Volume 1 MACROMEDIÇÃO(Guias práticos –Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água)

Volume 1 MACROMEDIÇÃO(Guias práticos –Técnicas de operação em sistemas de...

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VOLUME 1 c n i c as d e o e r o e m sist e a s e a b a s t e c i e n t o d e á g u a

DAGuias práticos

Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água

PNCDAGuias práticos Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água

Ministério das Cidades

Secretaria Nacional de Saneamento AmbientalU NDP

Apoio

MACROMEDIÇÃO

ME 1 –

Guias práticos – Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água

MACROMEDIÇÃO VOLUME 1

Autor Márcio Frangipani

Organizador/Revisor técnico Airton Sampaio Gomes

Programa de Modernização do Setor Saneamento

Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental

Ministério das Cidades Governo Federal

Ministro das Cidades: Marcio Fortes de Almeida Secretário Executivo: Rodrigo José Pereira-Leite Figueiredo Secretário Nacional de Saneamento Ambiental (SNSA) - Substituto: Sérgio Antônio Gonçalves Diretor de Desenvolvimento e Cooperação Técnica (SNSA): Marcos Helano Fernandes Montenegro Diretor do Departamento de Água e Esgotos (SNSA): Márcio Galvão Fonseca Diretora do Departamento de Articulação Institucional (SNSA) - Substituta: Norma Lúcia de Carvalho Coordenador do Programa de Modernização do Setor Saneamento (PMSS): Ernani Ciríaco de Miranda Coordenadora do Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água (PNCDA): Cláudia Monique F. de Albuquerque

PMSS e PNCDA - SCN, Quadra 1, Bloco F, 8º andar, Edifício América Office Tower - CEP 70711-905 Fones: (61) 3327-5006 e 3315-5329 - FAX: (61) 3327-9339 pmss@cidades.pmss.gov.br w.cidades.gov.br/pncda e w.cidades.pmss.gov.br

Autor: Márcio Frangipani Organizador/Revisor técnico: Airton Sampaio Gomes

Coordenação editorial: Rosana Lobo; Revisão: Eduardo Perácio; Projeto gráfico: Rosana Lobo; Editoração eletrônica: GRAU Design; Fotolitos e impressão: Gráfica e editora POSIGRAF

Todas as informações técnicas constantes da presente publicação são de responsabilidade do(s) autor(es). É permitida a reprodução total ou parcial desta publicação, desde que citada a fonte.

abastecimento de água / organização, Airton Sampaio
Gomes. - Brasília : SNSA, 2007.
5 v.
Conteúdo: v. 1. Macromedição / Márcio Frangipani
ISBN 978-85-60133-57-4
1. Abastecimento de água. I. Gomes, Airton Sampaio.
I. Frangipani, Márcio. II. Título.

Guias práticos : técnicas de operação em sistemas de CDU 628.1

Apresentação

O PNCDA – Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água, instituído em 1997, vinculado à Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental do Ministério das Cidades – SNSA/MCidades, tem por objetivo geral a promoção do uso racional da água de abastecimento público nas cidades brasileiras, em benefício da saúde pública, do saneamento ambiental e da eficiência dos serviços, propiciando a melhor produtividade dos ativos existentes e a postergação de parte dos investimentos para a ampliação dos sistemas.

Em termos de abrangência temática, o Programa comporta ações com interface junto aos recursos hídricos, no âmbito da bacia hidrográfica, passando pelo sistema público de abastecimento de água, propriamente dito, atingindo o uso racional da água pelos usuários (sistemas prediais). O Programa centra suas principais ações em linhas de capacitação, elaboração de estudos, disseminação tecnológica e articulação institucional visando ao desenvolvimento de ações conjuntas e complementares de combate ao desperdício de água.

A maior concentração de ações do PNCDA está no tema das perdas de água nos sistemas públicos de abastecimento, motivo pelo qual deve-se estar atento à sua melhor compreensão conceitual. As perdas de água englobam tanto as perdas reais (físicas), que representam a parcela não consumida, como as perdas aparentes (não-físicas), que correspondem à água consumida e não registrada. As perdas reais originam-se de vazamentos no sistema, que vão desde a captação até a distribuição propriamente dita, além de procedimentos operacionais como lavagem de filtros e descargas na rede, quando esses provocam consumos superiores ao estritamente necessário para operação. No que diz respeito às perdas aparentes, as mesmas originam-se de ligações clandestinas ou não cadastradas, hidrômetros parados ou que submedem, fraudes em hidrômetros e outras.

A redução de perdas reais diminui os custos de produção, pois propicia um menor consumo de energia, de produtos químicos e de outros insumos, utilizando as instalações existentes para ampliação da oferta, sem expansão do sistema produtor. No caso das perdas aparentes, sua redução permite aumentar a receita tarifária, melhorando a eficiência dos serviços prestados e o desempenho financeiro do prestador dos serviços.

A proposição de medidas visando à redução e ao controle das perdas enseja o conhecimento de parâmetros (tais como volumes, pressões, níveis, etc.) que permitem qualificar a situação em que se encontra determinado siste- ma público de abastecimento. Neste contexto, torna-se fundamental o estabelecimento da “cultura” da medição, garantindo-se a apropriação contínua de parâmetros hidráulicos e elétricos e a possibilidade de elaboração do balanço hídrico, do completo diagnóstico do sistema de abastecimento e da sua modelagem hidráulica, com base no real funcionamento do sistema. Para se alcançar um cenário como esse, é necessário estruturar um plano de ação visando à redução e ao controle das perdas e desperdícios, coerente com a disponibilidade de recursos financeiros, humanos e materiais. Esse plano deve considerar os custos e benefícios resultantes das ações correspondentes, conduzindo a uma hierarquização das ações preconizadas.

Também é necessário que os planos de redução e controle das perdas e desperdícios estejam associados a outros programas que levem às mudanças estruturais e comportamentais necessárias, como os programas de qualidade, planejamento estratégico ou outros planos de modernização. Desta forma, devem integrar e envolver todos os funcionários da empresa prestadora de serviços, adquirindo caráter permanente e auto-sustentabilidade. Para isso, a mobilização e a comunicação social, tanto internas ao prestador de serviços, como externas junto à sociedade, são ferramentas estratégicas.

Neste contexto, o PNCDA, em sua vertente de elaboração de estudos, já publicou vinte e três Documentos Técnicos de Apoio (DTA), cobrindo as áreas de abrangência temática do Programa, antes mencionadas. Os Documentos têm por objetivo auxiliar no planejamento e implementação de medidas no âmbito da temática do PNCDA, além de serem utilizados nos eventos de capacitação do Programa, que vêm ocorrendo desde 1999.

Dando seqüência a essa vertente, em parceria com o PMSS – Programa de Modernização do Setor Saneamento, o PNCDA inaugura uma nova linha de DTAs, sob forma de “Guias Práticos”, que visam ao atendimento a uma forte demanda, por parte das equipes operacionais dos prestadores de serviços de saneamento, por documentos de fácil entendimento, aplicativos e práticos, de modo a serem úteis quando da realização de serviços de campo. Assim, os Guias abordam temas relacionados às questões cotidianas vivenciadas por equipes responsáveis pela operação e manutenção de sistemas de abastecimento de água no país, usando uma linguagem acessível, recursos gráficos, fotos, desenhos e croquis, adotando, enfim, uma mensagem visual para o adequado entendimento dos procedimentos descritos.

A presente série de Guias Práticos, denominada Técnicas de Operação em Sistemas de Abastecimento de Água, inicia-se com cinco publicações sobre temas fundamentais aos trabalhos de campo, quais sejam: a macromedição, os ensaios pitométricos, a pesquisa e combate a vazamentos não visíveis, o controle de pressões e operação de válvulas reguladoras de pressão e a conta de energia elétrica no saneamento.

A Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental do Ministério das Cidades, por meio de seus programas PNCDA e PMSS, esperam que os “Guias Práticos” contribuam tecnicamente para o desempenho das atividades operacionais nos serviços de abastecimento de água e desejam contar com a colaboração do leitor enviando sugestões para a melhoria e o aprimoramento das publicações.

Brasília, janeiro de 2007

Ministério das Cidades

Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental

Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água (PNCDA) Programa de Modernização do Setor Saneamento (PMSS)

O Programa de Modernização do Setor Saneamento (PMSS) consolidou-se, ao longo de seus quatorze anos, como um instrumento permanente de apoio à instância executiva da política de saneamento do Governo Federal, tendo suas ações voltadas à criação das condições propícias a um ambiente de mudanças e de desenvolvimento do setor saneamento no país. Atualmente, é um dos principais programas da Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental do Ministério das Cidades.

O Programa tem, no Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS), o seu mais reconhecido produto. A credibilidade construída em torno deste instrumento permitiu, em seus 1 anos de existência, consolidar séries históricas de diversos dados e informações fornecidos por uma amostra de prestadores de serviços, tanto de água e esgotos como de resíduos sólidos, que progressivamente se amplia em tamanho e representatividade.

Por sua vez, a assistência técnica aos órgãos e entidades do setor saneamento constitui-se em pauta fundamental do PMSS, buscando promover reformas institucionais, especialmente nos prestadores de serviços, com vistas a melhorar a qualidade e o nível de eficiência e eficácia de suas ações, condição básica para universalização dos serviços. Neste sentido, são potenciais beneficiários do Programa: (i) os estados e municípios, na formulação de políticas públicas e desenvolvimento de planos de saneamento; (i) as instâncias de regulação e fiscalização, na implementação de atividades regulatórias; e (i) os prestadores públicos de serviços, na sua revitalização e reestruturação.

Além do apoio direto ao prestador de serviços, operando segundo o modelo de gestão vigente, a assistência do PMSS estuda arranjos alternativos de gestão, que permitam o fortalecimento do prestador de serviços atual, funcionando em novas bases, mas que também possibilitem ao governante explorar novos modelos que enfrentem o quadro de dificuldades em que se encontram os serviços de saneamento nos estados e municípios brasileiros.

O Programa alavanca o desenvolvimento institucional do setor mediante ações de capacitação dos agentes que atuam no saneamento. Neste sentido, o PMSS liderou, em parceria com diversos órgãos do Governo Federal e a operacionalização da Financiadora de Estudos e Pesquisas (FINEP), o processo de criação e estruturação da Rede Nacional de Capacitação e Extensão Tecnológica em Saneamento Ambiental (ReCESA). Foram constituídos quatro Núcleos Regionais, coordenados por 14 universidades e que agregam cerca de 80 instituições parceiras (entre prestadores de serviços, entidades do setor, sistema S e sistema Cefet). O PMSS exerce o papel de Núcleo Executivo do Comitê Gestor da ReCESA.

O PMSS também fornece o suporte técnico e de logística à SNSA/MCidades na implementação do projeto de Cooperação Internacional Brasil-Itália em Saneamento Ambiental, que conta com a participação de instituições do governo italiano e da HYDROAID – Scuola Internazionale dell’Acqua per lo Sviluppo, além da participação de municípios e universidades brasileiras.

O Programa desempenha ainda um papel de vanguarda em temas emergentes para o setor, como atingir as Metas do Milênio e atender aos tratados internacionais. Destacam-se parcerias com o Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água (PNCDA), o

Programa de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL), o Projeto Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) aplicado a Resíduos Sólidos e o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD).

O PMSS se insere efetivamente na agenda político-institucional da SNSA/MCidades, oferecendo suporte técnico na formulação e implementação do marco legal e regulatório para o setor. O programa contribuiu de forma destacada para a discussão e aprovação da Lei nº 1.107/2005 que regulamenta os Consórcios Públicos e no apoio a construção e aprovação da Lei nº 1.445/2007 que estabelece as diretrizes gerais e institui a política federal de saneamento básico.

O Programa de Modernização do Setor Saneamento conta, ainda, com um projeto editorial, que recentemente ganhou fôlego renovado com o lançamento da série de publicações e da revista periódica, denominadas “Saneamento para Todos”, abrangendo edições que fomentam a reflexão político-institucional e o intercâmbio técnico entre os agentes do setor.

Marcos Helano Fernandes Montenegro Diretor de Desenvolvimento e Cooperação Técnica da SNSA/MCidades

Ernani Ciríaco de Miranda Coordenador da UGP/PMSS

1. Introdução13
2. Princípios de metrologia15
2.1 Erros de medida15
2.1.1 Padrão primário para medidas de vazão15
2.1.2 Padrão primário para medidas de pressão16
2.2 Calibração16
2.3 Exatidão16
2.3.1 Exatidão expressa como EMA referido ao fundo de escala (f.e.)16
2.3.2 Exatidão expressa como EMA referido ao valor instantâneo (v.i.)17
2.4 Largura de faixa ou rangeabilidade17
3. Medidores de vazão18
3.1 Medidores velocimétricos20
3.1.1 Medidores Woltmann20
3.1.1.1 Medidores Woltmann verticais20
3.1.1.2 Hidrômetro Woltmann horizontal21
3.1.1.3 Principais características dos medidores Woltmann2
3.1.2 Medidores de Turbina ou Hélice2
3.1.3 Medidores compostos23
3.1.4 Medidores proporcionais ou “Shunt”24
3.1.5 Características construtivas dos macromedidores velocimétricos25
3.1.6 Características de precisão e dimensionamento25
3.1.6.1 Hidrômetros Woltmann25
3.1.6.2 Hidrômetro de turbina ou hélice26
3.1.6.3 Medidores de microturbina28

Sumário 3.1.7 Observações gerais quanto aos medidores velocimétricos ...................................30

3.2.1 Placa de orifício32
3.2.2 Tubos Venturi3
3.2.3 Tubo Pitot35
3.3 Medidores eletrônicos36
3.3.1 Macromedidores magnéticos36
3.3.2 Sondas magnéticas38
3.3.3 Macromedidores ultra-sônicos39
3.3.3.1 Medidores de efeito doppler40
3.3.3.2 Medidores de Tempo de Trânsito40
3.4 Medidores volumétricos42
3.4.1 Medidores de disco nutativo43
3.4.2 Medidores de pistão oscilante43
3.4.3 Medidores de engrenagem4
3.4.4 Características dos medidores volumétricos4
3.5 Calhas Parshall45
3.5.1 Principais dimensões46
3.5.2 Equação típica48
3.5.3 Exatidão48
3.5.4 Vantagens49
3.5.5 Desvantagens49
4. Medidores de pressão50
4.1 Manômetros de coluna – tubo “U”51
4.1.1 Procedimentos de cálculo52
4.2 Manômetros mecânicos53
4.3.2 Medidor de pressão com sensor piezo resistivo54
4.3.3 Medidor de pressão com sensor piezo elétrico de cristal5
5. Medição de diferencial de pressão56
5.1 Obtenção de pressão diferencial com sensor de foles opostos56
5.2 Obtenção de pressão diferencial com sensor capacitivo57
5.3 Obtenção de pressão diferencial com sensor de silício ressonante58
6. Medição de nível59
6.1 Visores de nível59
6.2 Medição de nível com flutuadores59
6.3 Medição de nível por borbulhamento60
6.4 Medição de nível com sensor ultra-sônico61
7. Calibração de macromedidores62
7.1 Calibração de medidores de vazão deprimogêneos62
em campo com tubo Pitot62
7.1.2 Cálculos para obtenção dos pares q e ∆p64
7.2 Aferição em campo de macromedidores velocimétricos6
7.2.1 Aferição com vazões instantâneas6
7.2.1.1 Análise dos desvios67
7.2.2 Aferição com registro de volume68
7.2.2.1 Análise dos Dados68
7.3 Aferição de macromedidores magnéticos70
7.4 Aferição de calhas Parshall70
7.4.1 Procedimentos e recomendações para o ensaio de calha Parshall71
A) Determinação de vazão71

4.3.1 Medidor de pressão com sensor capacitivo ............................................................54 7.1.1 Procedimentos e recomendações para calibração de deprimogêneos B) Determinação de H e H2 ..........................................................................................72

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