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Desafio iTwin4Good Bentley Systems

Bentley Systems: Estudo de otimização do sistema de água da cidade de São Bento do Sul/SC

A cidade de São Bento do Sul, localizada no estado de Santa Catarina, possui uma população aproximada de 85 mil habitantes dividida em 20 bairros. O sistema de abastecimento de água da cidade é operado pela autarquia pública SAMAE – Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto.

As principais problemáticas e desafios do SAMAE diz respeito ao combate e redução das perdas de água, atualmente no patamar de 260 litros/lig.dia e nos custos com energia elétrica, de aproximadamente 2,5 milhões de reais/ano.

O atual sistema produz diariamente, cerca de 200 L/s de água, por meio de sua Estação de Tratamento de Água (ETA). O sistema possui uma capacidade de reserva de 9.410 m³ e uma extensão de rede de 596 km. Devido a topografia acidentada da cidade, o SAMAE opera ao todo com 30 estações elevatórias.

Com um crescimento estimado em 12% nos últimos 10 anos, São Bento do Sul enfrenta os desafios de uma cidade que necessita planejar e organizar a forma como o sistema de abastecimento de água é operado, para contornar problemas como: falta de água em localidades altas, pressões elevadas devido a topografia, excesso de perdas de carga em redes importantes, falta de capacidade de alguns bombeamentos, demanda de reserva, entre outros. E todas essas questões agravadas principalmente pela falta de uma setorização adequada do sistema.

Para solucionar estes problemas, o SAMAE contratou junto a empresa SANOVA (parceiro de canais super ativo da Bentley), um projeto de simulação hidráulica utilizando o software WaterGEMS. Por meio desse trabalho, o SAMAE pretendia, principalmente, validar onde estavam seus gargalos operacionais do sistema atual, avaliar sua capacidade de reserva e da otimização e setorização da cidade para um horizonte de projeto de 20 anos.

De forma resumida, o escopo do projeto contemplou as seguintes etapas:

  • Estudo de demanda: Foram realizadas projeções estatísticas anuais de crescimento da cidade, procurando levar em consideração aspectos particulares de cada região. Esta projeção considerou o horizonte de projeto de 2020 até 2040;
  • Campanhas de medição de pressão e pitometria: Foram realizadas campanhas de medição de pressão por meio do uso de dataloggers distribuídos em 10 pontos estratégicos. Além disso, foi realizada uma pitometria na saída da Estação de Tratamento de Água para fins de aferição do macromedidor existente.
  • Construção do modelo hidráulico: A partir do cadastro CAD, as redes de água e seus principais elementos, tais como registros, foram importados para dentro do WaterGEMS, pela ferramenta ModelBuilder. Além da importação do cadastro, foram importadas as curvas de nível e os consumos georreferenciados. De forma manual, foram inseridos demais dados, tais como regras operacionais, curvas de bombas, etc.
  • Validação e calibração hidráulica: A partir do modelo construído/atualizado, das campanhas de campo e dos dados de telemetria fornecidas pelo SAMAE, foi utilizada a ferramenta Darwin Calibrator para fazer o ajuste geral do modelo.
  • Criação dos cenários de simulação: A partir do modelo calibrado, foram criados diversos cenários de estudo no qual basicamente foram avaliadas as intervenções necessárias na rede com base nas projeções de aumento da demanda e avaliando estes cenários sempre na pior condição de consumo. A partir destas análises, foi possível identificar áreas com pressões muito elevadas e abaixo da norma, redes com elevadas perdas de carga e problemas operacionais em bombas.
  • Elaboração de croquis esquemáticos: Com base nas intervenções necessárias, foram elaboradas pranchas simplificadas apontando os locais na rede que necessitavam ser melhorados e/ou ajustados, ajustes e regulagens de VRPs – Válvulas Redutoras de Pressão, entre outros.

Devido ao porte do projeto, inúmeros desafios foram encontrados, sendo os principais:

  • Complexidade do funcionamento/operação geral do sistema;
  • Topografia acidentada da cidade;
  • Simulações de reforços e substituições de tubulações;
  • Setorização e criação dos DMC’s;
  • Interpretação dos dados reais do sistema no formato de regras e inputs para o modelo hidráulico;

Descrição da solução

Devido ao fato de o projeto ter sido aplicado dentro de uma cidade e de forma completa, ou seja, compreendendo todo o sistema de abastecimento de água e da necessidade de se buscar principalmente os gargalos da rede e proposta desetorização, algo complexo, buscou-se o uso da ferramenta WaterGEMS para estes fins.

O WaterGEMS é um software completo e altamente preparado para os principais desafios que um sistema de abastecimento de água possui. Dentre os principais recursos utilizados com o software, destacam-se:

  • ModelBuilder: Ferramenta utilizada para importação do cadastro CAD com as redes, evitando o trabalho de construção manual. Além disso, o ModelBuilder foi utilizado para importar a localização georreferenciada dos consumos de água (Customers Meters) uma vez que os dados comerciais estavam referenciados a uma coordenada;
  • LoadBuilder: Ferramenta utilizada para distribuir os consumos de água por meio dos nós mais próximos;
  • T-Rex: Ferramenta utilizada para a importação dos dados de topogra_a no formato shape_le;
  • Darwin Calibrator: Ferramenta utilizada para fazer a calibração automatizada de todo o projeto;

Além das ferramentas principais citadas acima, outros recursos disponíveis no WaterGEMS foram importantes para auxiliar nas análises. São elas: Queries, Selection Set, Element Simbology, Backgrounds Layers e Pressure Zone.

Toda a metodologia do projeto bem como os recursos e ferramentas que foram utilizados e aplicados no projeto, foram compartilhados de forma constante junto ao corpo técnico do SAMAE por meio de diversas reuniões a apresentações presenciais, no qual cada etapa foi detalhada, quais ferramentas foram utilizadas e as principais dificuldades.

O projeto foi entregue recentemente e iniciou suas operações a pouco tempo. As projeções desses impactos e benefícios são:

  • Otimização da pressão na rede;
  • Redução dos índices de perdas de água;
  • Melhoria nos indicadores de eficiência energética;
  • Redução do consumo de produtos químicos provenientes da desativação dos sistemas isolados;
  • Melhoria na qualidade operacional do sistema;
  • Redução do número de reclamações dos usuários;
  • Melhoria no controle e balanço hídrico dos DMC’s;
  • Potencializar projetos de mesma característica não só no estado de Santa Catarina como no Brasil;
  • Aprimorar o planejamento de investimentos necessários ao longo dos anos para garantir um abastecimento contínuo e de qualidade.

Descrição do resultado

O uso do software WaterGEMS possibilitou que diversas atividades fossem realizadas de forma automatizadas, tais como importação de cadastros, consumos de água e topografia. A ausência dessas ferramentas acarretaria em um processo manual de inserção dos dados.

Em termos de produtividade, obteve-se um ganho de 128 vezes na distribuição das demandas de água, 2 vezes na importação das redes de água e 64 vezes na alocação das cotas de topografia, reduzindo o tempo de hora/homem de 697 para 65, se tivesse sido adotada uma ferramenta que não tivesse os recursos de importação.

Em termos de ganhos, benefícios e resultados oriundos do projeto entregue, ainda não é possível obter resultados e dados concretos. Porém, os resultados hidráulicos apontados pela simulação, bem como pelas projeções matemáticas realizadas pelo estudo, apontam:

  • Indicação de redes a serem trocadas de acordo com o excesso de perdas de carga e pressões baixas;
  • Ajuste, regulagem em válvulas redutoras de pressão existentes a e proposição de outras para o controle em áreas com pressões elevadas;
  • Trocas e melhorias de bombas;
  • Proposição de 7 DMC’s principais para a cidade;
  • Redução da pressão média da rede em 7%, acarretando em uma redução dos índices de vazamento do sistema, bem como no aumento da vida útil das redes;
  • Economia gerada em 1,2 milhões de reais em decorrência da redução das perdas de água provenientes da redução da pressão média do sistema.

O uso do WaterGEMS possibilitou uma otimização no uso de horas de engenharia para a concepção e construção do projeto de modelagem e simulação do sistema. Por meio dessas ferramentas, foi possível otimizar o tempo nas análises e proposições de melhorias ao invés de empregar tempo em etapas mais braçais. Durante as etapas de apresentação do projeto, o modelo já apresentou gargalos que o próprio cliente já havia identificado por meio de reclamações de usuários, o que ajudou a validar os resultados que estavam sendo obtidos.

A Bentley oferece soluções para todo o ciclo de vida do ativo da infraestrutura, adaptadas às necessidades das várias profissões – engenheiros, arquitetos, projetistas, empreiteiros, fabricantes, gerentes de TI, operadores e engenheiros de manutenção – que trabalharão com esse ativo ao longo da sua vida útil. Composta por softwares e serviços integrados construídos sobre uma plataforma aberta, cada solução é desenvolvida para garantir que as informações circulem entre processos do fluxo de trabalho e membros da equipe do projeto permitindo a interoperabilidade e a colaboração.

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