Tema5 - Gestão da eficiência dos sistemas · Perdas por fugas e roturas não registadas, mas...

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Gestão Avançada de SistemasGestão Avançada de Sistemasde Abastecimento de Águade Abastecimento de Água

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TemaTema 5 5 -- GestãoGestão dada eficiênciaeficiência dos dos sistemassistemas

Parte II: Parte II: ControloControlo de de perdasperdas de de águaágua

Dídia [email protected]; [email protected])

IST, 2, 9 e 16 de Junho de 2008

Gestão Avançada de Sistemas de Abastecimento de Água

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Conteúdo

Importância do problema

Conceitos fundamentais

Factores que influenciam as perdas reais

Factores que influenciam as perdas aparentes

Dimensões do problema

Balanço hídrico e indicadores de desempenho

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3


Mudanças climáticas

Falta de águapara consumo

humano

Cada vez mais frequentes situações extremas

secas/cheias


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As perdas de água constituem uma das principais fontes de ineficiência das

entidades gestoras em países desenvolvidos: perdas podem ser da ordem de 20-40%

da água entrada no sistema

Perdas Aparentes

8%

Perdas Reais16%

Consumo autorizado

não facturado1%

Consumo autorizado facturado

75%

Rede de Distribuição a Lisboa em 2003

Perdas 25% do total

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5

Conteúdo






Avaliação de perdas e tomada de decisão




1. ÁGUA CAPTADA2. ÁGUA BRUTA, IMPORTADA OU EXPORTADA3. ÁGUA FORNECIDA AO TRATAMENTO 4. ÁGUA PRODUZIDA5. ÁGUA TRATADA, IMPORTADA OU EXPORTADA: 6. ÁGUA FORNECIDA À ADUÇÃO7. ÁGUA FORNECIDA PARA DISTRIBUIÇÃO8. ÁGUA FORNECIDA PARA DISTRIBUIÇÃO DIRECTA9. ÁGUA ENTRADA NO SISTEMA

1. CONSUMO AUTORIZADO2. PERDAS DE ÁGUA

1. PERDAS REAIS2. PERDAS APARENTES

10. ÁGUA ENTRADA NO SISTEMA 1. ÁGUA FACTURADA2. ÁGUA NÃO FACTURADA

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Água

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Água

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Água

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Água

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Água

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Água

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(**) podem localizar-se em qualquer ponto a jusante do tratamento

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(*) podem localizar-se em qualquer ponto entre a captação e o tratamentoÁg

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Água entregue aos consumidores


Consumo Consumo autorizado autorizado

ttotalotal[m[m3 3 //anoano]]

Perdas de água Perdas de água totaistotais

[m[m33 / / anoano] ]

Água facturadaÁgua facturada

[m[m3 3 /ano]/ano]

Água Água (entrada no sistema) não facturadanão facturada

[m[m3 3 / / anoano]]

Consumo autorizado Consumo autorizado facturadofacturado

[m[m33 / / anoano]]

Consumo autorizado Consumo autorizado nãonão facturadofacturado

[m[m33 / ano]/ ano]

CConsumoonsumo medido facturadomedido facturado

(inclu(incluindo água exportadaindo água exportada))

CConsumoonsumo não medido facturadonão medido facturado

Uso não autorizadoUso não autorizado

Erros de mediçãoErros de medição

Perdas aparentes Perdas aparentes [m[m33 / / anoano]]

Perdas reaisPerdas reais

[m[m33 / / anoano]]

CConsumoonsumo medido não facturadomedido não facturado

CConsumoonsumo nem medido nem nem medido nem facturadofacturado

FFugas nugas nos ramais os ramais até ao ponto até ao ponto de abastecimentode abastecimento

FFugas e ugas e extravasamentosextravasamentosnosnos reservatóriosreservatórios

FFugas nougas no sistema de adução e sistema de adução e distribuiçãodistribuição

5


9

Componentes do balanço hídrico

Uso não autorizadoErros de mediçãoPerdas reais na captação e tratamento Fugas nas condutas de adução e/ou distribuição(a)Fugas e extravasamentos nos reservatóriosFugas nos ramais (a montante do de medição)

Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada

Água não facturada (perdas

comerciais


Consumo autorizado não

facturado

Consumo facturado medido

Consumo facturado não medidoConsumo não facturado medidoConsumo não facturado não medidoÁgua

entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água


Componentes do balanço hídrico

As Perdas de Água dividem-se em Perdas Reais e Perdas Aparentes.

Perdas reais corresponde às perdas físicas de água até ao contador do cliente,

quando o sistema está pressurizado. o volume anual de perdas através de todos os tipos de fissuras, roturas

e extravasamentos depende da frequência, do caudal e da duração média de cada fuga.

Perdas aparentes incluem todos os tipos de imprecisões associadas às medições da água produzida

e da água consumida e o consumo não autorizado (por furto ou uso ilícito).

Água não facturada: = Água entrada no sistema - Consumo autorizado facturado Inclui não só as Perdas Reais e Perdas Aparentes, mas também

o Consumo Autorizado Não Facturado.

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11

Conteúdo









Principais tipos de perdas reais

Perdas de base ocorrem através de fugas pequenas e indetectáveis com os

equipamentos de detecção correntes caracterizadas por caudais baixos, longa duração e grande

volumes.

Perdas por fugas e roturas registadas tipicamente caracterizadas por caudais elevados, curta duração e

volumes moderados.

Perdas por fugas e roturas não registadas, mas identificadas através da detecção activa de fugas tipicamente caracterizadas por caudais médios e duração e

volumes dependentes da política de controlo activo de perdas seguida.

Fugas e volumes de extravasamento em reservatórios

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Idade e estado de conservação das infra-estruturas Condutas, reservatórios, outros

componentes Material das condutas e acessórios (e.g.,

mais fugas em PVC do que PE)

Frequência de fugas e roturas Quanto maior, maior a probabilidade de

ocorrência de mais fugas

Pressão média de serviço Para sistemas pressurizados

Percentagem de tempo em que o sistema está pressurizado factor muito relevante em regiões com

abastecimento intermitente


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Densidade e comprimento dos ramais Muitas fugas são em ramais

A localização do medidor domiciliário no ramal

Comprimento total das condutas

Modo de construção e instalação das condutas Recepção dos materiais Soldaduras dos materiais plásticos Assentamentos diferenciais

Tipo de solo e condições do terreno sobretudo no modo como revela ou não

a ocorrência de roturas e fugas;

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Conteúdo









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Perdas aparentes Consumos não autorizados

• Ligações ilegais• Existência de áreas clandestinas ou

áreas de baixa segurança - ligações ilícitas (roubos)• Existência de obras em cursos (“reforço” de ligações legais)

• Uso fraudulento de bocas de incêndio e de rega localizadas quer em locais públicos quer particulares

Erros de medição• Macromedição (à saída de reservatórios,

EE ou à entrada de ZMC)

• Micromedição (contadores dos consumidores)

Erros de leitura ou processamento de dados de mediçãoOs factores que as influenciam dependem da causa.

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As possíveis causas dos erros de medição incluem: escolha errada do tipo de medidor; dimensionamento incorrecto; instalação inadequada ou mal executada; incrustação; degradação do medidor com a idade; manutenção ou substituição insuficientes; calibração pouco frequente.

A ineficácia do sistema de medição poderá ser devida a: erros de leitura; ausência de leituras por falha ou por impossibilidade de acesso ao

medidor; frequências de leitura demasiado baixas; incoerência dos ciclos de leitura;

Perdas aparentes relativas a erros de medição (1/4)



Erros de medição dos contadores em condições normais de medição dependem de:

tipo de medidor

idade e estado de conservação dos contadores

ocorrência de pequenas fugas na habitação

inevitáveis até certo ponto

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Erros de medição por deficiente dimensionamento ou instalação dos contadores sobredimensionamento provoca sub-medição

• Devem ser dimensionados para V=0,3 e 12 m/s (dependendo do tipo)• Tipicamente, reduz-se a secção da conduta para aumentar a velocidade

no medidor

o medidor de rede deve atender à flutuação diária do consumo o contador deve atender ao diagrama de consumo na

habitação (influência dos reservatórios domiciliários)



Erros de leitura, de registo ou de processamento de dados de consumo

Erros de medição por avaria• “natural” • violação do equipamento

Leituras em falta por dificuldades de acesso aos contadores (dentro das habitações);

Erros nas estimativas do consumo autorizado não medido rega de espaços verdes; lavagem de ruas combate a incêndio consumo próprio da entidade …

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Perdas aparentes

Redução das perdas aparentes: substituição do parque de contadores e medidores

utilização de equipamentos de medição mais precisos

dimensionamento e instalação adequados dos medidores

melhoria dos procedimentos de recolha e processamento de dados

inspecção e controlo de todas as ligações ilegais à rede

aplicação de sanções severas nos casos de ligações clandestinas

instalação de contadores em zonas verdes.


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Conteúdo









Dimensão económico-financeira

Dimensão técnica

Dimensão ambiental

Dimensão de saúde pública

Dimensão social

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Dimensão económico-financeira

Dimensão económicoDimensão económico--financeirafinanceira Perdas de águas correspondem a

perdas de facturação Em Portugal, as perdas totais

estimam-se em 274 milhões m3/ano Custo de produção = 0,40 €/m3 Custo directo = 110 milhões €/ano Vai reflectir-se nos tarifário


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Dimensão técnica

Não existem redes totalmente estanques Fugas e roturas são inevitáveis

Redes bem construídas e mantidas têm poucas perdas A existência de perdas reais elevadas é sintoma de que a

rede não está em boas condições.

As entidades gestoras concentraram quase toda a sua capacidade de financiamento na construção de novas infra-estruturas: fazendo prevalecer a quantidade sobre a qualidade; restringindo as acções de manutenção à reparação de

avarias evidentes. Consequência:

degradação precoce de muitas dessas infra-estruturas. Ao nível técnico, é possível intervir em duas vertentes :

em termos físicos, através de reparações pontuais ou de reabilitação dos sistemas ou de parte destes;

em termos de operação, através da gestão das pressões

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25

Dimensão técnica

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

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N.º

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/ 100

km

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E.U.A. e Canadá1993 a 1997

Casos

portugueses

Redes estabilizadasRedes muito jovens

EUROPA1993 a 1997

PORTUGAL1998

Galeria técnica

Rede antiga, s/ manutenção, materiais de má qualidade

Outras fontes

Inquérito


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Dimensão ambiental

Consciência ambiental Utilização do recurso natural – Água Utilização do recurso natural – Combustíveis

fosseis (Energia)• Consumida no tratamento e bombeamento da água perdida

Aspecto particularmente relevante, em regiões com escassez de água com qualidade adequada à produção para consumo humano

Actualmente restrições acrescidas para a construção de

novas captações• não sendo ambientalmente aceitável reforçar captações

existentes, ou construir novas, se os níveis de perdas a jusante forem elevados.

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Dimensão da saúde pública

As perdas reais devidas a fugas ocorrem por falta de estanqueidade;

Fugas/roturas constituem fontes potenciais de contaminação Para sistemas pressurizados, probabilidade de contaminação é baixa

• o que não acontece qd o abastecimento é intermitente (e.g. alguns paises de África) A probabilidade de contaminação aumenta muito, quando:

• há necessidade de interromper o fornecimento por qualquer razão, • na ocorrência de transitórios hidráulicos• quanto maior for o volume de perdas de água dado que maiores serão as perdas de

carga e menores as pressões Minimização da probabilidade de contaminação através

• a adição de desinfectante residual embora não seja a solução ideal: é melhor actuar na prevenção do que na correcção pós-ocorrência.

Mesmo que o valor económico da água perdida não compense o investimento necessário para reduzir as perdas, a dimensão de saúde pública deve ser tida em conta na decisão (custos indirectos e externalidades)


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Dimensão social

Perdas são factores de ineficiência da entidade gestora Sensibilidade da sociedade para a questão das perdas

• Aumento dos tarifários• Campanhas para o uso eficiente da água

Correspondem a danos de imagem externa da entidade gestora, particularmente quando há aumentos de tarifários

• Em Portugal, em redes com estratégias de renovação, os tarifários deveriam ser 0,55-0,65 €/m3

• O preço médio de venda é <0,50 €/m3 necessidade aumentar preços crescimento da dimensão social das perdas

Papel que o cidadão comum interveniente:• Redução dos consumos (uso eficiente da água)• Monitorização dos consumos• Diminuição das perdas reais nas habitações,

frequentemente correspondentes a perdas aparentes para a entidade gestora (caudais muito baixos não são medidos)

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Conteúdo









Vias para a abordagem do problema:

Fases de abordagem do problema, com ênfase no controlo de perdas reais


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Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

Cálculo do balanço hídrico

Cálculo de indicadores de desempenho de perdas

Avaliação global, regulação e análise económica

Tomada de decisão

N3Água não facturada em termos de custo (%)Fi47

N1Água não facturada em termos de volume (%)Fi46

Económico-financeiro

N1Água não medida (%)Op39

N3Índice infra-estrutural de fugas (IIF) (-)Op29

N1Perdas reais por ramal (l/ram al/dia)Op27

N3Perdas aparentes (%)Op25

N1Perdas de água por ramal (m 3/ramal/ano)Op23

Operacional

N1Ineficiência na utilização dos recursos hídricos (%)WR1Recursos

hídricos

NívelNome CódigoCategoria

N3Água não facturada em termos de custo (%)Fi47

N1Água não facturada em termos de volume (%)Fi46

Económico-financeiro

N1Água não medida (%)Op39

N3Índice infra-estrutural de fugas (IIF) (-)Op29

N1Perdas reais por ramal (l/ram al/dia)Op27

N3Perdas aparentes (%)Op25

N1Perdas de água por ramal (m 3/ramal/ano)Op23

Operacional

N1Ineficiência na utilização dos recursos hídricos (%)WR1Recursos

hídricos

NívelNome CódigoCategoria


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Conteúdo








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Metodologia de cálculo da água não facturada e das perdas reais

Passo 0: Definir o sistema (ou parte do sistema) a auditar e definir as datas de referência (um ano);

Passo 1: Determinar o volume de água entrada no sistema e introduzi-lo na célula correspondente.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 2: A) Determinar o consumo medido facturado


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 2: B) Determinar o consumo não medido facturado Consumidores sem contador Rega de espaços verdes

(exemplo: por estimação de tempo de rega diária aproximado, caudal médio por aspersor, quantidade aprox. de aspersores e número de meses de rega por ano);

Lavagem de ruas(exemplo: por estimaçãodo número de auto-tanquesque se enchem por diax capacidade de cada umx número de dias de utilização por ano) Uso não autorizado

Erros de mediçãoPerdas reais na captação e tratamento Fugas nas condutas de adução e/ou distribuição(a)Fugas e extravasamentos nos reservatóriosFugas nos ramais (a montante do de medição)

Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 2 C) Calcular o consumo facturado totalD) Introduzir os resultados nas duas células respectivas


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 3 Calcular o volume de água não facturada como a diferençaentre a água entrada no sistema e a água facturada.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 4 A) Definir o consumo medido não facturado

• Consumo próprio da EG• Consumos públicos• Outros


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 4 B) Definir o consumo autorizado nem medido nem facturado

• Rega de espaços verdes

• Lavagem de ruas

• Combate de incêndios• Consumo p/

lavagemde reservatóriosou condutas

• OutrosUso não autorizadoErros de mediçãoPerdas reais na captação e tratamento Fugas nas condutas de adução e/ou distribuição(a)Fugas e extravasamentos nos reservatóriosFugas nos ramais (a montante do de medição)

Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 4 C) Calcular o consumo autorizado não facturado pela dos valores anteriores determinados em A) e B)


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 5 Somar os volumes correspondentes ao consumo autorizado facturado e ao consumo autorizado não facturado. Introduzir o resultado como consumo autorizado.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 6 Calcular as perdas de água como a diferença entre a água entrada no sistema e o consumo autorizado


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 7 A) Avaliar, usando os melhores métodos disponíveis, o uso

não autorizado:• Utilização fraudulenta de marcos e bocas de incêndio• Estabelecimento e uso de ligações ilícitas


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 7 B) Avaliar, usando os melhores métodos disponíveis, o erro

correspondente a cada parcela do consumo autorizado • Erro da água autorizada medida (% contador, leitura e registo) • Erro da água autorizada não medida (%)


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

Notas: Macromediçãoos erros tendem a ser + e –, e globalmente a compensarem-se (salvo excepções obvias dada a idade do medidor)Micromediçãoerros sistemáticos por defeito (2 a5%)

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Passo 7 C) Somar os usos não autorizados e os erros de medição e registar o resultado na célula de perdas aparentes.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água



Passo 8 Calcular as perdas reais como a diferença entre as perdastotais e as perdas aparentes.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água

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Passo 9 Avaliar cada uma das partes das perdas reais utilizando os melhores métodos disponíveis (análise de caudais nocturnos, cálculo de frequência / caudal / duração de roturas, modelação , etc.), somá-las e compará-las com o resultado anterior.


Perdas reais

Perdas aparentes

Água Facturada


comerciais



facturado



entrada no sistema

Consumo autorizado

Perdas de água


Qualidade dos dados

Todos os cálculos de balanço hídrico são aproximados.

Qualidade dos dados tende a ser melhor quando os volumes de entrada são adquiridos a outras entidades e quando toda a água distribuída é medida por medidores domésticos bem dimensionados e adequadamente mantidos e calibrados.

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Exactidão

A exactidão é a aproximação entre o resultado da medição e o valor (convencionalmente) verdadeiro da grandeza medida.

A exactidão contabiliza o erro relativo ao conjunto de processos de aquisição e processamento do dado, incluindo o erro decorrente de eventual extrapolação entre medidas pontuais e o valor global fornecido.

A ordem de grandeza de certos tipos de erro pode ser igual ou superior aos valores de perdas calculados

Erro associado ao dado fornecido (classes IWA): 0 - 5% Melhor ou igual a ± 5% 5 - 20% Pior do que ± 5%, mas

melhor que ou igual a ± 20% 20 - 50% Pior do que ± 20%, mas

melhor que ou igual a ± 50% > 50% Pior que ± 50%


Fiabilidade

Reflecte a confiança na fonte dos dados, no seu todo.

Recomenda-se a adopção da seguinte classificação:

Banda de fiabilidade da fontede informação

Conceito associado

Dados baseados em estimativas ou extrapolações a partir de uma amostra limitada.

Genericamente como a seguinte, mas com algumas falhas não significativas nos dados, tais como parte da documentação estar em falta, os cálculos serem antigos, ou ter-se confiado em registos não confirmados, ou ainda terem-se incluído alguns dados por extrapolação.

Dados baseados em medições exaustivas, registosfidedignos, procedimentos, investigações ou análisesadequadamente documentadas e reconhecidas como o melhor método de cálculo.

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Selecção dos indicadores mais adequados

Perspectivas consideradas:

Ambiental: 1 indicador

Técnica (operacional): 4 indicadores

Financeira e económica: 2 indicadores


Indicadores de desempenho relativos a perdas de água e a água não facturada

Nível de Importânci

a

Recursos Hídricos Operacional Financeiro

Nível 1(N1)

WR1-Ineficiência de Utilização dos recursos hídricos (%)

Op23 - Perdas de água por ramal (m3/ramal/ano) ouOp24 - Perdas de água por compr. de conduta (m3/km/dia) Fi46 - Água

não facturada por volume (%)

Op27 - Perdas reais por ramal (l/ramal/dia*) ou Op28 - Perdas reais por comprimento de conduta (l/km/dia*)Op39 - Água não medida (%)

Nível 3(N3)

-Op25 - Perdas aparentes por ramal (m3/ramal/ano) ou Op26 - Perdas aparentes por compr. de conduta (m3/km/dia)

Fi47 - Água não facturada por custo (%)Op29 - Índice infra-estrutural de fugas

WR1- Ineficiência de utilização dos recursos hídricos (%) Representa a % de perdas reais em termos da água entrada no

sistema (é um indicador de eficiência) Trata-se de um indicador ambiental não indicado para avaliar a

eficiência de gestão de sistemas de distribuição Não indicado para comparar sistemas

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a


Nível 1(N1)





Nível 3(N3)



WR1- Ineficiência de utilização dos recursos hídricos (%) representa a % de perdas reais em termos da água entrada no

sistema trata-se de um indicador ambiental não indicado para avaliar a

eficiência de gestão de sistemas de distribuição

Indicadores operacionais Op 23 a 28 Usar Op23, Op25 e Op27, se a densidade de ramais de serviço

for superior a 20 ramais por km de rede (sistemas de distribuição) Usar Op24, Op26 e Op28 (em alternativa), se a densidade de

ramais de serviço seja inferior a 20 ramais por km de rede (sistemas de produção e adução, ou sistemas rurais);




a


Nível 1(N1)





Nível 3(N3)









Op29 - Índice infra-estrutural de fugasA relação entre as perdas reais e as perdas reais mínimas (Perdas Reais Inevitáveis Médias, PRIM).As perdas reais mínimas são o valor mínimo tecnica/ possível. Este indicador pretende eliminar a influência da pressão de serviço e do comprimento médio dos ramais na análise.

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a


Nível 1(N1)





Nível 3(N3)









Op29 - Índice infra-estrutural de fugaso indicador Op29 representa a relação entre as perdas reais e as perdas reais mínimas (Perdas Reais Inevitáveis Médias, PRIM).

Fi46 e 47 - Água não facturada O custo unitário a considerar é:• Para o consumo autorizado não facturado e para as perdas

aparentes, o preço médio de venda• Para perdas reais, o custo de produção ou compra mais elevado:

(i) componente variável do custo da água importada; (ii) custo marginal de longo prazo relativo às origens próprias.


Cálculo prático destes indicadores

O cálculo dos ID é fácil, depois de se teremcalculado os termos do balanço hídrico.

A aplicação “Auditorias de perdas” permite maisfacilmente executar o cálculo das diversas etapas envolvidas.

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Conclusões

Todos os sistemas de abastecimento têm perdas. Perdas elevadas correspondem a:

baixa eficiência no uso dos recursos ambientais (água e energia) e financeiros;

baixa eficácia das infra-estruturas. A execução sistemática de auditorias de perdas,

baseadas em medições fiáveis, é o passo mais importante para controlar as perdas.

Os indicadores de perdas tradicionais são insuficientes.

A terminologia, os indicadores e a metodologia de avaliação da IWA constituem uma ferramenta adequada para o controlo de perdas.

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