SETORIZAÇÃO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA E CONTROLE DE PRESSÃO VOLTADOS PARA CONTROLE DE PERDAS

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1 SETORIZAÇÃO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA E CONTROLE DE PRESSÃO VOLTADOS PARA CONTROLE DE PERDAS Maria da Paz Dantas (1) Engenheira Civil pela Universidade de Brasília. Chefe da Divisão de Monitoramento e Controle da Companhia de Água e Esgotos de Brasília (CAESB). Elton Gonçalves Engenheiro Civil. Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Brasília. Chefe da Seção de Planejamento da Operação do Sistema de Água da CAESB. Miguel Ribeiro Machado Engenheiro Civil. Universidade de Brasília. Chefe da Seção de Macromedição e Pitometria da Diretoria do Sistema de Água da CAESB. Endereço (1) : SQN bloco H - apto Brasília - DF - CEP: Brasil - Tel: (061) (comercial) - (061) (residencial) - Fax: (061) spotf@caesb.com.br RESUMO As experiências em companhias de saneamento e pesquisas realizadas têm demonstrado a importância de adotar como primeira etapa no controle de perdas na distribuição a setorização de redes para posterior realização das demais tarefas. Dentre as tarefas, o controle de pressão tem-se apresentado como uma atividade eficaz na redução de perdas, e deve ter seu uso expandido. Face às características dos sistemas de distribuição e visando beneficiar o planejamento e controle da operação, o controle de perdas e a regionalização dos serviços de operação e manutenção de redes, deve-se dividir o sistema em setores e sub-setores. A metodologia básica para implantação da setorização deve prever a implantação das unidades de distribuição de água, levantamento de dados e informações e adequação de redes e/ou redução de pressão. Os resultados confirmam os efeitos benéficos da implantação da setorização, proporcionando uma melhor adequação das atividades operacionais, beneficiando atividades tais como agilidade na interrupção do abastecimento, manobras de rede, etc. Por outro lado, a redução da pressão deve ser adotada com uma das principais atividades na redução de perdas. PALAVRAS-CHAVE: Controle de Pressão, Controle Operacional, Perdas de Água, Rede de Distribuição, Setorização de Redes. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1586

2 INTRODUÇÃO A rede de distribuição de água é constituída por grande extensão de tubulações que se caracterizam pelas numerosas derivações e uma disposição em malha. Daí a necessidade de sua setorização, ou seja, sua divisão em setores e sub-setores para possibilitar um melhor gerenciamento e controle operacional. No tocante ao controle de perdas no sistema distribuidor, a ausência de setorização impossibilita a identificação de pontos da rede com maior incidência de vazamentos, sendo portanto inviável a priorização de ações de redução de perdas através da melhor relação custo x benefício. Embora haja uma preocupação crescente das empresas de saneamento com essa questão, o que se percebe é a carência de uma melhor sistematização que assegure o controle da setorização. Dessa forma, o presente trabalho tem como principal objetivo apresentar a metodologia realizada pela CAESB para implementação e controle da setorização dos sistemas de distribuição. Os trabalhos desenvolvidos no âmbito da CAESB têm demonstrado a importância de se adotar a setorização de redes como primeira etapa no controle de perdas na distribuição, para posterior realização das demais tarefas. E dentre as tarefas mais importantes, o controle de pressão tem-se apresentado como um eficaz instrumento na redução de perdas, devendo o seu uso ser expandido. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO O dimensionamento e configuração das redes são estabelecidos em função de parâmetros tradicionais de projeto, muitas vezes sem levar em conta as etapas de evolução de demanda, e mesmo que essas etapas sejam consideradas, dificilmente o crescimento dos núcleos urbanos ocorre da forma planejada. Isso acarreta um desempenho inadequado das redes, com pressão alta em alguns pontos e desabastecimento em outros. Essa situação requer um monitoramento sistemático da rede, para que os ajustes gradativos necessários sejam feitos com base em análises técnicas, sendo imprescindível para isso a setorização, acompanhada da micromedição e macromedição. A inexistência de procedimentos adequados de planejamento e controle operacionais das redes de distribuição trazem como decorrência uma operação empírica baseada em tentativas para solucionar cada problema localizado, que podem gerar outros problemas, uma vez que não é feita uma análise técnica de forma sistêmica. Outro fator bastante relevante que nem sempre é considerado no sistema distribuidor pelas empresas de saneamento é a interface de gerenciamento entre a produção e a distribuição. Portanto, é muito importante a definição clara dos limites de atribuição das respectivas equipes de operação. A falta de procedimentos bem definidos e de coordenação nesse sentido acarreta problemas de comunicação bem como ocorrência de intervenções e manobras indevidas ou inadequadas, com os consequentes transtornos ao sistema, reflexos aos usuários e, na maioria dos casos, grandes perdas de água. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1587

3 A desatualização do cadastro de redes constitui-se em um dos maiores problemas enfrentados no gerenciamento da distribuição. Por outro lado, o cadastro convencional não permite uma visualização sistêmica dos diversos setores, dificultando seu entendimento funcional e o controle de suas delimitações. Para minimizar esse problema é importante o desenho de esquemas operacionais dos setores bem como a definição de procedimentos referentes às intervenções que alterem a configuração setorial. DEFINIÇÕES E CONCEITOS Objetivando unificar e padronizar a nomenclatura utilizada na setorização, bem como proporcionar um melhor entendimento, foram definidos os seguintes termos baseados em normas e na adequação à experiência da CAESB: Sistema de abastecimento de água - conjunto funcional de obras, instalações, tubulações, equipamentos, acessórios e serviços, destinados a fornecer água potável, em condições de regularidade e segurança. Unidade operacional - parte do sistema de abastecimento que realiza, total ou parcialmente, uma qualquer das seguintes funções: captação, adução, recalque, tratamento, reservação e distribuição. Sistema produtor - parte do sistema de abastecimento compreendida por todas as unidades operacionais situadas a montante do ponto definido como de entrega da água à rede de distribuição. Sistema distribuidor - parte do sistema de abastecimento situada entre o ponto de entrega da água pelo sistema produtor e o ponto de entrega da água aos consumidores. Rede de distribuição - parte do sistema de abastecimento formada de tubulações e órgãos acessórios, destinada a colocar água potável à disposição dos consumidores, de forma contínua, em quantidade e pressão recomendadas. Unidade de distribuição de água - unidade operacional do sistema distribuidor de determinada Região Administrativa do D.F., cujo registro (válvula) de alimentação é considerado o ponto de entrega da água ao sistema distribuidor. Zona de pressão área abrangida por uma subdivisão da rede, na qual as pressões estática e dinâmica obedecem a limites prefixados. Setor de macromedição parte da rede de distribuição delimitada e isolável com a finalidade de acompanhar a evolução do consumo, e avaliar as perdas de água na rede, cuja vazão é medida continuamente através de macromedidor instalado na(s) linha(s) de alimentação e de saída, quando houver transferência para outro setor. Distrito de medição temporária parte da rede de distribuição delimitada e isolável com a finalidade de acompanhar, temporariamente, a evolução do consumo e avaliar as perdas de água na rede, cuja vazão é medida através de equipamentos portáteis ou de instalação provisória. Setor de manobra menor subdivisão da rede de distribuição, cujo abastecimento pode ser isolado sem afetar o abastecimento do restante da rede. Registro limite registro (válvula) de alimentação de unidade de distribuição de água (considerado como ponto de entrega da água ao sistema distribuidor) ou de limite entre unidades de distribuição de água. Registro de manobra registro (válvula) utilizado para isolamento do setor de manobra. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1588

4 OBJETIVOS DA SETORIZAÇÃO A setorização adotada pela CAESB tem como filosofia básica privilegiar o planejamento e controle da operação, o controle de perdas e a regionalização dos serviços de operação e manutenção de redes, visando: Aumentar o nível de satisfação do usuário, através de um melhor gerenciamento e controle do sistema de distribuição de água; Simplificar e democratizar o conhecimento sobre a situação operacional do sistema distribuidor; Agilizar e melhorar a qualidade de comunicação entre as áreas intervenientes e entre a empresa e a comunidade; Estabelecer limites de atribuição de manobra entre as equipes de produção e de distribuição; Estabelecer os limites do controle centralizado (macrocontrole da distribuição); Propiciar a implantação de banco de dados e de esquema operacional das unidades de distribuição de água; Proporcionar maior eficiência e precisão nas ações relativas ao controle de perdas (macromedição, micromedição, controle de pressão e redução de vazamentos); Melhorar o controle das pressões máximas e mínimas, promovendo a adequação e/ou redução de pressão quando necessárias; Viabilizar a compatibilização entre a micro e macromedição; Promover a integração entre as áreas de controle, operação, manutenção, comercialização, cadastro técnico, projetos e obras; e Facilitar a obtenção dos Índices de Perdas, tornando-os mais confiáveis. SETORIZAÇÃO O sistema distribuidor de cada Região Administrativa do D.F. foi dividido em unidades operacionais denominadas Unidades de Distribuição de Água, cujos registros (válvulas) de alimentação são considerados os pontos de entrega da água pelo sistema produtor, devendo esses registros, como qualquer outro situado entre unidades de distribuição de água, serem controlados pelo Centro de Controle da Produção, garantindo o macrocontrole das redes de distribuição. A unidade de distribuição de água pode ser suprida, por: Reservatório; Captação ou poço; Booster ligado a reservatório; Derivação de adutora; e Outra unidade de distribuição de água de diferente Região Administrativa. A implantação de unidades de distribuição de água possibilita um melhor interrelacionamento entre as áreas de produção, de distribuição e de controle, garantindo uma melhor coordenação das atividades de planejamento e controle do sistema distribuidor. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1589

5 Posteriormente, cada unidade de distribuição de água é dividida, de acordo com o agrupamento pretendido, nos seguintes tipos de sub-setor: Zona de pressão; Setor de macromedição (medição permanente); Distrito de medição temporária (antigo distrito pitométrico); Setor de manobra; e Grupo de micromedição (podendo ainda ser subdividido em setores de leitura). METODOLOGIA O projeto de setorização elaborado pela CAESB, preconiza três fases metodológicas: 1ª fase: Implantação das unidades de distribuição de água; 2ª fase: Dados e informações; e 3ª fase: Adequação de redes e/ou redução de pressão. Na primeira fase são reunidos dados e elementos básicos que possibilitam a divisão da rede de distribuição de cada localidade em unidades operacionais de distribuição, contemplando as seguintes principais etapas: a) Levantamento cadastral da localidade, para fins de análise de compatibilidade do cadastro com a realidade em campo. b) Identificação, no cadastro, de todos os pontos para separação das unidades de distribuição (registros, capeamentos, etc). c) Entrevistas com engenheiros, técnicos e operadores, com o objetivo de tirar todas as dúvidas encontradas nas etapas anteriores e obter consenso de todos sobre a situação operacional real das redes. d) Codificação de todos os elementos da macro-setorização como registros de alimentação e de limite de setores, unidades de distribuição, ventosas, booster, VRP s, etc, visando identificá-los em planta e em campo (in loco). e) Definição e indicação dos registros (válvulas) de alimentação ou de limite de unidade de distribuição que são operados pelas equipes do sistema distribuidor, mas com controle do Centro de Controle da Operação. f) Elaboração de conjuntos de representações gráficas, mostrando, de maneira simplificada, as unidades de distribuição de cada cidade e a situação operacional, a nível macro, do sistema distribuidor. As representações gráficas são apresentadas, de acordo com o interesse gerencial ou técnico, através de: Mapa apresenta a planta da cidade, dividida por unidade de distribuição de água, com informações sobre a forma de alimentação; Esquema hidráulico apresenta uma visualização mais técnica, constando o mapa da cidade dividida por unidade de distribuição, porém com indicação de todas as unidades operacionais do sistema produtor localizados na mesma Região Administrativa, compreendendo o fluxograma de adução até o registro de alimentação das unidades de distribuição (vide Figura 1 que trata do esquema hidráulico das unidades de distribuição da Região Administrativa do Gama); e Tabela apresenta os dados de população, de extensão de redes, de endereços, etc, por unidade de distribuição, para cada Região Administrativa. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1590

6 Figura 1 Esquema hidráulico de unidades de distribuição Região Administrativa do Gama. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1591

7 Na Segunda fase, que representa o aprofundamento do conhecimento da rede, é feita a subdivisão das unidades de distribuição e o levantamento de dados e informações, compreendendo as seguintes etapas: a) Verificação do cadastro e delimitação das zonas de pressão e setores de medição; b) Compatibilização dos setores comerciais com os setores de medição; c) Definição dos pontos de medição de vazão e de monitoramento de pressão e de qualidade; d) Levantamento das pressões máximas, médias e mínimas, por zona de pressão; e) Implantação de banco de dados (físicos e operacionais); e f) Elaboração de representação gráfica, apresentando a planta da cidade contendo o mapeamento por zonas de pressão e por setores de medição. Na terceira fase, feita após o conhecimento de todo o sistema, é feito um diagnóstico de cada unidade de distribuição com o objetivo de apontar as intervenções necessárias que proporcionem a melhoria da performance da rede, principalmente no que se refere ao controle de pressão e controle sanitário. Essa fase compreende basicamente as seguintes etapas: a) Diagnóstico da situação operacional, baseado principalmente, no levantamento de pressões; b) Definição dos serviços e obras necessários, à adequação de rede e/ou redução de pressão, tais como: Instalação e/ou adequação de válvulas redutoras de pressão; Eliminação de registros (válvulas) desnecessárias e instalação dos que forem necessários; Construção de trechos de rede para reforçar o abastecimento, quando necessária; Fechamento de anéis para eliminar pontas de rede; Instalação de registros de descarga; e Instalação de medidores de vazão e estações pitométricas. RESULTADOS OBTIDOS Ressaltando o efeito benéfico da setorização, pode-se citar o estudo de caso feito na Região Administrativa do Recanto das Emas, em duas de suas zonas de pressão, ZP5 e ZP6, com cotas geométricas médias de 1.180m e 1.150m, respectivamente, sendo que entre essas zonas de pressão há uma válvula redutora de pressão (VRP3). A tabela 1 mostra o reflexo de um vazamento localizado num dos pontos de maior desnível geométrico dentro da ZP6, causado em pontos de monitoramento de pressão, situados nas duas zonas de pressão em questão e a jusante da VRP3. Tabela 1: Comportamento das pressões devido à ocorrência de vazamento na rede. Pontos de Pressões Médias (MCA) Percentual de Redução Monitoramento Sem vazamento Com vazamento (%) De Pressão de 23,5 l/s ZP ,5 VRP3 (jusante) ZP o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1592

8 Na Tabela 1, tem-se que um vazamento que ocorre na ZP6 provoca uma redução de pressão de 42%, em um ponto localizado na própria ZP6, e, por outro lado, o vazamento ocorrido provoca, a jusante da VRP3, uma redução de pressão de 12%. Observa-se que a setorização possibilita que, a partir do monitoramento de pressões em cada zona de pressão, se tenha um controle mais eficiente das redes de um dado sistema. Reforça-se o efeito positivo da setorização de redes, como no caso do isolamento da localidade de Metropolitana, que pertence à Região Administrativa do Núcleo Bandeirante. O índice de perdas calculado para a Metropolitana, separadamente, apresentou valores elevados, o que acarretou no envio a campo de equipe de pesquisa de vazamentos não visíveis. Após a detecção e reparo dos vazamentos, o índice de perdas da localidade reduziu pela metade, o que não aconteceria se o sistema fosse acompanhado como um todo, e não separado em setores. A Asa Norte, situada no Plano Piloto - Brasília - DF, compreende uma unidade de distribuição de água, com extensão total de redes de aproximadamente 179km, população estimada de habitantes e vazão média mensal de 459 l/s. De acordo com os estudos de reavaliação de setorização realizados pelas áreas de projeto e de operação, essa unidade de distribuição foi dividida em 04 (quatro) zonas de pressão, sendo que, por questões de recursos, as adequações de rede foram executadas em 02 (duas) zonas de pressão que apresentavam pressões mais elevadas. O custo da adequação de redes da Asa Norte, com instalação de válvulas redutoras de pressão, execução de trechos de rede, construção de caixas para estação pitométrica, etc, foi de aproximadamente R$ ,00. A seguir são apresentados os principais resultados obtidos em toda unidade de distribuição pela referida adequação e/ou redução de pressão nas duas zonas de pressão: Redução de 58% do nº de rompimentos de ramais; Redução de 24% do nº de rompimentos de redes; Redução de 24% no índice de perdas; e Redução de 23% na pressão média diária. Além disso, é importante ressaltar que os estudos de reavaliação da setorização evitou a construção de uma segunda adutora, já projetada para a referida unidade de distribuição, com diâmetro de 800mm e extensão de 3.400m, trazendo uma economia em torno de R$ ,00 apenas em obras. CONCLUSÕES Com base no que foi observado durante a realização do presente trabalho, pode-se concluir que a implantação e manutenção da setorização de redes é uma tarefa que deve envolver todas as áreas da Companhia (operação, manutenção, controle, comercialização, projeto, obra e cadastro), tornando-se uma atividade de grande complexidade que deve ser incorporada por cada área, para que seja bem sucedida. Além disso, trata-se de um processo contínuo que exige persistência, coordenação e integração das diversas áreas intervenientes. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1593

9 A setorização deve ser a primeira atividade no controle de perdas, pois possibilita, através do tratamento isolado de um dado setor, a tomada de decisões de forma mais eficiente na redução de perdas. Em conjunto com a setorização, o controle de pressão é um instrumento eficaz na redução de perdas físicas De maneira geral, a pesquisa e detecção de vazamentos e a implantação de um programa de recuperação e substituição de redes devem ser precedidas da setorização, monitoramento da vazão mínima noturna e controle de pressões, que possibilitam uma melhor avaliação dos locais com piores condições de infra-estrutura. Para que os objetivos da setorização sejam alcançados, recomenda-se a adoção das seguintes medidas: Implantação da cultura de setorização em todos os sistemas; Indicação na planta de cadastro dos limites dos setores; Implantação sistemática de atualização e controle dos setores; Implantação de norma de procedimentos sobre intervenção na rede de distribuição; Compatibilização da macro e micromedição; Confecção de manuais de operação dos sistemas de distribuição; Integração com as atividades de geoprocessamento; Identificação, in loco, dos registros de alimentação e de limite de unidades com alerta para os que devem permanecer fechados; As alterações dos setores devem ser previamente analisadas e posteriormente avaliadas; e Implantação de sistemática de avaliação das ações de melhoria e de controle de perdas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CNEC e SABESP. Critérios de projetos e procedimentos operacionais para controle de perdas nas redes de distribuição de água para a RMSP. CNEC/SABESP. São Paulo, DANTAS, M.P. Critérios para identificação e codificação de setores de abastecimento. CAESB. Brasília, DANTAS, M.P. Denominação de unidades operacionais do sistema de abastecimento de água. CAESB. Brasília, DANTAS, M.P. Intervenção programada em sistema de abastecimento de água Norma de Diretoria Colegiada ND 101. CAESB. Brasília, FILHO, J.T. e Borges, P.R. Controle e desenvolvimento operacional Curso ABES. Brasília, GONÇALVES, E. Metodologias para controle de perdas em sistemas de distribuição de água Estudos de uso da CAESB. Dissertação de Mestrado Departamento de Engenharia Civil Universidade de Brasília, HANDLER, A.R.A e Hasegawa, H. Setorização, macromedição e aumento do rendimento de sistemas de abastecimento de água XIII CONGRESSO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. ANAIS, NBR Projeto de Rede de Distribuição de Água para Abastecimento Público. ABNT. Rio de Janeiro, TAGUATINGA, W.R. e DUARTE, I.M. Projeto de reavaliação do Sistema de Abastecimento de Água da Asa Norte. CAESB. Brasília, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1594