INFLUÊNCIA DAS MEDIÇÕES DE FLUXO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

NILSON MASSAMI TAIRA Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos – RBC 162 Laboratório de Fluidodinâmica e Eficiência Energética - LAFEE

Realidades econômicas do mundo moderno

Globalização

Fabricação terceirizada

Terceirização internacional

Crescimento do setor de serviços

Expectativas de qualidade

Necessidade de eficiência operacional

Protocolo Internacional para Medição e Verificação do Desempenho Energético – IPMVP (2009)

Definição de Energia

“Consumo de energia ou de água ou demanda.”

Fonte: Efficiency Valuation Organization

www.evo-world.org

Medir & Verificar – M&V

Metas possíveis com uma boa medição

• Introdução de “novos” conceitos e indicadores: – Triple bottom line

– LCC (Life Cycle Cost)

– Wire to water

– Índice de energia (kWh/m³)

– Exergia

– Embedded energy

– Emissão de carbono e GEE (gases de efeito estufa)

– WEAQs x NBICs

Water Energy and Air Quality

Nano, Bio, Informática e ciência do Conhecimento

– Energy harvesting

Medir & Verificar – M&V

Fonte: IRAR, 2006

VO

LU

ME

PR

OD

UZ

IDO

CO

NS

UM

OS

A

UT

OR

IZA

DO

S

Consumos Autorizados Faturados

Consumos medidos faturados

ÁG

UA

S

FA

TU

RA

DA

S

Consumos não-medidos faturados (estimados)

Consumos Autorizados

Não Faturados

Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.)

ÁG

UA

S N

ÃO

-FA

TU

RA

DA

S

Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.)

PE

RD

AS

DE

ÁG

UA

Perdas Comercias

Consumos não-autorizados (fraudes e falhas de cadastro)

Problemas com medidores de consumo (submedição)

Perdas Reais

Vazamentos nas adutoras e/ou redes de distribuição

Vazamentos nos ramais prediais até o hidrômetro

Vazamentos e extravasamentos nos aquedutos e reservatórios de distribuição

Faturamento, IGP, gestão, eficiência, planejamento, ...

Medir & Verificar – Saneamento

Micromedição de Água

• Medir o volume de água significa medir o fluxo de $$$!

• A água está se tornando um

fluido escasso e caro

Por quê medir?

≈

VO

LU

ME

PR

OD

UZ

IDO

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UT

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IZA

DO

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Consumos Autorizados Faturados

Consumos medidos faturados

ÁG

UA

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FA

TU

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DA

S

Consumos não-medidos faturados (estimados)

Consumos Autorizados

Não Faturados

Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.)

ÁG

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TU

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DA

S

Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.)

PE

RD

AS

DE

ÁG

UA

Perdas Comercias

Consumos não-autorizados (fraudes e falhas de cadastro)

Problemas com medidores de consumo (submedição)

Perdas Reais

Vazamentos nas adutoras e/ou redes de distribuição

Vazamentos nos ramais prediais até o hidrômetro

Vazamentos e extravasamentos nos aquedutos e reservatórios de distribuição

IGP - Matriz de Perdas no Saneamento

Adaptado de IWA, 2000

Por quê medir?

Medir & Verificar – M&V

Protocolo Internacional para Medição e Verificação do Desempenho Energético – IPMVP (2009)

Conjunto de orientações, recomendações e boas práticas mas que precisam ser ampliadas.

Ajudam no diagnóstico mas não são perenes.

Qual a confiabilidade das informações?

A eficácia das ações de combate às perdas de água precisam ser avaliadas com confiabilidade e precisam

ser fundamentadas (medições reconhecidas)

Índice de perdas nos municípios Brasil agregados por estado - 2012

Dados: SNIS

Processamento: IPT (*) outliers

Índ

ice

de

pe

rda

s (

%)

Municípios ordenados segundo o índice tratamento de esgoto e perdas na distribuição – Brasil - 2012

Dados: SNIS

Processamento: IPT

Trat Esgoto

Perdas

*

<70%

70%-8

0%

80%-9

0%

90%

-100

%

*

>30

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20%

-30%

15%-2

0%

10%

-15%*

>30

%

20%

-30%

15%-2

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-15%*

>30

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20%-3

0%

15%-2

0%

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>30

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20%-3

0%

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-20%

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-15%

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

# m

un

icíp

ios

Sul

Sudeste

Norte

Nordeste

Centro-Oeste

Região Geográfica

Ranking dos municípios segunto tratamento do esgoto e perdas na dist. - Todo pais-2012

Universalização do saneamento • > 90% Tratamento de Esgoto, e

• 10% a 20% Perdas

Qu

an

tid

ade

de

mu

nic

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s (*

*)

(**) Sem outliers

Municípios ordenados segundo o índice tratamento de esgoto e perdas na distribuição – ESP - 2012

Dados: SNIS

Processamento: IPT

Tratamento Esgoto

Perdas

<70%

70%

-80%

80%-9

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-30%

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0%

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20%

-30%

15%

-20%

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-15%

>30

%

20%

-30%

15%-2

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10%

-15%

140

120

100

80

60

40

20

0

# m

un

icíp

ios

Ranking municípios segundo Tratamento de Esgoto e Perdas na Dist. - Estado de SP-2012

Qu

an

tid

ade

de

mu

nic

ípio

s

Definições de confiabilidade • Confiabilidade é um conceito global, que se decompõe em vários

elementos quantificáveis ou não:

– Disponibilidade (availability)

– Reparabilidade (maintainability)

– Segurança contra acidentes (safety)

– Segurança contra acesso não autorizado (security)

– O usuário entende e sabe o que faz.

– Não há reclamação ou questionamento.

– Metrológica (possui calibração e rastreabilidade).

– Credibilidade.

Como um conceito geral, confiabilidade é a probabilidade de um item

desempenhar uma função, sob condições específicas, de forma

adequada, como previsto no projeto, durante um período de tempo

predeterminado.

Confiabilidade - Reliability Confiabilidade

Nível de sofisticação e

potencial de redução de

custos

Fase reativa

Fase preventiva

Fase preditiva

Fase proativa

Fase confiabilidade impulsionada

2-3 4-5 5-7 7-9+

Anos para

desenvolver

Adaptado de Barringer (1998)

Confiabilidade exige trabalho em equipe

Certificação

Eficiência da manutenção

Planejamento

Monitoramento

Resultado ($)

A quantificação da confiabilidade (*)

(*) Segundo o

entendimento de alguns

engenheiros.

Felizmente a grande maioria não entende

assim!

Autor desconhecido

O setor de água vivência uma corrida ansiosa na busca soluções de medição, de rastreabilidade e de CONFIABILIDADE para a medição de vazão de água. Qual é a incerteza na Macromedição? E na micromedição?

O que se espera

Qmáx

Qtr Qmín

VAZÃO

ERRO DE

INDICAÇÃO

MEDIDOR

VOLUMÉTRICO VAZÃO INSTANTÂNEA

palhetasdiafragma

multirotor

lóbulos engrenagens

vórtice térmicoforça área variável

Coriollis

bocal

velocidade

turbina eletromagnético ultrassônico

diferencial de pressão

tubo de Pitot

placa de orifício

resistência linear

tubo multifuros

pistão rotativo

pistão recíproco

tubo de Venturi

disco nutante

Seleção de sistema de medição Qual tipo de medidor?

Indústria do

P&Gás e

derivados

Indústria alimentos,

química e petroquímica

e processos em geral

Indústria da água e

saneamento básico

MEDIDOR

VOLUMÉTRICO VAZÃO INSTANTÂNEA

vórtice térmicoforça área variável

Coriollis

bocal

velocidade

turbina eletromagnético

diferencial de pressão

tubo de Pitot

placa de orifício

resistência linear

tubo multifuros

tubo de Venturi

ultrassônico

Seleção de sistema de medição Qual tipo de medidor?

Como medir ? Qual é a confiabilidade?

Medição de água bruta, tub. 2,5 m de diâmetro,

vazão 18 m³/s.

Entrada de reservatório, tub. 1,5 m de diâmetro,

vazão 4 m³/s

Macromedidor de vazão de água

Montagem de medidor tipo tempo de trânsito

Clamp-on

Tipo Tempo de Trânsito sensor “molhado”

Novas tecnologias de medição acessíveis para o setor

(falta normalização e aprovação)

Macromedidor de vazão de água

Calibração em campo de

Macromedidor por técnica de Pitometria.

NBR ISO 3966:2013

P max = 500 mmH 2 O

V max =1,9 m/s

P max = 5000 mmH 2 O

V max =8,6 m/s

H L

+ -

Transdutor de pressão

D1

H L

- Transdutor de pressão

D2 +

Notebook

Tubo de Pitot Cole

Secundário do medidor em

teste

Bateria

y

+ -

Convesor Analógico/

Digital A/D

Telemetria

Hart modem

sinal de corrente (4 a 20mA)

Confiabilidade - Calibração

19,7%

7,2%

3,5%

10,8%

24%

-9,6%

-7,5%

-1,8%

-10,1%

-22,6%

7,0%

0%

-3%

3%

-5%

5%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

des

vio

diâmetro da tubulação da EP (mm)

Parshall EletromagnéticoTurbina de inserção Eletromagnético de inserçãoUltrassônico sensor molhado referência+3% (High) -3% (Low)+4% (HiHi) -4% (LoLo)10% -10%

Calibração em campo de macromedidor

16,3%

3%

5%

2%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

inc

ert

eza

diâmetro da tubulação da EP (mm)

Parshall

Eletromagnético

Turbina de inserção

Eletromagnético de inserção

Calibração em campo de macromedidor

Calibração em campo de macromedidor

Submedição em uma economia residencial

Submedição !!

Submedição em uma economia residencial

Submedição na população de economias residenciais Perfis de Consumo característicos em economias residenciais por faixa consumo mensal

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. . . . . . . . . . . . . . . . . .A submedição pode atingir 40% !!

É um erro inevitável (nas atuais condições)

Gestão da medição

Sistema integrado

AMBIENTE DO

CONSUMIDOR

AMBIENTE DA

CONCESSIONÁRIA

Servidor FTP / WEB

Rede IP BD

Concentrador

Canal Criptografado (VPN -SSL)

Internet

DataWarehouse

WEB Services

XML

Rede Ethernet

(sem fio

ou

cabeada)

ADSL

Celular

Provedor - ISP

Acesso discado

Acesso dedicado

Firewall

Satelite

. . . .

Fonte: IRAR, 2006

Barreiras para a implementação de tecnologias no setor de água

• motivações regulatórias contraditórias

• regime regulatório administrado pela autoridade sufoca a inovação

• falta de P&D&I no setor

• supply chain fragmentada

• falta de sítios para testes e demonstração

• falta de roadmapping de tecnologias

• falta de pessoal capacitado

• falta de entendimento teórico de tecnologias

• padronização de tecnologias

• falta de incentivos para iniciar sinergia industrial

Fonte: Improving innovation in the water industry: 21st century challenges and opportunities, 2009 Council for Science and Technology - The UK Prime Minister’s top-level advisory body on science and technology policy issues

– Reino Unido

Nilson Massami Taira nmtaira@ipt.br (11) 3767.4756

IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas

Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos Laboratório de Fluidodinâmica e Eficiência Energética

OBRIGADO