UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
CARLOS EDUARDO MENEZES
CONTROLE DE PRESSÃO E
COMBATE ÀS PERDAS FÍSICAS
NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO
DE ÁGUA
SÃO PAULO
2006
CARLOS EDUARDO MENEZES
CONTROLE DE PRESSÃO E
COMBATE ÀS PERDAS FÍSICAS
NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO
DE ÁGUA
Trabalho de conclusão de curso
apresentado
parcial para a
como
exigência
obtenção do
curso de Engenharia Civil, da
Universidade Anhembi Morumbi
Orientador:
Professor Dr. Antonio Eduardo Giansante
SÃO PAULO
2006
CARLOS EDUARDO MENEZES
CONTROLE DE PRESSÃO E
COMBATE ÀS PERDAS FÍSICAS
NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO
DE ÁGUA
Trabalho de conclusão de curso
apresentado
como
parcial para a
exigência
obtenção do
curso de Engenharia Civil, da
Universidade Anhembi Morumbi
Trabalho ________________ em: _____ de ____________________ de 2006.
____________________________________
Nome do Orientador
____________________________________
Nome do professor da banca
Comentários: _______________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente pela paciência de meus familiares, para que concluísse
este trabalho com êxito.
Ao meu Orientador e Professor Dr. Antonio Eduardo Giansante por me incentivar na
execução do trabalho.
A Enops Engenharia Ltda, que me deu a oportunidade de estagiar por 3 anos, onde
aprendi e muito sobre o tema do trabalho.
Ao meu Pai, Carlos Augusto Menezes, Engenheiro Civil , Profissional da área de
hidráulica a 35 anos e hoje Consultor de Transientes Hidráulicos entre outros
assuntos relacionados a hidráulica , que sempre me incentivou a cursar o curso de
Engenharia Civil
A Minha esposa, Priscila , quem também foi de grande importância , me incentivado
nos estudos no curso de Engenharia Civil.
E por ultimo gostaria de agradecer a minha filha Julia, pelo tempo que perdi a noite
estudando, que poderia ter passado com ela, mas acho que no final valeu a pena.
RESUMO
As perdas físicas em um setor de abastecimento de água se devem principalmente a
fatores como pressões elevadas, grandes variações de pressões, deficiência de
materiais e mão de obra empregada. A implantação de Válvulas Redutoras de
Pressão (VRP), visa justamente agir sobre a causa das perdas físicas, ou seja,
diminuindo pressões de operação e regulando o intervalo de variações das pressões
nas redes de distribuição dos setores operacionais, estas ações reduzem o
desperdício, as perdas físicas, a necessidade de reparos de redes e ramais, e
postergam a necessidade de novos investimentos.
Palavras – chave: Valvula Redutora de Pressão , VRP , Perdas.
ABSTRACT
The physical losses in a water supply district its caused by several factors like high
pressures, wide pressures variations, no conformity of materials and works. Tm
improvement of Pressure Reducing Valves ( PRVs) is comes to act under the cause
of the physical losses or, the other way, makes the reducing of the operation
pressures and regulating the pressure variation in the districts networks. These
actions reduce the water waste, the physical losses, the necessity of piping repair
and became the new investment in long term.
Keywords: Pressure Reducing Valves, PRV, Losses
LISTA DE FIGURAS
Figura 5.1 - Esquema Geral do Gerencia 1 ............................................................................ 19
Figura 5.2 - Esquema de Setorização Cl 1 ............................................................................. 22
Figura 5.3 - Representação da operação de VRP com saída fixa sem modulação() .............. 28
Figura 5.4 - Representação do funcionamento de VRP com modulação por vazão .............. 29
Figura 5.5 - Esquema de Funcionamento de uma VRP( Catalogo Clayton)........................ 332
Figura 5.6 - Gráfico para verificação de cavitação (Catalogo Bayard) .................................. 35
Figura 5.7 - Dimensões padrão para caixas de VRP ( Normas Técnicas SABESP) ............ 37
Figura 5.8 - Esquema Hidráulico Típico de Montagem da VRP com Hidrômetro( Projeto
Padrão Sabesp) ............................................................................................................... 398
Figura 5.9 - Gráfico demonstrativo de recuperação de perdas( Fonte: Relatório de avaliação
de performance de VRP instalada na Rua dos Pilões – Setor de abastecimento Sacomã
(RMSP) – BBL/SABESP) ................................................................................................ 40
Figura 5.10 Valvula Redutora de Pressão (Fonte: Catálogo CLA-VAL)................................45
Figura 5.11 Controlador 10 pontos (Fonte: Catálogo CLA-VAL).......................................... 45
Figura 5.12 ruido de vazamento (Fonte: ABEND - 1998) ..................................................... 46
Figura 5.13 – Caminhamento do Ruido (Fonte: SABESP) ...................................................... 48
Figura 5.14 Sensor de Ruídos Permalogs e Patroler (Fonte: Catálogo ENOPS) .................... 50
Figura 5.15 Instalação Permalogs e Patroler (Fonte: Catálogo ENOPS) ................................ 50
Figura 5.16 - Geofone Lmic (Fonte: Catálogo ENOPS) .......................................................... 51
Figura 5.17 - Geofone Gmic (Fonte: Catálogo ENOPS)..........................................................52
Figura 5.18 - Geofone Xmic (Fonte: Catálogo ENOPS)..........................................................52
Figura 5.19 - Correlacionador de Ruídos SoundSens (Fonte: Catálogo ENOPS) ..................53
Figura 6.1 - Vista da região abastecida pela VRP Manoel Coelho – Rua Baraldi x Rua Manoel
Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) .............................55
Figura 6.2 - Funcionário da Enops instalando o TAP para medição de vazão......................... 56
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ................................................... 56
Figura 6.3 - DPlog instalado na tubulação para medir a vazão ................................................ 57
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ................................................... 57
Figura 6.4 - Logger de pressão instalado no imóvel da Avenida Goiás Nº419........................58
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ................................................... 58
Figura 6.5 - Máquina fazendo a abertura da vala para instalação da VRP (Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) .......................................................................60
Figura 6.6 - Sinalização noturna devido a obra realizada na Rua Manoel Coelho (Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ....................................................... 60
Figura 6.7 - Montagem hidráulica da VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE
São Caetano do Sul, 2003). .............................................................................................. 61
Figura 6.8 - Montagem hidráulica sendo transportada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................................... 61
Figura 6.9 - Montagem hidráulica sendo instalada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................................... 62
Figura 6.10 - Caixa sendo construída na VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE
São Caetano do Sul, 2003) ............................................................................................... 62
Figura 6.11 - Funcionário da Enops dando acabamento na caixa da VRP Manoel Coelho
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ........................................... 63
Figura 6.12 - Ferragem sendo montada na VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................... 63
Figura 6.13 - Obra na VRP Manoel Coelho finalizada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................................... 64
Figura 6.14 - VRP e Controlador instalados (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do
Sul, 2003) ......................................................................................................................... 64
Figura 6.15 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes da calibração(Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) .......................................................................66
Figura 6.16 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes e depois da calibração(Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ....................................................... 67
Figura 6.17 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP após a calibração(Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................... 68
Figura 6.18 - Funcionário da Enops instalando o Permalog no cavalete do cliente (Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ....................................................... 71
Figura 6.19 - Permalog instalado no cavalete do cliente (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................................... 71
Figura 6.20 - Marcação de vazamento feita na Rua João Luiz Nº90 (Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003) ...................................................................................... 74
Figura 6.21 - Vazamento reparado na Rua João Luiz Nº90 (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE
São Caetano do Sul, 2003) ............................................................................................... 74
Figura 6.22 - Marcação de vazamento feita na Rua Alegre Nº644 e Nº654 (Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) .......................................................................75
Figura 6.23 - – Equipe do DAE SCS consertando vazamento na Rua Alegre lado Nº504
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003) ........................................... 75
Figura 6.24 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes e após o reparo dos vazamentos não
visíveis (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)..............................77
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 - Vazões e Coeficientes da VRP ( Catalogo Bayard) ................................. 34
Tabela 5.2 - Dimensões padrão para caixas de VRP ( Normas Técnicas SABESP)
.......................................................................................................................................... 36
Tabela 6.1 – Dimensionamento da VRP Manoel Coelho................................................ 59
Tabela 6.2 – Parâmetros de regulagem............................................................................. 65
Tabela 6.3 – Resultados obtidos com a calibração da VRP........................................... 69
Tabela 6.4 – Volumes obtidos antes e depois da calibração da VRP, e após a
pesquisa de vazamentos .............................................................................................. 76
Tabela 6.5 – Vazões e fatores de pesquisa obtidos antes e depois da calibração da
VRP, e após a pesquisa de vazamentos ................................................................... 76
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABENDE
Associação brasileira de Ensaios Não destrutivos
AZNP
Medição de Pressão no Ponto Representativo da Pressão Média
Noturna
CLP
Controlador Lógico Programável
DAE-SCS
Departamento de Água e Esgoto do Município de São Caetano do
Sul
ETA
Estação de Tratamento de Água
GIS
Sistema de Informações Geográficas
SABESP
Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo
VRP
Válvula Controladora de Pressão
WRC
Water Research CENTER
LISTA DE SIMBOLOS
ΔP
Perda de carga da válvula totalmente aberta, em mca;
Δh
Perda de carga
Cv
coeficiente de perda de carga relativo a vazões em m3/h.
D
Distancia
DN
Diâmetro Nominal
g
Valor da Força da Gravidade
K
Coeficiente de perda de carga
KPA
Kilogramas Pascal
L
Comprimento
l/s
Litros por segundos
mm
milimetros
MCA
Metros de coluna d’água
m³/h
Metros Cúbicos Por Hora
Q
Vazão
Tr
Tempo de Retardo
V
Velocidade
SUMARIO
INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 11
OBJETIVO ............................................................................................................. 13
2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................... 13
2.2 Objetivo Específico................................................................................................... 13
3
METODO DE TRABALHO ................................................................................. 14
4
JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 15
5
CONTROLE DE PRESÃO E COMBATE ÀS PERDAS FÍSICAS .................. 16
5.1 Perdas Físicas ............................................................................................................ 16
5.2 Pressão na Rede de Distribuição ............................................................................. 19
5.3 Controle de Pressão na Rede de Distribuição ........................................................ 20
5.4 Combate às Perdas Físicas ....................................................................................... 24
5.4.1 Cadastro / GIS- Geographic Information System ...................................................... 24
5.4.2 Softwares de Análise custo-benefício......................................................................... 25
5.4.3 Modelagem Matemática ............................................................................................. 26
5.5 Válvula Redutora de Pressão ................................................................................... 27
5.5.2 Dimensionamento....................................................................................................... 33
5.5.3 Instalação .................................................................................................................... 35
5.5.4 Operação..................................................................................................................... 37
5.6 Equipamentos utilizados na VRP ............................................................................ 41
5.6.1 Válvula Redutora de Pressão - VRP......................................................................... 41
5.6.2 Cavitação e Estruturas de Controle ......................................................................... 42
5.6.3 Sistema de Medição de Vazão.................................................................................. 42
5.6.3 Controlador Inteligente de Válvula Redutora de Pressão......................................... 43
5.6.4 Equipamentos ........................................................................................................... 44
5.7 Pesquisa de vazamentos não visíveis...................................................................... 46
5.8 Equipamentos utilizados na Pesquisa de Vazamentos não Visíveis ................... 48
5.8.1 – Data Logger de Ruído “Permalog”.......................................................................... 48
5.8.2 - Geofones ................................................................................................................... 51
6
VRP MANOEL COELHO .................................................................................... 54
6.1 Área de influência ..................................................................................................... 54
6.2 Característica Física .................................................................................................. 54
6.3 Medição de Vazão e Pressão ................................................................................... 55
6.4 Dimensionamento da VRP .......................................................................................... 58
6.5 Instalação do Sistema Redutor de Pressão ............................................................. 60
6.6 Calibração e Regulagem do Sistema ...................................................................... 64
6.7 Avaliação da Performance do Sistema ................................................................... 69
6.8 Pesquisa de vazamentos com Data Logger de Ruído “Permalog” na área da VRP
Manoel Coelho ..................................................................................................................... 70
6.8.1 – Relatório Fotográfico dos vazamentos não visíveis ................................................. 73
6.8.2 – Resultados obtidos com a pesquisa de vazamentos.................................................. 76
7
CONCLUSÃO......................................................................................................... 78
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.................................................................................. 79
1
2
11
1 INTRODUÇÃO
O controle de pressão pode ser atingido de varias maneiras e não apenas pela
instalação de uma VRP. De fato a pressurização do sistema de distribuição quase
sempre é onerosa, portanto, reduzir pressões através de VRP é intrinsecamente
ineficiente. As seguintes opções devem ser consideradas em primeiro lugar:
•
Setorizaçao da área abastecida para adequá-la as condições topográficas.
Isto pode significar a instalação de booster para abastecer uma área critica,
reforço ou limpeza e reabilitação trechos de rede, remanejamento de fonte
de suprimento;
•
Alteração de curva de bomba para adequá-la a demanda; instalação de
sistema de variação de vazão;
Após consideradas estas hipóteses, os dispositivos mecânicos de controle de
pressão, tipicamente as VRP são o próximo estagio na estratégia de controle de
pressão.
Benefícios da redução de pressão:
•
Redução do volume perdido através de vazamentos;
•
Redução do consumo diretamente relacionado com pressão, tais como:
lavação de carros e calçadas, irrigação de jardins, etc.;
•
Redução da ocorrência de vazamentos. A economia dos custos relacionados
com reparos pode superar a longo prazo a economia de volume de
vazamentos;
•
A estabilização da pressão diminui a possibilidade de fadiga das tubulações
inclusive das instalações internas dos usuários;
•
Estabelece um abastecimento mais constante ao usuário, grandes variações
de pressão ao longo do dia podem dar a impressão ao cliente de um
abastecimento deficiente e pressões desnecessariamente altas geram no
cliente a expectativa errônea de que o abastecimento adequado;
12
•
Permite regular a demanda em casos de racionamento.
Problemas decorrentes da redução de pressão:
•
Baixa pressão: em sistemas corretamente dimensionados, são causados por
obstruções das instalações internas dos usuários. Pressões baixas podem
também ser ocasionadas por incrustação da rede de distribuição;
•
Ruído: pode ser um problema nas imediações da VRP.
O ruído é
normalmente ocasionado pela pequena abertura da VRP e pode estar
associado a problemas de cavitação. O dimensionamento e a seleção correta
da VRP pode evita este tipo de problema;
•
Bloqueio: o bloqueio do sistema pode ocorrer devido a
materiais que se
desprendem da rede e ficam retidos na VRP. A utilização de filtro na
tubulação principal à montante da VRP é uma providencia necessária para
evitar este tipo de problema. O bloqueio do circuito de controle da VRP pode
também gerar desregulagem da VRP, com conseqüências indesejadas no
abastecimento. A limpeza periódica do filtro do circuito de comando é
fundamental;
•
Prédios altos: em áreas onde a ocorrência de pressões elevadas é
sistemática há a tendência de os usuários não instalarem reservatórios
domiciliares. Quando é o caso de pequenos prédios, após a instalação da
VRP a pressão pode não ser suficiente para abastecer os pavimento mais
altos no período de maior demanda. Este problema pode ser minimizado se,
na fase de projeto os proprietários forem comunicados da futura alteração de
pressão;
Pesquisa de vazamentos: quanto mais baixa a pressão maior é a dificuldade de
localizar vazamentos não visíveis pelos métodos tradicionais. Esta dificuldade pode
ser minimizada pela utilização de equipamentos mais sofisticados para rastreamento
de fugas, mais especificamente loggers de ruído, correlacionadores e geofones
eletrônicos
13
2 OBJETIVO
Este trabalho tem por finalidade apresentar de maneira resumida e objetiva, a forma
como deve ser enfrentado o desafio que as maiorias das companhias de água vem
enfrentando atualmente, que é o aumento da demanda de água, causado pelo
crescimento demográfico e a falta de pressão na rede de distribuição.
Com o controle da pressão e o combate às perdas físicas, é possível melhorar o
abastecimento de água, garantindo vazão e pressão necessária para o consumidor,
garantindo um uso racional da água de abastecimento público.
2.1 Objetivo Geral
Apresentar aspectos metodológicos para controle das perdas físicas no sistema de
abastecimento de água público, utilizando tecnologia de ponta no controle das
pressões e no combate às perdas físicas.
2.2 Objetivo Específico
Apresentar os resultados obtidos na instalação e operação da Válvula Redutora de
Pressão (VRP), compreendendo a automação da VRP utilizando controlador para a
redução e controle de pressão, redução de vazão, pesquisa de vazamentos não
visíveis e outros equipamentos acessórios.
14
3 METODO DE TRABALHO
O trabalho será embasado a partir das diretrizes do Programa Nacional de Combate
ao Desperdício de Água, de relatórios da Companhia de Saneamento Básico do
Estado de São Paulo (SABESP), relatórios do Departamento de água e esgoto do
Município de São Caetano do Sul (DAE SCS), apresentações da SABESP, Anais de
Encontros Técnicos da SABESP, relatórios emitidos pela Empresa ENOPS
Engenharia Ltda, Catálogos Técnicos da Empresa Norte Americana Cla-Val,
Catálogos da Empresa Inglesa Palmer, Normas Técnicas da Associação Brasileira
de Ensaios não destrutivos e Inspeção (ABENDE) e Normas Técnicas da SABESP.
15
4 JUSTIFICATIVA
No Século XXI, a humanidade vem se preocupando com os fenômenos da natureza
que estão acontecendo com mais freqüência no nosso Planeta, fenômenos estes
que estão ocorrendo devido às diversas intervenções do homem no meio ambiente
provocando desequilíbrios no ecossistema do Planeta.
A água no Brasil é encontrada em abundancia, porem, em outras regiões do nosso
planeta ela é escassa. Este fator é determinante para que se de importância ao uso
racional da água, retirando da natureza somente o necessário.
Atualmente é de suma importância o uso racional de água e o combate às perdas
físicas no sistema de abastecimento publica, este trabalho contem algumas medidas
para o combate das perdas e o controle de pressão nas redes favorecendo
economicamente a operação do sistema de distribuição de água e favorecendo
ecologicamente, o combate e o desperdício de água , no planeta Terra.
16
5 CONTROLE DE PRESÃO E COMBATE ÀS PERDAS FÍSICAS
Todos os sistemas de abastecimento de água apresentam perdas, que vêm a ser a
diferença entre o volume de água produzido nas estações de tratamento de água
(ETAs) e a totalização dos volumes medidos no universo de hidrômetros de um
sistema.
A definição do índice de perda, portanto, é a quantidade de água produzida que não
é faturada pela empresa.
A primeira noção de perdas que vêm à mente é o vazamento de água nas
tubulações. Mas o conceito incluído na expressão anterior é mais amplo.
De acordo com o existem dois tipos de perdas:
Perda física - água que efetivamente não chega ao consumidor em função de
vazamentos nos ramais prediais e nas redes de distribuição.
Perda não física - decorrente de erros de medição de hidrômetros, fraudes, ligações
clandestinas, habitações subnormais e falhas no sistema de cadastramento da
empresa. Nestes casos, de alguma forma a água é consumida, mas não é medida,
acarretando perda de faturamento.
5.1 Perdas Físicas
A diminuição das perdas físicas de água, com a redução das pressões de operação
da rede de distribuição, é um fenômeno conhecido há muito tempo pelas
companhias de saneamento e distribuição de água. Em 1980 foi publicado um
extenso relatório sobre Controle de Pressão como parte da National Leakage
Iniciative – Inglaterra, que se tornou uma referência tradicional da relação entre
pressão e volume de vazamento.
17
Trata-se do “National Water Co A diminuição das perdas físicas de água com a
redução das pressões de operação da rede de distribuição é um fenômeno
conhecido há muito tempo pelas companhias de saneamento e distribuição de água.
Em 1980 foi publicado um extenso relatório sobre Controle de Pressão como parte
da National Leakage Iniciative – Inglaterra, que se tornou uma referência tradicional
da relação entre pressão e volume de vazamento. Trata-se do “National Water
Council Standing Committee Report nº 26, July 1980”, que será referenciado neste
texto como Relatório 26. Em outubro de 1994, ele foi complementado pela
publicação da WRC – Water Research Center denominada “Managing Water
Pressure (Report G)”.
O efetivo controle de perdas físicas é feito através de quatro atividades
complementares, a saber:
•
Gerenciamento de pressão;
•
Controle ativo de vazamentos;
•
Velocidade e qualidade dos reparos; e
•
Gerenciamento da infra-estrutura.
O gerenciamento de pressões procura minimizar as pressões do sistema e a faixa
de duração de pressões máximas, enquanto assegura os padrões mínimos de
serviço para os consumidores. Estes objetivos duais são atingidos pelo projeto
específico
e
setorização
dos
sistemas
de
distribuição,
pelo
controle
de
bombeamento direto na rede (boosters) ou pela introdução de válvulas redutoras de
pressão (VRP’s).
O controle ativo de vazamentos se opõe ao controle passivo, que é, basicamente, a
atividade de reparar os vazamentos apenas quando se tornam visíveis. A
metodologia mais utilizada no controle ativo de vazamentos é a pesquisa de
vazamentos não visível, realizada através da escuta dos vazamentos (por geofones
mecânicos ou eletrônicos e correlacionadores). Essa atividade reduz o tempo de
vazamento, ou seja, quanto maior for a freqüência da pesquisa, maior será a taxa de
vazão anual recuperada. Uma análise de custo-benefício pode definir a melhor
freqüência de pesquisa a ser realizada em cada área.
18
Desde o conhecimento da existência de um vazamento, o tempo gasto para sua
efetiva localização e seu estancamento é um ponto chave do gerenciamento de
perdas físicas.
Entretanto é importante assegurar que o reparo seja bem realizado. Uma qualidade
ruim do serviço irá fazer com que haja uma reincidência do vazamento horas ou dias
após a repressurização da rede de distribuição.
A prática das três atividades mencionadas anteriormente já traz melhorias à infraestrutura. Portanto, a substituição de trechos de rede só deve ser realizada quando,
após a realização das outras atividades, ainda se detectar índices de perdas
elevados na área, pois o custo da substituição é muito oneroso.
A Figura 5.1 assume que a dimensão do retângulo representa o volume de perdas
físicas de um sistema de distribuição , e que está sendo mantido aquele volume pela
combinação das quatro atividades mencionadas. Se há um relaxamento de uma
destas atividades, as dimensões do retângulo irão aumentar naquela direção.
Inversamente, se o volume de perdas precisa ser reduzido, é necessário incrementar
os esforços e o custo anual de uma ou mais atividades afim de se reduzir as
dimensões do retângulo.
O controle de pressão possibilita:
•
reduzir o volume perdido em vazamentos, economizando recursos de água e
custos associados;
•
reduzir a freqüência de arrebentamentos de tubulações e conseqüentes
danos que têm reparos onerosos, minimizando também as interrupções de
fornecimento e os perigos causados ao público usuário de ruas e estradas;
•
prover um serviço com pressões mais estabilizadas ao consumidor,
diminuindo a ocorrência de danos às instalações internas dos usuários até a
caixa d’água (tubulações, registros e bóias); e
•
reduzir os consumos relacionados com a pressão da rede, como por exemplo,
a rega de jardins.
19
Figura 5.1 - Esquema Geral do Gerencia 1
5.2 Pressão na Rede de Distribuição
A pressão interna a uma tubulação é reconhecida como o fator que mais diretamente
influi nos vazamentos de um sistema de abastecimento de água. A importância da
pressão se manifesta tanto como geradora de fugas como também por incrementar
o volume perdido através de vazamentos pré-existentes.
A dependência existente entre a pressão interna e a fuga através de um orifício pode
ser traduzida teoricamente através da seguinte equação:
Δh = K ( V2 / 2 g)
Δh - perda de carga
V
- Velocidade
g
- Valor da Força Gravitacional (9,98 m²/s)
K -
coeficiente de perda de carga fornecido pelo fabricante da peça
Em concordância com a equação acima, as fugas dependem quadráticamente da
variação de pressões, ou linearmente da raiz quadrada da mesma.
Assim,
20
teoricamente,
seriam
necessárias
grandes
variações
de
pressões
para
correspondentes variações significativas de fugas.
A realidade, no entanto, mostra uma maior dependência da perda física à pressão
do que aquela esperada apenas pela aplicação da fórmula. A aparente divergência
entre a conceituação teórica e a verificação prática é explicada pelo fato de que a
fórmula se aplica a orifícios com áreas constantes enquanto a área do orifício de
alguns vazamentos, também varia com a pressão.
É o caso, por exemplo, de
fraturas longitudinais em tubos, em particular nos plásticos. Neste tipo e fratura a
área do orifício varia significativamente com a pressão.
Em outros casos o
vazamento só se manifesta quando a pressão atinge um determinado valor.
O Water Research Center, da Inglaterra, investigou a relação pressão x vazão
mínima noturna (usada para avaliar perdas físicas e desperdícios) em quatro
distritos. O resultado do estudo confirmou que a simples aplicação da formula não
tem total correlação com as medições realizadas em campo e foram publicadas
através do Technical Paper 109.
5.3 Controle de Pressão na Rede de Distribuição
Cada setor de abastecimento é definido pela área suprida por um reservatório de
distribuição (apoiado, semi-enterrado ou enterrado), destinado a regularizar as
variações de adução e de distribuição e condicionar as pressões na rede de
distribuição. O abastecimento de rede por derivação direta de adutora ou por
recalque com bomba de rotação fixa é altamente condenável, pois o controle de
pressões torna-se praticamente impossível diante das grandes oscilações de
pressão decorrentes de tal situação.
Caso o reservatório se situe dentro da área desse setor, na setorização clássica é
necessária a existência de um reservatório elevado, cuja principal função é
condicionar as pressões nas áreas de cotas topográficas mais altas que não podem
ser abastecidas pelo reservatório principal. Nesse caso, temos o setor dividido em
zonas de pressão, na qual as pressões estática e dinâmica obedecem a limites
21
prefixados. Segundo a Norma Técnica NBR 12218/1994 a pressão estática máxima
nas tubulações distribuidoras deve ser de 500 kPa (50 mca), e a pressão dinâmica
mínima, de 100 kPa (10 mca). Valores fora dessa faixa podem ser aceitos desde que
justificados técnica e economicamente.
Para que o setor todo possa ser abastecido por apenas um reservatório é necessário
que o mesmo seja elevado ou se localize fora do setor, ficando numa cota de pelos
menos 10 metros acima da cota mais elevada do setor.
Na implantação de um sistema de abastecimento, pela setorização clássica, a
definição das zonas de pressão é feita tomando como base a limitação da pressão
estática máxima em 50 mca no ponto mais baixo da zona de pressão e a limitação
da pressão dinâmica mínima em 10 mca no ponto crítico da zona de pressão. O
ponto crítico é aquele, dentro da zona de pressão, onde se verifica a menor pressão
dinâmica, isto é, o ponto mais elevado ou o mais distante. Com o passar do tempo o
ponto crítico pode se deslocar devido ao aumento de rugosidade em função da
idade da tubulação, tendendo a se localizar inicialmente no ponto mais alto da zona
de pressão e futuramente nos pontos mais distantes em relação ao referencial de
pressão (reservatório, booster ou VRP). Ele é utilizado para se estimar o potencial
de redução de pressão da área, além de ser um ponto de controle do
abastecimento. A mínima pressão aceitável neste ponto pode variar entre as
companhias de água, entretanto, em muitas áreas, a pressão mínima das redes de
distribuição, de 10 a 15 metros de carga, manterá o abastecimento de forma
satisfatória.
Considerando-se uma região abastecida por um reservatório apoiado e um elevado
e uma variação de pressão dinâmica máxima de 10 mca, podemos demarcar a área
de influência dos reservatórios através das curvas de nível que definam pressões
estáticas de 20 mca e 50 mca, para ambos reservatórios.
22
A Figura 5.2 demonstra que isso irá definir uma área intermediária, que tanto pode
ser abastecida pelo reservatório apoiado (pressões mais próximas de 20 mca) como
pelo reservatório elevado (pressões mais próximas de 50 mca). Como, para a
redução de perdas físicas, é interessante submeter a rede a baixas pressões, a
maior parte dessa área deve ser abastecida pelo reservatório apoiado, o que reduz
também a vazão recalcada para o reservatório elevado, trazendo, assim, redução no
consumo de energia elétrica.
Figura 5.2 - Esquema de Setorização(SABESP – 1999)
Verifica-se que, na setorização clássica, o desnível geométrico máximo deve ser de
50 metros. Em regiões de topografia mais acidentada é necessária a utilização de
um reservatório intermediário. Os altos custos de implantação (em áreas
consolidadas o custo do terreno torna-se muito caro) e manutenção de reservatórios
(principalmente os elevados) levam à utilização de equipamentos como bombas de
rotação variável e válvulas redutoras de pressão, para o controle de pressão no
setor, mantendo-se como função básica do reservatório a regularização de variações
horárias de demanda e reserva de incêndio.
O setor de abastecimento, muitas vezes, sofre contínuas mudanças em relação ao
seu limite, principalmente pelas variações de população. Isso implica em ter alguns
locais da rede sendo isolados por registros de bloqueio, cuja estanqueidade
geralmente é colocada em dúvida. Portanto é recomendado minimizar o quanto
possível a utilização de registros como delimitador de setor de abastecimento e
zonas de pressão, através da utilização de “cap”.
23
A rede primária, geralmente com diâmetros superiores a 100 mm, não deve conter
ligações a ela e a configuração tipo “espinha de peixe” possibilita um melhor controle
de vazões nos trechos, embora circuitos fechados favoreçam um equilíbrio maior de
pressões no sistema, havendo a tendência de eliminação de circuitos fechados,
quando da implantação de boosters e VRP’s. Já os condutos secundários devem
formar rede malhada, evitando-se ao máximo pontos cegos.
Conforme a NBR 12218/1994, a velocidade mínima nas tubulações deve ser de 0,6
m/s, e a máxima, de 3,5 m/s. O limite máximo de 3,5 m/s pode resultar em perda de
carga relativamente alta, na rede primária, caso ela seja extensa. Considera-se que
uma velocidade máxima em torno de 2 m/s deva ser utilizada para a rede primária, o
que permitirá operar o sistema com pressões mais estáveis.
A rugosidade da tubulação é o fator crítico, com relação às perdas de carga
distribuídas. Valores de coeficiente C de Hazen-Williams entre 90 e 140 são
aceitáveis, conforme a idade e o material da tubulação. Na prática, considerando o
diâmetro nominal da tubulação, podem ser encontrados valores de C menores que
50, ou seja, a incrustação é tão grande que há significativa alteração no diâmetro
interno da tubulação. Isso ocorre com certa freqüência em tubulações de ferro
fundido com idade superior a 40 anos. Principalmente na rede primária, valores
baixos levam à necessidade de substituição desses trechos ou um reforço da rede.
As tubulações de material plástico (PVC, PEAD) tem sido largamente utilizadas
pelas vantagens nos custos de aquisição e execução, além de não serem
susceptíveis à corrosão nem formação de depósitos de sólidos com a mesma
intensidade que tubulações de outros materiais. Entretanto a vida útil desse material
pode ser muito reduzida, principalmente com relação ao PEAD, que está sujeito a
ações térmicas (estoque inadequado) e ações dinâmicas que levam à fadiga do
material
(mão-de-obra
não
especializada
aliada
ao
uso
de
ferramentas
inadequadas). Para esses materiais o limite de resistência é significativamente
reduzido pelas tensões dinâmicas cíclicas originadas pelas oscilações de pressão
24
associadas a variações de demanda. Nas redes com estes materiais o controle de
pressão é extremamente importante, de modo a manter baixas oscilações de
pressão. Caso contrário, depois de um curto espaço de tempo o número de
vazamentos será tão grande que a rede deverá ser substituída.
5.4 Combate às Perdas Físicas
Para um bom gerenciamento da rede hidráulica é necessário ter um completo
conhecimento do sistema de distribuição, tendo garantido a estanqueidade de
setores de abastecimento e zonas de pressão. Para pequenos sistemas a existência
de medidores de nível dos reservatórios, de medidores de vazão na entrada dos
setores de abastecimento e de pressão de jusante de equipamentos como VRP’s e
boosters de rede já é considerada satisfatória para seu controle.
A medida que o sistema torna-se mais complexo, começa a ser interessante dotá-lo
de condições que permitam um melhor controle. A utilização de equipamentos que
possam armazenar dados (dataloggers) para sua análise em escritório, torna-se
importante.
A partir do momento em que o sistema é dotado de uma quantidade razoável de
VRP’s e boosters, já é viável economicamente a introdução de controle do sistema à
distância, através de instrumentos de telemetria, o que irá permitir um controle muito
mais preciso de todo o sistema e diagnosticar em tempo real qualquer anomalia
ocorrida, possibilitando uma sensível melhora nos serviços prestados ao cliente.
5.4.1 Cadastro / GIS- Geographic Information System
A manutenção de um cadastro que espelhe a realidade atual do sistema é essencial
para possibilitar um perfeito controle do sistema de distribuição. Os Sistemas de
Informações Geográficas – GIS são muito interessantes, pois possibilitam uma
resposta muito mais rápida na tomada de decisões, embora sua implantação não
seja fácil, muito menos econômica e, quanto pior forem as informações de cadastro
25
existentes mais complicada será a migração para o meio digital.
Para planejamento é possível utilizar essa ferramenta, onde o nível de detalhe é
bem menor e não se esperam resultados muitos precisos, tendo bons resultados em
curto espaço de tempo e de pequeno custo. Através de um mapa de pressões
estáticas resultante de um mapa altimétrico da região (elaborado através de um
modelo digital do terreno) e dos níveis d’água dos reservatórios, é possível localizar
as áreas onde as pressões devem ser reduzidas.
As informações cadastrais mínimas necessárias para a realização de um controle de
pressão são:
•
Curvas de nível de pelo menos 5 em 5 metros;
•
Toda a rede de distribuição existente;
•
Localização de reservatórios, boosters e VRPs;
•
Indicação de registros e caps existentes na rede;
•
Localização de grandes consumidores; e
•
Mapeamento de vazamentos.
5.4.2 Softwares de Análise custo-benefício
Já existem softwares, como o PRESSMAN – Pressure Management Program,
desenvolvido pela “Watertight Solutions LTD.” da Inglaterra, que executa os cálculos
das perdas físicas por vazamento do subsetor, simula as perdas com as novas
condições de perfil de pressão, estima a economia de água e calcula a respectiva
relação custo X benefício, mostrando o período de retorno do investimento. O
“PRESSMAN” também permite a comparação entre os diversos tipos de Controle de
Pressão, possibilitando a escolha do controle que irá trazer maior benefício na
implantação.
Também existe o software CELLORI, da Watertight Solutions Ltd., que faz a
comparação entre investimentos em pesquisa de vazamentos não visíveis e redução
de pressão. Este modelo foi construído para analisar o nível econômico das perdas e
26
estimar a melhor freqüência para execução de pesquisas de detecção de
vazamentos e também o impacto da redução de pressão na área selecionada.
5.4.3 Modelagem Matemática
A modelagem matemática é uma ferramenta muito útil para simulação do
comportamento hidráulico de uma rede de distribuição. Para utilização apenas nesse
sentido (restringindo seu uso para controle da qualidade da água) pode se trabalhar
com um sistema de rede esboçado, onde só é introduzido no modelo as tubulações
principais. A prática de esboçar a rede requer uma certa experiência do usuário para
não haver uma distorção com relação ao sistema real.
Já existem muitos softwares no mercado internacional, que podem muito bem serem
utilizados no Brasil. Sua utilização pode auxiliar no dimensionamento e na escolha
do sistema de controle de pressões (implantação de VRP’s e boosters, novo
reservatório, reforço de rede, etc.), pois permite visualizar o comportamento da rede
com suas variações de pressão em todos os pontos do sistema por períodos de 24
horas ou durante dias. O mesmo modelo pode ser usado posteriormente para
simulações de condições operacionais excepcionais, decorrentes de necessidades
de racionamento ou direcionamento da água para utilização num combate a um
incêndio, por exemplo.
O ponto chave da boa utilização de modelos matemáticos é a sua calibração. A
verificação para que o modelo espelhe o sistema real, necessita da definição de
quais e quantos pontos de medição de pressão e vazão são necessários e
suficientes para essa análise.
Os pontos básicos que necessitam de medição são os seguintes:
•
Nível de reservatórios;
•
Vazão de saída de reservatórios (ou de entrada, havendo a necessidade de
transformar em vazão de saída, sabendo-se a área do reservatório e as variações
de nível ocorridas);
27
•
Vazão de boosters e VRP’s;
•
Pressões a montante e a jusante de boosters e VRPs; e
•
Pressão(ões) no(s) ponto(s) crítico(s).
Verifica-se que quanto maiores são as perdas de carga no sistema em estudo, maior
será a quantidade de pontos de medição necessários para a calibração do modelo.
Somente após a certificação de calibração do modelo é possível utilizá-lo para
simulações. Caso o modelo seja utilizado sem ter sido calibrado, as simulações
decorrentes poderão levar a resultados completamente irreais.
A E.P.A. – “U. S. Environmental Protection Agency” disponibiliza, através da Internet,
um modelo denominado EPANET, que embora possua ainda um sistema de entrada
de dados não muito amigável, possibilita resultados gráficos satisfatórios para
análise de pressões em pontos da rede, velocidade nas tubulações e qualidade de
água, sendo recomendado como o software ideal para um primeiro conhecimento da
modelagem hidráulica.
5.5 Válvula Redutora de Pressão
As variações topográficas aliadas às perdas de carga dentro de uma zona de
pressão favorecem a utilização de válvulas redutoras de pressão, visando manter
pressões na rede inferiores a 30 mca. O princípio básico da válvula redutora de
pressão é a manutenção de uma pressão fixa na sua saída. Em locais onde se
verificam consideráveis variações de pressão, decorrentes de perdas de carga no
sistema, torna-se interessante a utilização de controladores eletrônicos, que são
equipamentos dotados de circuito eletrônico com armazenador de dados e válvulas
solenóides, alimentados através de bateria de lítio, com uma vida útil de
aproximadamente 5 anos. Assim, há três tipos básicos de controle de pressão com
utilização de VRP:
•
Pressão de saída fixa (VRP sem controlador): é usada quando o sistema a ser
28
controlado não tem mudanças significativas de demanda, bem como perdas de
carga relativamente pequenas (menores do que 10 mca, sob quaisquer
condições de operação), (vide Figura 5.3)
Figura 5.3 - Representação da operação de VRP com saída fixa sem modulação()
•
modulação por tempo: é usada para controlar um sistema que apresenta grande
perda de carga (superior a 10 mca), porém de perfil regular de consumo. Assim,
a válvula irá trabalhar com patamares de pressão de saída, ajustados no tempo.
•
modulação por vazão: é usada para controle em sistemas que apresentam
grande perda de carga (grandes áreas) e mudanças no perfil de consumo, que
podem ser no tipo de uso, na sazonalidade ou na população (como no caso de
cidades turísticas). Apesar de ser o tipo de controle mais eficiente, necessita de
controlador mais caro, além de um medidor de pulso de vazão. (vide Figura 5.4)
29
Figura 5.4 - Representação do funcionamento de VRP com modulação por vazão
Em locais já operados, a priorização de instalação de VRPs pode ser feita em função
do histórico de incidência de vazamentos, alta pressão e índice de perdas elevado.
A viabilidade de controle de pressão na região candidata à instalação da VRP pode
ser avaliada pela medição da pressão no ponto crítico, durante o período de máxima
vazão, onde pressões acima de 30 mca indicam potencial para o controle de
pressão. Um critério alternativo de avaliação pode ser um valor de referência de
pressão mínima de 35 ~ 40 mca na AZNP.
Em área já operada é preciso fazer a avaliação do efetivo isolamento da área
através da verificação de fechamento de registros e, se necessário, a sua instalação
para isolamento da área.
Tanto para a instalação, como para futuros controles da atuação da VRP, é
necessária a instalação de medidores de vazão.
30
Os pontos de medições necessários para o bom dimensionamento da válvula são:
•
Medição de vazão e de pressão à montante do local de instalação da VRP;
•
Medição de pressão no ponto crítico;
•
Medição de pressão no ponto representativo da pressão média noturna (AZNP);
•
Medição de pressão em ponto próximo a um grande consumidor.
Para dimensionar corretamente a VRP e escolher o método de controle ou
modulação (pressão de saída fixa ou modulada pelo tempo ou pela vazão) é
importante considerar o impacto das flutuações sazonais na demanda e o tipo de
área que está sendo suprida. A maior parte das áreas tem alguma forma de
macromedição (parcial ou total). Geralmente, a VRP deve controlar somente uma
parte do setor; no entanto, as leituras de um macromedidor são uma boa indicação
do tipo de mudança que pode ocorrer devido ao efeito da sazonalidade.
Por exemplo, em áreas predominantemente residenciais, o consumo vai aumentar
durante os meses de verão e decrescer nos meses de inverno. Já nas cidades
turísticas, a população flutuante é responsável por grande variação do perfil de
consumo, nos fins de semana e nas altas temporadas.
É recomendável a realização de uma pesquisa de vazamentos e o reparo de todos
os vazamentos encontrados, na área de influência da futura válvula, antes da
realização das medições de vazão, pois a tendência é haver uma redução na vazão
do sistema após a implantação da VRP (redução dos vazamentos) e as vazões
medidas serão utilizadas para o dimensionamento da válvula (isso evitará um
possível super-dimensionamento da VRP).
31
5.5.1 Funcionamento
A maioria dos fabricantes trabalham com uma válvula do tipo globo ou angular,
operada hidraulicamente, controlada pelo acionamento direto de mola, diafragma e
válvula piloto.
O circuito piloto permite um total auto-ajuste da válvula, e assegura um controle
extremamente preciso da pressão reduzida, dentro de extensas variações de vazão.
A válvula fica normalmente aberta quando a pressão da linha é aplicada na entrada
da válvula. Quando essa mesma pressão é aplicada na cabeça da válvula, a válvula
se fecha, porque a área do diafragma ou pistão é maior que a área da sede da
válvula. É o controle da pressão acima do diafragma ou pistão que determina a
posição da válvula principal – ou seja, aberta, fechada ou em uma posição
intermediária. (vide Figura 5.5)
33
Figura 5.5 - Esquema de Funcionamento de uma VRP( Catalogo Clayton)
33
O controle piloto é um acionamento direto, ajustável, projetado para permitir o fluxo
quando a pressão a jusante fica abaixo da ajustada pela mola. Com o incremento na
demanda, há como resultado a queda na pressão de jusante (controlada). A válvula
piloto sente esta queda na pressão e a mola irá causar uma abertura na válvula.
Como a válvula piloto abre, a pressão é sangrada da cabeça da válvula principal,
permitindo a linha de pressão principal abrir a válvula principal. A válvula principal
continua a abrir até que a pressão a jusante tenha retornado ao valor
correspondente ao ajustado na válvula piloto. O reverso acontecerá num incremento
na pressão controlada, resultante de uma redução da demanda.
5.5.2 Dimensionamento
Para dimensionar uma VRP é necessário saber o seguinte:
•
Pressões máxima e mínima de entrada;
•
Pressão de saída;
•
Vazão máxima horária;
•
Vazão mínima horária.
Cada fabricante tem sua metodologia para o dimensionamento de sua válvula, mas,
de maneira geral, a velocidade mínima deve ser de 1,2 m/s (4 pés/s) e a velocidade
máxima de 7,5 m/s (25 pés/s), referentes ao diâmetro nominal da válvula. Caso seja
mantida uma vazão constante, esta não deve ter velocidade superior a 6 m/s (20
pés/s). A escolha do diâmetro da válvula deve seguir, então, a tabela abaixo.
O diâmetro escolhido deve ser aquele com a vazão máxima nominal igual ou maior
que a vazão máxima horária do local a ser controlado. A vazão mínima nominal não
poderá ser maior que a vazão mínima horária. Caso isso ocorra, deve-se utilizar uma
segunda VRP de diâmetro menor (dimensionada para operar com as vazões
mínimas) em paralelo à VRP principal, onde a somatória das vazões máximas seja
superior à vazão máxima requerida.
34
Tabela 5.1 - Vazões e Coeficientes da VRP ( Catalogo Bayard)
Diâmetro Nominal
Vazão (m3/h)
(mm)
(pol.)
Mínima
Máxima
32
11/4"
3
26
38
11/2"
5
36
50
2"
8
59
65
21/2"
14
84
80
3"
22
129
100
4"
34
227
150
6"
76
522
200
8"
136
886
250
10"
212
1363
300
12"
305
1953
350
14"
416
2385
400
16"
543
3180
Obs.: Para vazões constantes, utilizar como vazão máxima valor 25% menor.
Cv
(m3/h)
8,40
9,09
12,49
21,58
28,39
49,97
104,48
190,79
317,98
392,93
522,40
670,03
É necessário verificar se a válvula escolhida não produz uma perda de carga
superior à perda desejada (pressão de entrada mínima menos a pressão de saída)
durante a vazão máxima horária. A perda de carga a ser produzida pela válvula
totalmente aberta é determinada através da seguinte equação:
ΔP = (Q/Cv)2 ,onde:
ΔP é a perda de carga da válvula totalmente aberta, em mca;
Q é a vazão, em m3/h; e
Cv é o coeficiente de perda de carga relativo a vazões em m3/h.
Caso a perda de carga da válvula seja superior ou fique muito próxima da perda
desejada, escolher
a válvula com diâmetro nominal imediatamente superior e
recalcular. Caso os valores fiquem muito próximos, é preciso verificar a perda de
carga dos demais elementos do sistema.
Ainda é necessário verificar o risco de cavitação da válvula. Utilizando o gráfico da
Figura 5.6, faz-se o cruzamento da pressão máxima de entrada da VRP com a
pressão de saída requerida. Caso o ponto de cruzamento caia dentro da área
sombreada, é sinal de que haverá, além de ruídos, danos físicos à válvula. Nesse
35
caso deve-se prever instalação em série de válvulas com o mesmo diâmetro, ou
rever a concepção, criando-se mais de um plano piezométrico na área onde se
pretende reduzir a pressão.
Figura 5.6 - Gráfico para verificação de cavitação (Catalogo Bayard)
5.5.3 Instalação
A implantação compreende as seguintes atividades básicas:
Execução das caixas;
Execução do “by-pass” e instalação dos registros gaveta;
Instalação da VRP, acessórios e do filtro a montante;
Instalação de hidrômetro e de controlador, quando aplicável.
A inclusão de um filtro a montante da VRP é fundamental para garantir a
operacionalidade da válvula, sem trazer danos a mesma. Ainda, é recomendável a
colocação de uma ventosa na cabeça da válvula em locais onde há intermitência no
abastecimento, pois se houver entrada de ar na cabeça da válvula o sistema
hidráulico-operacional será afetado.
O hidrômetro, necessário para utilização de modulador por vazão, deve ser instalado
a 12 diâmetros nominais - DN a jusante da primeira conexão e a 5 DN a montante da
36
primeira conexão, para garantir a sua precisão.
Na Tabela abaixo temos os valores mínimos das dimensões das caixas de válvulas.
A caixa I é utilizada para abrigar o conjunto de peças para uma VRP sem modulação
por vazão, ou uma com modulação de vazão, que abrigará apenas o hidrômetro, a
VRP e a válvula de bloqueio de jusante. A caixa II é utilizada para abrigar a válvula
de bloqueio de montante e o filtro, sendo somente necessária no caso de VRP
modulada por vazão.
Tabela 5.2 - Dimensões padrão para caixas de VRP ( Normas Técnicas SABESP)
DN (mm)
Dimensão
CAIXA I (mm)
CAIXA II (mm)
100
A (largura)
1200
1200
a
B (comprimento)
4000
2700
200
C (profundidade)
2000
2000
250
A (largura)
1500
1500
a
B (comprimento)
6000
6000
400
C (profundidade)
2000
2000
A Figura 5.7 mostra um desenho de uma instalação-padrão de uma VRP dotada de
controlador de vazão (necessidade de instalação de hidrômetro).
37
Figura 5.7 - Dimensões padrão para caixas de VRP ( Normas Técnicas SABESP)
5.5.4 Operação
A metodologia para operação de uma nova instalação é apresentada a seguir:
Medições com a válvula aberta : Estas são medições feitas durante um período
mínimo de 24 horas. São medidas a vazão de entrada na VRP e as pressões na
entrada e na saída da VRP , no ponto representativo da pressão média noturna e
nos pontos críticos do sistema. Esses dados devem ser coletados através da
utilização de “data loggers”. Nessa campanha, a VRP deve ficar em sua posição
totalmente aberta. (vide figura 5.8)
38
Figura 5.8 - Esquema Hidráulico Típico de Montagem da VRP com Hidrômetro( Projeto
Padrão Sabesp)
39
Os seguintes dados devem ser considerados:
•
Vazão total entrando na área de influência da VRP;
•
Vazão mínima noturna;
•
Pressão mínima e máxima no ponto crítico;
•
Cálculo da vazão de vazamento; e
•
Pressão média noturna da região.
Teste controlado com pressões de saída reduzidas : Primeiramente deve-se regular a
VRP para reduzir a pressão máxima do sistema em estágios de aproximadamente 5
mca e monitorar as vazões e as pressões por 24 horas. Em seguida, obter os
resultados como mostrado no item anterior. Repetir o teste até que a pressão desejada
do ponto crítico seja atingida. Todas as etapas serão supervisionadas de forma a
confirmar os resultados das características estimadas nos estudos preliminares.
Teste adicional para válvulas com modulação pela vazão : No caso de uma válvula
com modulação pela vazão, todos os testes acima citados precisam ser efetuados com
o modulador de vazão desligado. Depois a modulação deve ser aplicada com pelo
menos 24 horas de monitoramento.
É possível reduzir a pressão com a modulação pela vazão para atingir a pressão
mínima desejada (geralmente entre 10 e 15 mca) no ponto crítico do sistema. Depois
deve-se monitorar novamente, durante 24 horas.(vide figura 5.9)
40
Figura 5.9 - Gráfico demonstrativo de recuperação de perdas( Fonte: Relatório de avaliação de
performance de VRP instalada na Rua dos Pilões – Setor de abastecimento Sacomã (RMSP)
– BBL/SABESP)
Operação das instalações e medição de performance do sistema : a operação de cada
VRP sempre que possível deve ser feita em três etapas:
•
Redução inicial de pressão, seguida de monitoramento das pressões e vazão;
•
Segunda diminuição de pressão, seguida de monitoramento das pressões e vazão;
•
Ajuste da pressão desejada, seguido de monitoramento das pressões e vazão, por
duas semanas, com eventuais ajustes finos do perfil de pressão a jusante da VRP.
41
5.6
Equipamentos utilizados na VRP
Na Instalação de uma VRP, alem da própria VRP é necessário instalar outros
equipamentos para a melhoria da performance da Válvula, como mostras os itens a
seguir.
5.6.1 Válvula Redutora de Pressão - VRP
As válvulas redutoras de pressão são dispositivos que reduzem automaticamente uma
determinada pressão de montante (alta), a uma pressão de saída estável (jusante),
qualquer que sejam as variações nas vazões e nas pressões de montante. Assim, as
VRPs são válvulas de precisão automáticas, do tipo globo ou angular, de acionamento
hidráulico e normalmente controladas mediante uma válvula auxiliar piloto, capaz de
manter a pressão de jusante, em regime permanente , abaixo de um valor pré
determinado.
Quando a pressão normal de jusante excede o valor pré-determinado, regulado sobre o
piloto auxiliar de controle, a válvula principal (VRP) e a válvula piloto fecham
hermeticamente.
O sistema de controle deve ser sensível às menores variações de pressão de tal forma
que controle instantaneamente a válvula principal para manter a pressão constante , á
jusante, conforme especificada. Normalmente o ajuste de regulagem da pressão se
realiza através de um parafuso ajustável localizado acima do corpo da válvula piloto.
Vários são os fabricantes de válvulas redutoras de pressão, sendo que as marcas mais
utilizadas no Brasil, principalmente na SABESP são a WATT ( tecnologia Inglesa),
BERMAD , DOROT ( tecnologia israelense), CLAVAL , SINGER ( tecnologia americana)
e VALLOY ( tecnologia brasileira)..
42
A redução da pressão da coluna de água, deve-se às perdas de carga (kV2/2g)
verificadas através da válvula. Assim, quando a VRP estiver totalmente aberta, a perda
são mínimas e, á medida que se feche, a perda de carga tendem á aumentar.
Convém ressaltar que, a instalação da VRP requer outros acessórios complementares,
normalmente abrigados em caixas de concreto, o que implica na definição, mais
abrangente, do conjunto de tubos e válvulas, de estruturas de controle. Dessa forma o
conjunto deve ser analisado como uma instalação, uma vez que as perdas localizadas
dos diversos componentes devem ser consideradas nos estudos hidráulicos para
permitir comparações mais exatas com dados de medição obtidos no campo.
5.6.2 Cavitação e Estruturas de Controle
A característica específica de alguns equipamentos é inadequada para situações
operacionais extremas, em vários casos, ocorre o fenômeno de cavitação, que provoca
danos irreversíveis em componentes da instalação, ruídos excessivos que interferem
com o meio ambiente, e vibrações excessivas que podem comprometer a operação do
sistema.
As análises criteriosas das condições operacionais na fase de projeto, bem como os
testes rigorosos de recebimento dos equipamentos e a operação adequada, permitem
controlar a ocorrência do fenômeno e evitar os problemas comentados.
5.6.3 Sistema de Medição de Vazão
Em algumas instalações de válvulas redutoras de pressão, torna-se necessária a
instalação de medidores de vazão de tal forma que se obtenha um esquema ideal de
controle automático da pressão, através da utilização de Controladores Inteligentes.
43
Neste esquema a pressão de descarga pode ser determinada diretamente pela
demanda do sistema de distribuição, obtida em tempo real através do medidor de vazão
conectado ao controlador inteligente, normalmente são utilizados hidrômetros com
geração de pulsos através de relé “Reed”.
5.6.3 Controlador Inteligente de Válvula Redutora de Pressão
O Estado da Arte atual em termos de controle é o Controlador Lógico Programável
(CLP) que é um sistema de controle onde a seqüência de operações é executada
através de uma série de instruções livremente programáveis por “Software”.
Implementado com microprocessador e outros circuitos integrados auxiliares, o CLP
substitui o controlador convencional onde a seqüência depende da lógica fixa de
combinações de contatos de relés por “Hardware”.
Em função do tipo de variação horária da área a ser atendida pelas VRPs, vem-se
adotando dois tipos de controladores inteligentes que permitem controlar as VRPs nas
seguintes condições:
Controlador Inteligente de VRP - Tipo 1
• Controle Manual - Permite estabelecer o valor da pressão de descarga desejada;
• Controle Horário - Permite o controle automático a partir da definição de diferentes
níveis de pressão de acordo com a hora do dia, definindo, desta forma, um modelo
diário de pressão de descarga, que se repete a cada dia;
• Controle por modulação de vazão - A pressão de descarga é determinada
diretamente pela demanda do sistema de distribuição, obtida em tempo real por
um medidor de vazão conectado ao controlador inteligente;
44
Controlador Inteligente de VRP - Tipo 2
• Controle Horário - Permite que o operador estabeleça, no mínimo , quatro horários
em que a pressão controlada à jusante deva ser alterada ( Pressão máxima e
mínima);
• Controle por modulação de vazão - A pressão de descarga é determinada
diretamente pela demanda do sistema de distribuição, obtida em tempo real por
um medidor de vazão conectado ao controlador inteligente, através da definição
de uma tabela com dois pontos, onde cada ponto define a pressão de jusante
requerida (máxima ou mínima) para a vazão definida.
5.6.4 Equipamentos
No Brasil, a empresa ENOPS Engenharia representa as válvulas de controle de
fabricação da empresa americana. Cla-Val Co.
As válvulas de controle auto-operadas são utilizadas nas mais distintas aplicações
como: saneamento básico, irrigação, proteção de incêndios, linha de produção
industrial, navios, combustíveis, e abastecimento de aviões.
O funcionamento da válvula ocorre utilizando-se a pressão hidráulica do fluido
controlado como fonte de energia para a abertura e fechamento da mesma, não
necessitando nenhuma fonte externa de energia, para qualquer diâmetro de válvula.
45
Figura 5.10 Valvula Redutora de Pressão (Fonte: Catálogo CLA-VAL)
Os controladores inteligentes utilizados são de fabricação da WESSEX empresa inglesa
na qual a ENOPS representa no Brasil. A WESSEX é fabricante dos data-loggers e
controladores de VRP de maior aceitação no mercado nacional, atendendo totalmente
as especificações do Edital, além de possibilitar uma futura telemetria através de
modem externo instalados.
Os controladores também possuem armazenadores de dados (data-loggers) de três
canais:
•
Vazão;
•
Pressão de montante e;
•
Pressão de jusante.
Figura 5.11 Controlador 10 pontos (Fonte: Catálogo CLA-VAL)
46
5.7 Pesquisa de vazamentos não visíveis
As ações e atividades utilizadas para o controle de vazamentos são as seguintes:
•
Controle de Vazamentos (Corretivo): Pesquisa e detecção de vazamentos não
visíveis;
•
Controle de Vazamentos (Preventivo) :
Instalação de VRPs , Operação e
Manutenção
de
das
VRPs,
Implantação
setores
ou
resetorização
e
gerenciamento da rede através de pontos de controle.
No caso das atividades de pesquisa e detecção de vazamentos não visíveis se utiliza
o Correlacionador de Ruídos (¨ Leak Noise Correlator¨) cujo funcionamento é descrito a
seguir:
O som produzido pela água escapando de uma tubulação pressurizada é conhecido
como “ruído de vazamento”, o qual se propaga em direções opostas, ao longo do tubo,
a uma mesma velocidade. Este ruído é detectado pela colocação de sensores sonoros
que são, na verdade, microfones supersensíveis, em ambos os lados do vazamento.
Os sensores são colocados em pontos de acesso à tubulação que podem ser válvulas,
hidrantes, ramais prediais, ventosas, etc, como mostra a figura 5.12 abaixo O ruído é
convertido em sinais elétricos que são transmitidos por pré-amplificadores especiais,
através de ondas de rádio ou de cabos elétricos. Estes sinais são recebidos por um
correlacionador de ruídos computadorizado e a posição do vazamento pode ser lida
com precisão em um mostrador de cristal líquido
Figura 5.12 ruido de vazamento (Fonte: ABEND - 1998)
47
A metodologia utilizada para pesquisa de vazamentos utilizando-se correlacionador de
ruídos baseia-se nos seguintes parâmetros:
Distância (D) - o comprimento da tubulação entre os sensores é precisamente
determinado e fornecido ao correlacionador.
Velocidade (V) - o ruído propaga-se através do tubo, em função do material e diâmetro
da tubulação. A velocidade de propagação do ruído do vazamento é medida em metros
por milésimos de segundos (m/ms). As ondas sonoras caminham a diferentes
velocidades em diferentes materiais. Como exemplo são apresentados , a seguir, os
valores da velocidade de propagação do som:
- No ar : 0,33 m/ms;
- Na água : 1,43 m/ms;
- No aço : 5,06 m/ms;
Uma lista e valores de V para diversos materiais está contida na memória do
correlacionador de ruídos.
Tempo de retardo (Tr) – Eventualmente a posição do vazamento não se encontra
exatamente à meia distância entre os dois sensores. Neste caso, o som produzido pelo
vazamento chega antes a um dos sensores. Assim, existe um tempo a mais para se
atingir o segundo sensor. Esse tempo é denominado Tempo de Retardo do som, e é
esse tempo que o correlacionador mede. O tempo de retardo é medido em milésimos
de segundo.
48
Figura 5.13 – Caminhamento do Ruido (Fonte: SABESP)
A partir da entrada de dados e das potencialidades do Correlacionador de Vazamentos
calcula a verdadeira localização do vazamento fornecido para a distância L, do
vazamento até o sensor mais próximo:
L = (D – (V*Tr)) / 2
Os resultados da correlação são armazenados na memória do equipamento podendo
emitir cópia no campo ou no escritório utilizando a impressora que acompanha o
correlacionado.
5.8
Equipamentos utilizados na Pesquisa de Vazamentos não Visíveis
Neste item são apresentados os principais equipamentos utilizados no Brasil para a
detecção de vazamentos não visíveis.
5.8.1 – Data Logger de Ruído “Permalog”
Os Permalogs possuem como objetivo a definição de trechos onde existem vazamentos
e conseqüentemente deve ser realizada a pesquisa de vazamento.
49
O funcionamento dos equipamentos ocorre no horário da vazão mínima noturna das
2:00 as 4:00 horas, verificando a existência de ruídos altos e constantes que são
característicos de um vazamento.
A coleta dos dados levantados pelos equipamentos deve ser feita durante o dia, através
de transmissão de rádio, para uma unidade de coleta, sem necessidade que o operador
saia do carro ou viatura.
O seu uso permite a realização de várias pesquisas em uma mesma área, localizando
vazamentos nunca encontrados por nenhuma outra metodologia, e reduzindo a vazão
mínima noturna a patamares nunca vistos.
50
Figura 5.14 Sensor de Ruídos Permalogs e Patroler (Fonte: Catálogo ENOPS)
Figura 5.15 Instalação Permalogs e Patroler (Fonte: Catálogo ENOPS)
51
5.8.2 - Geofones
O geofone é a ferramenta fundamental para realizar qualquer pesquisa de vazamentos
não visíveis, e por isso deve ser a primeira a ser adquirida por qualquer empresa de
saneamento básico. São equipamentos de localização e confirmação do ponto exato do
vazamento.
A Palmer desenvolveu três modelos distintos de geofones eletrônicos que vão desde o
modelo mais portátil sem display e filtros até o mais complexo com display, fone de
ouvido de aviação, e sistema de isolamento acústico do sensor.
Figura 5.16 - Geofone Lmic (Fonte: Catálogo ENOPS)
52
Figura 5.17 - Geofone Gmic (Fonte: Catálogo ENOPS)
Figura 5.18 - Geofone Xmic (Fonte: Catálogo ENOPS)
53
Os correlacionadores de ruídos ao ouvirem o mesmo ruído suspeito de vazamento,
medem o tempo que o som, medem o tempo que o som destes ruído leva levam para
alcançar cada um dos dois sensores, é calculada desta forma a diferença de tempo que
o mesmo ruído leva para alcançar os dois sensores, sabendo-se a distancia entre os
sensores, e velocidade do som na tubulação, o correlacionador calcula a distancia que
o vazamento está de cada um dos sensores.
Figura 5.19 - Correlacionador de Ruídos SoundSens (Fonte: Catálogo ENOPS)
54
6 VRP MANOEL COELHO
Este estudo de caso apresenta a área de abrangência desta VRP, instalada no ano de
2003, pela Enops Engenharia Ltda, prestando serviço para o Departamento de Água e
esgoto do município de São Caetano do Sul DAE-SCS, dados característicos deste
Subsetor, as medições de vazão antes e após a calibração da VRP, a medição de
pressão no ponto crítico, o dimensionamento da válvula, o projeto hidráulico, croqui de
amarração, fotos da instalação da válvula, os parâmetros de regulagem e o volume
economizado com a calibração da VRP e após os reparos dos vazamentos não visíveis
encontrados na pesquisa de vazamento Todos os Itens a seguir foram tirados do Data
Book “VRP MANOEL COELHO” entregue pela Enops Engenharia ao DAE de São
Caetano do Sul, assim como o Data Book “Pesquisa de Vazamentos não visíveis na
área de influência da VRP Manoel Coelho” no ano de 2003.
6.1 Área de influência
A área isolada da VRP Manoel Coelho está compreendida dentro do setor de
abastecimento Osvaldo Cruz Zona Baixa com entrada pela Rua Manoel Coelho (linha
de DN 450mm) e está delimitada pela Rua Francisco Matarazzo, Viaduto
Independência, Avenida do Estado, Avenida Guido Aliberti, Avenida Goiás e Rua
Manoel Coelho.
6.2 Característica Física
Neste item apresentamos os dados físicos e técnicos mais significativos do Subsetor da
VRP Manoel Coelho.
O Subsetor da VRP Manoel Coelho é responsável pelo abastecimento da região central
da cidade de São Caetano do Sul junto com o bairro da Fundação. Este Subsetor
abastece uma grande área e a região mais antiga de São Caetano do Sul. Apresenta
três tipos de ocupações:
55
Comércios – localizados em ruas como a Rua Manoel Coelho e Rua Baraldi;
Residências – localizadas no Bairro Fundação e em outras ruas da região;
Grandes consumidores – como o Extra, o Shopping São Caetano, o Carrefour, a
Concessionária Renault, a Concessionária Primarca e etc;
Figura 6.1 - Vista da região abastecida pela VRP Manoel Coelho – Rua Baraldi x Rua Manoel
Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
6.3 Medição de Vazão e Pressão
Neste item apresentamos as medições de vazão e pressão realizada na VRP e a
medição de pressão no ponto crítico.
Estas medições foram feitas com o objetivo de fazer o dimensionamento da VRP e
analisar o comportamento do sistema de distribuição antes da válvula ser instalada na
Rua Manoel Coelho.
56
A medição de vazão e pressão na Rua Manoel Coelho foi realizada através da
instalação de um TAP e de um DPlog - logger diferencial de pressão - na tubulação da
entrada do Subsetor (DN 450mm).
Abaixo temos a foto da máquina Muller instalada na tubulação para furar a rede e
posteriormente instalar o TAP
Figura 6.2 - Funcionário da Enops instalando o TAP para medição de vazão
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
57
A seguir temos a foto do TAP e do DPlog instalado na tubulação para medir a vazão e
pressão na entrada da área.
Figura 6.3 - DPlog instalado na tubulação para medir a vazão
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
Foram instalados dois loggers de pressão na área abastecida pela VRP Manoel Coelho,
sendo um no local que apresentou a menor pressão dentro do Subsetor e o outro
logger foi instalado no ponto de maior pressão dentro do Subsetor.
O ponto de menor pressão (ponto crítico) é o imóvel localizado na Avenida Goiás
Nº419. O ponto de maior pressão é o imóvel localizado na Rua Collygni Nº25.
58
A seguir temos a foto do logger instalado no ponto crítico de pressão
Figura 6.4 - Logger de pressão instalado no imóvel da Avenida Goiás Nº419.
(Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
6.4 Dimensionamento da VRP
A partir das medições de vazão e pressão na Rua Manoel Coelho e no ponto crítico
localizado na Avenida Goiás Nº419, foi dimensionada o Sistema de Redução de
Pressão em função da equação da perda de carga localizada e pelos catálogos dos
fabricantes da válvula, hidrômetro e do filtro Y.
A Tabela 6.1 abaixo mostra o cálculo da perda de carga localizada para os diâmetros
de 200, 250 e 300, para a vazão máxima de 350 m³/h, vazão mínima de 180 m³/h,
pressões máximas de 47 mca e pressões mínimas de 38 mca. Foi dimensionado um
Sistema Redutor de Pressão de DN 250mm em função de termos a menor perda de
59
carga em todo o sistema e também por apresentar uma velocidade de escoamento
compatível com o conjunto (2,0 m/s).
Tabela 6.1 – Dimensionamento da VRP Manoel Coelho
Dimensionamento do conjunto hidráulico da VRP
Fórmula utilizada:
Local:
Rua Manoel Coelho
V2
450
Diâmetro da rede (mm):
=
Δ
h
k
350
Vazão Máxima (m³/h):
2g
Peças a serem instaladas
segundo o projeto
Tê entrada
Registro Euro 23
Curva 90º
Filtro
Hidrômetro
VRP
Curva 90º
Registro Euro 23
Tê Saída
Redução450x300
Redução300x250
Redução250x200
Diâmetro (mm)
250
300
Critério
Velocidade (m/s)
Adotado
3,1
2,0
1,4
Perda de carga nas peças
0,625
0,256
0,123
(1)
0,034
0,014
0,007
(1)
0,552
0,226
0,109
(1)
1,220
0,950
0,270
(2)
0,080
0,060
0,030
(2)
6,730
1,793
0,729
(2)
0,552
0,226
0,109
(1)
0,034
0,014
0,007
(1)
0,395
0,162
0,078
(1)
0,078
0,032
0,015
(1)
0,051
0,021
(1)
0,058
(1)
10,408
3,753
1,478
200
k
1,28
0,07
1,13
1,13
0,07
0,81
0,16
0,10
0,12
Perda de carga de todo o conjunto da VRP
(1) - Obtida pela fórmula citada acima
(2) - Obtida pelo gráfico do fabricante
As células na cor rosa indicam peças que podem não ser necessárias em todos
os projetos. Onde temos a indicação da perda de carga a peça será utilizada.
60
6.5 Instalação do Sistema Redutor de Pressão
Apresentamos a seguir em ordem cronológica da obra algumas fotos da montagem da
VRP e da válvula pronta com o controlador de VRP modelo 10 Pontos instalados.
Figura 6.5 - Máquina fazendo a abertura da vala para instalação da VRP (Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.6 - Sinalização noturna devido a obra realizada na Rua Manoel Coelho (Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
61
Figura 6.7 - Montagem hidráulica da VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003).
Figura 6.8 - Montagem hidráulica sendo transportada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003)
62
Figura 6.9 - Montagem hidráulica sendo instalada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano
do Sul, 2003)
Figura 6.10 - Caixa sendo construída na VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE
São Caetano do Sul, 2003)
63
Figura 6.11 - Funcionário da Enops dando acabamento na caixa da VRP Manoel Coelho (Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.12 - Ferragem sendo montada na VRP Manoel Coelho (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE
São Caetano do Sul, 2003)
64
Figura 6.13 - Obra na VRP Manoel Coelho finalizada (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.14 - VRP e Controlador instalados (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul,
2003)
6.6 Calibração e Regulagem do Sistema
65
A calibração do sistema teve início com a definição do ponto crítico do Subsetor da
VRP Manoel Coelho. Para isso foram realizadas medições de pressão instantâneas e
com loggers em alguns pontos internos ao Subsetor da VRP Manoel Coelho. Como já
foi mencionado anteriormente ficou definido que o ponto crítico é o cavalete do imóvel
da Avenida Goiás Nº419.
Apesar do ponto crítico estar localizado próximo da VRP, a perda de carga para a água
chegar até este cavalete é muito grande, pois a região próxima da Rua Manoel Coelho
é abastecida por uma única derivação de DN 75 mm da rede principal de DN 450mm.
Embora a perda de carga seja alta, cerca de 10 mca na hora de maior consumo, isto
acabou não atrapalhando o rendimento da VRP.
Com a instalação dos loggers e controladores no ponto crítico e na VRP, foi possível
definir os parâmetros de regulagem desta VRP. Esta VRP foi calibrada e ajustada para
trabalhar por vazão. Os parâmetros são mostrados no quadro abaixo:
Tabela 6.2 – Parâmetros de regulagem
VRP MANOEL COELHO
Vazão (m³/h)
Pressão (mca)
320
32
290
28
250
23
200
18
160
15
50
10
A seguir apresentamos os gráficos de pressão e vazão da válvula em três situações:
antes da operação da VRP(figura 6.15), antes e depois (figura 6.16) e após a operação
da VRP (figura 6.17).
66
Figura 6.15 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes da calibração(Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003)
67
Figura 6.16 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes e depois da calibração(Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
68
Figura 6.17 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP após a calibração(Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003)
69
6.7 Avaliação da Performance do Sistema
Com a regulagem da VRP, foi iniciada a avaliação da performance do sistema de
redução e controle de pressão com a quantificação do volume de água que abastecia o
Subsetor, antes e depois da calibração da VRP.
O quadro apresentado a seguir mostra o volume de água consumida durante uma
semana, antes e depois da calibração da VRP, conforme os resultados mostrados no
quadro a seguir:
Tabela 6.3 – Resultados obtidos com a calibração da VRP
VRP MANOEL COELHO
Volume antes da calibração da VRP
38.551 m³/semana
Volume após a calibração da VRP
28.993 m³/semana
Volume economizado
9.558 m³/semana
Volume mensal economizado
40.962,85 m³
A seguir apresentaremos a metodologia para o cálculo do custo da economia:
•
Custo mensal da água economizada pelo DAE SCS = 40.962,85 m³/mês x
0,71R$/m³ = R$ 29.083,62/mês
Com o custo da economia calculado a cima, chegamos ao retorno do investimento
realizado :
•
Valor total do sistema de redução e controle de pressão da VRP Manoel
Coelho (DN 250mm) = R$ 113.021,48
•
Retorno do investimento = R$ 113.021,48 ÷ R$ 29.264,92 = 3,8 meses
Analisando o resultado obtido com a calibração da VRP Manoel Coelho, vemos que os
benefícios da redução e controle de pressão foram alcançados
70
6.8 Pesquisa de vazamentos com Data Logger de Ruído “Permalog”
na área da VRP Manoel Coelho
O trabalho de pesquisa de vazamentos com o Permalog foi desenvolvido após a
implantação e a calibração da VRP Manoel Coelho. Foram utilizados 85 Permalogs.
Como foi mencionado anteriormente o Permalog deve ser instalado de 50 a 100m em
tubulações plásticas. Portanto não era possível abranger toda a área da VRP Manoel
Coelho com esta quantidade de sensores, já que a área inteira apresenta 11 Km.
O primeiro passo do trabalho de pesquisa de vazamentos com o Permalog foi marcar
na planta os pontos prováveis de instalação, respeitando sempre a distância entre os
Permalogs. Essa marcação é apenas uma indicação, já que muitas vezes no campo
existem lotes vagos, longos trechos sem ligações, etc e que impossibilitam a instalação
do Permalog.
A instalação do Permalog é bem simples, não necessitando realizar nenhuma
instalação hidráulica. Basta retirar uma proteção do imã localizado na parte inferior do
equipamento e resetar a sua memória.
Com a marcação realizada, o trabalho de instalação se torna mais fácil e prático. Todos
os pontos em que realmente foram instalados os Permalogs foram marcados na planta.
Foram anotados o número da residência e o número de série do Permalog (Ver item 4
deste relatório – planta da VRP Manoel Coelho). Essa anotação é importante para que
na hora da coleta dos dados com o Patroller (Coletor de dados) possamos identificar o
local exato da leitura e com isso definir o trecho futuro de pesquisa.
A seguir temos uma foto do funcionário da Enops instalando o Permalog no cavalete do
cliente.
71
Figura 6.18 - Funcionário da Enops instalando o Permalog no cavalete do cliente (Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.19 - Permalog instalado no cavalete do cliente (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003)
72
Após a instalação dos Permalogs, eles foram cadastrados conforme o endereço de
instalação no software Permalog 5.0. Esse cadastro foi posteriormente passado para o
Patroller.
Na leitura dos Permalogs com o Patroller, os dados recebidos aparecem conforme está
mostrado no exemplo abaixo:
SERIAL
Lv
Sp
Time
Status
02012712
42
5
09:00
L
02012735
23
21
09:05
N
Intensidade do
ruído em
decibéis
Valor da
dispersão
(variação) do
ruído
Hora da coleta
Análise do
Patroller “No
Leak” e “Leak”
Quando se tem um vazamento na rede o ruído que este propaga é sempre constante
principalmente durante a madrugada. Portanto quando o Permalog entra na condição
Leak (Vazamento), significa que o Permalog registrou um ruído constante com uma
intensidade alta e uma dispersão (variação) baixa.
No exemplo acima, o Permalog com a Serial 02012712 registrou intensidade de 42 dB
e dispersão (variação) de 5 dB, neste caso é um ruído bem constate sem variação e
que portanto é analisado como Leak (Vazamento). Já o Permalog 02012735 registrou
intensidade de 23 dB e dispersão (variação) de 21 dB, neste caso um ruído de
intensidade baixa e uma variação alta, não constatando uma condição de vazamento.
Vale ressaltar que não é uma intensidade alta que mostra uma condição de vazamento,
mas sim uma dispersão baixa, o que caracteriza um ruído constante.
73
Após as leituras com o Patroller, todas essas informações de vazamento e não
vazamento foram passadas para a planta da VRP Manoel Coelho.
Com todas as marcações das indicações de vazamentos realizadas na planta é
possível visualizar facilmente os trechos em que temos que realizar a localização dos
vazamentos.
A localização dos vazamentos foi feita através dos equipamentos citados anteriormente,
como o geofone eletrônico, o correlacionador de ruído, a haste de escuta mecânica e
eletrônica. Toda a parte de localização dos vazamentos como o preenchimento dos
relatórios diários de pesquisa e o relatório de vazamento detectado seguiu o
Procedimento PR-051 da ABENDE.
6.8.1 – Relatório Fotográfico dos vazamentos não visíveis
Abaixo e a seguir temos algumas fotos das marcações de vazamentos feitas no campo,
dos reparos dos vazamentos encontrados, etc.
74
Figura 6.20 - Marcação de vazamento feita na Rua João Luiz Nº90 (Fonte: Relatório ENOPS/
DAE São Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.21 - Vazamento reparado na Rua João Luiz Nº90 (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São
Caetano do Sul, 2003)
75
Figura 6.22 - Marcação de vazamento feita na Rua Alegre Nº644 e Nº654 (Fonte: Relatório
ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
Figura 6.23 - – Equipe do DAE SCS consertando vazamento na Rua Alegre lado Nº504 (Fonte:
Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
76
6.8.2 – Resultados obtidos com a pesquisa de vazamentos
Como foi mencionado anteriormente a pesquisa de vazamentos feita na VRP Manoel
Coelho foi realizada após a instalação e a calibração desta válvula.
Os quadros abaixo mostram os resultados obtidos nas três situações: antes e depois da
instalação e calibração da válvula e após a pesquisa de vazamentos com o Permalog.
Tabela 6.4 – Volumes obtidos antes e depois da calibração da VRP, e após a pesquisa de
vazamentos
VRP Manoel Coelho
Volume antes da instalação da VRP
38.551 m3/semana
Volume após a calibração da VRP
28.993 m3/semana
Volume após a calibração da VRP e após a pesquisa de
vazamentos com o Permalog
18.865 m3/semana
Tabela 6.5 – Vazões e fatores de pesquisa obtidos antes e depois da calibração da VRP, e após a
pesquisa de vazamentos
VRP Manoel Coelho
Vazão mínima
Fator de
noturna
pesquisa
Antes da instalação da VRP
≅ 168 m3/h
76 %
Após a calibração da VRP
≅ 100 m3/h
55 %
≅ 44 m3/h
39 %
Situação
Após a calibração da VRP e após a pesquisa de
vazamentos com o Permalog
O gráfico a seguir mostra os resultados apresentados no quadro acima.
77
Figura 6.24 - Gráfico de Pressão e Vazão da VRP antes e após o reparo dos vazamentos não
visíveis (Fonte: Relatório ENOPS/ DAE São Caetano do Sul, 2003)
78
7 CONCLUSÃO
Analisando os resultados e gráficos mostrados no item anterior, podemos comprovar
outra redução no volume distribuído dentro do Subsetor da VRP Manoel Coelho
após a pesquisa de vazamentos com o Permalog. Podemos afirmar o seguinte :
Com a calibração da VRP reduzimos o volume de água perdido através dos
vazamentos;
Com a pesquisa de vazamentos com o Permalog eliminamos os vazamentos
existentes dentro do Subsetor, reduzindo ainda mais o volume distribuído dentro do
Subsetor da VRP Manoel Coelho;
Ao longo do tempo poderemos comprovar outro benefício da instalação da VRP no
Subsetor VRP Manoel Coelho que é a diminuição no número de novas ocorrências
de vazamentos, bastando para isso acompanhar o valor da vazão mínima noturna,
atualmente em torno de 6 m3/h.
Executando tal procedimento, primeiro instalando e calibrando a VRP para depois
realizar a pesquisa de vazamentos com o Permalog, estamos primeiro eliminando a
causa (pressões elevadas na tubulação) para depois atacarmos o problema
(vazamentos). A tendência é que os novos vazamentos demorem um maior tempo
para surgirem.
79
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