mantendo-se o desenho dos nós
e tubulações na camada base “0”;
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Figura 18 - Traçado das tubulações da rede no AutoCAD.
Fonte: Adaptado de Secretaria de Obras da cidade de PTN, 2015.
4.5.2.5. Convertendo o arquivo “dxf” para o formato “inp” utilizando o
EpaCAD
I. Abre-se no ambiente do EpaCAD, o arquivo “dxf” com cotas nos nós e
tubulações da rede obtido no passo anterior;
II. Seleciona-se a opção “Vertex Mode”, esta opção garante que os nós não
fiquem superpostos em tubulações. Então, converte-se o arquivo “dxf” para
“Inp”, o qual é aceito pelo software EPANET.
4.5.2.6. Importando a rede de distribuição para o ambiente EPANET
I. Importa-se o arquivo “inp” no ambiente EPANET, obtendo-se a rede com
altimetrias nos nós e comprimentos das tubulações, conforme as
características da área de estudo.
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Figura 19 - Modelo da rede de distribuição no EPANET.
Fonte: Adaptado de EPANET 2.0, 2009.
4.5.3. Fase 3 – Dados para o dimensionamento do projeto
4.5.3.1. Obtenção dos Dados
A cidade de Presidente Tancredo Neves, de acordo com o levantamento
realizado pelo IBGE, a população estimada de 2019 é cerca de 27.719 pessoas, na
qual possui uma população residente em situação domiciliar urbana de 11.123
habitantes. Já a quantidade de domicílios em situação domiciliar urbana é de 3.157
domicílios. Dividindo-se a população urbana, pela quantidade de domicilio, obtém-se:
𝑃 =11.123
3.157 ⩭ 3,52
ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
𝑑𝑜𝑚𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑜 (1)
Acessando o Sistema Nacional de Informações Sobre Saneamento (SNIS),
foram coletados dados de consumo per capita médio anual e perdas de água na
distribuição. Com o intuito de obter uma melhor precisão nos cálculos, foi calculada a
média referente aos dados disponíveis nos últimos cinco anos.
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Tabela 1 - Média do Consumo médio per capita anual, perda e consumo de água entre 2013 e 2017.
Ano de Referência
Consumo médio percapita de água
(l/hab.dia)
Índice de perdas na distribuição (%)
Índice de consumo de água (%)
2017 93,36 21,17 78,83
2016 91,59 29,77 70,23
2015 88,20 32,76 67,24
2014 89,38 33,27 66,73
2013 97,92 24,97 75,03
Média 92,09 28,39 71,61 Fonte: SNIS, 2013-2017.
Em uma distribuição de água suas perdas podem ser caracterizadas em
duas categorias, sendo reais (físicas) ou aparentes (comerciais). As perdas reais
correspondem ao volume de água extraviado por vazamentos em tubulações, redes
e ramais. Já as perdas aparentes representam o volume que foi consumido, mas não
autorizado e nem faturados, estas decorrentes de erros na medição dos hidrômetros,
fraudes e ligações clandestinas. Dessa forma, as perdas analisadas no município de
PTN são fatores relevantes e devem ser analisadas no estudo (INSTITUTO TRATA
BRASIL, 2012).
A distribuição de água no município de PTN é feita por gravidade, dessa
forma, considera-se que o abastecimento é ininterrupto o dia inteiro, portanto, para
operação do modelo serão consideradas 24 horas de funcionamento (EMBASA,
2019).
O crescente consumo de água deve-se ao desenvolvimento populacional
na cidade, que por sua vez, se faz necessário abastecer todas as demandas
solicitadas para suprir a deficiência de abastecimento.
Atualmente, o reservatório que abastece a cidade possui uma altura de
3,88m e diâmetro de aproximadamente 5,05 m, tendo uma vazão de 20.8 l/s, sendo
que o mesmo pode ser executado até no máximo 30 l/s.
Conforme Porto (2006), a vazão média essencial para a disposição das
redes de distribuição resiste variações diárias de demanda ao longo do ano e, assim
sendo, é recomendado multiplica-la por um coeficiente de reforço K1, o qual ele define
como coeficiente do dia de maior consumo, assumindo valores entre 1,25 e 1,50. O
autor também admite que para atender as vazões necessárias nas horas de maiores
consumos, é preciso multiplicar também a vazão média por um coeficiente K2, o qual
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ele determina como coeficiente da hora de maior consumo do dia, do qual adota-se o
valor 1,50.
Dessa maneira, Porto (2006, p.172) estabelece que a rede de distribuição
deve ser dimensionada para uma vazão determinada de distribuição, definida por:
𝑄𝑑 =
𝐾1𝐾2𝑃𝑞𝑚3600 ∗ ℎ
(𝑙/𝑠) (2)
Onde qm é o consumo per capita médio em 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.𝑑𝑖𝑎, e h é o número de
horas de funcionamento do sistema, sendo P o número da população expressada em
ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
𝑑𝑜𝑚𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑜, contudo o resultado final é apresentado em
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜.𝑑𝑜𝑚𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑜.
Para que as perdas sejam consideradas, é possível tratá-las como
consumo, também levando em conta o horizonte do projeto, sendo o envelhecimento
da tubulação e o coeficiente de segurança, garantindo uma melhor estabilidade na
rede de distribuição. Como a NBR 12218 não determina um valor especifico para
essas considerações, foi acrescido um valor de 30% nas perdas. De acordo com
Gomes (2009, p.29), o valor de qm deve ser corrigido aplicando o método:
𝑞𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑜 = 𝑞𝑚
1 −𝑃𝑅′
100%
(3)
No qual PR’ representa as perdas com as considerações supracitadas, em
porcentagem. Assim, aplicando-se os valores de = 92,09 e PR’ = 36,91% na equação
*
𝑞𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑜 = 92,09
1 −36,91100%
= 145,97 𝑙𝑖𝑡𝑡𝑜𝑠
ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝑑𝑖𝑎
Considerando as piores condições operacionais para a demanda do
projeto, os valores adotados serão:
K1 = 1,50;
K2 = 1,50;
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54
P = 3,52;
𝑞𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑜 = 145,97;
ℎ = 24.
Colocando os valores estabelecidos na equação (2), tem-se:
𝑄𝑑 = 1,50 ∗ 1,50 ∗ 3,52 ∗ 145,97
3600 ∗ 24= 0,0178
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑠. 𝑑𝑜𝑚𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑜
As perdas de cargas serão avaliadas empregando a fórmula de Hazen-
Williams. No que se refere às tubulações, serão consideradas as tubulações de PVC,
para as quais o coeficiente de rugosidade é de “C = 130” (NETTO et al., 1998, p.150).
4.5.3.2. Atribuição dos valores de demanda
Em relação a simulação da rede, foi preciso inserir as vazões de demanda
por cada nó, para tal, fez-se:
I. No ambiente do EPANET, abre-se o arquivo “inp” da rede gerado
anteriormente, ao final da Fase 1;
II. Clica-se nas abas: Editar ► Selecionar tudo. Em seguida, em Editar ►
Editar Grupo;
III. Feito isso, aparecerá um painel de editor de grupo, daí seleciona-se a opção
“Nós” e “Consumo-Base”. Coloca-se o valor de 𝑄𝑑 encontrado
anteriormente, como representado na Figura 20.
Figura 20 - Inserção do valor de "Consumo-Base" no EPANET
Fonte: Adaptado de EPANET 2.0, 2009.
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55
IV. Entretanto, os nós que representam as mudanças de direções ou esquinas,
possuirão o seu “Consumo-Base” igual à “0”. Para isso, é necessário dar
um duplo clique em cada nó individualmente e alterar o mesmo;
V. Concluído esta operação, obtém-se a rede com todos os valores de vazão
de demanda por cada nó.
4.5.3.3. Atribuição dos valores de diâmetros, rugosidade e custos das
tubulações
I. Clica-se na