Qual é a principal variável utilizada no dimensionamento das tubulações, estruturas e equipamentos?

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2 3.1 - Introdução Aula 3 - Consumo de Água 2 Fonte: TSUTIYA (2004) Qual é a principal variável utilizada no dimensionamento das tubulações, estruturas e equipamentos?

3 O dimensionamento das tubulações e demais estruturas é função das vazões de água. Q =???? Como obter o valor da vazão de dimensionamento? A vazão depende: Do consumo médio por habitante; Da estimativa do número de habitantes; Das variações de demanda; De outros consumos que podem ocorrer na área em estudo. 3

4 3.2 - Classificação dos consumidores 4 Doméstico; Comercial; Industrial; Público. Por que é feita essa classificação? Essas categorias são claramente identificáveis. Existe a necessidade de estabelecimento de políticas tarifárias e de cobrança diferenciadas.

5 Tarifa escalonada (progressiva): Para cada uma das faixas de consumo existe uma tabela com valores estabelecidos para o consumo. 5 Exemplo: tarifa escalonada (CAERD, 2013)

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7 A categoria das economias residenciais (uso doméstico) é a mais homogênea variabilidade do consumo é pequena. As categorias comercial e industrial são mais heterogêneas. Pequenos consumidores de água: bares, padarias e pequenas indústrias. Grandes consumidores de água: shopping center e indústrias de bebidas. 7

8 8 Volume faturado por categoria (SABESP, 2011)

9 Fatores que afetam o consumo: 9 Condições climáticas: normalmente o consumo é maior no verão (as pessoas utilizam mais água). Quanto mais quente a região, maior é o consumo. O consumo é maior em regiões secas do que em regiões mais úmidas. Hábitos e nível de vida da população: banhos, lavagem de pisos, lavagem de logradouros, irrigação de jardins.

10 Quanto mais elevado o poder econômico e social da população, maior é o consumo. Maior utilização de máquinas de lavagem de roupas, de lava de pratos, da lavagem de automóveis, da utilização em piscinas. 10 Consumo domiciliar per capita em função da renda familiar (Belo Horizonte e Contagem - MG). Fonte: Heller, 2006

11 Natureza da cidade: em cidades com características industriais, onde se consome água no processo industrial, o consumo per capita de água é maior. Agrupamentos tipicamente residenciais como as vilas operárias, cidades satélites e conjuntos habitacionais, são os que geralmente apresentam menor consumo. Medição de água: A presença de medidores é fundamental para a redução do consumo. Um estudo realizado em Alberta, no Canadá, mostrou que a falta de medição aumentou o consumo em 25%. 11

12 12 Em cidades em que o serviço medido não foi implantado, observa-se que o QPC é bem mais alto comparativamente às cidades semelhantes onde há medição parcial ou total. Pressão na rede: O consumo de água aumenta com a pressão na rede de distribuição de água. Por isso, as redes devem trabalhar, sempre que possível, a pressões reduzidas (desde que assegurem o abastecimento).

13 13 Rede de esgoto: Com a implantação de rede de esgotos há um aumento no consumo de água. Esse aumento é devido à despreocupação com a capacidade do seu sistema de disposição de esgotos, tais como a fossa séptica. Preço da água: Dentre as variáveis que afetam a demanda doméstica de água, uma das mais importantes é o preço.

14 É uma das poucas variáveis obre total controle dos responsáveis pelo sistema de abastecimento de água. Vários trabalhos na literatura mostram uma relação direta entre demanda doméstica e o preço da água. Elevações nos preços da água acarretam diminuição do consumo (até um limite mínimo essencial). Reduções no preço causam aumento de consumo 14

15 15 Tarifa média praticada em 2011, segundo estado, região geográfica e Brasil

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17 Consumo doméstico de água 17 Fonte: TSUTIYA (2004)

18 Água para uso comercial 18 Apesar de sua grande importância no gerenciamento de sistemas de abastecimento de água, são poucas as pesquisas para a determinação do consumo de água em instalações comerciais no Brasil. Fonte: TSUTIYA (2004)

19 Água para uso industrial Categorias de uso: Uso humano Uso doméstico Água incorporada ao produto Água utilizada no processo de produção Água perdida ou para usos não rotineiros 19 O volume de água utilizado pelas indústrias varia de uma indústria para outra e, por outro lado, mesmo para indústrias semelhantes, o consumo pode variar consideravelmente.

20 20 Água para uso público Fonte: TSUTIYA (2004)

21 Modelos para previsão de consumo de água 21 Fonte: TSUTIYA (2004)

22 Modelos para previsão de consumo de água 22 Fonte: TSUTIYA (2004)

23 3.3 - Consumo per capita de água (q ou qpc ou QPC) 23 O significado do consumo per capita é o da média diária, por indivíduo, dos volumes requeridos para satisfazer aos consumos doméstico, comercial, público e industrial, além das perdas no sistema. A unidade usual do qpc é L/hab.dia Libânio et al., 2006

24 24 ou

25 25 Consumo médio per capita por prestadores de serviços, em 2011 (média do Brasil:156,7 l/hab.dia)

26 Estimativas de consumo 26 VON SPERLING (2005) Índice de atendimento (ou cobertura): representa a população situada dentro da área de projeto, servida pela rede de distribuição, e ligada à mesma. É uma fração da população total de uma cidade : população servida/população total.

27 Deve ser determinado para as condições atuais e estimado para as condições futuras. No final de plano, é desejável que seja próximo de 100%. O índice de atendimento é função de condicionantes físicas, geográficas ou topográficas da localidade (nem sempre é possível atender com a rede de distribuição a todas as residências). Do índice de adesão: é a relação entre a população que realmente efetuou a ligação à rede e a população potencialmente servida pela de distribuição na rua. 27

28 Das etapas de implementação da rede de distribuição, pois pode ser que nos anos iniciais de funcionamento nem toda a rede projetada esteja implantada. O índice de atendimento pode ser obtido, por exemplo, como função do número de ligações elétricas. Índice de atendimento = população média atendida/nº de ligações elétricas. Índice de Perdas: as perdas correspondem à diferença entre o volume de água produzido e o volume entregue nas ligações domiciliares. 28

29 Referem-se aos volumes não contabilizados, podendo ser divididas em perdas físicas (ou reais) e perdas não-físicas (ou aparentes). Aos quatro tipos de consumos mencionados (doméstico, comercial, industrial e público) incorporam-se as perdas. 29

30 30 em que: IP = índice de perdas (%); V m = volume de água micromedido ou faturado (volume consumido); V p = volume de água macromedido ou disponibilizado para distribuição (volume produzido).

31 31 Índice de perdas na distribuição em 2011 (média do Brasil:38,8%).

32 32 Índice de perdas na distribuição em 2011, segundo prestador de serviços

33 33 Índice de perdas na distribuição em 2011 segundo capital dos estados e média do Brasil (38,8%).

34 Observa-se grande variação nos índices de perdas, desde 23,5% em Goiânia/GO até 72,1% em Porto Velho/RO e Macapá/AP. 34 Ji-paraná Índice de Atendimento Urbano de Água (IN023) = 57,1% Consumo médio per capita de água (IN022) = 168,7 l/hab.dia Ind. de perdas na distribuição (IN049) = 38,8% Porto Velho Índice de Atendimento Urbano de Água (IN023) = 38,1% Consumo médio per capita de água (IN022) = 173,3/hab.dia Ind. de perdas na distribuição (IN049) = 72,1%

35 O consumo per capita de água pode ser determinado através: Leitura dos hidrômetros consumo per capita micromedido: é aquele efetivamente consumido pelos usuários. 35 Leitura do macromedidor instalado na saída do reservatório consumo per capita macromedido: é utilizado no dimensionamento das unidades de um sistema de abastecimento de água;

36 36 Quando não existirem medições. Obs.: A diferença entre os valores do consumo per capita macromedido e o consumo per capita micromedido é exatamente as perdas no sistema.

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38 a) Determinação do consumo per capita de água a partir da leitura dos hidrômetros. Uma ligação de água pode atender a uma ou mais economias. Leitura dos hidrômetros: Consumo no período por tipo de economia (domiciliar, industrial, comercial e público) Número de cada tipo de economia (avaliar o número de habitantes atendidos e o índice de atendimento). 38

39 Consumo efetivo per capita (q e ): 39 É o consumo médio efetivo de água por habitante no período, englobando o consumo doméstico, o industrial, o comercial e o público

40 Consumo per capita (q ou qpc ou QPC): 40 Para obtenção do consumo per capita são incorporadas as perdas de água do sistema de abastecimento.

41 Em projetos é comum fixar um índice de perdas como meta (por exemplo, 20%) e não utilizar valores atuais, que geralmente são bem mais altos. b) Determinação do consumo per capita de água a partir da leitura de macromedidores. Macromedidores são equipamentos utilizados na medição da quantidade de água que passa em determinado ponto da rede de distribuição. Eles têm a mesma função dos hidrômetros domésticos. 41

42 Geralmente são instalados na saída do reservatório de distribuição e fornecem os volumes consumidos a cada hora ou outro intervalo de tempo escolhido. Alguns modelos fornecem o gráfico tempo-vazão, que permite conhecer, além do consumo médio per capita, os coeficientes de variação de vazão. Estes equipamentos também são utilizados para o controle do desperdício da água, no sistema de distribuição. 42

43 43 Detalhe do macro-medidor (SAAE - Viçosa - MG)

44 44 Instalação de macro-medidor na rede de distribuição (SAAE - Viçosa - MG)

45 45 Instalação de macro-medidor na saída de reservatório de distribuição (SAAE - Viçosa - MG)

46 Variações no consumo Em um sistema de abastecimento de água, a quantidade de água consumida varia continuamente em função do tempo. Variação anual: o consumo de água tende a crescer com o tempo, devido ao aumento populacional ou a melhoria dos hábitos de higiene da população. Variação mensal: nos meses de verão, o consumo supera o consumo médio, já no inverno, o consumo é menor. Variação diária. Variação horária.

47 a) Variações diárias K 1 Coeficiente do dia de maior demanda (consumo): é a relação entre o maior consumo diário verificado no período de um ano e o consumo médio diário neste mesmo período. 47

48 Fonte: Zambon e Contrera (2013) Sistemas de Água I - Aula 3 - Consumo de água 07/04/ A antiga NB 587 é a NBR Estudos de concepção de sistemas públicos de abastecimento de água

49 b) Variações horárias 49 K 2 Coeficiente da hora de maior demanda (consumo): é a relação entre a maior demanda horária ocorrida em um dia e a vazão horária média desse dia.

50 50 Fonte: Zambon e Contrera (2013)

51 51 Para a determinação dos valores de K 1 e K 2, devem ser excluídos os consumos dos dias em que ocorreram acidentes no sistema, ou fatos excepcionais responsáveis por alteração no consumo de água. Para a determinação do K 1, recomenda-se no mínimo, cinco anos consecutivos de observações, adotando-se a média dos coeficientes determinados.

52 52 FONTE: ZAMBON E CONTRERA (2013)

53 3.5 Estudo da população 53 As obras de abastecimento de água são dimensionadas para atender a uma população correspondente ao crescimento demográfico em um determinado número de anos. Esse período chama-se de período do projeto, plano de projeto ou horizonte de projeto. É comum adotar-se 20 anos. Se as obras previstas no projeto forem construídas para atender o horizonte do projeto, nos anos iniciais haverá grande ociosidade, o que significa onerar a população atual.

54 Para que isso não aconteça, as obras que podem ser subdivididas deverão ser executadas em etapas. 54 Uma casa de bombas pode operar inicialmente com duas bombas (uma de reserva) e à medida da necessidade vão sendo instaladas mais bombas em paralelo. Uma estação de tratamento pode ter a sua capacidade duplicada ou triplicada construindo-se mais unidades.

55 A ideia é que a disponibilidade de obras acompanhe o mais próximo possível a curva de demanda da cidade. 55 Outras definições importantes da NBR Estudos de concepção de sistemas públicos de abastecimento de água População residente: é aquela formada pelas pessoas que têm o domicílio como residência habitual, mesmo que ausente na data do censo por período inferior a doze meses.

56 População flutuante: é aquela que, proveniente de outras comunidades, se transfere ocasionalmente para a área considerada, impondo ao sistema de abastecimento de água consumo unitário análogo ao da população residente. 56 FONTE: VON SPERLING, 2005

57 População temporária: é aquela que, proveniente de outras comunidades ou de outras áreas da comunidade em estudo, se transfere para a área abastecível, impondo ao sistema consumo unitário inferior ao atribuído à população, enquanto presente na área, e em função das atividades que aí exerce. População total em uma área da comunidade: Soma das populações residente, flutuante e temporária. População abastecida: é aquela atendida pelo sistema de distribuição existente. 57

58 População abastecível: parcela da população total, em uma área da comunidade, a ser abastecida pelo sistema de distribuição. Consumidor singular: é aquele que, ocupando parte de uma área específica, apresenta um consumo específico significativamente maior que o produto da vazão específica da área, pela área por ele ocupada. Consumidor especial: é aquele que deve ser atendido, independentemente de aspectos econômicos relacionados ao seu atendimento. 58

59 Estudo da população da área de projeto: fixados os períodos de projeto e as etapas de construção, deve-se estimar a população a ser abastecida nesses anos. 59 O estudo da População é o principal parâmetro para o cálculo das vazões. Devem ser levados em consideração: dados censitários; cadastro imobiliário; pesquisa de campo; planos e projetos existentes; planos Diretores do município (uso e ocupação do solo); situação socioeconômica do município; elaboração de projeções da população.

60 Principais métodos para estudos demográficos. a) Método dos componentes demográficos; b) Métodos com base em fórmulas matemáticas; c) Método com base na quantificação indireta 60 a) Métodos dos componentes demográficos Este método considera a tendência passada verificada pelas variáveis demográfica: fecundidade, mortalidade e migração, sendo formuladas hipóteses de comportamento futuro. A expressão geral da população de uma comunidade, em função do tempo, pode ser expressa da seguinte forma:

61 61 b) Métodos com base em fórmulas matemáticas:

62 62 Fonte: Heller, 2006

63 c) Métodos com base na quantificação indireta Extrapolação gráfica: este método pode ser utilizado para estimar a população por um período grande. Consiste no traçado de uma curva arbitrária, que se ajusta aos dados já observados, da população de outras comunidades semelhantes ao estudo, mas que tenham uma população maior. 63

64 Previsão de empregos e serviços de utilidades: A população é estimada utilizando-se a previsão de empregos ou a partir da previsão de serviços de utilidade, como eletricidade, água, telefone 64 Com base nos dados passados da população e pessoas empregadas, calcula -se a relação "emprego/população", a qual é projetada para os anos futuros. Ao se fazer as projeções populacionais, deve-se ter em mente os seguintes pontos:

65 1) Os estudos de projeção populacional são normalmente bastante complexos. Devem ser analisadas todas as variáveis (nem sempre quantificáveis) que possam interagir na localidade específica em análise. Podem ocorrer eventos inesperados que mudem totalmente a trajetória prevista para o crescimento populacional. Necessidade do estabelecimento de um valor realístico para o horizonte de projeto, assim como da implantação das obras em etapas. 65

66 2) As sofisticações matemáticas associadas às determinações dos parâmetros de algumas equações de projeção populacional perdem o sentido se não forem embasadas por informações paralelas, na maioria das vezes não quantificáveis, como aspectos sociais, econômicos, geográficos, históricos etc. 3) O bom senso do analista é de grande importância na escolha do método de projeção a ser adotado e na interpretação dos resultados (a extrapolação da curva exige percepção e cautela). 66

67 4) Os últimos dados censitários no Brasil têm indicado uma tendência geral (com exceções localizadas) de redução nas taxas anuais de crescimento populacional. 67 5) É interessante considerar-se a inclusão de uma certa margem de segurança na estimativa, no sentido de que as populações reais futuras não venham, a menos de alguma forte causa imprevisível, facilmente ultrapassar a população de projeto estimada, induzindo a precoces sobrecargas no sistema implantado.

68 3.6 - Vazões de dimensionamento dos componentes de um sistema de abastecimento de água. O dimensionamento dessas diversas partes deve ser feito para as condições de demanda máxima, para que o sistema não funcione com deficiência durante horas do dia ou dias do ano. As obras a montante do reservatório de distribuição devem ser dimensionadas para atender a vazão média do dia de maior consumo do ano. 68

69 Vazão média: 69 em que: P = população (hab.) qpc = consumo per capita (L/hab.dia)

70 70 Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA: levamos em conta a vazão do dia de maior consumo no final de plano (K 1 ), mais o consumo da ETA. Se a ETA consome 4% da água produzida, C ETA é 1/0,96

71 Vazão da ETA até o reservatório: levamos em conta a vazão média do dia (K 1 ) de maior consumo. Uma das funções dos reservatórios de distribuição é receber uma vazão constante (vazão média do dia de maior consumo) e servir de volante para as variações horárias. Vazão do reservatório até a rede: a rede de distribuição deve ser dimensionada para a maior vazão de demanda, que é a hora de maior consumo. Levamos em conta a vazão média do dia (K 1 ) e hora (K 2 ) de maior consumo no final de plano. 71

72 72 P = população da área abastecida; q = consumo per capita de água; K 1 = coeficiente do dia de maior consumo; K 2 = coeficiente da hora de maior consumo; Q esp = vazão específica (grandes consumidores) C ETA = consumo da ETA

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74 74 Próxima aula: Captação de água de superfície (Parte I):