Título
Redução e Controle de Perdas Físicas de Água através da Implantação de Válvulas Redutoras de
Pressão (VRP) 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: [email protected]
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: [email protected]
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:
VRP, 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 (VRP) no seu sistema
de distribuição de água e a retomada de outras três VRP’S já existentes e que estavam fora de operação (VRP
Prosperidade – Ø 150mm , VRP Nestor Moreira – Ø 75mm e VRP Tocantins – Ø 100mm).
A instalação de uma VRP, 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 VRP’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 VRP’S não é a única maneira de controlar a pressão. Existem outros
modos de controle e que devem preceder uma instalação de uma VRP. 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 VRP 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 VRP’S em uma primeira etapa, o DAE SCS ficou com quatro VRP’S operando
em seu sistema de distribuição de água, totalizando 49 Km de rede protegida por VRP’S de um total de 393 Km
de rede em todo o Município.
Com o bom desempenho destas quatro VRP’S, o DAE SCS prosseguiu com a sua política de redução de
perdas através da instalação de VRP e hoje conta com mais uma em seu sistema de distribuição, denominada
VRP Manoel Coelho. Esta VRP 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
Abastecimento
(Km)
atendida (%)
Santa Maria
86
23
6,4
Osvaldo Cruz
173
50
5,5
Vila Gerty
134
27
5,7
TOTAL
393
100
Índice de Vaz/Km
• Metodologia para instalação de VRP’S
O trabalho de instalação de VRP’S no Município de São Caetano do Sul pode ser dividido em 4 Fases:
• Fase 1 – Estudos e projetos
• Fase 2 – Implantação da VRP
• 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 VRP’S existentes. Após essa delimitação e com base na análise das cotas e das pressões estáticas, foram
identificadas áreas passíveis de instalação de VRP’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 VRP’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 VRP’S definidas no trabalho. Essas áreas passaram a serem chamadas de Subsetor de
VRP. Esses Subsetores foram priorizados em função de: maiores índices de perdas, indicadores de Vaz/Km e
pressões elevadas. As duas VRP’S instaladas chamam-se: VRP Campos Salles (DN 150mm) e VRP Flórida
(VRP 200mm). A VRP Flórida acabou englobando uma VRP existente (VRP Prosperidade – DN 150mm),
sendo a VRP Prosperidade desinstalada e ficando o DAE SCS ao final desta primeira etapa com 4 VRP’S em
seus sistema de distribuição de água, duas existentes e duas a serem implantadas.
Após a escolha das duas VRP’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 VRP’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 VRP.
Figura 1.1 – Registro que se encontram fechados para isolamento da área
Na figura abaixo temos um exemplo do local de instalação de uma VRP 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: VRP Hidrômetro, filtro, by-pass, e o projeto executivo da VRP.
Figura 1.3 – Projeto Executivo de uma VRP instalada em São Caetano
Antes da efetiva instalação da VRP 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 VRP. Em caso negativo avalia-se a situação, podendo até
descartar o Subsetor, uma vez que ele pode não ser viável.
Fase 2 – Implantação da VRP
Após ter sido concluída a Fase 1 – Estudos e projetos, é dado o início da implantação da VRP, através
da execução da obra. Essa fase contempla as seguintes etapas: escavação da vala, instalação da montagem
hidráulica, constituída da VRP e by-pass, construção da caixa de abrigo, instalação do Controlador de VRP.
O Controlador de VRP é um equipamento eletrônico capaz de controlar uma VRP através de parâmetros
de tempo (horário) ou vazão, sendo este último muitas vezes mais eficiente. Além de fazer o controle da VRP,
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 VRP e ponto crítico (ponto de menor pressão dentro do Subsetor).
Para que a válvula trabalhe conforme os parâmetros é necessário realizar uma calibração da VRP em
campo, de forma a ajustar as pressões máximas e mínimas de operação através de um piloto de regulagem
instalado na VRP.
Na tabela abaixo temos um exemplo dos parâmetros adotados para uma VRP do DAE SCS:
Quadro 1.2 – Parâmetros de regulagem da VRP Manoel Coelho
VRP 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 VRP trabalhará. No caso desta VRP, VRP 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 VRP irá ajustar uma pressão de 23 mca.
Passada a calibração inicial da VRP e após o ajuste fino da calibração, é realizado uma avaliação dos
resultados obtidos antes e após a instalação da VRP, comparando-se: volumes distribuídos em uma semana antes
e após a instalação da VRP e a vazão mínima noturna também antes e após a instalação da VRP.
Fase 4 – Pesquisa de vazamentos
Como foi dito anteriormente o objetivo de uma instalação de uma VRP 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 VRP, após a calibração e avaliação do retorno com a
implantação da VRP, 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 VRP e
conseqüentemente uma nova diminuição no volume perdido através dos vazamentos. A diferença em se fazer
uma pesquisa dentro de uma área protegida por VRP 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 VRP’S, foram definidas um total de 18 VRP’S para proteger
toda a extensão de rede do Município de São Caetano do Sul. Em um primeiro plano, foram instaladas duas
VRP’S, VRP Campos Salles e VRP Flórida, outras duas VRP’S já existentes foram colocadas novamente em
operação, VRP Nestor Moreira e VRP Tocantins e uma VRP foi desativada, VRP Prosperidade. Com o sucesso
dos trabalhos desenvolvidos na primeira etapa, foi instalada uma nova VRP, VRP Manoel Coelho. Esta última
VRP é a que apresenta a maior extensão de rede e a que apresenta os melhores resultados.
Portanto do total de 18 VRP’S, foram instaladas 3 VRP’S, restando ainda restando ainda 15 VRP’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 VRP’S em operação e
as 15 VRP’S a serem instaladas, representadas na cor azul claro.
Figura 1.4 – Município de São Caetano do Sul – 5 VRP’S operando e 15 VRP’S a instalar
SI STEM A
SAN TA M ARI A
VRP1 - SM
ALTO
SANTA MARIA
ALTO
SANTA MARIA
VRP FLÓRIDA
BAIXO
SANTA MARIA
VRP1 - VG
VRP2 - OC
VRP1 - OC
SI STEM A
OSVALDO CRU Z
SI STEM A
VI LA GERTY
VRP8 - VG
VRP6 - OC
ALTO
VILA GERTY
ALTO
OSVALDO CRUZ
BAIXO
VRP
VRP6 - VG
VRP3 - OC
VRP2 - VG
VRP7 - VG
VRP5 - VG
VRP5 - OC
MOREIRA
VRP MANOEL COELHO
VRP4 - OC
VRP3 - VG
ALTO
V. GERTY
VRP4 - VG
No gráfico abaixo temos uma ilustração do potencial para instalação de outras VRP’S em São Caetano
do Sul.
Figura 1.5 – Potencial de instalação de novas VRP’S
POTENCIAL PARA INSTALAÇÃO DE VRP'S EM SÃO CAETANO DO SUL
200
160
120
80
40
0
Nº DE VRP´S
IMPLANTADAS
EXTENSÃO DE REDE PROTEGIDA
A IMPLANTAR
Como foi mencionada na metodologia, a instalação de uma VRP 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 VRP. Nota-se uma grande diminuição das pressões
médias dentro do Subsetor, em especial para a VRP Manoel Coelho que foi a VRP com os melhores resultados.
Figura 1.6 – Pressão média do Subsetor – Antes e após a instalação das VRP’S
Pressões média do Subsetor - Antes e depois da VRP
50
Pressão (mca)
40
42
38
42
35
30
50
20
23
24
10
20
29
20
0
VRP Nestor
Moreira
VRP Tocantins
VRP Campos
Salles
VRP Flórida
VRP Manoel
Coelho
VRP
Subsetor Após a VRP
Subsetor Antes da VRP
Para exemplificar melhor o resultado da diminuição da pressão em um Subsetor, tem-se no gráfico
abaixo a situação das pressões no Subsetor da VRP Manoel Coelho, também antes e após a instalação da VRP.
Nota-se que após a instalação da VRP, 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 VRP.
Gráfico 1.1 – Pressões antes e após a instalação da VRP Manoel Coelho
Antes da instalação da VRP - VRP Manoel Coelho
Entrada
Saída
Ponto de
Máxima
Pressão Máx.
(mca)
48
46
59
40
49
Pressão Mín.
(mca)
29
37
40
26
28
VRP
Ponto
Crítico
Pressão
Média
Depois da instalação da VRP - VRP Manoel Coelho
Entrada
Saída
Ponto de
Máxima
Ponto
Crítico
Pressão
Média
Pressão Máx.
(mca)
47
22
31
13
22
Pressão Mín.
(mca)
39
13
25
9
16
VRP
A seguir são apresentados os resultados obtidos nas vazões das VRP’S instaladas e recolocadas em
operação.
Quadro 1.3 – Resultados obtidos nas vazões das VRP’S nas três situações
SITUAÇÃO ANTES DA CALIBRAÇÃO DA VRP
ADEQUAÇÃO
NESTOR
TOCANTINS
MOREIRA
VRP
VOLUME
INSTALAÇÃO
CAMPOS
SALLES
FLORIDA
MANOEL
COELHO
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
SITUAÇÃO APÓS DA CALIBRAÇÃO DA VRP
ADEQUAÇÃO
NESTOR
TOCANTINS
MOREIRA
VRP
VOLUME
INSTALAÇÃO
CAMPOS
SALLES
FLORIDA
MANOEL
COELHO
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 APÓS CALIBRAÇÃO E PESQUISA DE VAZAMENTOS
ADEQUAÇÃO
NESTOR
TOCANTINS
MOREIRA
VRP
INSTALAÇÃO
CAMPOS
SALLES
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 VRP Manoel Coelho em que mostra as três situações,
antes da instalação da VRP, após a calibração da VRP 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 – VRP 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 VRP’S. Nota-se
que as VRP’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
VOLUME RECUPERADO
ADEQUAÇÃO
NESTOR
TOCANTINS
MOREIRA
VRP
INSTALAÇÃO
CAMPOS
SALLES
FLORIDA
MANOEL
COELHO
38.232,00
ETAPA 1
(m³/mês)
3.073,04
2.673,56
5.940,16
15.182,28
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
RETORNO DO INVESTIMENTO
ADEQUAÇÃO
NESTOR
TOCANTINS
MOREIRA
VRP
INSTALAÇÃO
CAMPOS
SALLES
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
MESES
-
-
10,84
5,39
2,27
RETORNO
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
VRP Campos Salles / VRP Flórida / VRP Nestor Moreira / VRP Tocantins / VRP Manoel Coelho.
São Paulo: 2003