Distritos de Medição e Controle em Sistemas de Abastecimento de Água

Aluno: Fabio de Melo SoteloOrientador: Paulo Vatavuk

1) Introdução

1.1) Perdas em Sistemas de Abastecimento de Água

Um dos maiores desafios presentes na administração de sistemas de distribuição de água é controlar as perdas, compreendidas como a diferença entre os volumes produzidos ou entregues ao sistema e os volumes consumidos de forma autorizada. As perdas refletem a eficiência operacional do sistema e as condições de infraestrutura, sendo possível classificá-las de duas formas: perdas reais (ou físicas), que ocorrem quando a água é perdida antes de chegar aos consumidores, principalmente devido a vazamentos em estruturas, equipamentos e tubulações do sistema; e perdas aparentes, quando a água é consumida de forma não-autorizada, situação que ocorre principalmente devido a submedições em hidrômetros imprecisos, irregularidades (p.ex. ligações clandestinas), fraudes ou falta de cadastro dos consumidores. (Freitas apud SOUZA JR., 2010)

Segundo Kingdom et al. apud SOUZA JR. (2006), o volume global de perdas de água é grande. Por ano, mais de 32 bilhões de m3 de água tratada são perdidos por vazamentos em redes de distribuição, quantidade que responde por cerca de 40% do volume total de água produzida no mundo. Outros 16 bilhões de m3 por ano são entregues aos clientes, mas não são faturados devido a furtos ou problemas de medição. Uma estimativa do custo total anual para as empresas de saneamento, devido às perdas de água, é da ordem de 14 bilhões de dólares.

No Brasil, país que concentra cerca de 13% da água doce do planeta (WRI apud MOTTA, 2003), algumas regiões já passam por problemas relacionados a falta de abastecimento de água ou apresentam condições críticas. Com o aumento da demanda e a degradação de recursos hídricos existentes, a escassez de água tornou-se uma realidade. Gerenciamentos deficitários dos recursos hídricos também são um fator que contribui para esse quadro.

No País, a maior parte dos municípios tem seu abastecimento de água gerido pela administração pública, por meio de companhias estatais ou municipais; outros tem seu sistema gerido pela iniciativa privada. O cenário brasileiro de perdas de água no setor de saneamento é bastante problemático. A média brasileira de perdas de água é de aproximadamente 40% (incluindo perdas reais e aparentes), mas em algumas empresas de saneamento essas perdas superam 60%. A existência de elevados índices de perdas de faturamento tem como consequência uma menor arrecadação às companhias de saneamento, o que por sua vez acarreta em um menor investimento em infrestrutura adequada. Na figura 1 observa-se um mapa que apresenta as perdas de faturamento no território brasileiro.

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(http://www.abes-sp.org.br/arquivos/perdas_resumo.pdf)

Figura 1. Índices de perdas de faturamento em 2007 nos estados brasileiros. Fonte: Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento - SNIS, apud MOTTA, 2007.

Com essa situação, é importante para as companhias de saneamento que operam o abastecimento de água nos municípios a adoção de soluções que reduzam as perdas, a fim de aumentar suas receitas e investir em infraestrutura. De acordo com Farley apud SOUZA JR. (2008), o gerenciamento das perdas é uma atividade que requer um compromisso de longo prazo e integração entre processos em uma companhia de saneamento.

Algumas companhias públicas já adotaram programas de combate às perdas e conservação de recursos hídricos. A Sabesp, detentora de sólido programa, apresentou, no Relatório Analítico de Perdas de 2008, um índice de perdas na Região Metropolitana de São

Paulo de 452 litros / ligação.dia, valor elevado quando comparado a outras regiões no mundo.

A tabela 1 apresenta um uma classificação de sistemas de abastecimento, elaborado pelo Banco Internacional para a Reconstrução e o Desenvolvimento (BIRD), baseado em indicadores de perdas típicos esperados em países desenvolvidos ou em desenvolvimento, em função das pressões médias na distribuição de água (Liemberg et al. apud MOTTA, 2007).

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http://www.finep.gov.br/prosab/livros/prosab5_tema%205.pdf

Tabela 1. Classificação de sistemas de abastecimento de acordo com índice de perdas no sistema. Fonte: Liemberg et al. apud MOTTA, 2007.

De acordo com a classificação proposta, a RMSP se enquadra na faixa “C” de países em desenvolvimento. Considerando que a região apresenta um índice de perdas menor em relação à média nacional, pode-se concluir que há muito o que se fazer no combate às perdas de água.

1.2) Setorização

Sistemas de abastecimento de água incluem todas as estruturas necessárias, da captação de água bruta até o local de consumo de água potável. Os componentes de um sistema são (Tsutiya apud MOTTA, 2004):

a) Manancial: fonte de onde a água é retirada. Superficiais ou subterrâneos;b) Captação: equipamentos e instalações para retirar água do manancial;c) Adução: tubulação que liga captação ao tratamento, ou este à rede de distribuição;d) Estação de Tratamento: visa adequar a água aos padrões de potabilidade;e) Reservatório: estrutura empregada para acúmulo de água, com função de regular a vazão de acordo com o consumo e garantir pressões requeridas;f) Rede de distribuição: conjunto de tubulações com a finalidade de levar a água do reservatório ou da adutora aos pontos de consumo;g) Ramal domiciliar: onde é feita a ligação da tubulação para os consumidores. A divisão em sistemas menores, tais como captação, tratamento, adução, reservação e

distribuição, permite analisar individualmente cada componente do sistema e definir ações que proporcionem uma gestão mais adequada (Gomes apud SOUZA JR., 2011). Da mesma forma, o sistema de distribuição de água é dividido em sistemas menores, chamados setores, que proporcionam uma gestão mais eficaz e intervenções focadas. O setor de abastecimento é definido pela área abastecida por um reservatório de distribuição (Yoshimoto et al. Apud SOUZA JR., 1998).

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Segundo a IWA (2007), as redes de distribuição de água devem ser divididas em setores adequadamente dimensionados, utilizando o conhecimento local da rede, dados hidráulicos de pressão e vazão, limites naturais tais como rios, ferrovias, estradas e topografia da cidade, de modo que a área seja dividida em zonas de pressão adequadas.

Gonçalves e Lima (2007), apresentam a setorização clássica, ponderando que as grandes extensões das redes de distribuição de água necessitam ser divididas em setores que possibilitem um melhor gerenciamento, conforme demonstra a Figura 2.

Figura 2. Setorização clássica em rede de abastecimento de água. Fonte: Gonçalves e Lima apud SOUZA JR. (2007).

Apesar do aumento da eficiência operacional com a implantação de setores de abastecimento, ainda há dificuldades na operação dos mesmos, devido à grande abrangência desses setores. Assim, a divisão dos setores de abastecimento em áreas de controle menores, chamadas de Distritos de Medição e Controle (DMC’s), possibilita uma gestão mais focada, visando a redução de perdas de água que ocorre nas tubulações dos sistemas de distribuição.

2) Distritos de Medição e Controle

Os Distritos de Medição e Controle (DMC's), são áreas de controle menores, obtidas a partir da subdivisão dos setores de abastecimento de água. A partir dos DMC's é possível estabelecer o gerenciamento das pressões e vazões nestas áreas de menor abrangência, o que possibilita uma gestão com ações mais focadas, visando reduzir as perdas de água que ocorrem nos sistemas de distribuição. A figura 3 apresenta a configuração típica em DMC's.

A divisão de uma rede de abastecimento de água em DMC’s, que são áreas menores e mais gerenciáveis, é internacionalmente tida como uma das melhores práticas para redução de perdas de água em sistemas de abastecimento público. Isso permite compreender melhor o sistema e facilita a identificação e análise de problemas de pressão e vazão nas redes de distribuição (Farley et.al apud SOUZA JR., 2008).

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Figura 3. Configuração típica em distritos de medição e controle. Fonte: Adaptado de Klingel & Knobloch, apud SOUZA JR. (2011)

As área que abrangem DMC’s são delimitadas e isoladas, de modo que as vazões possam ser monitoradas nas entradas de cada área, o que permite identificar vazamentos na rede (MOTTA, 2010). Um setor de abastecimento pode ser dividido em diversos DMC’s, caso a rede de distribuição apresente condições que possibilitem essa desfragmentação.

A aplicação de DMCs é relativamente recente na área de redes de distribuição de água, sendo principalmente associada a uma estratégia de controle e redução de perdas nos sistemas de abastecimento (Marques et al. apud SOYZA JR., 2005).

2.1) Características da implantação de DMC’s

Segundo Farley apud SOUZA JR. (2008), a concepção de um DMC é um processo muito subjetivo, levando a concepções muitas vezes distintas. Há diversos parâmetros relacionados a sistemas de abastecimento de água. Em geral, a implantação de DMC’s em sistemas de distribuição existentes tem de considerar características operacionais já existentes nos mesmos. No caso de sistemas novos, a implantação de DMC’s pode ser planejada em alinhamento com os setores em criação.

Morrison et al. Apud SOUZA JR. (2007) determina diversos fatores a serem considerados para implantação dos DMC's, são eles:

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● Nível atual de vazamentos● Nível econômico de perdas● Número de ligações de água● Problemas de qualidade da água● Requisitos de pressão mínima e

máxima

● Número de válvulas a serem fechadas

● Número de medidores de vazão● Condições da infraestrutura● Área geográfica● Uso e ocupação da área● Topografia

Farley et al. (2008) também apresentam critérios a serem utilizados na definição dos DMC's:

● Número de ligações de água● Válvulas a serem fechadas● Número de medidores de vazão● Variações de pressão dentro da

área estabelecida

● Limites naturais (rios, canais de drenagem, estradas de ferro, rodovias, etc)

Gomes apud SOUZA JR. (2011) acrescenta que condições de fronteira naturais do sistema, como estações elevatórias, boosters, válvulas redutoras de pressão (VRP) e reservatórios de pequena capacidade também são utilizáveis na implantação de DMC’s. Em especial áreas de VRP’s e de bombeamento, por serem bem definidas, são fundamentais na implantação de DMC’s em sistemas de abastecimento existentes, sendo necessário apenas a instalação de medidores de vazão nas entradas.

Em relação à área de abrangência de DMC’s, quanto menor a área, maior é o custo para implantação, pois se torna necessário um número maior de medidores de vazão, válvulas e outras adaptações na rede para proporcionar a estanqueidade do DMC, além de a manutenção se tornar mais onerosa. Dessa forma, o tamanho tem impacto no custo de implantação de um DMC. Por outro lado, em áreas menores o controle da gestão do DMC pode ser mais efetivo.

Quanto ao número de ligações (ramais) presentes em um DMC, não há um consenso. A Water Authorities Asoociation (1985) afirma que um DMC ideal deve possuir entre 2000 e 5000 ligações, para que os trabalhos de redução de perdas possam ser realizados de forma adequada.

Segundo Morrison et al. apud SOUZA JR. (2007), em áreas urbanas os DMC’s variam entre 500 e 3000 ligações e, em DMC’s com mais de 5000 ligações, torna-se difícil identificar pequenos vazamentos nas redes. Ressalta, porém, que os DMC's maiores podem ser divididos em pequenos DMC's temporários através do fechamento de válvulas, de modo a facilitar a detecção de vazamentos. Cita também que em locais com redes em condições ruins, com grande ocorrência de vazamentos, podem ser utilizados DMC’s com menos de 500 ligações.

A Sabesp (2008) informa que o tamanho ideal para um DMC depende do tipo de uso encontrado na área em questão, podendo variar entre 500 e 2500 ligações. Estudos realizados pela empresa propõem cerca de 2000 ligações para cada DMC.

A tabela 2 (SOUZA JR., 2014) mostra um resumo com os números mínimo e máximo de ligações indicadas para DMC’s, segundo bibliografias consultadas.

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Tabela 2. Número mínimo e máximo de ligações em um DMC indicadas por fontes.

Referência Número mínimo Número máximo

Morrison et al. (2007) 500 3000

Farley et al. (2008) 1000 2500

Sabesp (2008) 500 2500

Thornton et al. (2008) 1000 5000

Lambert &Taylor (2010) 500 3000

EPA (2010) 1500 2000

Gomes (2011) 500 3000

Média 786 3000

Fonte: SOUZA JR., 2014

Dessa forma, nota-se que não há um consenso para a questão do número de ligações. Deve-se considerar a dificuldade na localização de vazamentos em DMC’s muito grandes e um consequente resultado menos efetivo. No caso de DMC’s com menos ligações, a questão é voltada para os maiores custos de implantação e manutenção.

Os DMC’s podem ser gerenciados de diversas maneiras. Uma delas é o gerenciamento de pressões do sistema, cujos efeitos ocorrem através da redução de pressões desnecessárias ou excessivas, além da eliminação de grandes variações de pressão. Tais fatores podem causar rompimento de tubulações, estando, assim, relacionados com a taxa de vazamentos (Katja et al apud SOUZA JR., 2011). Em locais onde ocorrem pressões excessivas costuma-se instalar válvulas redutoras de pressão (VRP’s), que possibilitam manter pressões adequadas na rede e minimizar vazamentos (Morrison et al., 2007). Conforme mencionado anteriormente, a área de abrangência de uma VRP pode configurar um DMC, sendo necessária a instalação de um medidor de vazão junto à válvula.

VRP’s também são implantadas para o monitoramento de pontos críticos, definidos por Gomes (2011) como zonas de um sistema onde é mais difícil garantir a pressão mínima de funcionamento durante as horas de maior consumo. Exemplos são hospitais, escolas, indústrias, ponto afastado ou ponto alto da rede. A VRP atua com o objetivo de ajustar a pressão de acordo com o valor necessário.

Um outro tipo de gerenciamento de DMC’s é o gerenciamento de vazões. Um DMC deve possuir um medidor de vazão para que se possa quantificar os volumes entregues, aqueles que entram no Distrito. Assim, pode-se comparar esse volume de entrada com os volumes micromedidos, aqueles utilizados pelos consumidores, e então calcular os volumes perdidos. A figura 4 apresenta um esquema de um sistema de macromedição em DMC’s.

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Figura 4. Número mínimo e máximo de ligações em um DMC indicadas por fontes. Fonte: MOTTA, 2010.

Um terceiro gerenciamento aplicável em DMC’s é a vazão mínima noturna (VMN), definida por Farley et al. apus SOUZA JR. (2008) como a menor vazão de entrada em um DMC durante um período de 24 horas, ocorrendo geralmente entre 2 e 4 horas da manhã. É um método adequado para analisar áreas do sistema de abastecimento que operam continuamente, devendo ser observado inicialmente o volume de água medido na entrada do DMC, para subtrair-se os consumos noturnos domésticos, consumos noturnos industriais ou comerciais, sendo os volumes restantes provenientes de perdas ocasionadas por vazamentos. A figura 5 mostra os componentes utilizados neste gerenciamento.

Figura 5. Componentes da Vazão Mínima Noturna. Fonte: Morrison et al. apud SOUZA JR. (2007).

Pode-se observar que a VMN é medida no momento em que ocorre a pressão máxima no sistema, representando a vazão máxima de vazamentos.

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Outra característica considerada na concepção de DMC’s é o sistema de suporte adotado. Os mais utilizados são:

Sistema de Informação Geográfica (SIG): ferramenta que integra software de desenho, gerenciamento de cartografia digital e banco de dados, conectando informações espaciais, físicas, econômicas etc. (Sarzedas apud SOUZA JR., 2009).

Telemetria: permite a obtenção de dados à distância, proporcionando a agilidade na obtenção de informações e a tomada de decisões na operação dos sistemas de abastecimento de água. É possível a utilização de comandos de forma remota, tais como abertura e fechamento de válvulas, regulagem de VRP’s, etc.

Modelagem Hidráulica: simulação de computador das redes hidráulicas, através de softwares específicos

A proposta deste trabalho é fazer um levantamento de quais companhias de distribuição de água do Estado de São Paulo já utilizam os DMC’s e verificar o potencial de melhoria do controle de perdas nestas empresas.

3) Objetivos

3.1) Objetivo geral

O estudo visa avaliar o conhecimento e a adesão de municípios paulistas quanto à metodologia de Distritos de Medição e Controle. O objetivo não é expor dados específicos de nenhum município, apenas dados consolidados. Dessa forma, visa-se apresentar um possível potencial da adoção de DMC’s nos sistemas de abastecimento de municípios paulistas.

3.2) Objetivos específicos

Busca-se, no estudo, analisar os dados referentes à metodologia de DMC, compará-los com dados obtido nas referências bibliográficas e compreender como as empresas e municípios tratam a questão.

Serão verificadas características da implantação de DMC’s como o número de ligações, critérios, controles e sistemas informatizados utilizados e indicadores específicos provenientes da aplicação da metodologia. Por fim, busca-se associar a adoção de DMC’s aos índices de perdas informados pelas empresas dos municípios.

4) Metodologia

Durante o período de abril a maio de 2014, foi elaborado um questionário para ser enviado a empresas de saneamento que operam o abastecimento de água em municípios paulistas, contendo perguntas abertas e fechadas sobre o sistema existente no município, com enfoque à aplicação de Distritos de Medição e Controle.

O questionário apresenta uma breve definição da metodologia de Distritos de Medição e Controle, juntamente com a figura 3, anteriormente apresentada.

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O questionário requisita, inicialmente o nome do município e o número aproximado de ligações existentes na rede de distribuição. Após essas informações, é questionado se o município apresenta a divisão em Setores de Abastecimento e o número destes, caso a pergunta anterior tenha resposta positiva.

Após essas informações iniciais, o questionário solicita se havia, por parte do participante, conhecimento da metodologia previamente.

O questionário foi cuidadosamente preparado para que fatores culturais nas empresas, como utilização de diferentes nomes para uma mesma técnica, fossem levados em conta. Antes da aplicação do questionário foram feitos testes preliminares a fim de validá-lo, verificando o entendimento das perguntas feitas e a efetividade das perguntas em esclarecer os itens que se deseja levantar.

5) Resultados e discussão

Foram enviados XX questionários para XX empresas. Dessas, XX não responderam e XX não responderam completamente, conforme figura X.

Figura X. Fluxograma de envio dos questionários.

6) Conclusão

7) Referencias bibliográficas

AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA). Leakage Management Technologies. Awwa Research Foundation (AwwaRF) and the U.S. Environmental Protection Agency (EPA). 380p. Denver, 2007.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Projeto de Rede de Distribuição de Água para Abastecimento Público. Norma Brasileira NBR 12218. Rio de Janeiro, 1994.

E. GONÇALVES; C.V. LIMA. Controle de Pressões e Operação de Válvulas Reguladoras de Pressão. Guias práticos – Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água. Brasil. Ministério das Cidades. Programa Nacional de Combate ao desperdício de água. 65p. Brasília, 2007.

FARLEY, M.; TROW, S. Losses in Water Distribution Networks. IWA Publishing, London, 2003.

FARLEY et al.. The Manager’s Non-Revenue Water Handbook a Guide to Understanding Water Losses. Ranhill Utilities Berhad and the United States Agency for International Development (USAID). 110p. Malaysia, 2008.

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FREITAS, Valdemir Viana. Controle e Redução de Perdas em Sistemas de Distribuição de Água: Contribuição na Preservação dos Mananciais de São Paulo. Dissertação (Mestrado em Tecnologia) - Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza. 156p. São Paulo, 2010.

KINGDOM, B.; MARIN, P.; LIEMBERGER R. The Challenge of Reducing NonRevenue Water (NRW) in Developing Countries. How the Private Sector Can Help: A Look at Performance-Based Service Contracting. In: World Bank Discussion Paper Number 8. 52p. Washington D.C., 2006.

WRI (World Resources Institute). World treatment 2002-2004 decisions for the Earth: balance, voice and power. Washington DC, 2003. Disponível em: <http://www.wri.org>. Acesso em: 10 jul. 2014.

8) Perpsectiva de continuidade ou desdobramento do trabalho

9) Atividades de interesse universitário (COLOCAR O CIENCIA E ARTE NAS FERIAS)

10) ApoioQuem financiou o projeto? Pibic/CNPq - Unicamp; Funcamp??; CAPES??

11) AgradecimentosAgradecer o apoio do mestrando

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