VI SEREA - Seminário Iberoamericano sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de Água
João Pessoa (Brasil), 5 a 7 de junho de 2006
IMPACTO DA SETORIZAÇÃO NO ABASTECIMENTO DE ÁGUA EM ÁREAS
URBANAS
Gilberto Caldeira Barreto1; Daniel Mescoito Gomes;
Lucy Anne Cardoso Lobão Gutierrez; José Almir Rodrigues Pereira;
Resumo - Avaliação hidráulica dos impactos da setorização na distribuição de água em sistemas de
abastecimento em áreas urbanas, com utilização do software EPANET. Inicialmente foram obtidos
dados e informações do 3º setor de abastecimento da Região Metropolitana de Belém. A simulação
do abastecimento de água foi realizada nos Cenário 01 e 02 que tiveram setor interligado e setor
isolado, respectivamente. Com os resultados das variações de pressão foi possível concluir que a
setorização produz impactos positivos expressivos no desempenho hidráulico do sistema estudado.
Abstract - Hydraulic evaluation of the impacts of the limitation in the distribution of water in
systems of provisioning in urban areas, with use of the software EPANET. Initially they were
obtained data and information of the 3rd section of provisioning of the Metropolitan Area of Belém.
The simulation of the provisioning of water was accomplished us respectively Scenery 01 and 02
that you/they had interlinked section and isolated section. With the results of the pressure variations
it was possible to conclude that the limitation produces expressive positive impacts in the hydraulic
acting of the studied system.
Palavras-Chave: Abastecimento de água, setorização, simulação, epanet.
1
Universidade Federal do Pará – UFPA. Setor Profissional do Campus Guamá. Laboratório de Controle de Resíduos LCR. Av. Augusto Correa n° 01 CEP: 66075-900, [email protected] (91) 3201-8073
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INTRODUÇÃO
De acordo com o Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento – SNIS, no ano de 2004 foi
observado atendimento urbano com abastecimento de água da ordem de 95,4% no território
nacional (BRASIL, 2004).
Apesar desse elevado percentual, ainda é precária a qualidade da prestação dos serviços ofertados
pelas concessionárias, o que pode ser facilmente confirmado pelos usuários que sofrem diariamente
com intermitência do fornecimento da água e com o consumo de água com qualidade duvidosa.
A precariedade da qualidade dos serviços de abastecimento público de água hoje pode ocorrer pela
ampliação de rede de distribuição sem respeito a qualquer critério técnico (BRASIL, 1999).
O aumento indiscriminado de extensões das redes de distribuição dos sistemas de abastecimento de
água tem tornado, cada vez mais, complexo e empírico o controle operacional dos sistemas de
abastecimento, porque, além de exceder a área original de abrangência do sistema, prejudica a
eficiência hidráulica da distribuição da água, a elaboração do balanço hidráulico da rede e a
identificação e caracterização dos pontos de fugas (vazamentos e ligações clandestinas).
Gomes (2004) afirma que o controle operacional é a principal ação na gestão das empresas
prestadoras de serviços de saneamento, por influenciar diretamente na qualidade do abastecimento
em relação aos aspectos sanitário, ambiental, econômico e social.
Em Brasil (1999), a setorização é citada como requisito básico para o controle de sistemas de
abastecimento de água. Tsutiya (2004) reforça essa necessidade quando sugere os distritos
pitométricos como unidade de controle operacional, enfatizando, entre outros, a necessidade de
isolamento da rede.
Contudo, apesar do bom desempenho com a setorização do abastecimento de água, alguns gestores
ainda resistem à limitação da área de atendimento, pois isso requer estudos e demanda novos
investimentos.
Essa situação resulta em opiniões divergentes. Alguns técnicos defendem o imediato isolamento da
rede na área destinada ao setor, seguindo a concepção original do projeto, o que, em muitos casos,
pode ocasionar alterações na pressão e vazão de água nas áreas limites. Em contrapartida, outros
técnicos, especialmente os responsáveis pela operação do sistema, entendem ser o aumento da
produção a prioridade, já que o crescimento constante da população exige atendimento imediato, o
que torna a setorização uma ação secundária.
Independentemente da setorização ou não, é indispensável a realização de estudos de desempenho
hidráulico da rede de distribuição, pois isso permite a previsão das alterações de vazão e pressão da
água na área de atendimento.
Nesses estudos podem ser utilizados softwares como ferramenta na gestão operacional e comercial
de sistemas de distribuição de água, para possibilitar a visão sistêmica do abastecimento de água e o
acompanhamento contínuo dos parâmetros hidráulicos, elétricos e comerciais, complementando o
conhecimento e experiência dos técnicos envolvidos no planejamento do projeto e do diagnóstico
de funcionamento de tais sistemas.
Dentre os modelos de simulação hidráulica já desenvolvidos, o EPANET pode ser destacado pela
confiabilidade e quantidade de usuários existentes em muitos países. Esse programa é um software
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de domínio público, desenvolvido pela U.S. Environmental Protection Agency – EPA, com acesso
livre por qualquer usuário.
O EPANET tem um ambiente gráfico integrado para editar os dados descritivos da rede e dos
cenários a modelar, executar simulações hidráulicas e de qualidade da água, aferir o modelo e
visualizar os resultados em vários formatos. Estes incluem a possibilidade de examinar mapas da
rede de acordo com códigos de cores, organizar tabelas de dados, desenhar gráficos em séries
temporais, perfis de condutas, isolinhas, frequências e outros, e ainda produzir relatórios específicos
(energia, calibração e reação).
Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar hidraulicamente os impactos da setorização na
distribuição de água na área urbana, com a utilização do software EPANET, tendo como exemplo
de aplicação prática em setor de abastecimento de água da Região Metropolitana de Belém.
METODOLOGIA
ÁREA DE ESTUDO
A pesquisa foi desenvolvida no 3º setor de abastecimento de água, gerenciado pela Companhia de
Saneamento do Pará – COSANPA e localizado na zona Central da Região Metropolitana de Belém
– RMB, conforme mostrado na Figura 1.
Figura 1: Localização do 3º setor de abastecimento de água da Região
Metropolitana de Belém.
Segundo o Plano Diretor do Sistema de Abastecimento de Água da Região Metropolitana de Belém,
o 3º setor atende população de aproximadamente 89.484 habitantes, com per capita de 386
L/hab.dia, ocupa uma área de 4,74 ha, apresenta 10.093 ligações e 233.175 m de rede.
Atualmente, um dos maiores problemas operacionais da companhia é a falta de delimitação física
entre os setores de abastecimento de água. Na figura 2 e no Quadro 1 são mostradas as interligações
do 3º setor com o 1º, 2º e 8º setores da Zona Central da RMB.
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Figura 2: Interligações do 3º setor com o 1º, 2º e
8º setores de abastecimento da Zona Central da
RMB
Quadro 1: Trechos de interligação do 3º setor com o 1º, 2º e 8º setores de abastecimento da Zona
Central da RMB.
DIÂMETRO
SETOR
LOCALIZAÇÃO
(mm)
INTERLIGADO
Avenida Conselheiro Furtado com Trav. Dr.
300
1º setor
Moraes.
Av. Gentil Bittencourt com Dr. Moraes.
75
1º setor
75
Trav. Dr. Moraes com Av. Braz de Aguiar.
8º setor
75
75
Trav. Dr. Moraes com Av. Nazaré.
2º setor
200
Av. Governador José Malcher com Trav. Piedade
200
2º setor
75
Rua Aristide Lobo com Trav. Benjamim Constant.
2º setor
100
Trav. Benjamim Constant com Trav. Ó de
250
2º setor
Almeira.
Trav. Benjamim Constant com Rua Manoel Barata
75
2º setor
Trav. Benjamim Constant com Rua 28 de
200
2º setor
Setembro
SIMULAÇÃO HIDRÁULICA
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Para avaliar o funcionamento hidráulico da rede de distribuição do 3º setor de abastecimento foi
utilizado o software EPANET. Foram simulados dois cenários hidráulicos:
Cenário 01 – Sistema de abastecimento do 3º setor funcionando com a rede interligada ao 1º, 2º e 8º
setores da Zona Central;
Cenário 02 – Sistema de abastecimento do 3º setor funcionando com a rede isolada do 1º, 2º e 8º
setores da Zona Central;
Nas simulações, foram consideradas as seguintes etapas:
•
Etapa 1 - obtenção e tratamento de dados e informações do sistema de abastecimento.
Nesta etapa foram definidos os dados necessários para as simulações estáticas e dinâmicas do 3º
setor de abastecimento de água, bem como realizada a sistematização dos dados. No Quadro 2 são
apresentados os dados e informações obtidos na COSANPA.
Quadro 2: Dados obtidos para simulações estáticas e dinâmicas do sistema de abastecimento de
água do 3º setor da COSANPA.
UNIDADE DO SAA
DADOS E INFORMAÇOES PARA SIMULAÇÃO
Dimensões do poço de sucção: volume (m3), profundidade útil
(m), níveis operacionais, variação dos níveis operacionais.
Elevatória
Especificação dos CMBs: quantidade, potência, Curva vazão x
Hman.
Dimensões do reservatório elevado: volume (m3), profundidade
Reservação
útil (m), níveis operacionais, variação dos níveis operacionais.
Hidrograma de vazão (saída do reservatório elevado).
Traçado e dimensões de todos os trechos da rede (extensão,
Rede de distribuição
diâmetro e tipo de material).
Topografia da área de abrangência da rede.
•
Etapa 2 – Simulação hidráulica do setor
Para a realização desta etapa foram adotadas as seguintes considerações:
a)
A vazão adotada foi obtida por meio de macromedidor do tipo tubo de Pitot ligado a um
Data Logger, instalados na saída da distribuição no período de outubro de 2004 a novembro de
2005, sendo adotado a vazão médio no período;
b)
Foi adotado o mesmo hidrograma de vazão para os Cenários 01 e 02;
c)
Para a distribuição do consumo de água nos nós foi utilizada planilha do software Excel,
considerando as variáveis: vazão específica e comprimento do trecho;
d)
O nível da lâmina d’água no reservatório elevado de distribuição foi considerado constante,
com pressão de saída de 18 mca, que é o valor médio atualmente utilizado na rotina operacional;
e)
A vazão nas tubulações que interligam os setores foram consideradas a partir do 5
Quadro 3: Valores de vazão para pré-dimensionamento de rede de distribuição de sistemas de
abastecimento de água.
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LIMITES DE PRÉ-DIMENSIONAMENTO
DN
hf máx. ou V máx.
Q (l/s)
75
100
200
300
8m/Km
8m/Km
8m/Km
8m/Km
3,14
6,77
41,00
119,30
f)
Em função das características do 1º, 2º e 8º setores, como baixa pressão e intermitência do
abastecimento, foi adotado o fluxo água saindo do 3º setor para os demais.
RESULTADOS
DADOS E INFORMAÇÕES OBTIDOS
Na Tabela 1 são apresentados os dados e informações obtidos na COSANPA.
Tabela 1: Caracterização das unidades constituintes do 3º Setor de abastecimento de água
Características Operacionais
Volume útil (m³)
8.600
Reservatório apoiado
Área útil (m²)
1.792
Volume útil (m³)
320
Reservatório elevado
Área útil (m²)
49
Potência (cv)
150, 150 e 150
Vazão nominal (l/s)
242, 242 e 242
Estação Elevatória – CMB
Altura manométrica
35, 35 e 35
(m)
Diâmentro (mm)
500
Tubulação de chegada
Material
C
Diâmetro (mm)
350
Tubulação de recalque
Material
fofo
Diâmetro (mm)
400
6. Tubulação de distribuição
Material
fofo
Vazão distribuída
42.189
Fonte: COSANPA (2004).
Na simulação foi adotado reservatório apoiado com nível constante. A curva da bomba foi gerada
por meio da utilização software EPANET, entrando com os dados da altura manométrica e vazão
nominal da bomba, conforme pode ser verificado na Figura 3.
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Figura 3: Curva da bomba utilizada na simulação do 3º setor de
abastecimento de água da Região Metropolitana de Belém.
Os dados do reservatório elevado foram obtidos diretamente da gerência de projetos da Companhia
de Saneamento do Pará. E podem ser visualizados na Tabela 2.
Tabela 2: Dados do reservatório elevado de distribuição do 3º setor de abastecimento da Região
Metropolitana de Belém.
DADOS E INFORMAÇÕES
Cota do terreno
14,50
Cota do fundo
34,95
Cota do nivel de água médio
38,70
Cota do nivel de água maximo
42,45
Altura do reservatório
20,40
Altura útil do reservatório
7,50
Altura manometrica máxima
27,90
Altura manometrica mínima
20,40
Diâmetro do reservatório
7,37
Na Figura 4 é mostrado o hidrograma de vazão obtido na saída do reservatório elevado de
distribuição do 3º setor de abastecimento.
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Figura 4: Hidrograma de vazão da saída do reservatório elevado do 3º
setor de abastecimento de água da Região Metropolitana de Belém.
Como pode ser observado na figura 4, nos horário de 00h00min a 03h00min o consumo de água na
rede é da ordem de 30% do consumo médio. Enquanto que nos às 07h00min, 12h00min e 18h00min
os consumos variam entre 120% a 130% de vazão média.
A rede de distribuição teve comprimento total de 115.151,00 m, com diâmetros variando de 32 mm
a 800 mm, com predominância do diâmetro de 75 mm (50,63%), conforme pode ser observado no
Tabela 3.
Tabela 3 – Dados da rede de distribuição do 3º setor de abastecimento da Região Metropolitana de
Belém.
DIAMETRO
COMPRIMENTO (m)
COMPRIMENTO (%)
32
40
0,03%
50
11.634
10,10%
75
58.300
50,63%
100
12.641
10,98%
125
1.194
1,04%
150
9.371
8,14%
200
8.591
7,46%
250
4.446
3,86%
300
6.449
5,60%
350
158
0,14%
400
1.258
1,09%
450
308
0,27%
500
409
0,36%
600
304
0,26%
800
48
0,04%
TOTAL
115.151
100%
Na Figura 5 é mostrado o gráfico de isolinhas com a representação em diferentes cores dos valores
de cotas do terreno, com valores mínimo e máximo de 2,89 m e 14,76 m, respectivamente.
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Figura 5: Isometria topográfica do 3º setor de abastecimento de água
da Região Metropolitana de Belém.
SIMULAÇÃO HIDRÁULICA
A fim de comparar a eficiência hidráulica dos cenário 01 (sistema interligado) e cenário 02 (sistema
setorizado) foram gerados relatórios de pressão para os horários de maior e menor consumo.
Análises das pressões às 00h00min.
Às 00h00min não foi observada diferença significativa nos valores de pressões entre o sistema
interligado (cenário 01) e o sistema setorizado (cenário 02). Isso deve ter ocorrido por ser reduzido
o consumo neste horário, conforme pode ser observado a Figura 6.
SISTEMA INTERLIGADO
SISTEMA SETORIZADO
Pressão
10.00
15.00
15.00
20.00
20.00
25.00
25.00
m
m
Distribuição de Pressão às 0:00 Horas
Distribuição de Pressão às 0:00 Horas
95.0
90.0
85.0
95.0
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
Percentagem Inferior a
Percentagem Inferior a
Pressão
10.00
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Pressão (m)
28
29
30
31
32
33
34
35
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Pressão (m)
28
29
30
31
32
33
34
35
Figura 6: Desempenho das pressões às 00h00min nos cenários 01 e cenários 02.
No entanto, mesmo nesse horário, o sistema setorizado apresentou melhor resultado, pois a pressão
máxima foi de 32,53 mca, superior à pressão do sistema interligado (28,82 mca).
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Análises das pressões às 07h00min.
Neste horário, ao contrário do que foi observado às 00h00min, a diferença do desempenho
hidráulico entre os dois cenários considerados foi bastante relevante. Conforme pode ser verificado
na Figura 7, e na Tabela 4, o comportamento hidráulico do sistema setorizado teve melhores
resultados de distribuição das pressões na rede. Com a setorização a ocorrência de pressões abaixo
do estabelecido na norma ABNT – NBR 12218/1994 reduziu de 15 % para 0%. O mesmo ocorreu
para as pressões de 10 a 15 mca, cuja ocorrência diminuiu de 35% para 10%. A setorização, ao
mesmo tempo em que tornou menor a incidência das pressões baixas, aumentou sensivelmente a
ocorrência das pressões entre 15 e 32 mca.
Pressão
SISTEMA INTERLIGADO
Pressão
SISTEMA SETORIZADO
10.00
10.00
15.00
15.00
20.00
20.00
25.00
25.00
m
m
Distribuição de Pressão às 7:00 Horas
95.0
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
Percentagem Inferior a
Percentagem Inferior a
Distribuição de Pressão às 7:00 Horas
95.0
90.0
85.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 16
17
Pressão (m)
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 16 17
Pressão (m)
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Figura 7: Desempenho das pressões às 07:00 horas nos sistema interligado e sistema setorizado.
Tabela 4: Pressões na rede de distribuição para os cenários 01 e 02 do 3º setor de abastecimento de
água na Região Metropolitana de Belém, para o horário 07h00min.
PRESSÕES
CENÁRIO 01 (INTERLIGADO)
CENÁRIO 01 (SETORIZADO)
< 10 mca
15%
0%
10 -15 mca
35%
10%
15 - 20mca
40%
58%
>20 mca
10%
32%
TOTAL
100%
100%
Análises das pressões às 12h00min e 18h00min.
Nestes horários foram observadas diferenças relevantes no desempenho hidráulico entre os dois
cenários considerados para o 3º setor de abastecimento, semelhantemente ao que ocorreu às
07h00min, conforme pode ser verificado na Figura 8 e na Tabela 5.
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Pressão
SISTEMA
Pressão
SISTEMA SETORIZADO
10.00
10.00
15.00
15.00
20.00
20.00
25.00
25.00
m
m
Distribuição de Pressão às 12:00 Horas
Percentagem Inferior a
Percentagem Inferior a
Distribuição de Pressão às 12:00 Horas
95.0
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15 16
Pressão (m)
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
95.0
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15 16
Pressão (m)
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Figura 8: Desempenho das pressões para os horários: 12h00min e 18h00min no sistema interligado
e sistema setorizado.
Tabela 5: Pressões na rede de distribuição para os cenários 01 e 02 do 3º setor de abastecimento de
água na Região Metropolitana de Belém, para os horários 12h00min e 18h00min.
PRESSÕES
CENÁRIO 01 (INTERLIGADO)
CENÁRIO 01 (SETORIZADO)
< 10 mca
12%
0,50%
10 -15 mca
28%
12,50%
15 - 20mca
43%
60%
>20 mca
29%
27%
TOTAL
100%
100%
CONCLUSÃO
Com o trabalho foi constatado que a setorização apresenta impacto positivo na distribuição de água,
já que os maiores valores de pressão ocorreram na simulação em não existe saída de água para
outros setores.
No caso da ocorrência de valores de pressão abaixo de 10 mca, que é o mínimo recomendado pela
norma da ABNT NBR 12218/1994, foi verificado 15% a 0% de ocorrência nas simulações sem e
com setorização, respectivamente.
Portanto, com a realização deste trabalho é possível recomendar a setorização do 3º setor de
abastecimento de água da Região Metropolitana de Belém, pois tal procedimento produzirá
impactos positivos expressivos no desempenho hidráulico da rede de distribuição, o que
naturalmente, irá melhorar o atendimento ao usuário.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1998;
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TSUTIYA. M.T. Abastecimento de Água. 1ª Edição. São Paulo – SP. Departamento de Engenharia
Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 2004. 643 p.
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