AVALIAÇÃO MULTICRITÉRIO PARA ADEQUAÇÃO DE SISTEMAS DE REDUÇÃO DE PERDAS DE ÁGUA

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1 AVALIAÇÃO MULTICRITÉRIO PARA ADEQUAÇÃO DE SISTEMAS DE REDUÇÃO DE PERDAS DE ÁGUA Danielle Costa Morais Universidade Federal de Pernambuco UFPE/PPGEP Av. Acadêmico Hélio Ramos, s/n, Cidade Universitária, Recife/PE CEP: Adiel Teixeira de Almeida Universidade Federal de Pernambuco UFPE/PPGEP Av. Acadêmico Hélio Ramos, s/n, Cidade Universitária, Recife/PE CEP: ABSTRACT The environment degradation, the bad administration and the negligence in the treatment of the subjects related with the water generated the mistaken idea that it is an inexhaustible source. This vision begins to collide with the reality, where to growing population it comes across serious problems of lack of water In this context, the administration responsible for this sector, need a new posture front to the process of decision-making, in what it is concerns the action to be developed, for a better efficiency of the operational control system, in order to avoid losses of water. The objective of the present work is to apply the methodology PROMETHEE of multicriteria decision-aid, with the finality to elaborate a ranking of the alternatives to reduce losses in water supply systems, so that they allow an economy as of money, leaving to build new enterprises, as of water resources, conserving the environment. Key Words: Multicriteria, Sanitation, Losses of Water. 1. INTRODUÇÃO Atualmente, há uma grande quantidade de centros urbanos e vilas rurais no mundo que enfrentam graves problemas de abastecimento de água. Entre os fatores concorrentes para esta situação estão: o crescimento populacional, grandes períodos de estiagens, o uso irracional da água pelos usuários e seu conseqüente desperdício, a carência de manutenção e a inadequada operação dos sistemas de abastecimento, provocando altos índices de perdas. Frente a este problema, a solução proposta tradicionalmente, é a de ampliação do sistema de abastecimento de água com o aumento da oferta. Entretanto, esta alternativa, tem sido questionada pelas suas implicações financeiras, sócio-econômicas e ambientais, exigindo um alto investimento financeiro e provocando danos desnecessários ao meio ambiente. Assim, a experiência mostra que, quando existem perdas nos sistemas é muito mais econômico otimizar e racionalizar a utilização da água do que construir novos sistemas de abastecimento. Neste contexto, a questão das perdas de água tanto no sistema de abastecimento como no consumidor final, devem ser tratadas e gerenciadas com medidas preventivas, com melhoria dos procedimentos de manutenção e operação de redes, além disso, envolve também, um programa de mudança cultural, desde o usuário até o funcionário da Empresa, ENEGEP 2002 ABEPRO 1

2 independente do grau de formação, levando a uma tomada de decisão que se configura como uma estratégia empresarial. Por outro lado, tomar a decisão onde agir é complicado, pois existe uma série de dificuldades, as quais levam em consideração critérios diferenciados e que entram constantemente em conflito entre si. Desse modo, os gerentes e responsáveis pelo planejamento e decisões neste setor de saneamento básico, tentam integrar os recursos disponibilizados com os objetivos estratégicos das concessionárias, porém não dispõem de modelos específicos de apoio à tomada de decisão e ferramentas apropriadas para utilização. Este artigo, no entanto, trata a aplicação da metodologia PROMETHEE II de apoio a tomada de decisão, considerando todas as possíveis alternativas e, dentro de uma avaliação global, levantar de uma forma balanceada a luz dos critérios estabelecidos, a alternativa mais adequada, orientando para um procedimento com possíveis estratégias de solução para minimização de perdas no sistema de abastecimento de água. 2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA Os recursos hídricos vêm sendo objeto de preocupação e estudos em todo o planeta, visto que as reservas mundiais de água potável estão reduzindo-se gradativamente. Como se sabe, cerca de 70% da superfície da Terra está coberta de água, porém 97% da água existente, compõe os oceanos, sendo portanto, salgada. Restam apenas 3% de água doce, a qual pode ser utilizada para consumo humano. No entanto, 2,3% estão armazenados nas geleiras e calotas polares e somente 0,7% são passíveis de exploração, estando contidos no subsolo, lagos e rios. Além desta composição de água no Planeta Terra apresentar uma percentagem mínima potável e está distribuída de maneira desigual, tem-se o agravante da exploração excessiva dos rios, do desperdício, do crescimento populacional e a urbanização incontrolada. Tudo isso, aumenta a demanda da água,fazendo com que os recursos hídricos disponíveis se tornem cada vez mais escassos. Historicamente, atende-se a crescente demanda de água expandindo-se continuamente a oferta através, por exemplo, da construção de barragens, perfuração de poços, transposição de vazões; o que sempre exige um alto investimento financeiro e provoca danos desnecessários ao meio ambiente. Em contrapartida, de acordo com o Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS 1999, as empresas de abastecimento comumente operam com índices de perdas que variam entre 30% e 60% em média, sendo constatado que mais de 1/3 das empresas pesquisadas, apresentaram perdas superiores a 50%, tendo a empresa do Amapá, CAESA, chegado a 68,70%. Em Pernambuco (COMPESA), este índice é de 59,30%. Com base nesses dados, fica claro que, no Brasil, se perde aproximadamente 50% da água que é produzida e distribuída nas cidades. Nessa perspectiva, alerta-se para a necessidade da adoção de medidas tanto preventivas, como reparadoras, a fim de que seja obtida uma distribuição de forma justa que atenda plenamente o consumidor, não agrida o meio ambiente e seja coerente com a realidade da empresa concessionária da água. Nota-se então, que para se adotar uma política de trabalho voltada para a redução de perdas dá água, devem ser atacados dois pontos essenciais, as perdas físicas e as nãofísicas (ou comerciais). As primeiras são as ocasionadas por vazamentos visíveis ou não visíveis, aparelhos mal aferidos ou fora de sua vida útil, baixa qualidade dos materiais hidráulicos, extravasamentos nos reservatórios, falta de setorização por zonas de pressão provocando altas pressões nas redes, falta de um sistema de controle operacional, dentre outros. Ocorrem nas tubulações, conexões, válvulas e equipamentos de medição que compõem o sistema. Neste trabalho, foi enquadrado como perda física, as perdas dentro dos domicílios, na medida em que ocorrem vazamentos nas instalações hidráulicas, defeito ENEGEP 2002 ABEPRO 2

3 nos acessórios (torneira, ducha, chuveiro, etc) e extravasamentos nos reservatórios. As segundas são aquelas em que a água é produzida e chega ao seu destino final por meios ilícitos, sem medição legal, ocorrendo no usuário final. São encontradas algumas dificuldades na tomada de decisões no que diz respeito a priorização das alternativas para implantação de um sistema de redução de perdas, quando se trata de avaliações de aspectos subjetivos, tais como: impactos sociais, compatibilidade com as metas das concessionárias, influência na melhoria da manutenção e controle operacional. Desse modo, esta metodologia apresentada, torna-se vital para a tomada de decisões nesta esfera estudada, apoiando os agentes decisores, que podem ser: concessionária de água, que tradicionalmente atua como o órgão de implantação do sistema; agências de meio ambiente, que teria a atuação voltada a objetivos de proteção ao meio ambiente; projetistas, na medida em que, são eles que fazem o estudo das alternativas de ação e podem ser solicitados a decidirem; ou ser um grupo composto por organizações, dando maior complexidade ao caso, pois cada um tem seus objetivos e critérios próprios sendo freqüentemente conflitantes. Propõe-se, dessa forma, uma maneira simplificada para a priorização das alternativas viáveis para implantação de sistema de redução de perdas d água, avaliando diversos aspectos. Para isso, será usada a metodologia de apoio à decisão multicritério (PROMETHEE II) com informações cientificamente elaboradas, aptas a mostrar o caminho mais eficiente a seguir. 3. DECISÃO MULTICRITÉRIO Tomar decisões faz parte do dia a dia das pessoas, pois normalmente elas se deparam com problemas em que devem decidir sobre alguma coisa. Esta é uma atividade bastante complexa, embora quase despercebida, na qual envolve possíveis alternativas de ação, pontos de vista e formas específicas de avaliação, ou seja, considera múltiplos fatores. Ainda hoje, a forma mais usada para a tomada de decisões é aquela baseada na intuição, os chamados julgamentos intuitivos, onde a análise dos vários constituintes do problema não é feita de forma organizada. A relevância de uma metodologia de apoio a tomada de decisão multicritério deriva do fato de que na maioria das situações em que tem-se que decidir, não existe apenas um objetivo e sim, são considerados vários pontos de vista, sendo eles, geralmente conflitantes entre si. Por isso, o processo de decisão, deve ser orientado por uma análise com métodos multicritério para apoiar o decisor na escolha das alternativas. Essa metodologia, por um lado visa auxiliar no processo de escolher, ordenar ou classificar as ações potenciais. Por outro, buscam incorporar múltiplos aspectos nesse processo, ao invés dos métodos monocritérios da pesquisa operacional tradicional. Segundo Vincke, existem alguns métodos e técnicas multicritério, dentre eles, pode-se identificar: os modelos aditivo, que geram um critério único de síntese (Multiple Attribute Utility Theory MAUT; Analytic Hierarchy Process - AHP) e os métodos de sobreclassificação, ou outranking methods (Electre e Promethee). Esses modelos e métodos seguem duas principais vertentes, a Multiple Criteria Decision Making MCDM e a Multicriteria Decision Aid MCDA, sendo da Escola Americana e Européia, respectivamente. A adoção de um desses modelos é normalmente justificada por argumentos ditados pela natureza do problema a analisar. Neste trabalho, os esforços se concentraram nas idéias da Escola Européia, mais especificamente, empregando o método PROMETHEE II. As famílias dessa escola buscam desenvolver recomendações sob a abordagem construtivista, onde se procura no decorrer ENEGEP 2002 ABEPRO 3

4 do processo junto com os atores construir um modelo mais ou menos formalizado que permitirá a evolução do processo de apoio à decisão em concordância com os objetivos e o sistema de valores dos atores. O PROMETHEE II consiste em construir uma relação de sobreclassificação valorada (Vincke, 1992). No seu processo de análise, decompõe o objetivo em critérios. As comparações entre alternativas são feitas no último nível de decomposição e aos pares, através do estabelecimento de uma relação que acompanha as margens de preferência ditadas pelos agentes decisores, buscando uma ordenação do conjunto de alternativas potenciais, através do conceito de dominância. É um método não-compensatório que requer informações intercritério correspondente a relativa importância entre os vários objetivos, ou seja, pesos dos critérios. Esses pesos podem ser decorrentes de cálculos técnicos ou de expressões de julgamento de valor. Assim, esses métodos favorecem as ações mais balanceadas, que possuem melhor performance média. Para Bana e Costa (1993), considera-se como critérios ou pontos de vista, os aspectos que reúnem características e/ou objetivos, percebidos como importantes pelo decisor, para a construção de um modelo de avaliação de ações existentes ou construídas. Esses aspectos são conseqüência do sistema de valores do decisor ou mesmo de sua estratégia de intervenção no processo decisório e agrupa elementos primários de avaliação, que interferem de forma ativa na formação de suas preferências. Vincke, diz que para cada critério é avaliado um peso (p j ), representando a sua importância relativa, e o grau de sobreclassificação π(a, b) para cada par de ações (a, b), é calculado, como segue: π (a, b) 1 = P n p F (a, b), onde P = j j j= 1 j= 1 n p j onde: F j (a, b) é um número entre 0 e 1. F j (a,b) = 0, se g j (a) > g j (b) e F j (a,b) = 1, se g j (a) g j (b) Para estimar o F j (a,b), é oferecido ao decisor seis funções para ele escolher qual a melhor para a análise de cada critério, indicando a intensidade da preferência da diferença g j (a) g j (b). Segundo Vincke (1992), isso é feito separadamente para cada critério e as seis formas possíveis de funções da preferência são: Critério (onde d é a diferença na performance (g j (a) g j (b) Parâmetros I Critério usual 0 se indiferente ou pior, 1 se melhor Nenhum II Quase-critério 0 se d q, 1 se d > q q III Critério W / Preferência 0 se indiferente ou pior, d/p se superior < p linear p, 1se p IV Critério nível 0 se d q, ½ se q < d p, 1 se d > p p, q V Critério W/Preferência 0 se d q, ( d -q) / (p-q) se q < d p, p,q linear e área de indiferença 1 se d > p VI Gaussiana 0 se d<0, 1 e dxd/(2σxσ) se d>0 σ (desvio padrão) Desse modo, o método PROMETHEE estabelece uma estrutura de preferência entre alternativas discretas, tendo uma função preferência entre alternativas para cada critério. Esta função indica a intensidade da preferência de uma alternativa a outra, com o valor variando entre 0 (indiferença) e 1 (preferência total). ENEGEP 2002 ABEPRO 4

5 Para fazer a comparação entre as alternativas, considera-se duas grandezas chamadas fluxo de importância positivo (φ + ) e fluxo de importância negativo (φ - ), que representam os somatórios dos índices de preferência de a em relação a b e de b em relação a a, sob todos os critérios, é possibilitada a avaliação de cada alternativa. Escolhe-se a alternativa com o maior fluxo líquido de importância φ(a) = φ + (a) - φ - (a). 4. ESTUDO DE CASO Nesta seção é feita a aplicação da metodologia de apoio à decisão multicritério, e para isso, foi tomada como base a cidade de Moreno/Pe, no qual a concessionária de água do estado contratou serviço de estudo de diagnóstico do sistema existente e para melhoria da distribuição com enfoque principal na redução de perdas. Através desse estudo, foi possível a avaliação das alternativas com relação aos critérios. Esta cidade possui um sistema com altos índices de perdas não só na produção e distribuição (perda física), como também no faturamento da empresa concessionária (perda não-física). Caracterização do problema Para caracterizar o problema, deve-se a princípio, identificar onde ocorrem as perdas nos sistemas de abastecimento de água. Vários são os locais possíveis de perdas (captação, adução, elevação, tratamento, etc), sendo na rede de distribuição, onde ocorre os maiores e mais consideráveis índices de perdas. No conjunto das alternativas potenciais são aquelas medidas que são utilizadas para amenizar o problema, as que são aqui propostas são: A) substituição ou aferição de hidrômetros; B) implantação de hidrômetros: para às áreas onde é feita uma estimativa do consumo, geralmente em comunidades de baixa renda, onde nesses casos, é grande o desperdício, tendo em vista que geralmente, o consumo é maior do que o estimado; C) medição individualizada por apartamento: consiste na instalação de hidrômetros em cada apartamento com vistas ao conhecimento do volume de água consumido por cada um; D) automação: abrange a implantação de equipamentos, instrumentos, aparelhos e softwares para identificar vazamentos; E) campanha educativa ao usuário; F) financiamento de kits com equipamentos economizadores de água: para os casos dos sistemas subsidiados ou que tenham alto custo de produção, os quais necessitam reduzir o consumo; G) setorização ou instalação de válvulas redutoras de pressão: inclui a implantação de válvulas e macromedidores nas zonas de pressão; H) fiscalização contra fraudes; I) reabilitação de tubulação e conexões; J) reaproveitamento da água de lavagem das unidades de tratamento. Identificação dos critérios relevantes Nesta etapa, defini-se os critérios a serem considerados para a classificação dessas alternativas de solução. Para este caso, os critérios estabelecidos foram: Cr1 - Custo - custo da implantação da alternativa, sendo considerado que as de menor valor serão mais preferíveis. Cr2 - Horizonte do investimento tempo de vida útil da alternativa considerando o custo de investimento adotado. Esse tempo será considerado em meses, sendo mais preferível aquele que apresentar o maior tempo de vida útil. ENEGEP 2002 ABEPRO 5

6 Cr3 - Redução de desperdício este critério reflete o potencial da alternativa de reduzir a água gasta irracionalmente, sendo mais preferível nos sistemas com colapso no abastecimento ou subsidiados. Cr4 - Melhoria nas condições ambientais este critério busca refletir a influência da alternativa no meio ambiente, beneficiando-se aquelas que protegem os mananciais, reduzindo a retirada de água. Cr5 - Melhoria na manutenção e operação este critério visa à diminuição do tempo de vazamentos, assim como sua identificação no sistema com maior eficiência e facilidade dos reparos. Também trata a redução das pressões altas na rede, pois são elas as maiores causadoras de vazamentos em canalizações e conexões comprometidos com a vida útil e má estado de conservação. Cr6 - Aumento da arrecadação ou Redução das despesas de produção - este critério foi escolhido por ser um ato numérico e de expressão pública, que repercute na redução de perdas não físicas. Isto é conseguido com a melhoria da medição real do consumo da população. A redução no custo de produção e distribuição, juntamente com o aumento da arrecadação, terá como conseqüência um aumento significativo nos lucros da empresa, tornando-a mais saudável. Cr7 - Aceitabilidade social este critério visa representar o reflexo da implantação da alternativa dentro das comunidades, sendo valorizada a conscientização da importância do uso racional da água. Elaboração da matriz critério x alternativa As avaliações de critérios, tanto em valor absoluto como em importância relativa, merecem uma atenção especial, por se tratar do instrumento pelo qual são gerados os dados para o modelo e onde as alternativas manifestam suas características, representando aspectos intrínsecos de cada sistema. O critério Custo possibilita uma comparação bastante objetiva, sendo considerado seu valor por quantias monetárias para implantação da alternativa. Vale salientar que sua mensuração é um pouco complicada, pois exige estudos específicos de cada alternativa para o determinado sistema. Os outros critérios possuem natureza bastante subjetiva, não possuindo uma escala clara de valores que possa ser utilizada como recurso de comparação. Como, nesses critérios, as diferenças entre uma ou outra alternativa podem ser sutis e de difícil mensuração, adotou-se uma escala de comparação verbal, a qual permite aliar simplicidade da análise a uma maior garantia de objetividade. Os valores atribuídos a cada conceito verbal são apresentados na Tabela 1: Tabela 1 Escala para julgamento da importância dos critérios. Escala Verbal Escala Numérica Muito Bom 1,00 Bom 0,75 Regular 0,50 Fraco 0,25 Desprezível 0,00 O resultado da matriz é apresentado na Tabela 2 a seguir: ENEGEP 2002 ABEPRO 6

7 Tabela 2 Avaliação das Alternativas a Luz dos Critérios Estabelecidos ALTERN CRITÉRIOS ATIVA Cr1 Cr2 Cr3 Cr4 Cr5 Cr6 Cr7 A Regular Regular Desprezível Bom Regular B Muito Bom Bom Desprezível Bom Franco C Fraco Desprezível Desprezível Desprezív Muito el Bom D Desprezível Regular Muito Bom Bom Bom E Muito Bom Regular Regular Fraco Bom F Muito Bom Regular Desprezível Fraco Regular G Desprez Desprezível Regular Muito Bom Bom ível H Fraco Fraco Desprezível Regular Fraco I Desprez Desprezível Regular Muito Bom Bom ível J Desprez Desprezível Muito Bom Fraco Regular ível Relevância entre os critérios Nesta etapa, estabelecem-se os pesos associados a cada critério. Num sentindo amplo, pesos são formas de representação das preferências dos agentes de decisão, considerados como a importância relativa entre os critérios. Podem ser decorrentes de cálculos técnicos ou de expressões de julgamento de valor. Foram designados os seguintes pesos para os critérios: Tabela 3 Pesos dos Critérios Cr1 Cr2 Cr3 Cr4 Cr5 Cr6 Cr7 0,05 0,05 0,15 0,20 0,20 0,30 0,05 Para cada critério uma função específica da preferência foi definida. Esta função é usada computar o grau de preferência associado a melhor ação para as comparações aos pares. As formas IV, III, I, II, III, I, II foram associadas respectivamente aos sete critérios. Resultados Aplicando-se o método PROMETHEE II, a ordenação final e os valores atribuídos a cada critério podem ser verificados a seguir: ORDENAÇÃO ALTERNATIVA φ 1º B 2,94 2º D 2,00 3º G 1,90 4º I 1,75 5º A 0,76 6º J 0,15 7º E -0,47 8º F -1,86 9º H -2,26 10º C -4,91 ENEGEP 2002 ABEPRO 7

8 5. CONCLUSÕES O problema de priorização de alternativas de redução das perdas em sistemas de abastecimento de água apresenta-se bastante complexo pela falta de política de ação para empreendimentos dessa natureza e pela escassez de recursos disponíveis neste setor. De uma maneira geral, o propósito deste trabalho consistiu em utilizar a metodologia PROMETHEE II para priorizar as alternativas, a luz dos critérios escolhidos, de modo que permitisse avaliar, de forma racional, as diversas dimensões do problema encarado. Durante o desenvolvimento do estudo, percebeu-se que a construção da matriz de avaliação constitui-se na etapa crucial do processo de priorização das alternativas, visto que, por mais bem fundamentados que sejam os métodos multicritério, se os dados da matriz forem incoerentes, pouco confiáveis ou mesmo equivocados, a classificação obtida pelo método terá pouca veracidade. Por outro lado, os fatores considerados na construção de cada critério de avaliação, bem como os seus respectivos pesos e funções de preferência, devem refletir o conhecimento e a experiência do decisor na área a ser implantada a alternativa. Dessa forma, o modelo desenvolvido para esse tipo de problema, baseado no PROMETHEE II, aponta as alternativas de redução de perdas mais favoráveis para cada diferente sistema de abastecimento de água, devendo se tomar cuidado na escolha os pesos dos critérios e na avaliação das alternativas para as reais necessidades da cidade em estudo. Além disso, com essa metodologia de apoio à decisão multicritério, é possível observar uma série de questões que, provavelmente, não seriam percebidas em análises estritamente técnico-econômicas. Referências Bibliográficas BANA e COSTA, C. Introdução Geral à Abordagens Multicritério de Apoio à Tomada de Decisão. Investigação Operacional, Vol.8, nº 1, pag , COÊLHO, A. C. Manual de Economia de Água (Conservação de Água). Comunigraf, Recife, 2001 GOMES, L.F.A.M.; GOMES, C.F.S.; ALMEIDA, A.T. Tomada de Decisão Gerencial: Enfoque Multicritério. Editora Atlas, Rio de Janeiro, KEENEY & RAIFFA, H. Decisions with Multiple Objectives: Preferences and Value Trade-offs. Wiley, New York, MARQUES, F. C. V.; GASPARINI, V. A. Índice de Perdas Aceitável. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA, 18, Trabalhos Publicados: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária, São Paulo, ROY,B. Mulcriteria Methodology for Decision Aiding. Kluwer Academic Plublishers, Netherlands, SARZEDAS, G.L.; RAMOS, A.N; MATSUGUMA, S. Pesquisa de Vazamentos ou Redução de Pressão? Como investir na redução de perdas físicas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 20, Rio de Janeiro, Anais. p VINCKE, P. Multicriteria decision-aid. Wiley, Bruxelles, ENEGEP 2002 ABEPRO 8