I-033 ESTAÇÃO DE CONTROLE DE PRESSÃO FREGUESIA DO Ó. UMA OBRA DE CONTROLE DE PERDAS

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1 I-033 ESTAÇÃO DE CONTROLE DE PRESSÃO FREGUESIA DO Ó. UMA OBRA DE CONTROLE DE PERDAS Mario Alba Braghiroli (1) Tecnólogo em Construção Civil na modalidade Obras Hidráulicas pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo (FATEC-SP). Gerente da Divisão de Controle de Perdas Norte Sabesp. Alex Orellana Tecnólogo em Mecânica pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo (FATEC-SP). Encarregado de Manobra da Divisão de Operação de Água Norte Sabesp. Sebastião Matos de Carvalho Engenheiro Civil pela Universidade Camilo Castelo Branco (UCCB/SP). Engenheiro da Divisão de Controle de Perdas Norte Sabesp. Valdemir Viana de Freitas Engenheiro Civil pela Universidade Guarulhos (UnG/SP). Engenheiro da Divisão de Controle de Perdas Norte Sabesp. Endereço (1) : Rua Conselheiro Saraiva, Santana São Paulo - SP - CEP: Brasil - Tel: +55 (11) Fax: +55 (11) mbraghiroli@sabesp.com.br RESUMO A Unidade de Negócio Norte vem atuando no processo de gestão operacional para redução de perdas na região metropolitana de São Paulo. O processo consiste em um conjunto de ações planejadas por técnicos da Vice Presidência Metropolitana da Distribuição da Sabesp. As principais ações que sustentam o processo são: reduzir o tempo médio de reparo em 06 horas, pesquisa acústica de vazamentos em áreas críticas duas vezes ao ano, controlar e proteger 40% da rede de distribuição com válvulas redutoras de pressão, implantar ressetorização, melhorar a macromedição, trocar otimizadamente os hidrômetros de pequena e de grande capacidade, acertar a inclinação dos hidrômetros, combater fraudes e irregularidades nas ligações inativas e implantar redes em áreas irregulares. O principal investimento no processo é a implantação das microzonas de controle de perdas. Trata-se de uma tecnologia importada da Inglaterra, para reduzir automaticamente a pressão nas horas desnecessárias, através de controladores eletrônicos alimentados por baterias de lítio. Atualmente a Unidade de Negócio Norte tem 130 microzonas de controle instaladas e outras 70 projetadas para serem instaladas em 2001 e A Estação de Controle de Pressão Freguesia do Ó é a nossa maior área de controle de pressão instalada. Trata-se de um conjunto de vrps que controlam e protegem 252 km de redes de distribuição. Neste trabalho serão descritas as ações desenvolvidas no setor de abastecimento Freguesia do Ó, ações estas que restabeleceram o controle e o zoneamento piezométrico. O principal destaque é a questão das perdas físicas e da vazão economizada após a implantação do sistema de controle e ainda destacam-se os ganhos operacionais, a eliminação de perdas de carga localizadas, o aumento da eficiência do abastecimento e a redução dos custos com a manutenção de redes. PALAVRAS-CHAVE: Perdas físicas, Setorização, VRP. INTRODUÇÃO O setor de abastecimento Freguesia do Ó, situado na região noroeste do município de São Paulo, é limitado pelos setores Vila Brasilândia, ao norte, Lapa, ao sul, Vila Nova Cachoeirinha/Casa Verde, a Leste, e Pirituba, a oeste. Tendo como limitadores, ao sul, os eixos das ferrovias RFFSA e CPTM. O setor é contraído pelo rio Tietê e pelas duas pistas da marginal do rio Tietê, sentido leste-oeste. O setor é abastecido pelo Sistema Adutor Metropolitano SAM através de derivação do tramo Guaraú Lapa (Ø 850 mm), proveniente do reservatório da E.T.A. Guaraú ( m³ - cota N mínimo 826,00). A variação altimétrica do setor encontra-se em torno de 75 m, situado os pontos mais altos na cota 795,00 e os mais baixos na cota 720,00, junto ás margens do rio Tietê. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 Praticamente toda a área abrangida pelo setor Freguesia do Ó conta com completa infra-estrutura, com serviço de distribuição de água, coleta de esgotos, drenagem urbana, distribuição de energia elétrica, telefonia, gás, etc. O uso do solo é de características predominantemente residencial, com algum uso industrial. O centro de reservação foi desativado em 1976, devido a deficiência apresentada no sistema de distribuição, gerada pela insuficiência de rede de distribuição primária no setor e problemas estruturais nos reservatórios. Esse setor abastece em torno de 90 mil habitantes, possui ligações de água sendo que 210 ligações são de grandes consumidores e 507 ligações de favelas. O setor foi ressetorizado em zona alta com 124 km de redes e em zona baixa com 128 km. CARACTERÍSTICAS DO CENTRO DE RESERVAÇÃO Em meados de 1992 foram concluídas as obras de complementação da rede primária preconizadas em estudos de Tais obras visaram dar condições de se reimplantar o zoneamento piezométrico no setor. Em 1997 foi concluída a reforma estrutural do reservatório apoiado, ficando pendente a reforma da estrutura de controle. Em 1998 e 1999, foram implantadas vrps nos pontos críticos de pressão alta. Em 1999 foi demolido o reservatório elevado, devido a sua estrutura não apresentar condições de segurança e ainda neste ano foram iniciados estudos para implantação da Estação de Controle de Pressão. A Tabela 1 contém as principais características do Centro de Reservação. Tabela 1: Características do Centro de Reservação. Reservatório Reservação NA mínimo Operacional M Cota do Extravasador m m³ Semi enterrado , ,206 Elevado , ,001 CARACTERÍSTICAS DO SETOR A seguir, serão mostradas as características do setor Freguesia do Ó. Na Tabela 2 está contido um resumo das caracterísiticas físicas da rede primária do setor, na Tabela 3, contém as extensões de rede com pressão estática acima de 60 mca e, a Tabela 4, apresenta a projeção populacional até o ano de Tabela 2: Características físicas da rede primária. Diâmetro mm Extensão m Percentual % Idade de rede ano 0 a a a 38 acima de Total ABES Trabalhos Técnicos

3 Tabela 3: Extensão de rede com pressão estática acima de 60 mca. Diâmetro mm Extensão m Total Tabela 4: Projeção populacional até Ano População DESENVOLVIMENTO Com o desenvolvimento do programa de redução de perdas, houve a necessidade de estabelecer mecanismos de controle do setor Freguesia do Ó. A partir disto, iniciaram-se os estudos para a implantação de vrp na linha primária de abastecimento da zona baixa do setor. Nos estudos e reuniões de avaliação, a idéia original de se ter uma válvula para controlar a zona baixa evoluiu para o controle total do setor, através de uma segunda vrp para a zona alta. Uma vez identificado o potencial de controle de pressão nas duas zonas piezométricas, o próximo passo seria restabelecer o limite entre a zona baixa e a zona alta do setor. Este item tornou-se o caminho crítico do processo, pois o comportamento do sistema de abastecimento após anos sendo operado como zona única era uma incógnita. Não sabíamos se bastaria delimitar e fechar os limites de setor ou seriam necessárias obras de reforço que poderiam atrasar ou inviabilizar, temporariamente, a implantação do controle do setor. O primeiro passo foi delimitar em planta o limite proposto através da análise topográfica, das características da rede e dos registros antigos da setorização. Após a implantação da setorização no campo, foram necessárias pequenas intervenções para ajustar o limite, porém nenhuma intervenção nas linhas primárias. O segundo passo na setorização, foi transferir as áreas do setor Freguesia que haviam sido incorporadas ao longo dos anos dos setores adjacentes devido a problemas de abastecimento. Esta transferência foi feita em função da redução do plano piezométrico do setor e também requereu pequenas intervenções para adequar o abastecimento. Após a conclusão destes passos, o setor estava delimitado e pronto para as medições de vazão, pressão montante e nos pontos críticos. A necessidade do isolamento total é vital para o funcionamento ideal da vrp, para uma eficaz medição e para um melhor controle da área. As medições, para o dimensionamento das vrps, foram necessárias para verificar sua viabilidade. As medições foram realizadas, simultaneamente, por 07 dias no período de 04 a 10 de outubro de Os pontos críticos, maior distância em relação à vrp, foram identificados através da cota do terreno e levou-se em consideração pontos com a presença de grandes consumidores. A medição foi feita em função de três registros de derivação (tap), sendo um colocado na entrada principal do reservatório e os outros dois na zona baixa. Os pontos pitométricos podem ser assim caracterizados: ABES Trabalhos Técnicos 3

4 Tap 1 Entrada do Reservatório da Freguesia - Cota do terreno: 770 m - Vazão total de entrada no Setor (Zonas Alta e Baixa) - Local: Rua Chico de Paula Tap 2 Saída Parcial da Zona Baixa - Cota do terreno: 770 m - Vazão parcial da Zona Baixa - Local: Rua Chico de Paula Tap 3 Saída Parcial da Zona Baixa - Cota do terreno: 770 m - Vazão parcial da Zona Baixa - Local: Rua Chico de Paula Pontos Críticos da Zona Alta - Rua Diadema - Cota estimada: 775 m - Rua Dom Pedro Morvidi - Cota Estimada: 775 m - Rua Padre Rodrigues - Cota Estimada: 775 m Pontos Críticos da Zona Alta - Rua Mendonça Uchoa - Cota estimada: 765 m (faz parte da VRP Ameliópolis existente) - Rua Porto de Dom Rodrigo - Cota Estimada: 770 m (faz parte da VRP Fuad Lutfala existente) - Rua Fausto Lex - Cota Estimada: 765 m A seguir, na Tabela 5 serão apresentadas as medições de vazão nos pontos pitométricos apresentados e na Tabela 6 serão apresentadas as medições de pressão. Tabela 5: Medições de Vazão nos pontos pitométricos. Vazões TAP 1 TAP 2 TAP 3 Zona Baixa Zona Alta Vazões Máximas 601,4 231,9 93,2 325,1 276,3 Medidas (l/s) Vazões Mínimas Medidas (l/s) 418,9 128,9 58,5 187,4 231,5 Tabela 6: Medições de Pressão nos pontos pitométricos. Pressões TAP 1 TAP 2 TAP 3 PC Uchoa PC Don Rodrigo Pressões Máximas Medidas (l/s) Pressões Mínimas Medidas (l/s) (*) dado inconsistente. PC Fausto Lex PC Diadema PC Morvidi PC Rodrigues (*) CONCEPÇÃO DO SISTEMA FREGUESIA 100% A concepção do Sistema de Válvulas Redutoras de Pressão para a Freguesia do Ó seguiu as seguintes premissas e diretrizes: 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 1. Promover o controle de pressões noturnas em 100% do Setor Freguesia. 2. Eliminar ou minimizar as máximo, as perdas nos barriletes de saída para as Zona Alta e Baixa, retirando das linhas a câmara de expansão e as válvulas desnecessárias. 3. Utilizar as instalações civis da antiga Estação Elevatória com abrigo para as VRPs. 4. Promover um lay out que permita o uso das VRPs da Zona Baixa como válvulas controladoras de nível ou de controle de vazão quando da eventual reativação do reservatório apoiado da Freguesia do Ó. 5. Promover a setorização das Zonas Alta e Baixa. 6. Utilizar para medição de vazão, macromedidores eletromagnéticos com saídas pulsada e digital para futura telemetria dos dados. 7. Prever a instalação sempre afogada dos macromedidores. 8. Prever by pass individuais para as Zonas Alta e Baixa. 9. Utilizar como tubulação de saída da VRP da Zona Alta, os tubos existentes do antigo reservatório torre (500 e 600 mm). 10. Utilizar tubos e conexões existentes na elevatória visando minimizar custos de aquisição. 11. Prever a troca dos registros existentes por válvulas borboletas a serem fornecidas pela Sabesp. 12. Prever sistemas de admissão e expulsão de ar nos barriletes, visando retomada automática do controle de pressões após qualquer paralisação do SAM. 13. Prever a utilização de Controladores Eletrônicos que permitam a modulação por vazão para ambas as zonas ( alta e baixa ) de abastecimento. DIMENSIONAMENTO DAS VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO Para dimensionamento das válvulas redutoras de pressão, previstas para as Zonas Alta e Baixa do setor Freguesia, foram utilizadas as seguintes diretrizes: 1. Verificação de velocidades máximas não superiores a 4 m/s. 2. Verificação de velocidades mínimas não inferiores a 0,5 m/s. 3. Verificação da possibilidade de cavitação. As vazões máximas de verificação escolhidas representam as vazões máximas ocorridas nos pontos de medição (TAPs 1 a 3), independente de terem ocorrido concomitantemente, ou seja, a favor da segurança. De igual modo, as vazões mínimas de verificação são os menores valores medidos para as respectivas zonas. Paralelamente, visando atender cenários sazonais e de temperatura, foi admitido um coeficiente majorador igual a 1,5. E, finalmente, tendo em vista que o controle de pressões certamente reduzirá as vazões noturnas, foi admitido um coeficiente minorador, igual a 0,8, visando verificar toda a faixa operacional das VRPs, com ampla segurança. Na Tabela 7 apresentamos os dados relativos ao dimensionamento das VRPs das Zonas Alta e Baixa do setor Freguesia do Ó. Tabela 7: Dimensionamento das VRPs. Zona Baixa diâmetros (mm) xDN300 2xDN400 Vazões Máximas (l/s) 370 5,23 2,94 1,88 2,62 1, ,85 4,42 2,83 3,93 2,21 Vazões Mínimas (l/s) 148 2,09 1,18 0,75 1,05 0,59 118,4 1,68 0,94 0,60 0,84 0,47 Zona Alta diâmetros (mm) xDN300 2xDN400 Vazões Máximas (l/s) 314 4,44 2,50 1,60 2,22 1, ,66 3,75 2,40 3,33 1,87 Vazões Mínimas (l/s) 174 2,46 1,38 0,89 1,23 0,69 139,2 1,97 1,11 0,71 0,98 0,55 ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Consolidaram-se as seguintes soluções: Para a Zona Baixa: duas VRPs de 300 mm em paralelo; Para a Zona Alta: uma VRP de 400 mm; Em termos de cavitação, foram verificadas as condições operacionais para as Válvulas BAYARD ofertadas, não havendo qualquer risco de cavitação para a instalação prevista com as quebras de pressão máximas a seguir delineadas. DADOS PRELIMINARES PARA COMISSIONAMENTO As Tabelas 8 e 9 apresentadas a seguir, apresentam os dados preliminares do comissionamento das válvulas redutoras de pressão previstas para as Zonas Alta e Baixa do setor Freguesia do Ó. Tabela 8: Dados preliminares do comissionamento das VRPs do setor Freguesia do Ó ( zona alta ). Método Básico Nomenclatura Dado Parte 1 - Dados Coletados 1 Mínima Vazão mínima existente (l/s) Q min 118,40 2 Vazão Máxima Pressão (mca) no local proposto da VRP A 53,00 3 Noturna Máxima Pressão (mca) no ponto crítico B 30,00 4 Máxima Vazão máxima existente (l/s) Q max 555,00 5 Vazão Mínima Pressão (mca) no local proposto da VRP C 38,00 6 Diurna Mínima Pressão (mca) no ponto crítico D 11,00 5 Período Noturno Período de pressões noturnas ou vazão noturna estável 0:00 as 6:00 Parte 2 - Níveis e Cotas 7 Cota do Terreno (m) na VRP - Nota 3 S 770,00 8 Cota do Terreno (m) no ponto crítico (estimado!!!!!) T 765,00 9 Diferença de nível entre VRP e ponto crítico (m) T-S=H -5,00 Parte 3 - Verificação da Necessidade de VRP 10 A pressão mínima no ponto crítico (D) é maior ou igual a 40 mca? Sim/Não não 11 A vazão Qmin é maior que 10 % do Q max? Sim/Não sim Parte 4 - Estudo de Redução de Pressão e definição de tipo de VRP 12 Estabelecer pressão de projeto no ponto crítico E Calcular a redução de pressão requerida para Qmax (Dd) D-E=F 1 14 Calcular a pressão de saída da VRP para Qmax C-F=G Calcular a faixa de pressões diária no ponto crítico B-D=I Calcular a pressão de saída requerida da VRP para Qmax (na modulação) E+C-D=J Calcular a pressão de saída requerida da VRP para Qmin (na modulação) E+A-B=K 33 Parte - 5 Dados para Comissionamento 18 Tipo de VRP Recomendada Modulação por Vazão 19 Redução de Pressão na VRP para Qmax (Dd) 1 20 Pressão de Saída na VRP para Qmax Pressão de Saída na VRP para Qmin (para modulação apenas) 33 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 Tabela 9: Dados preliminares do comissionamento das VRPs do setor Freguesia do Ó ( z. baixa ) Método Básico Nomenclatura Dado Parte 1 - Dados Coletados 1 Mínima Vazão mínima existente (l/s) Q min 139,20 2 Vazão Máxima Pressão (mca) no local proposto da VRP A 53,00 3 Noturna Máxima Pressão (mca) no ponto crítico B 39,00 4 Máxima Vazão máxima existente (l/s) Q max 471,00 5 Vazão Mínima Pressão (mca) no local proposto da VRP C 38,00 6 Diurna Mínima Pressão (mca) no ponto crítico D 17,00 5 Período Noturno Período de pressões noturnas ou vazão noturna estável 0:00 as 6:00 Parte 2 - Níveis e Cotas 7 Cota do Terreno (m) na VRP S 770,00 8 Cota do Terreno (m) no ponto crítico (estimado!!!!!) T 775,00 9 Diferença de nível entre VRP e ponto crítico (m) T-S=H 5,00 Parte 3 - Verificação da Necessidade de VRP 10 A pressão mínima no ponto crítico (D) é maior ou igual a 40 mca? Sim/Não não 11 A vazão Qmin é maior que 10 % do Q max? Sim/Não sim Parte 4 - Estudo de Redução de Pressão e definição de tipo de VRP 12 Estabelecer pressão de projeto no ponto crítico E Calcular a redução de pressão requerida para Qmax ( Dd) D-E=F 7 14 Calcular a pressão de saída da VRP para Qmax C-F=G Calcular a faixa de pressões diária no ponto crítico B-D=I Calcular a pressão de saída requerida da VRP para Qmax (na modulação) E+C-D=J Calcular a pressão de saída requerida da VRP para Qmin (na modulação) E+A-B=K 24 Parte 5 - Dados para Comissionamento 18 Tipo de VRP Recomendada Modulação por Vazão 19 Redução de Pressão na VRP para Qmax (Dd) 7 20 Pressão de Saída na VRP para Qmax Pressão de Saída na VRP para Qmin (para modulação apenas) 24 AVALIAÇÃO Com base no relatório da Divisão de Estudos e Programação da Adução baseados em dados do macromedidor Freguesia do Ó, foram feitas as seguintes observações quanto a Metodologia: 1. O período observado foi de 01/05/00 a 20/08/00, sendo que, utilizou-se o mesmo período no ano de 1999 para comparações. 2. A fonte de dados utilizada foi a do Centro de Controle Operacional - CCO através dos aplicativos SDS e Hiscoa. 3. Excluem-se os dados com erros de telemetria. 4. Existem alguns intervalos decorrentes de ausência dos dados de telemetria. 5. Os dados foram ajustados em faixas de 4 em 4 horas e foram traçados gráficos por faixa de consumo médio. 6. Determinou-se o coeficiente K3 consumo mínimo pelo consumo médio, do ano de 2000 e comparouse com aos dados de K3 de 1999, do Hiscoa. 7. Relacionou-se o consumo médio mensal de 1999 e 2000, demonstrado em gráfico. CONCLUSÃO: 1. Na faixa entre 0 e 3 horas, pode-se perceber uma redução significativa do consumo médio, reduzindo de uma média de 380 l/s para uma média de 330 l/s após a inserção da vrp. 2. Sendo que, esta é uma faixa grande importância, pois caracteriza pouco consumo e grande pressão, gerando condições para uma melhor avaliação de redução de perdas após a instalação da válvula. 3. Na faixa entre 4 e 7 horas, a redução se mantém passando de uma média de 360 l/s para uma média de 310 l/s após a inserção da vrp. ABES Trabalhos Técnicos 7

8 4. Na faixa entre 08 e 11 horas, houve uma grande oscilação dos consumos médios, mas ainda nota-se a tendência de redução de consumo médio, talvez ocasionada pela vrp. 5. O mesmo pode-se dizer dos gráficos de faixa entre 12 e 15 horas e entre 16 e 19 horas. 6. Na faixa entre 20 e 23 horas, nota-se uma mudança de tendência após a instalação da vrp. O consumo médio se altera de 510 l/s para uma média de 450 l/s. 7. O gráfico que compara K3 (consumo mínimo / consumo médio) de 1999 e de 2000, mostra que o K3 do ano de 1999 foi menor do que o de 2000, até o mês de julho. A partir daí, o K3 de 1999 aumentou e o K3 de 2000 diminuiu, de forma a se equipararem. 8. Entretanto, a mesma tendência não se efetivou em 2000 pois, apresenta-se uma redução no consumo noturno passando de uma média de 0,67 para 0,63 l/s. 9. Ainda, para confirmar essa tendência, a média dos dias analisados em 1999 e 2000, demonstra um oposto no consumo médio entre os dois anos no mês de agosto. Uma segunda forma avaliar os resultados obtidos e a comparação dos volumes macromedidos antes e depois da implantação do projeto. Tabela10: Volumes macromedidos. Mês Redução da macro ( l/s ) Jan ,12 Fev ,21 Mar ,61 Abr Mai Jun Jul Instalação 28/07/ Ago ,90 Set ,01 Out ,42 Nov ,75 Dez ,17 Média ,02 CONCLUSÕES Um bilhão e meio de pessoas no mundo sofrem com a falta de água. E é cada vez mais importante a consciência de seu uso de forma racional. A unidade de negócio norte, desde agosto de 2000, economiza em média 66 l/s. em média. No setor de abastecimento Freguesia do Ó com a implantação da estação de controle de pressão. No contexto do processo de gestão operacional para redução de perdas, a questão do controle das pressões elevadas na rede de distribuição é de suma importância pela comprovada correlação entre perdas físicas e a pressão a que está submetido o sistema. Desta forma, reduzir pressões de serviço é atacar a raiz do problema de vazamentos diminuindo os custos envolvidos na compra interna de água, pesquisa de eliminação de vazamentos. Podemos verificar através da tabela a diminuição da área de pressão alta dentro da unidade de negócio norte: Tabela 11: Faixas de pressão Faixa de pressão (mca ) Área antes(ha) Área depois (ha) < a > Na estação de controle de pressão da Freguesia do Ó vale ressaltar: - Correção da pressão elevada em função da desfiguração desordenada do setor. 8 ABES Trabalhos Técnicos

9 - Controle total de vazão e pressão. - O projeto permite a utilização do reservatório para zona baixa apenas alterando o circuito de pilotagem das vrps. Estação de controle de pressão Freguesia do Ó, enfim uma obra de controle de perdas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. SABESP Estudos de Setorização da Divisão de Operação de Água Norte São Paulo, SP, SABESP Serviços de Engenharia Consultiva para redução de pressões nas redes de distribuição - Contrato 11897/97 Lote 2 firmado com a EARTH TECH do Brasil - Setor Freguesia do Ó São Paulo, SP, SABESP Relatório de comportamento de consumo antes e depois de inserção de VRP na Freguesia do Ó da Divisão de Estudos e Programas da Adução - São Paulo, SP, SABESP Relatório de compra d água da Divisão de controle de perdas norte São Paulo, SP, SABESP Relatório de micro medição da Divisão de Controle de Perdas São Paulo, SP, ABES Trabalhos Técnicos 9