INFLUÊNCIA DAS MEDIÇÕES DE FLUXO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

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1 INFLUÊNCIA DAS MEDIÇÕES DE FLUXO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NILSON MASSAMI TAIRA Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos RBC 162 Laboratório de Fluidodinâmica e Eficiência Energética - LAFEE

2 Realidades econômicas do mundo moderno Globalização Fabricação terceirizada Terceirização internacional Crescimento do setor de serviços Expectativas de qualidade Necessidade de eficiência operacional

3 Medir & Verificar M&V Protocolo Internacional para Medição e Verificação do Desempenho Energético IPMVP (2009) Definição de Energia Consumo de energia ou de água ou demanda. Fonte: Efficiency Valuation Organization

4 Medir & Verificar M&V Metas possíveis com uma boa medição Introdução de novos conceitos e indicadores: Triple bottom line LCC (Life Cycle Cost) Wire to water Índice de energia (kwh/m³) Exergia Embedded energy Emissão de carbono e GEE (gases de efeito estufa) WEAQs x NBICs Water Energy and Air Quality Nano, Bio, Informática e ciência do Conhecimento Energy harvesting

5 PERDAS DE ÁGUA VOLUME PRODUZIDO ÁGUAS NÃO-FATURADAS CONSUMOS AUTORIZADOS ÁGUAS FATURADAS Medir & Verificar Saneamento Faturamento, IGP, gestão, eficiência, planejamento,... Consumos Autorizados Faturados Consumos Autorizados Não Faturados Perdas Comercias Perdas Reais Consumos medidos faturados Consumos não-medidos faturados (estimados) Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.) Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.) Consumos não-autorizados (fraudes e falhas de cadastro) Problemas com medidores de consumo (submedição) Vazamentos nas adutoras e/ou redes de distribuição Vazamentos nos ramais prediais até o hidrômetro Vazamentos e extravasamentos nos aquedutos e reservatórios de distribuição Fonte: IRAR, 2006

6 Por quê medir? Micromedição de Água Medir o volume de água significa medir o fluxo de $$$! A água está se tornando um fluido escasso e caro

7 PERDAS DE ÁGUA VOLUME PRODUZIDO ÁGUAS NÃO-FATURADAS CONSUMOS AUTORIZADOS ÁGUAS FATURADAS Por quê medir? IGP - Matriz de Perdas no Saneamento Consumos Autorizados Faturados Consumos medidos faturados Consumos não-medidos faturados (estimados) Consumos Autorizados Não Faturados Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.) Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.) Perdas Comercias Consumos não-autorizados (fraudes e falhas de cadastro) Problemas com medidores de consumo (submedição) Vazamentos nas adutoras e/ou redes de distribuição Perdas Reais Vazamentos nos ramais prediais até o hidrômetro Vazamentos e extravasamentos nos aquedutos e reservatórios de distribuição Adaptado de IWA, 2000

8 Medir & Verificar M&V Protocolo Internacional para Medição e Verificação do Desempenho Energético IPMVP (2009) Conjunto de orientações, recomendações e boas práticas mas que precisam ser ampliadas. Ajudam no diagnóstico mas não são perenes. Qual a confiabilidade das informações? A eficácia das ações de combate às perdas de água precisam ser avaliadas com confiabilidade e precisam ser fundamentadas (medições reconhecidas)

9 Índice de perdas (%) Índice de perdas nos municípios Brasil agregados por estado Dados: SNIS Processamento: IPT (*) outliers

10 # municípios Quantidade de municípios (**) Municípios ordenados segundo o índice tratamento de esgoto e perdas na distribuição Brasil Ranking dos municípios segunto tratamento do esgoto e perdas na dist. - Todo pais Universalização do saneamento > 90% Tratamento de Esgoto, e 10% a 20% Perdas Região Geográfica Sul Sudeste Norte Nordeste Centro-Oeste (**) Sem outliers 200 Perdas Trat Esgoto 0 10%-15% 15%-20% 90%-100% 20 %-30 % >30% 10%-15% * 15%-20% 80%-90% 20 %-30 % >30% 10%-15% * 15 %-20% 70%-80% 20%-30% >30% 10%-15% * 15 %-20 % <70% 20%-30% >30% 10%-15% * 15 %-20 % 20%-30% >30% * * Dados: SNIS Processamento: IPT

11 # municípios Quantidade de municípios Municípios ordenados segundo o índice tratamento de esgoto e perdas na distribuição ESP Ranking municípios segundo Tratamento de Esgoto e Perdas na Dist. - Estado de SP Perdas Tratamento Esgoto 0 10%-15% 15%-20% 20%-30% >30% 90%-100% 10%-15% 15%-20% 20%-30% >30% 80%-90% 10 %-15 % 15%-20% %-30 % >30% 70%-80% 10%-15% 15%-20% 20%-30% >30 % <70% Dados: SNIS Processamento: IPT

12 Definições de confiabilidade Confiabilidade é um conceito global, que se decompõe em vários elementos quantificáveis ou não: Disponibilidade (availability) Reparabilidade (maintainability) Segurança contra acidentes (safety) Segurança contra acesso não autorizado (security) O usuário entende e sabe o que faz. Não há reclamação ou questionamento. Metrológica (possui calibração e rastreabilidade). Credibilidade. Como um conceito geral, confiabilidade é a probabilidade de um item desempenhar uma função, sob condições específicas, de forma adequada, como previsto no projeto, durante um período de tempo predeterminado.

13 Confiabilidade - Reliability Confiabilidade exige trabalho em equipe Confiabilidade Nível de sofisticação e potencial de redução de custos Fase preventiva Fase reativa Fase confiabilidade impulsionada Fase proativa Fase preditiva Eficiência da manutenção Planejamento Monitoramento Certificação Resultado ($) Anos para desenvolver Adaptado de Barringer (1998)

14 A quantificação da confiabilidade (*) (*) Segundo o entendimento de alguns engenheiros. Felizmente a grande maioria não entende assim! Autor desconhecido

15 O que se espera O setor de água vivência uma corrida ansiosa na busca soluções de medição, de rastreabilidade e de CONFIABILIDADE para a medição de vazão de água. Qual é a incerteza na Macromedição? E na micromedição? ERRO DE INDICAÇÃO VAZÃO Qmín Qtr Qmáx

16 Seleção de sistema de medição Qual tipo de medidor? MEDIDOR VOLUMÉTRICO VAZÃO INSTANTÂNEA força vórtice térmico área variável Coriollis diferencial de pressão velocidade turbina eletromagnético ultrassônico pistão recíproco pistão rotativo diafragma disco nutante palhetas multirotor resistência linear tubo de Pitot placa de orifício tubo de Venturi bocal tubo multifuros lóbulos engrenagens

17 Seleção de sistema de medição Qual tipo de medidor? VOLUMÉTRICO MEDIDOR VAZÃO INSTANTÂNEA Indústria alimentos, química e petroquímica e processos em geral Indústria do P&Gás e derivados força vórtice térmico diferencial de pressão área variável velocidade Coriollis turbina eletromagnético ultrassônico resistência linear tubo de Pitot placa de orifício tubo de Venturi bocal tubo multifuros Indústria da água e saneamento básico

18 Como medir? Qual é a confiabilidade?

19 Macromedidor de vazão de água Medição de água bruta, tub. 2,5 m de diâmetro, vazão 18 m³/s. Entrada de reservatório, tub. 1,5 m de diâmetro, vazão 4 m³/s

20 Macromedidor de vazão de água Novas tecnologias de medição acessíveis para o setor (falta normalização e aprovação) Montagem de medidor tipo tempo de trânsito Clamp-on Tipo Tempo de Trânsito sensor molhado

21 Confiabilidade - Calibração Calibração em campo de Macromedidor por técnica de Pitometria. NBR ISO 3966:2013 Hart modem Transdutor de pressão D1 + - Bateria Transdutor de pressão D2 + - Convesor Analógico/ Digital A/D + - Telemetria Secundário do medidor em teste Notebook H H Tubo de Pitot Cole L L P max = 500 mmh 2 O =1,9 m/s V max P max V max = 5000 mmh 2 O =8,6 m/s sinal de corrente (4 a 20mA) y

22 desvio Calibração em campo de macromedidor 19,7% Parshall Eletromagnético Turbina de inserção Eletromagnético de inserção Ultrassônico sensor molhado referência +3% (High) -3% (Low) +4% (HiHi) -4% (LoLo) 10% -10% 10,8% 5% 3% 0% -3% -5% 7,2% 3,5% 24% -1,8% 7,0% -7,5% -9,6% -10,1% -22,6% diâmetro da tubulação da EP (mm)

23 incerteza Calibração em campo de macromedidor 16,3% Parshall Eletromagnético Turbina de inserção Eletromagnético de inserção 5% 3% 2% diâmetro da tubulação da EP (mm)

24 Calibração em campo de macromedidor

25 Submedição em uma economia residencial

26 Submedição em uma economia residencial Submedição!!

27 Submedição na população de economias residenciais Perfis de Consumo característicos em economias residenciais por faixa consumo mensal A submedição pode atingir 40%!! É um erro inevitável (nas atuais condições)

28 Gestão da medição

29 Sistema integrado Fonte: IRAR, 2006 AMBIENTE DO CONSUMIDOR Provedor - ISP AMBIENTE DA CONCESSIONÁRIA Acesso discado WEB Services Concentrador Rede IP Canal Criptografado (VPN -SSL) Acesso dedicado Firewall Servidor FTP / WEB XML BD DataWarehouse.... Rede Ethernet (sem fio ou cabeada) Internet ADSL Celular Satelite

30 Barreiras para a implementação de tecnologias no setor de água Reino Unido motivações regulatórias contraditórias regime regulatório administrado pela autoridade sufoca a inovação falta de P&D&I no setor supply chain fragmentada falta de sítios para testes e demonstração falta de roadmapping de tecnologias falta de pessoal capacitado falta de entendimento teórico de tecnologias padronização de tecnologias falta de incentivos para iniciar sinergia industrial Fonte: Improving innovation in the water industry: 21st century challenges and opportunities, 2009 Council for Science and Technology - The UK Prime Minister s top-level advisory body on science and technology policy issues

31 OBRIGADO Nilson Massami Taira (11) IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos Laboratório de Fluidodinâmica e Eficiência Energética