PROJETO DE READEQUAÇÃO HIDRÁULICA BUSCANDO REGULARIDADE NAS CONDIÇÕES DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA APLICAÇÃO NA REGIÃO DO BOMBEAMENTO ITAPUÍ EM BLUMENAU/SC Marcelo Torresani Pós-graduado do curso de Gestão de Projetos na Construção Civil - Instituto Catarinense de Pós- Graduação. Engenheiro Civil, FURB Universidade Regional de Blumenau. Servidor do SAMAE - BLUMENAU / SC desde 10 de março de 2001 e hoje ocupa o cargo de Engenheiro Civil. Artur Uliano Pós-graduado em Engenharia Ambiental, FURB Universidade Regional de Blumenau. Engenheiro Civil e de Segurança do Trabalho, UFSC Universidade Federal de Santa Catarina. Servidor do SAMAE - BLUMENAU / SC desde 17 de abril de 1990 e hoje ocupa o cargo de Diretor Técnico. Cristovão Pereira Silva (apresentador do Trabalho) Pós-graduado em Gestão de Saneamento Básico, UNOESC Universidade do Oeste de Santa Catarina. Tecnólogo em Gestão Ambiental, SENAI-Blumenau. Técnico em Saneamento - Escola Técnica Federal de Santa Catarina. Servidor do SAMAE - BLUMENAU / SC desde 13 de setembro de 1993 e hoje ocupa o cargo de Coordenador de Serviços de Pitometria. Endereço (1) : SAMAE Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto. Departamento Técnico Rua Bahia, 1530 Salto Blumenau SC CEP: 89031-001 Brasil - Tel: +55 (47) 3331-8447 - e-mail: marcelotorresani@samae.com.br. artur@samae.com.br cristovao@samae.com.br RESUMO Este projeto se consistiu na proposta de readequar pressões e vazões na região de bombeamento conhecida como Itapuí (sistema que apresenta a maior altura manométrica do sistema de Blumenau - próxima a 230 m.c.a.), através da implantação de novas tubulações, válvulas e equipamentos. As implementações feitas buscam reduzir o consumo de energia, minimizar o número de manutenções e aumentar a vida útil dos elementos que compõem o sistema, além de atender os clientes com requisitos preconizados na ABNT NBR 12218, garantindo a qualidade e regularidade no fornecimento de água, além de resultados das primeiras ações desenvolvidas ao longo da implantação do projeto. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 1
Palavras-chave: Sistema de abastecimento de água, sistema de bombeamento, readequação de pressões e vazões, eficiência hidráulica e energética. INTRODUÇÃO/OBJETIVOS A cidade de Blumenau apresenta características topográficas bem acidentadas, com grandes diferenças de cotas em pequenos trechos. Grande parte da região de abastecimento tem consumidores em redes de distribuição alocadas em cotas elevadas, necessitando de adequações de pressão com o arranjo da distribuição de água para atendimento destas cotas, que implica em pressões de operação superiores a norma ABNT NBR 12218. Além disso, algumas destas regiões são atendidas por sistemas de bombeamento com pressões (altura manométrica) próximas dos 230 m.c.a., e, nos últimos anos o SAMAE vem empregando esforços no sentido de racionalizar estes sistemas. O presente projeto consiste na proposta de readequar pressões e vazões na região de bombeamento conhecida como Itapuí (sistema que apresenta a maior altura manométrica do sistema de Blumenau - próxima a 230 m.c.a.), através da implantação de novas tubulações, válvulas e equipamentos. Com as implementações propostas, busca-se reduzir a altura manométrica (HMT) e, conseqüentemente a potência consumida pelo conjunto de bombeamento existente, o índice de interrupções no abastecimento decorrentes de manutenções e rompimentos das redes, aumentar a vida útil dos elementos que compõe o sistema, além de atender o que preconiza a ABNT NBR 12218 garantindo qualidade e regularidade no fornecimento de água. METODOLOGIA Para o desenvolvimento do projeto, primeiramente foi realizada a conferência e atualização cadastral, pela equipe de cadastro técnico do SAMAE, verificando desde informações relacionadas ás características dos materiais e equipamentos existentes (redes, válvulas, bombeamento, etc.), até as condições operacionais dos mesmos. Posteriormente, buscando obter informações no sentido de estabelecer as demandas do sistema, foi realizada pela equipe de Pitometria, a medição da vazão do sistema existente. Para isto foi utilizado um medidor ultra-sônico portátil de vazão. Também, foram instalados logger s de pressão na tubulação de saída do bombeamento e no ponto de consumo com a cota mais elevada (ponto crítico), no sentido de levantar as pressões características do sistema. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 2
Estabeleceu-se as pressões características, as demandas e o cadastro técnico do sistema, na quais foram discutidas e desenvolvidas pela equipe técnica da autarquia, as intervenções necessárias e a concepção do projeto hidráulico. Dentre as intervenções definidas, verificou-se principalmente a necessidade das seguintes intervenções: 1. Instalação de um booster intermediário(cota 130 m.) com pressões características de entrada de 35 m.c.a. e saída de 100 m.c.a., objetivando principalmente abastecer os consumidores acima desta cota e reduzir a altura manométrica do booster principal existente de 230 m.c.a. para 130 m.c.a.; 2. Implementação de uma válvula redutora de pressão, readequando as pressões da rede de distribuição para o requisitos normativos; 3. Implantação de 850 metros de tubulações de recalque adequadas as pressões e vazões características dos sistemas de bombeamento; 4. Instalação de válvulas ventosas e registros de manobra; Com o desenvolvimento dos estudos, e a conferência e atualização cadastral (Figura 01), foi verificada a necessidade da troca de tubulações para readequação de pressões e vazões, onde foi definido o material PEAD Polietileno de Alta Densidade com conexões em eletrofusão, diâmetros DE90 e DE63 (PN 16), além dos locais e características operacionais de equipamentos à serem implementados (booster intermediário, VRP s e ventosas). Figura 01 Cadastro técnico do sistema existente, sem alterações. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 3
Um trecho de aproximadamente 380 metros da rede de recalque necessitava ser relocada, devido à mesma encontrar-se instalada em terreno particular, acarretando em prejuízos institucionais e jurídicos para o SAMAE/Blumenau, além de dificultar o processo de manutenção da rede principalmente devido ao acesso. A rede em questão, uma tubulação antiga em aço - DN 50, também apresenta alto índice de incrustação, aumentando considerávelmente o índice de perdas distribuídas ao longo da tubulação e, consequentemente, o consumo energético. Com o sistema de bombeamento apresentando uma pressão de saída máxima (altura manométrica) próxima dos 230 m.c.a. (Figura 02). concebeu-se a instalação de um booster de gabinete (tipo mini-booster) intermediário, que vai operar com uma altura manométrica de 100 m.c.a., sendo acionado por inversor de freqüência e, portanto, solicitará uma potência menor quando o sistema estiver abastecido, gerando economia de energia. Figura 02 Gráfico de pressões características da saída do sistema de bombeamento da região Itapuí (em vermelho ponto de pressão máxima após implementação do projeto); Com isso, busca-se também, reduzir a altura manométrica do bombeamento existente para 130 m.c.a. (-44%), readequando e otimizando o sistema hidráulico e aumentando a eficiência do conjunto moto-bomba, pois o mesmo opera numa condição desfavorável, onde a relação altura manométrica X vazão está num ponto abaixo do rendimento esperado (de acordo com a tabela técnica para bombas centrífugas multi-estágio). Com as implementações propostas, busca-se reduzir a altura manométrica (HMT) e, conseqüentemente a potência consumida pelo conjunto de bombeamento existente, o índice de ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 4
interrupções no abastecimento decorrentes de manutenções e rompimentos das redes, aumentar a vida útil dos elementos que compõe o sistema, além de atender o que preconiza a ABNT NBR 12218 garantindo qualidade e regularidade no fornecimento de água. Vale salientar, que mesmo tendo o sistema de bombeamento existente pressões de saída máxima próximas dos 230 m.c.a., os consumidores localizados nas cotas mais elevadas (pontos críticos), estão sob condição de desabastecimento durante períodos de maior consumo, conforme é demonstrado abaixo (Figura 03), estando inclusive o sistema em desacordo com o que preconiza a ABNT NBR 2218. Figura 03 Gráfico de pressões características do ponto crítico do sistema de abastecimento da região Itapuí (em destaque pressão mínima dinâmica preconizada pela ABNT NBR 12218); Posteriormente as primeiras intervenções realizadas no sistema, poderemos verificar os resultados relacionados as ações desenvolvidas durante a implementação do projeto. RESULTADOS Com as implementações e adequações inicialmente executadas, podemos verificar algumas dos mudanças nas características do sistemas como demostramos abaixo (Figura 04) e os resultados esperados começam a aparecer. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 5
Figura 04 Cadastro técnico situação do sistema com as primeiras implementações. Conforme definido na fase de elaboração do projeto hidráulico, a primeira ação tomada visando a proposta de readequar pressões e vazões na região de bombeamento foi a instalação de um booster intermediário (tipo mini-booster), sendo acionado por inversor de frequência no qual o mesmo solicitará uma potência menor quando o sistema estiver abastecido, gerando economia de energia (Figura 5). Figura 05 Booster de gabinete (tipo mini-booster) Potencia 5 CV; ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 6
Salientamos que mesmo as pressões inicias medidas após a instalação do boster intermediário estarem acimas das medições propostas, verificamos já um grande declínio das pressões em relação as pressões iniciais. Inicialmente apresentamos a pressões de saídas medidas no booster intermediário (Figura 06), onde verificamos que nos períodos de menor consumo ( período nortuno) há uma diminuição das pressões solicitadas pelo sistema, devido a influência do inversor de frequência instalado no equipamento. Figura 06 Gráfico de pressões características da saída do booster intermediário (tipo mini-booster); (em vermelho o ponto de pressão projetado); No sistemas de bombeamento principal, as novas medições de pressões demonstram a tendência inicial da proposta (Figura 07), de reduzir as alturas manométrica (HMT) e, conseqüentemente a potência consumida pelo conjunto de bombeamento com a possível redução do consumo de energia e a censequente diminuição no número de manutenções e o aumento da vida útil dos elementos que compõem o sistema. Futuramente, com a implantação da nova linha de recalque prevista, haverá a diminuição da perda de carga na mesma, aumentando assim a performa-se do sistemas de bombeamento. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 7
Figura 07 Gráfico de pressões características da saída do sistema de bombeamento da região Itapuí, após implementação do booster intermediario (em vermelho o ponto de pressão iniciai e em azul o projetado); Também podemos demostrar, através de um novo levantamento de pressões, uma maior regularidade no fornecimento de água no ponto crítico do sistema (Figura 08), onde nosso serviço de atendimento ao consumidor (tele 115), nos comunicou da considerável diminuição na incidência de reclamações de falta de água no sistema. Figura 08 Gráfico de pressões características do ponto crítico do sistema de abastecimento da região Itapuí após implementação do booster intermediario (em destaque pressão mínima dinâmica preconizada pela ABNT NBR 12218). ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 8
Salientandoque o projeto se encontra em faze de implementação, podendo assim sofrer aterações dos dados apresentados até o presente momento. DISCUSSÃO Este projeto consistiu na proposta de readequar pressões e vazões na região de bombeamento, onde reflete na importância de se estudar meios de minimizar os desperdícios de agua e energia elétrica, afim de de elevar a eficiência desses sistemas. A metodologia proposta para melhorria do sistema é baseada principalmente na implantação de um bombeamento segundário minimizando a energia do bombeamento principal reduzindo os custos energéticos, sendo utilizado como modelo a ser validado para os outros sistemas de realque existentes Blumenau, a qual tem as mesmas características de pressões que comprometem a eficiência energética dos sistemas. CONCLUSÃO As ações descritas acima formam a concepção do projeto, onde a aplicação de tubulações, válvulas e equipamentos mais adequados e tecnologicamente mais eficientes, aliada aos conceitos da engenharia hidráulica, eficiência energética, além de normas e legislações vigentes, são utilizadas para melhorar as condições de abastecimento de água. Muitas vezes, a utilização destas concepções de projetos se faz necessária devido às condições operacionais extremas dos sistemas existentes. Porém cada caso deve ser estudado e avaliado, pois determinadas ações podem acarretar em problemas futuros relacionados à qualidade do produto e serviços prestados por qualquer empresa de saneamento. E em conjunto apresentamos os primeiros resultados após inicio da implementação do projeto, no qual podemos ver e os resultados apresentados não estão longe dos dados esperado, assim podemos concluir que a metodologia empregada na concepção do projetos esta condisente com aquilo que buscávamos, tambem salientando que o projeto se encontra em fase de implementaçao, podendo assim sofrer aterações dos dados apresentados até o presente momento, e que é de suma importacia a conclusão total do projeto elaborado para que todos os resultados esperados possam ser alçados. Este projeto reflete a tendência do Departamento Técnico do SAMAE - Blumenau em universalizar o abastecimento de água com qualidade, regularidade e melhoria. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 9
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NETTO, Azevedo - FERNANDEZ, Miguel F. y - ARAÚJO, Roberto de - ITO, Acácio Eiji Manual de Hidráulica. Editora Edgard Blücher Ltda 1998. São Paulo; TSUTIYA, Milton T. Redução do Custo de Energia Elétrica em Sistemas de Abastecimento de Água. ABES, 1 edição, São Paulo, 2001. 185p. TSUTIYA, Milton Tomoyuki. Abastecimento de Água. 1a Edição. São Paulo, SP: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da USP, 2004. HÉLLER, Léo; PÁDUA, Valter Lúcio de. Abastecimento de água para consumo humano. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12218: Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público Procedimento. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 10