ANÁLISE DE REABILITAÇÃO DE SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI HILTON ALEXANDRE DE OLIVEIRA RENATA VANUCI MELLI WILLIAN CABRAL DE MELLO ANÁLISE DE REABILITAÇÃO DE SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA SÃO PAULO 2010

HILTON ALEXANDRE DE OLIVEIRA RENATA VANUCI MELLI WILLIAN CABRAL DE MELLO ANÁLISE DE REABILITAÇÃO DE SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Professor MSc. José Carlos de Melo Bernardino SÃO PAULO 2010 2

HILTON ALEXANDRE DE OLIVEIRA RENATA VANUCI MELLI WILLIAN CABRAL DE MELLO ANÁLISE DE REABILITAÇÃO DE SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho de conclusão de curso em de de 2010. Professor MSc. José Carlos de Melo Bernardino Nome do Professor da banca Comentários: 3

Para todos aqueles que de alguma forma contribuíram ao longo desta trajetória: meus pais, mestres e amigos. H.A.O. Para meus pais e irmãos cujo apoio e confiança sempre foram essenciais. Aos amigos e Mestres. R.V.M. A Deus, único socorro nos momentos difíceis. Para minha Mãe, meu exemplo de vida, perseverança e amor em todos os momentos da minha vida. Para minha Irmã, minha eterna amiga e companheira. Para Gi, pela paciência infinita e compreensão imensurável. W.C.M. 4

AGRADECIMENTOS Agradecemos ao excelentíssimo mestre e amigo, Professor MSc. José Carlos de Melo Bernardino pelo apoio, estímulo e orientação, sem as quais essa empreitada se tornaria impossível. Ao Professor Dr. Kamel Zahed Filho, aos funcionários da Sabesp e a Pezzi Consultoria e Projetos pelo compartilhamento de suas experiências profissionais e presteza pelo esclarecimento de todos os questionamentos que surgiram ao longo deste trabalho, assim como pela disponibilização do objeto usado no desenvolvimento do estudo de caso proposto. Aos professores da Universidade Anhembi Morumbi por todo o conhecimento transmitido. 5

RESUMO O abastecimento de água nos centros urbanos tem sido uma das maiores preocupações da administração pública e das concessionárias responsáveis por sua distribuição. Este rápido desenvolvimento das cidades gerou a necessidade de suprimento de regiões cada vez mais distantes e, este rápido prolongamento das redes de distribuição sem nenhum planejamento e com o decorrer dos anos, depende cada vez mais de manutenção imediata em locais de difícil intervenção. A proposta deste trabalho é a de utilizar a simulação hidráulica como instrumento de planejamento, utilizando a avaliação das características operacionais da rede de distribuição como metodologia para definição de critérios de seleção e priorização adequadas a reabilitação das redes e para a otimização operacional da região. Palavras-chave: abastecimento de água, reabilitação, otimização operacional 6

ABSTRACT The water supply in urban centers has been a major concern of public administration and utilities responsible for distribution. This rapid development of cities created a need to supply more distant regions, and this rapid extension of distribution networks without any planning and with the years, increasingly depends on the immediate maintenance in hardintervention. The objective is to use the hydraulic simulation as a planning tool through the evaluation of the operational characteristics of the distribution network, creating a methodology for defining the rules for the selection and prioritization of rehabilitation appropriate for the network optimization operating in the region. Keywords: water supply, rehabilitation, operational optimization 7

LISTA DE FIGURAS FIGURA 5.1 ESQUEMA DE REDE DE ABASTECIMENTO... 21 FIGURA 5.2 ESQUEMA DE TRATAMENTO... 24 FIGURA 5.3 DIFERENTES TIPOS DE RESERVATÓRIOS... 25 FIGURA 5.4 SETOR DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA... 26 FIGURA 5.5 ÍNDICES DE PERDAS DE ÁGUA... 31 FIGURA 5.6 TUBULAÇÕES COM INCRUSTAÇÃO... 34 FIGURA 5.7 ÁGUA DE TUBULAÇÃO EM BOM ESTADO... 35 FIGURA 5.8 ÁGUA DE TUBULAÇÃO EM MAU ESTADO... 35 FIGURA 5.9 CONCEITOS DE REABILITAÇÃO... 37 FIGURA 5.10 TUBULAÇÃO EXISTENTE PRÉ E PÓS REABILITAÇÃO... 38 FIGURA 5.11 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO PIPECRACKING... 39 FIGURA 5.12 DETALHE DO ROMPEDOR... 40 FIGURA 5.13 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO HIDROBURSTING... 40 FIGURA 5.14 MÉTODOS DE RENOVAÇÃO - PIPE RELINING... 41 FIGURA 5.15 MÉTODOS DE RENOVAÇÃO COMPACT PIPE... 42 FIGURA 5.16 TUBULAÇÃO SENDO PRENSADA PELOS ROLETES ROLLDOWN.. 43 FIGURA 5.17 FURO DIRECIONAL PERFURAÇÃO DO TUBO GUIA... 43 FIGURA 5.18 FURO DIRECIONAL... 44 FIGURA 5.19 ESQUEMA DE LIMPEZA DE TUBULAÇÃO... 44 FIGURA 5.20 RASPADORES E DISCOS DE POLIMENTO... 45 FIGURA 5.21 FUNCIONAMENTO DO PIG NAS TUBULAÇÕES... 45 FIGURA 5.22 REVESTIMENTO COM ARGAMASSA DE CIMENTO... 46 FIGURA 5.23 REVESTIMENTO COM ARGAMASSA EPOXY... 47 FIGURA 5.24 DIAGRAMA DE HARDY-CROSS... 50 8

FIGURA 5.25 SIMPLIFICAÇÃO PROPOSTA POR WALSKI... 55 FIGURA 5.26 TIPOS DE MODELOS MATEMÁTICOS... 55 FIGURA 6.1 - LIMITES DO SETOR DE ABASTECIMENTO SACOMÃ... 60 FIGURA 6.2 - INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS DA EEA SACOMÃ... 62 FIGURA 6.3 - VISTA GERAL DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO SACOMÃ... 63 FIGURA 6.4 - ORTOFOTO DO SETOR DE ABASTECIMENTO SACOMÃ... 64 FIGURA 6.5 - DEFINIÇÃO DOS NÓS E EXCLUSÃO DE REDES DESNECESSÁRIAS.. 65 FIGURA 6.6 - CURVA DE BOMBAS ADOTADA NA EEA SACOMÃ... 67 FIGURA 6.7 CURVA NEUTRA PROPOSTA POR TSUTIYA (2004)... 69 FIGURA 6.8 TOPOGRAFIA LOCAL E PONTO CRÍTICO DE PRESSÃO... 71 FIGURA 7.1 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 00H... 77 FIGURA 7.2 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 06H... 78 FIGURA 7.3 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 12H... 79 FIGURA 7.4 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 18 H... 80 FIGURA 7.5 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 24 H... 81 FIGURA 7.6 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 00H... 82 FIGURA 7.7 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 06H... 83 FIGURA 7.8 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 12H... 84 FIGURA 7.9 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 18 H... 85 FIGURA 7.10 - PERDA DE CARGA (M/M) E PRESSÃO NOS NÓS: 24H... 86 9

LISTA DE TABELAS TABELA 6.1 - COEFICIENTES DE RUGOSIDADE MÉDIA POR IDADE DE REDE... 68 TABELA 6.2 - FÓRMULA DE DEMANDAS DE CADA NÓ - ÍNDICE DE PERDAS... 70 TABELA 6.3 - TUBOS A SEREM REABILITADOS NO MODELO... 75 10

LISTA DE EQUAÇÕES EQUAÇÃO 5.1 EQUAÇÃO DE BERNOULLI... 51 EQUAÇÃO 5.2 FORMULA UNIVERSAL... 51 EQUAÇÃO 5.3 FORMULA DE HAZEN-WILLIAMS... 52 11

LISTA DE ABREVIATURAS mh 2 O metros de coluna d água (0,1 kgf/cm 2 ) l / s litros por segundo PVC Cloreto de Polivinila PEAD Polietileno de Alta Densidade FºFº - Ferro Fundido PE Polietileno comum MND Método Não Destrutivo VRP Válvula Reguladora de Pressão 12

LISTA DE SIGLAS CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo SABESP Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo RMSP Região Metropolitana de São Paulo EEA Estação Elevatória de Água ETA Estação de Tratamento de Água IWA International Water Association ISO International Organization for Standardization NBR Denominação de norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas NTS Norma Técnica SABESP 13

SUMARIO 1 INTRODUÇÃO... 15 2 OBJETIVOS... 17 2.1 Objetivo Geral... 17 2.2 Objetivo Específico... 17 3 MÉTODO DE TRABALHO... 18 4 JUSTIFICATIVA... 19 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 20 5.1 Sistemas de Abastecimento de Água... 20 5.2 Componentes do sistema de abastecimento de água... 21 5.3 A Rede de Distribuição de Água... 25 5.4 A questão das Perdas... 30 5.5 A Reabilitação das Redes de Distribuição... 33 5.6 Modelagem Matemática... 48 6 ESTUDO DE CASO... 60 6.1 O Setor Sacomã... 60 6.2 Aspectos hidráulicos do Setor... 61 6.3 Modelagem hidráulica do Setor... 65 7 ANÁLISE DOS RESULTADOS... 76 8 CONCLUSÃO... 87 9 CONTRIBUIÇÃO PARA FUTUROS TRABALHOS... 89 10 REFERÊNCIAS... 90 11 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA... 93 12 SITES VISITADOS... 94 14

1 INTRODUÇÃO Sabe-se que água é um bem finito e de volume aproximadamente constante no decorrer da história da terra, e que devido a grande diversidade de relevo e climas não possui uma distribuição equilibrada no planeta. De todo o volume disponível (1,35 milhões de quilômetros cúbicos) apenas 0,007% é composto por águas doces e de fácil acesso ao consumo humano. Desse total 13,7% está em território brasileiro sendo que 80% estão presentes na bacia Amazônica (in SABESP, 2010). Comparando os fatores acima explicitados, tem-se um cenário inevitável de escassez ocasionando conflitos desde as primeiras civilizações que, sabendo da necessidade desse recurso fundamental a existência e ao desenvolvimento, procuraram estabelecer-se nas proximidades de grandes fontes, muitas vezes batalhando violentamente pelo controle das mesmas. Atualmente esse problema tem se agravado principalmente pela desigualdade social, pela falta de manejo sustentável dos recursos naturais, ao aumento populacional e a crescente poluição dos mananciais, tornando difícil e custoso o acesso aos recursos hídricos disponíveis principalmente nos grandes centros urbanos (in CETESB, 2010). Caso não sejam implementadas políticas para o uso sustentável dos recursos hídricos, estima-se que, em 2025, dois terços da população global - 5,5 bilhões de pessoas - poderão ter dificuldade de acesso à água potável; em 2050, cerca de 80% da humanidade. Em face de todas as dificuldades relacionadas à obtenção de água potável nas grandes cidades, a redução dos atuais volumes de água perdidos durante sua distribuição tem sido uma das grandes preocupações das empresas de saneamento. Esta questão não está somente relacionada à perda de um bem com valor econômico, mas também a possíveis alterações do comportamento hidráulico da rede em situações aparentemente não mensuráveis, como o de desgaste do complexo hidráulico. Tais fatores culminam em alterações de qualidade, maiores custos de operação e principalmente pela confiança do 15

cliente na empresa concessionária, comprometendo suas chances de sobrevivência diante de possíveis concorrentes. Os principais meios geradores de perdas de águas são os vazamentos que ocorrem durante o transporte, nas redes de distribuição e nas ligações desta aos imóveis, os denominados ramais. Muitos estudos, conforme será explorado no decorrer do trabalho, se aprofundaram em relação ao controle destes volumes perdidos através de muitos meios e, entre eles, a reabilitação de sistemas de distribuição de água, onde espera-se devolver às instalações suas características originais, desgastadas pelo tempo de uso. Para a análise dos resultados, o comportamento hidráulico do sistema pode ser reproduzido através de equações hidráulicas sob o formato de algoritmos, tendo estes resultados confirmados e corrigidos, se necessário, através de ensaios de campo. A comparação deste e de possíveis alternativas permitirá a escolha, assim como a possibilidade de expansão ou maior controle sobre o conjunto. 16

2 OBJETIVOS Este trabalho tem o objetivo de avaliar os resultados da reabilitação de redes de água por meio de simulações computacionais a fim de buscar a otimização operacional das redes de distribuição. 2.1 Objetivo Geral Este trabalho visa apresentar os métodos e os resultados obtidos na forma de diagnóstico, simulação e escolha de alternativas, bem como as conseqüências das técnicas focadas na reabilitação das redes de um determinado sistema de distribuição de água, contribuindo assim para otimização do planejamento, manutenção e operação dos sistemas existentes. 2.2 Objetivo Específico Usando simulação hidráulica aplicada às redes de distribuição existentes num setor de abastecimento, serão apontados os efeitos mais significativos da reabilitação das redes, dentre as alternativas tecnicamente viáveis, de forma a avaliar sua eficiência entre as demais opções. 17

3 MÉTODO DE TRABALHO A metodologia adotada para este trabalho consiste na utilização de um modelo de simulação computacional que represente um sistema de abastecimento de água real através da conceituação de suas principais variáveis hidráulicas e de rotina operacional, permitindo assim avaliar representativamente o impacto da técnica de reabilitação das redes de água. Para tanto, pretende-se utilizar informações oriundas da concessionária de serviços de distribuição de água, ferramentas de geo processamento e, dispondo de informações técnicas, comerciais e de uma primeira simulação de caracterização, avaliando possível viabilidade do uso da técnica de reabilitação como meio de otimização operacional de sistemas de abastecimento. Desta forma, espera-se avaliar o impacto gerado por desgaste em razão do tempo de uso das redes de água, sua relação com a variação das pressões atuantes em cada trecho de tubulação e o impacto da recuperação das características hidráulicas originais perdidas desde o início das operações do setor. 18

4 JUSTIFICATIVA Este trabalho é de suma importância como estudo e disseminação das medidas mitigadoras das perdas nos sistemas de abastecimento. A água, sendo um recurso básico a sobrevivência a todas as espécies presentes no planeta, finito e passível de escassez não pode ser desperdiçada de forma indiscriminada e irracional. Atualmente a elevada taxa de crescimento dos centros urbanos demanda cada vez mais de soluções arrojadas para promover o abastecimento da população. A maioria dessas soluções implica em elevados custos de implantação, operação e manutenção visto que a disponibilidade de recursos mananciais de qualidade nas proximidades é insuficiente ou mesmo inexistente, cabendo novas iniciativas. Os fatores supracitados aliados à falta de tratamento e destinação apropriada aos efluentes gerados pelas atividades humanas, que cada vez mais contaminam e poluem os corpos d água restantes, torna a maximização dos recursos disponíveis uma prioridade de todas as companhias concessionárias e da sociedade como um todo. O desenvolvimento de simuladores hidráulicos computacionais a partir de algoritmos matemáticos, até então complexos e restritos a consultores e especialistas, possuem na atualidade características amigáveis a qualquer usuário que apresente conhecimentos de dimensionamento de redes de distribuição. Tais softwares são utilizados com bons resultados em outros segmentos da hidráulica. A reabilitação de redes mostra-se necessária devido à grande expansão dos centros urbanos e a crescente dificuldade de intervenção nos sistemas instalados. A simples troca nem sempre se mostra como boa opção cabendo o desenvolvimento e aplicação de novas tecnologias de recuperação estrutural minimizando assim o tempo dispensado e os impactos no entorno do local da obra. Essas ações de controle aliadas à intensificação das políticas educacionais e conscientizadoras, certamente são os caminhos que levarão a sustentação e manutenção do estilo de vida sem prejuízos excessivos ao meio-ambiente. 19

5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1 Sistemas de Abastecimento de Água O conceito de abastecimento de água, se insere no conceito mais amplo de saneamento, entendido, segundo a OMS (Organização Mundial de Saúde), como o controle de todos os fatores do meio físico do homem, que exercem ou podem exercer efeitos deletérios sobre seu bem estar físico, mental ou social Heller, 2006 Define-se sistema de abastecimento de água como o conjunto de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável a uma comunidade, para fins de abastecimento doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos Azevedo Netto et al., 1991 Os sistemas de abastecimento são concebidos como solução de gestão, quando o número de habitantes e a complexidade do meio urbano ultrapassam um determinado limite, quer seja por expansão demográfica que inviabiliza as captações individuais, quer seja o acréscimo de outros tipos de entidades urbanas como grandes indústrias ou zonas comerciais. Outra vantagem é a facilidade no controle e monitoramento das unidades constituintes do sistema, já que se reduz o número de dispositivos independentes, sejam eles reservatórios, bombas ou o próprio manancial em si. Como toda boa obra de engenharia, sua implantação prevê uma série de estudos que atendam aos critérios de melhor solução técnica aliada aos menores custos de implantação, operação e manutenção. Tem-se como passo inicial para que isso ocorra, o estudo de concepção, que trará as diretrizes, parâmetros e definições necessárias para a caracterização do sistema, identificando todas as interferências ao sistema, situação atual do mesmo, propostas e 20

escolhas das alternativas usando avaliações técnico-econômicas e o prédimensionamento da solução escolhida. Após essa fase segue o projeto básico e o projeto executivo, seguindo as determinações e especificações propostas na Lei federal brasileira nº 8.666 de 21 de junho de 1993. 5.2 Componentes do sistema de abastecimento de água Um sistema de abastecimento pode ser dividido nas seguintes unidades ilustradas pela Figura 5.1 e pela rede de distribuição e seus componentes diretos, tratada independentemente no item 5.3: Manancial; Captação; Adução; Sistemas elevatórios; Tratamento; Reservação; Figura 5.1 Esquema de rede de abastecimento (SABESP, 2010) 21

5.2.1 Manancial São todas as fontes de água, superficiais ou subterrâneas, que podem ser usadas para o abastecimento público, como rios, lagos, represas e lençóis subterrâneos. Essa água deve atender minimamente aos padrões sanitários em volume suficiente para atender aos consumos requeridos no período de projeto (HAMMER, 1979). Os mananciais podem ser superficiais, quando a água está acumulada sobre a superfície terrestre, geralmente em locais de fácil acesso como em rios, lagos, açudes, represas e etc. Os mananciais subterrâneos também conhecidos como lençóis (freático quando a massa hídrica esta submetida à pressão igual à atmosférica dentro da camada impermeável ou cativo quando a pressão é superior à atmosférica) apresentam cerca de 23% da quantidade total de água doce disponível no planeta para consumo humano. 5.2.2 Captação Captação pode ser compreendida como um conjunto de equipamentos, processos e instalações determinadas a retirar a massa hídrica de um determinado manancial e redirecioná-la ao sistema de abastecimento (HAMMER, 1979). 5.2.3 Adução São chamadas de adutoras as redes que permitem unicamente a interligação de grandes instalações do sistema de abastecimento, transportando água bruta ou água tratada por gravidade ou através de recalque (pressurizada por estação elevatória), possuindo geralmente grandes diâmetros e extensões (VENTURINI E BARBOSA, 1987). São tubulações de extrema importância para todo o sistema, já que, transportam grandes vazões e qualquer interrupção de fluxo nessas linhas pode causar diversos transtornos aos usuários. É dotada de válvulas e ventosas de forma a garantir a operacionalidade e 22

proteção mínima quanto a ondas de depressão e sobrepressão (golpes de aríete) que podem gerar consequências catastróficas. Essas estruturas devem estar sempre em perfeito estado de conservação e as empresas concessionárias devem possuir planos de emergência e funcionários treinados para tais situações. 5.2.4 Sistemas Elevatórios Tratam-se da unidade técnica que compreende o conjunto de edifícios, máquinas e equipamentos necessários a elevação de água, bruta ou tratada, de um ponto para o outro, com pressão e quantidade adequada, a qualquer momento (CETESB, 1975). Podem ser instalados junto a ETAs, reservatórios de distribuição ou diretamente na rede de distribuição. Quando conectada a um trecho da adutora, servindo como estação intermediária de reforço, denomina-se booster. Seus principais componentes são os motores que fornecem energia mecânica ao complexo e as bombas, que as transformam em energia cinética, permitindo a elevação da energia de pressão. Demandam também tubulações específicas de sucção, manobra e recalque e de seus respectivos equipamentos de controle e segurança. 5.2.5 Tratamento O objetivo do sistema de abastecimento de água é a disponibilização de água aos seus usuários seguindo os padrões pré-estabelecidos pelos órgãos responsáveis pela preservação da saúde humana (no Brasil definida pela Portaria n.º 518/2004 do Ministério da Saúde), em quantidade e pressão suficiente para atender aos seus diversos usos. As unidades responsáveis por realizar essa transformação da água bruta (que na maior parte dos casos apresentam características que destoam dos valores ideais para o consumo humano) são as Estações de Tratamento de Água (ETAs). Através destas instalações, por processos físicos e químicos, são retirados do corpo líquido grande parte 23

dos agentes poluidores e contaminantes nocivos à população, prevenindo a propagação de doenças e outros riscos sanitários à população. A Figura 5.2 mostra quais as etapas de tratamento existentes em um sistema de tratamento convencional, com filtração rápida. Figura 5.2 Esquema de tratamento (Fonte SABESP, 2010) 5.2.6 Reservação Os reservatórios são dispositivos de acumulação com volume definido em função das vazões requeridas e destinados a estabelecer, dentre outros fatores, a regularização das vazões e pressões a sua montante e jusante. Fornece condição de abastecimento mínima em situações de interrupção de algum dispositivo a montante, suprimento de vazões de emergência, modificar os regimes de consumo de energia das estações elevatórias e aumentar os rendimentos das mesmas (FERNANDES, 2010). Pode ser classificado segundo sua localização estratégica no processo de abastecimento (montante, jusante ou intermediários), quanto à sua localização no terreno em que este se apóia (enterrado, semi-enterrado, apoiado e elevado), pela sua forma (circulares, retangulares, túnel e etc.) e finalmente pelos materiais de que são constituídos (metálicos, em concreto e etc.). 24

A Figura 5.3 ilustra de forma esquemática a classificação dos reservatórios segundo o seu posicionamento em relação ao terreno. Figura 5.3 Diferentes tipos de reservatórios (FERNANDES, 2010) 5.3 A Rede de Distribuição de Água As redes de distribuição são compostas por todas as tubulações e dispositivos anexos interligados entre si e localizados nas vias e com função de encaminhar a água aos seus usuários finais em regime contínuo, com pressão adequada e atendendo todos os padrões de consumo necessários - HELLER (2006)...é a unidade do sistema que conduz a água pra os pontos de consumo. É constituída por um conjunto de tubulações e peças especiais dispostas convenientemente a fim de garantir o abastecimento dos consumidores de forma continua nas quantidades e pressões recomendadas AZEVEDO NETTO, 1991 25

As redes de distribuição podem ser classificadas de diversas formas, ressaltando a qualificação segundo sua importância no sistema (primárias ou secundárias), os materiais de que são constituídas (Ferro Fundido, PVC, PEAD, Aço Carbono, Concreto, Cimento Amianto, Cerâmica e outros). As redes primárias são assim denominadas por possuírem maiores diâmetros e alimentarem as redes secundárias, não atendendo diretamente os pontos de consumo. As redes secundárias possuem diâmetros menores, geralmente variando entre 50 e 300 milímetros, abastecendo de forma direta aos pontos de consumo, conforme sugere a Figura 5.4. Figura 5.4 Esquemático de Setor de Abastecimento e Distribuição de Água (Fonte TSUTIYA et al., 2004) Em relação aos materiais utilizados nas tubulações, o Ferro Fundido tem sido empregado desde 1664 (primeira aplicação no Palácio de Versalhes, França) e é usado até os dias atuais devido a sua grande durabilidade, resistência a corrosão e a pressões tanto internas quanto externas (TSUTIYA et al., 2004). Sua fabricação e características fundamentais são regulamentadas pelas normas NBR 7675, NBR 8682, NBR 13747, ISO 2531 e ISO 4179. É comercializado geralmente em barras de 6 metros (diâmetros nominais entre 80mm e 600mm) e 7 metros (diâmetros superiores a 600mm até 1200mm), possuindo geralmente revestimento interno em argamassa de cimento, a fim de proteger as tubulações de águas com o ph reduzindo 26

assim o fenômeno da incrustação que é a sedimentação de material mineral nas tubulações reduzindo a seção de escoamento e aumentando a rugosidade. (HELLER et al., 2006) Os tubos plásticos (PVC e PE) começaram a ser utilizados em meados de 1920 nos Estados Unidos, mas apenas tiveram larga aplicação depois da década de 60. Atualmente estão entre as tubulações mais utilizadas no mundo devido a sua baixa rugosidade e elevada resistência química e a impactos, propiciando grande durabilidade. Suas conexões podem ser na forma de pontas e bolsas (com e sem anéis de borracha para auxiliar a estanqueidade) ou soldagem entre as partes. São normatizados pelas NBR 5647, NBR 9822, NBR 8417 e ISO 4427 dentre outras. (TSUTIYA et al., 2004). Regulamentadas pela NBR 09797, as tubulações em Aço Carbono são leves e indicadas para grandes pressões, podendo ser fabricadas em diâmetros e extensões diversas, segundo as demandas dos clientes. A junção entre as partes dá-se por meio de rebites, soldas, flanges ou peças especiais como juntas Alvenius ou Dresser, cada uma com uma característica e aplicação especifica. De acordo com Venturini e Barbosa (1987) e Heller (2006), devido à composição dos materiais presentes em sua estrutura molecular as tubulações de aço carbono são relativamente frágeis tanto a corrosão interna (química) quanto externa (galvânica), sendo necessária sua proteção por meio de revestimentos especiais e aterramento (proteção catódica). Os diâmetros comerciais para o saneamento variam entre 300 e 2500 mm. Responsável por aproximadamente 70% do custo inicial de implantação, as redes de distribuição são compostas por todas as tubulações e acessórios interligados entre si, formando uma malha. Tem a função de permitir o transporte, em quantidade e qualidade, de água às suas múltiplas funções, sejam estas para o abastecimento de clientes residenciais, comerciais, industriais, para irrigação ou combate a incêndio (JALAL, 2008). De forma a permitir sua gestão, a extensão da tubulação é divida em partes. Cada uma dessas partes é denominada setor de abastecimento que, preferencialmente, possuem fonte única de alimentação. O setor pode ainda ser subdividido sendo que, tais divisões permitem gerir a totalidade de volumes de entrada e saída. Pode-se ainda subdividir-se 27

em zonas de pressão - áreas de regime de pressão comum que demandem controle independente. As zonas de coroa, sujeitas a baixas pressões, são razão de atenção como pontos críticos. O setor ainda pode ser dividido em distritos pitométricos, dependentes de válvulas de controle formando regiões isoladas para o desenvolvimento de projetos piloto ou controle independente sem necessariamente ter caráter piezométrico, justificada por fatores como a necessidade de independência de medição, criticidade de manutenção ou de operação, apesar de ainda sujeita às características originais do setor de abastecimento. A subdivisão da rede em setores maximamente estanques é o principal instrumento de gestão, controle e monitoramento por permitir o acompanhamento pela observação do comportamento do regime de distribuição em sua variação horária com foco nos volumes perdidos através de vazamentos e por rompimento dos componentes de todo o conjunto. Tais volumes não entregues são mensurados através da comparação entre os volumes admitidos e os legitimamente consumidos, mensurados por hidrômetros em cada uma das ligações regulares dentro dos limites do setor. Segundo Heller (HELLER et al., 2006), fatores como a extensão, a variedade de materiais, meios de instalação, conformações abruptas do terreno, falhas de projetos e obras e as variações da pressão interna são itens críticos a serem administrados enquanto se pensa em melhoria operacional. Cabe lembrar a importância da avaliação de fatores que possam provocar - se não o rápido desgaste - o colapso do conjunto como aqueles oriundos de transientes hidráulicos, cavitação das bombas, velocidades inadequadas, admissão de ar e vácuo, condições estas que deverão ser previstas ainda nos estudos de concepção (JALAL, 2008). 5.3.1 Válvulas de Controle Segundo Fernandes (2010), válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a descarga de fluidos nos encanamentos tendo como principais funções 28

estabelecer pontos de controle e manobra nas instalações, assim como sua segurança operacional. As válvulas são classificadas nos seguintes tipos: De bloqueio; De regulagem; De fluxo único; As válvulas de bloqueio são usadas com o intuito de permitir ou interromper o fluxo, trabalhando abertas ou fechadas, não servindo, para o controle de vazões. Como exemplo desse tipo de válvulas tem-se os registros de gaveta. Válvulas de regulagem são usadas no controle de fluxo, podendo sua abertura ter diversas posições intermediárias entre totalmente aberta e fechada. Nessa categoria estão as válvulas tipo globo, de agulha, de controle, borboleta e diafragma. Válvulas de fluxo único são utilizadas quando se deseja restringir o sentido de escoamento a fim de proteger as tubulações de algum escoamento danoso ao sistema ou sua inversão direcional. Encaixam-se nessa categoria as válvulas de retenção e de pé. As redes de distribuição são dotadas de válvulas que permitem seu fechamento em relação aos demais setores de abastecimento. Desta forma setores de abastecimento são definidos, assim como suas subdivisões, através de áreas de influência. Internamente, além das válvulas de bloqueio que permitem o isolamento local, existem as que permitem controle sobre pressão e vazão atuantes dentro de um determinado limite. Cabe destacar aquelas de que o princípio básico é a manutenção de uma pressão fixa na sua saída. Assim, há três tipos básicos de controle de pressão: Pressão de saída fixa, onde a sua função é limitar a pressão de entrada no setor; Moduladas por tempo, onde são definidos horários e aberturas proporcionais a faixas de consumo; 29