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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
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DO
S
Consumos Autorizados Faturados
Consumos medidos faturados
ÁG
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S
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S
Consumos não-medidos faturados (estimados)
Consumos Autorizados
Não Faturados
Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.)
ÁG
UA
S N
ÃO
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RA
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S
Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.)
PE
RD
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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?
≈
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Consumos Autorizados Faturados
Consumos medidos faturados
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Consumos não-medidos faturados (estimados)
Consumos Autorizados
Não Faturados
Consumos medidos não-faturados (usos próprios, caminhão-pipa etc.)
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Consumos não-medidos, não-faturados (corpo de bombeiros, favelas etc.)
PE
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DE
ÁG
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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
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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%
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*
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20%
-30%
15%-2
0%
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20%-3
0%
15%-2
0%
10%
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>30
%
20%-3
0%
15%
-20%
10%
-15%*
>30
%
20%-3
0%
15%
-20%
10%
-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
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ade
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*)
(**) 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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90%-1
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-30%
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-30%
15%
-20%
10%
-15%
>30
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20%
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15%-2
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10%
-15%
140
120
100
80
60
40
20
0
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icíp
ios
Ranking municípios segundo Tratamento de Esgoto e Perdas na Dist. - Estado de SP-2012
Qu
an
tid
ade
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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 [email protected] (11) 3767.4756
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos Laboratório de Fluidodinâmica e Eficiência Energética
OBRIGADO