Título Redução e Controle de Perdas Físicas de Água através da Implantação de Válvulas Redutoras de Pressão () com Controle Inteligente, Pesquisa e Eliminação de Vazamentos no Município de São Caetano do Sul Autores Nome: Denis Striani Cargo atual: Diretor Técnico do Departamento de Água e Esgoto de São Caetano do Sul Formação: Engenheiro Naval Escola Politécnica da USP 1975 Administração de Empresas Faculdade de Economia e Administração FEA-USP Especialização: Hidráulica Aplicada Área de atuação: Saneamento Ambiental Endereço para correspondência: e-mail: striani@aol.com Av. Fernando Simonsen, 303 Bairro Cerâmica CEP: 09540-230 São Caetano do Sul SP Nome: Alexandre Ferreira Lopes Cargo atual: Gerente de Operações da empresa ENOPS Engenharia Ltda. Formação: Engenheiro Químico FAAP 1994 Especialista em Engenharia de Saneamento Básico FSP-USP 2002 MBA em Gestão Empresarial FGV 2003 Área de atuação: Saneamento Ambiental Endereço para correspondência: e-mail: afl@enops.com.br Rua Dona Eponina Afonseca, 168 - Granja Julieta CEP: 04720-010 São Paulo - SP Declaração do autor: A água é o constituinte mais característico da Terra, ingrediente essencial da vida e talvez, o recurso natural mais precioso que o planeta fornece à humanidade. No entanto, ainda neste século, a água se tornará um recurso natural cada vez mais escasso. Nas áreas de grande conglomerado urbano, onde a água potável é mais necessária e fundamental, decisivamente ela se valorizará. Os altos índices de perdas de água que ocorrem na rede de distribuição representam, além de um prejuízo ambiental, um problema social e econômico para as empresas de abastecimento de água e saneamento, uma vez que, estas perdas geram gastos cada vez maiores que literalmente vão para o ralo. Desta forma, reduzir estas perdas na distribuição de água é uma ação determinante e de suma importância, tanto no âmbito ambiental e social, como também um fator positivo de economia para as empresas e para a população.
Palavras Chave:, Controle de Pressão, Perdas Físicas, Vazamentos Introdução: O DAE SCS vem implantando há alguns anos um Programa de Controle e Redução de Perdas de Água no seu Município. Esse Programa conta com diversas ações e projetos em andamento tais como: Reuso de água, Projeto Amigo da Água, palestras em empresas sobre uso racional da água, campanhas institucionais contínuas evitando o desperdício junto à população, medidas para evitar furtos em hidrantes, adoção de unidades de ligação, remanejamento e limpeza de rede, entre outras. Em meados de novembro de 2002 o DAE SCS deu início a uma nova atividade de combate às perdas físicas de água. Essa atividade foi a instalação de mais duas Válvulas Redutora de Pressão () no seu sistema de distribuição de água e a retomada de outras três S já existentes e que estavam fora de operação ( Prosperidade Ø 150mm, Nestor Moreira Ø 75mm e Tocantins Ø 100mm). A instalação de uma, reduzindo e controlando a pressão dentro de uma área a ser abastecida, é o caminho mais simples e de resultados imediatos para reduzir a perda de água em uma tubulação. Adotando a política de instalação de S, o DAE SCS objetivou atuar no fator que mais diretamente influencia nos vazamentos, a pressão interna em uma tubulação. A pressão interna em uma tubulação é tanto a geradora dos vazamentos como também a responsável pelo incremento do volume perdido através deles. Porém a prática de instalação de S não é a única maneira de controlar a pressão. Existem outros modos de controle e que devem preceder uma instalação de uma. São eles: Setorização da área abastecida para adequá-las às condições topográficas, podendo significar a instalação de um sistema elevatório para abastecer uma área crítica, reforço ou limpeza e reabilitação de trechos da rede; Alteração de curva de bomba para adequá-la à demanda; instalação de sistema de variação de vazão; A redução de pressão através da aplicação de uma traz alguns benefícios, como: Redução do volume perdido através dos vazamentos; Redução do consumo diretamente relacionado com pressão, tais como: lavagem de carros e calçadas, irrigação de jardins; Redução da ocorrência de vazamentos; A estabilização da pressão diminui a possibilidade de fadiga das tubulações inclusive nas instalações internas aos usuários; Estabelece um abastecimento mais constante à população. Grandes variações de pressão ao longo do dia podem dar a impressão de um abastecimento deficiente, e ainda, pressões desnecessariamente altas geram para o usuário a expectativa errônea de que o abastecimento é adequado; Permite regular a demanda em casos de racionamento. Após a implantação das S em uma primeira etapa, o DAE SCS ficou com quatro S operando em seu sistema de distribuição de água, totalizando 49 Km de rede protegida por S de um total de 393 Km de rede em todo o Município. Com o bom desempenho destas quatro S, o DAE SCS prosseguiu com a sua política de redução de perdas através da instalação de e hoje conta com mais uma em seu sistema de distribuição, denominada
Manoel Coelho. Esta é a que apresenta a maior extensão de rede (33 Km) e a que tem os melhores resultados de retorno do investimento. Objetivo: Descrever a utilização de válvulas redutoras de pressão e de controladores lógico programáveis como ferramentas de combate a perdas físicas de água no Município de São Caetano do Sul pelo Departamento de Água e Esgoto deste Município, DAE SCS. Metodologia: Caracterização do sistema O sistema de distribuição de água pertencente ao DAE SCS apresenta as seguintes características: 393 Km de redes de distribuição 3 setores de abastecimento Santa Maria, Vila gerty e Osvaldo Cruz 140.159 pessoas atendidas 35.658 ligações 60.991 economias 17.096.537 m³ vazão anual macromedida 1.424.711 m³ vazão média mensal macromedida No quadro abaixo apresentamos algumas características por setor de abastecimento: Quadro 1.1 Características por setor de abastecimento Setor de Extensão rede População Índice de Vaz/Km Abastecimento (Km) atendida (%) Santa Maria 86 23 6,4 Osvaldo Cruz 173 50 5,5 Vila Gerty 134 27 5,7 TOTAL 393 100 Metodologia para instalação de S O trabalho de instalação de S no Município de São Caetano do Sul pode ser dividido em 4 Fases: Fase 1 Estudos e projetos Fase 2 Implantação da Fase 3 Pré-Operação e comissionamento Fase 4 Pesquisa de vazamentos Fase 1 Estudos e projetos Para início dos trabalhos foi realizada uma análise dos três setores de abastecimento existentes no sistema de distribuição (Santa Maria, Osvaldo Cruz e Vila Gerty), identificando os limites atuais de cada setor, e das S existentes. Após essa delimitação e com base na análise das cotas e das pressões estáticas, foram identificadas áreas passíveis de instalação de S. Nesse trabalho inicial foram identificadas um total de 18 áreas passíveis de instalação, sendo: 3 no Setor Santa Maria, 7 no Setor Osvaldo Cruz e 8 no Vila Gerty.
Verificou-se também neste estudo que algumas áreas de S existentes poderiam ser otimizadas, sendo englobadas por futuras válvulas a serem implantadas. Após ter sido feito o estudo dos três setores de abastecimento, duas áreas foram escolhidas para implantação das duas S definidas no trabalho. Essas áreas passaram a serem chamadas de Subsetor de. Esses Subsetores foram priorizados em função de: maiores índices de perdas, indicadores de Vaz/Km e pressões elevadas. As duas S instaladas chamam-se: Campos Salles (DN 150mm) e Flórida ( 200mm). A Flórida acabou englobando uma existente ( Prosperidade DN 150mm), sendo a Prosperidade desinstalada e ficando o DAE SCS ao final desta primeira etapa com 4 S em seus sistema de distribuição de água, duas existentes e duas a serem implantadas. Após a escolha das duas S, iniciam-se as atividades de campo. A primeira atividade é fazer o isolamento do Subsetor fazendo o fechamento da área através de registros de manobra. O ideal é que o Subsetor tenha apenas uma entrada, mas podem existir Subsetores com duas ou mais entradas. Todas as S existentes no DAE SCS tem apenas uma entrada de água para o Subsetor. Nesse trabalho de fechamento do Subsetor, a experiência mostra que muitas vezes é necessário realizar manutenções, trocar os registros de manobra que irão ser fechados, pois muitas vezes esses registros apresentam algum tipo de avaria ou até mesmo instalar algum registro para fazer o isolamento da área. Na figura abaixo temos um exemplo de registros que se encontram fechados e um registro a ser instalado para isolamento do Subsetor a ser posto em operação em São Caetano. A área preenchida na cor amarela está dentro da área de influência da. Figura 1.1 Registro que se encontram fechados para isolamento da área Na figura abaixo temos um exemplo do local de instalação de uma e que é a única entrada do abastecimento do Subsetor, na linha de DN 450mm. Figura 1.2 Entrada de água do Subsetor Após a realização do fechamento do Subsetor e não havendo nenhum problema de baixa pressão dentro ou fora do Subsetor, é feito um teste de estanqueidade, fechando a entrada de água para dentro do Subsetor, de
modo a comprovar que não há nenhuma outra entrada de água excluindo-se a principal e que os registros limites não estão dando passagem. Após a comprovação da estanqueidade do Subsetor, são instalados Data-Loggers para medição de vazão e pressão na entrada do Subsetor e medição de pressão em pontos internos ao Subsetor. Esses Data-Loggers ficam registrando esses dados por um período de no mínimo uma semana. Com base nas medições realizadas, é feito o dimensionamento de todo o sistema de redução e controle de pressões: Hidrômetro, filtro, by-pass, e o projeto executivo da. Figura 1.3 Projeto Executivo de uma instalada em São Caetano Antes da efetiva instalação da é feita uma modelagem teórica do retorno do investimento. Essa modelagem apresenta um retorno estimado da instalação. Se o resultado mostrado pela modelagem teórica for satisfatório, é dada seqüência na instalação da. Em caso negativo avalia-se a situação, podendo até descartar o Subsetor, uma vez que ele pode não ser viável. Fase 2 Implantação da Após ter sido concluída a Fase 1 Estudos e projetos, é dado o início da implantação da, através da execução da obra. Essa fase contempla as seguintes etapas: escavação da vala, instalação da montagem hidráulica, constituída da e by-pass, construção da caixa de abrigo, instalação do Controlador de. O Controlador de é um equipamento eletrônico capaz de controlar uma através de parâmetros de tempo (horário) ou vazão, sendo este último muitas vezes mais eficiente. Além de fazer o controle da, ele armazena os dados de vazão, pressão de montante e pressão de jusante da válvula. Por permitir o armazenamento dos dados, as equipes de campo acabam tendo uma maior agilidade nas tomadas de decisão em eventuais problemas, como um aumento da vazão mínima noturna ou um problema na própria válvula. Ao final deste trabalho são mostradas algumas fotos das instalações realizadas no DAE SCS. Fase 3 Pré-operação e comissionamento A Fase 3 Pré-operação e comissionamento é a fase em que se definem os parâmetros de regulagem em que a válvula trabalhará. Esses parâmetros são definidos com base nos estudos feitos anteriormente, medições de vazão e pressão na e ponto crítico (ponto de menor pressão dentro do Subsetor).
Para que a válvula trabalhe conforme os parâmetros é necessário realizar uma calibração da em campo, de forma a ajustar as pressões máximas e mínimas de operação através de um piloto de regulagem instalado na. Na tabela abaixo temos um exemplo dos parâmetros adotados para uma do DAE SCS: Quadro 1.2 Parâmetros de regulagem da Manoel Coelho MANOEL COELHO Vazão (m³/h) Pressão a ajustar (mca) 320 32 290 28 250 23 200 18 160 15 50 10 É com base nestes dados que a trabalhará. No caso desta, Manoel Coelho, ela trabalha em função da vazão. Para cada mudança de vazão registrada no Controlador, ele irá ajustar uma determinada pressão. No quadro acima, para uma vazão de 250 m³/h a irá ajustar uma pressão de 23 mca. Passada a calibração inicial da e após o ajuste fino da calibração, é realizado uma avaliação dos resultados obtidos antes e após a instalação da, comparando-se: volumes distribuídos em uma semana antes e após a instalação da e a vazão mínima noturna também antes e após a instalação da. Fase 4 Pesquisa de vazamentos Como foi dito anteriormente o objetivo de uma instalação de uma é reduzir a pressão dentro de um Subsetor. Como conseqüência temos uma redução do volume de água perdido através dos vazamentos. Para melhorar a eficiência de uma instalação de uma, após a calibração e avaliação do retorno com a implantação da, é realizada uma pesquisa de vazamentos não visíveis dentro do Subsetor. Procedendo-se desta forma estamos localizando os vazamentos existentes, consertando-os e diminuindo o volume que era perdido através deles, gerando uma nova diminuição na vazão mínima noturna da e conseqüentemente uma nova diminuição no volume perdido através dos vazamentos. A diferença em se fazer uma pesquisa dentro de uma área protegida por é que estamos garantindo que novos vazamentos demorem a surgir, pois temos a principal causa dos vazamentos (pressão interna em uma tubulação) controlada. Conforme o exposto na metodologia acima, temos algumas vantagens em se aplicar tal procedimento: atuar diretamente na causa dos vazamentos (pressão interna em uma tubulação), ter um melhor controle da área uma vez que temos Data-Loggers monitorando vazão e pressão em todo o tempo, e com isso qualquer problema que ocorra o tempo para tomada de decisão é menor e garante uma longevidade dos resultados já que além de estarmos reduzindo a pressão e localizando vazamentos dentro de uma área com pressões reduzidas e controladas e que, portanto novos vazamentos demorarão um maior tempo para surgir. Resultados: No início dos trabalhos de instalação das S, foram definidas um total de 18 S para proteger toda a extensão de rede do Município de São Caetano do Sul. Em um primeiro plano, foram instaladas duas S, Campos Salles e Flórida, outras duas S já existentes foram colocadas novamente em
operação, Nestor Moreira e Tocantins e uma foi desativada, Prosperidade. Com o sucesso dos trabalhos desenvolvidos na primeira etapa, foi instalada uma nova, Manoel Coelho. Esta última é a que apresenta a maior extensão de rede e a que apresenta os melhores resultados. Portanto do total de 18 S, foram instaladas 3 S, restando ainda restando ainda 15 S, sendo 1 no Setor Santa Maria, 6 no Setor Osvaldo Cruz e 8 no Setor Vila Gerty. Abaixo temos uma figura que mostra o Município de São Caetano do Sul com as S em operação e as 15 S a serem instaladas, representadas na cor azul claro. Figura 1.4 Município de São Caetano do Sul 5 S operando e 15 S a instalar SISTEMA SANTA MARIA 1 - SM FLÓRIDA ALTO SANTA MARIA BAIXO ALTO SANTA MARIA SISTEMA OSVALDO CRUZ 2 - OC 1 - OC 6 - OC 1 - VG SANTA MARIA 8 - VG SISTEMA VILA GERTY BAIXO ALTO OSVALDO CRUZ ALTO VILA GERTY 6 - VG 3 - OC 2 - VG 7 - VG 5 - VG 5 - OC MANOEL COELHO 4 - OC 3 - VG ALTO V. GERTY 4 - VG do Sul. No gráfico abaixo temos uma ilustração do potencial para instalação de outras S em São Caetano Figura 1.5 Potencial de instalação de novas S POTENCIAL PARA INSTALAÇÃO DE 'S EM SÃO CAETANO DO SUL 200 160 120 80 40 0 Nº DE S EXTENSÃO DE REDE PROTEGIDA IMPLANTADAS A IMPLANTAR Como foi mencionada na metodologia, a instalação de uma tem o objetivo de reduzir a pressão dentro de uma área, e com isso diminuir o volume perdido através dos vazamentos. No gráfico abaixo temos um comparativo das pressões médias antes e após a instalação da. Nota-se uma grande diminuição das pressões médias dentro do Subsetor, em especial para a Manoel Coelho que foi a com os melhores resultados.
Figura 1.6 Pressão média do Subsetor Antes e após a instalação das S 50 Pressões média do Subsetor - Antes e depois da 40 Pressão (mca) 30 20 10 0 23 Nestor Moreira 38 24 Tocantins 35 Subsetor Após a 20 Campos Salles 42 42 29 20 50 Flórida Manoel Coelho Subsetor Antes da Para exemplificar melhor o resultado da diminuição da pressão em um Subsetor, tem-se no gráfico abaixo a situação das pressões no Subsetor da Manoel Coelho, também antes e após a instalação da. Nota-se que após a instalação da, a maior pressão registrada no ponto que apresenta as maiores pressões dentro do Subsetor (ponto de máxima), é praticamente igual a menor pressão registrada no ponto crítico (ponto de menor pressão dentro do Subsetor) antes da instalação da. Gráfico 1.1 Pressões antes e após a instalação da Manoel Coelho Antes da instalação da - Manoel Coelho Ponto de Ponto Pressão Entrada Saída Máxima Crítico Média Entrada Saída Depois da instalação da - Manoel Coelho Ponto de Máxima Ponto Crítico Pressão Média Pressão Máx. (mca) Pressão Mín. (mca) 48 46 59 40 49 Pressão Máx. (mca) 29 37 40 26 28 Pressão Mín. (mca) 47 22 31 13 22 39 13 25 9 16
operação. A seguir são apresentados os resultados obtidos nas vazões das S instaladas e recolocadas em Quadro 1.3 Resultados obtidos nas vazões das S nas três situações ADEQUAÇÃO NESTOR TOCANTINS CAMPOS SALLES FLORIDA MANOEL COELHO VOLUME 4.992,24 7.072,50 8.424,54 20.241,67 38.551,00 Q MÍNIMA NOTURNA 17,00 23,00 18,00 55,00 168,00 FATOR DE PESQUISA 0,57 0,54 0,36 0,46 0,73 ADEQUAÇÃO NESTOR TOCANTINS CAMPOS SALLES FLORIDA MANOEL COELHO VOLUME 4.223,98 6.404,11 6.939,50 16.446,10 28.993,00 Q MÍNIMA NOTURNA 11,00 18,60 13,00 38,00 100,00 FATOR DE PESQUISA 0,44 0,48 0,31 0,39 0,58 SITUAÇÃO ANTES DA CALIBRAÇÃO DA SITUAÇÃO APÓS DA CALIBRAÇÃO DA SITUAÇÃO APÓS CALIBRAÇÃO E PESQUISA DE VAZAMENTOS ADEQUAÇÃO NESTOR TOCANTINS CAMPOS SALLES INSTALAÇÃO INSTALAÇÃO INSTALAÇÃO FLORIDA MANOEL COELHO VAZAMENTOS DETECTADOS E REPARADOS - - 21 29 53 VOLUME - - 6.281,20 14.306,80 18.865,00 Q MÍNIMA NOTURNA - - 6,00 30,00 44,00 FATOR DE PESQUISA - - 0,16 0,35 0,39 A seguir é apresentado um gráfico de vazão da Manoel Coelho em que mostra as três situações, antes da instalação da, após a calibração da e após a calibração e pesquisa e vazamentos. Nota-se que houve uma diminuição no volume distribuído, na vazão mínima noturna, no fator de pesquisa conforme exemplificado no quadro acima. Gráfico 1.2 Manoel Coelho Vazão nas três situações Antes da calibração Após a calibração Após a calibração e após a pesquisa
No quadro a seguir temos os retornos do investimento com a instalação e operação das S. Nota-se que as S instaladas tem um retorno previsto na pior situação de aproximadamente 10 meses e que a melhor situação tem um retorno de aproximadamente 2 meses. Quadro 1.4 Volume recuperado e retorno do investimento NESTOR TOCANTINS CAMPOS SALLES FLORIDA MANOEL COELHO ETAPA 1 (m³/mês) 3.073,04 2.673,56 5.940,16 15.182,28 38.232,00 ETAPA 2 (m³/mês) - - 2.633,20 8.557,20 40.512,00 TOTAL (m³/mês) 3.073,04 2.673,56 8.573,36 23.739,48 78.744,00 VOLUME RECUPERADO ADEQUAÇÃO RETORNO DO INVESTIMENTO ADEQUAÇÃO NESTOR TOCANTINS CAMPOS SALLES INSTALAÇÃO INSTALAÇÃO FLORIDA MANOEL COELHO ECONOMIA MENSAL R$ 2.181,86 1.898,23 6.087,09 16.855,03 55.908,24 INVESTIMENTO R$ - - 65.988,54 90.834,88 126.707,03 RETORNO MESES - - 10,84 5,39 2,27 Considerações Finais: A redução de perdas físicas através do controle e redução de pressões e eliminação de vazamentos é uma ferramenta de grande eficácia por atuar na causa geradora dos vazamentos que são as pressões elevadas e as grandes oscilações de pressões. Porém vale salientar, que esta metodologia de combate a perdas deve ser aplicada em locais que favoreçam a sua implantação ou seja, que apresentem situações topográficas e de abastecimento adequados e que viabilizem a maximização de resultados tanto em volume recuperado como retorno do investimento. Bibliografia: 1. ENOPS ENGENHARIA LTDA. Relatórios de implantação do sistema de redução e controle de pressões Campos Salles / Flórida / Nestor Moreira / Tocantins / Manoel Coelho. São Paulo: 2003