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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR DE CIÊNCIAS
TECNOLÓGICAS, DA TERRA E DO MAR
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
SISTEMA DE INFORMAÇÃO PARA ANÁLISE DE
VIABILIDADE ECONÔMICA PARA IMPLANTAÇÃO DE
SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO
Área de Inteligência Artificial
Anelise Cristina Newbery
Itajaí (SC), julho de 2003.
UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR DE CIÊNCIAS
TECNOLÓGICAS, DA TERRA E DO MAR
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
RELATÓRIO DO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO II
SISTEMA DE INFORMAÇÃO PARA ANÁLISE DE
VIABILIDADE ECONÔMICA PARA IMPLANTAÇÃO DE
SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO
Área de Inteligência Artificial
Anelise Cristina Newbery
Relatório apresentado à Banca
Examinadora do Trabalho de Conclusão
do Curso de Ciência da Computação para
análise e aprovação.
Itajaí (SC), julho de 2003.
ii
EQUIPE TÉCNICA
Acadêmica
Anelise Cristina Newbery
Professor Orientador
Rudimar Luís Scaranto Dazzi, M. Sc.
Professora Co-orientadora
Valéria Regina Bellotto, Dra.
Coordenadores dos Trabalhos de Conclusão de Curso
Anita Maria da Rocha Fernandes, Dra
César Albenes Zeferino, Dr
Coordenador do Curso
Luís Carlos Martins, Esp.
iii
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à minha SUPER MÃE,
que é mãe e pai pra mim, que sempre acreditou
no estudo como a melhor herança; que mesmo
com todas as adversidades encontradas na
caminhada teve força e coragem para superá-
las e me dar um bom exemplo; e que
ultimamente ficou muitas madrugadas
acordada comigo, dando o apoio necessário e
torcendo para a conclusão desse trabalho com
sucesso.
iv
AGRADECIMENTOS
À minha mãe, pela presença constante, incentivo e torcida permanente pela conclusão deste
trabalho;
Ao meu irmão Rafael de Santiago, por estar sempre ao meu lado (ele na Pesquisa-02 e eu na
Pesquisa-01); ao irmão Elieser A. de Jesus, por liberar a Pesquisa-01 nas manhãs que eu precisei;
Á Elis, pela compreensão, companhia e torcida constantes.
Ao Márcio, ao Oswaldo (Papai do Ano!) Isaías e ao Fernando pelos socorros prestados com logins,
softwares, bancos e etc;
À Andy, que via internet teve toda a paciência prá me explicar o que eu precisava a cada momento;
A todos os meus amigos e colegas, pelos bons momentos compartilhados e pelas experiências que
trocamos ao longo deste tempo;
Ao meu orientador, Rudimar Luís Scaranto Dazzi, pela força, incentivo e total apoio; bem como à
professora Anita Mª da Rocha Fernandes, que não mediu esforços para me ajudar;
À minha co-orientadora, professora Valéria Regina Bellotto e minha especialista Andresa Graciela
Wagner, pelo apoio, pela experiência e pelo conhecimento passado para que este trabalho pudesse
ser realizado;
Ao professor Rogério Gonçalves Bittencourt, pelos socorros com o Banco de Dados;
A todos os professores, mestres e doutores na arte de ensinar, que contribuíram para que este sonho
se realizasse;
A todos vocês que contribuíram de alguma forma para o meu crescimento; o meu muito obrigada!
Thank you very much! Grazie! Merci! Gracias! Danke! ����������! ��!; �� ������
! ;o)
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................... xi
LISTA DE FIGURAS .................................................................... xii
RESUMO ........................................................................................ xiv
ABSTRACT .................................................................................... xv
I. INTRODUÇÃO .......................................................................... 11. APRESENTAÇÃO .................................................................................... 1
2. JUSTIFICATIVA ...................................................................................... 2
3. IMPORTÂNCIA DO TRABALHO ........................................................ 4
4. OBJETIVOS DO TRABALHO ............................................................... 5
4.1 Objetivo Geral ......................................................................................... 5
4.2 Objetivos Específicos ............................................................................... 5
5. METODOLOGIA ..................................................................................... 5
II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................ 61. INTRODUÇÃO ......................................................................................... 6
2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO ............................................................. 6
3. SISTEMAS ESPECIALISTAS ................................................................ 9
3.1 Breve Histórico ........................................................................................ 10
3.2 Estrutura de um Sistema Especialista ................................................... 10
3.2.1 A Base de Conhecimento ....................................................................... 11
3.2.2 A Máquina de Inferência ........................................................................ 12
3.2.3 A Interface com o Usuário .................................................................... 13
3.3 Componentes ............................................................................................ 13
3.4 Aquisição do Conhecimento ................................................................... 14
3.5 Áreas de Utilização .................................................................................. 15
3.6 Classificação dos Sistemas Especialistas ............................................... 16
vi
3.7 Vantagens e Desvantagens ...................................................................... 17
4. LÓGICA DIFUSA ..................................................................................... 17
4.1 Conjuntos Difusos ................................................................................... 18
4.2 Conceitos .................................................................................................. 21
4.3 Operações com Conjuntos Difusos ........................................................ 22
4.4 Variáveis Lingüísticas ............................................................................. 24
4.5 Sistemas Especialistas Difusos ................................................................ 25
4.6 Fuzzificação .............................................................................................. 27
4.7 Inferência ................................................................................................. 28
4.8 Defuzzificação .......................................................................................... 29
5. SISTEMAS DE ESGOTOS ...................................................................... 30
5.1 Introdução ................................................................................................ 30
5.2 História do Esgoto ................................................................................... 30
5.3 O esgoto e a Saúde ................................................................................... 31
5.4 Conceito .................................................................................................... 32
5.5 Coleta e Tratamento de Esgoto .............................................................. 33
5.6 Sistemas de Esgoto .................................................................................. 34
5.7 Estudo e Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário ......................... 36
5.7.1 Dados e Características do Município .................................................... 37
5.7.2 Análise do Sistema de Esgoto Sanitário Existente ................................. 38
5.7.3 Estudos Demográficos e de Uso e Ocupação do Solo ............................ 38
5.7.4 Critérios e Parâmetros de Projeto ........................................................... 38
5.7.5 Cálculo das Contribuições de Esgoto ..................................................... 39
5.7.6 Formulação Criteriosa das Alternativas de Concepção .......................... 40
5.7.7 Estudo de Corpos Receptores ................................................................. 40
5.7.8 Pré-Dimensionamento das Unidades dos Sistemas Desenvolvidos para
a Escolha da Alternativa .................................................................................. 40
vii
5.7.8.1 Rede Coletora ...................................................................................... 41
5.7.8.2 Coletor Tronco, Interceptor e Emissário ............................................. 41
5.7.8.3 Estação Elevatória e Linha de Recalque ............................................. 41
5.7.8.4 Estação de Tratamento de Esgoto ....................................................... 42
5.7.8.5 Determinação do Grau Necessário do Tratamento de Esgoto ............. 43
5.7.8.6 Estimativa de Custo das Alternativas Estudadas ................................. 43
5.7.8.7 Comparação Técnico-Econômica e Ambiental das Alternativas ........ 44
5.7.8.8 Alternativa Escolhida .......................................................................... 44
5.7.8.9 Peças Gráficas do Estudo de Concepção ............................................. 45
5.7.8.10 Memórias de Cálculo ........................................................................ 46
5.8 Esgoto Doméstico ..................................................................................... 46
5.8.1 População da Área de Projeto ................................................................ 47
5.8.2 Estudo Demográfico ............................................................................... 48
5.8.2.1 População Flutuante ............................................................................ 49
5.8.2.2 Distribuição Demográfica ................................................................... 50
5.8.3 Contribuição Per Capita ......................................................................... 51
5.8.4 Coeficiente de Retorno Esgoto/Água ..................................................... 52
5.8.5 Vazão de Esgotos ................................................................................... 52
5.9. Infiltrações .............................................................................................. 54
5.10 Despejos Industriais .............................................................................. 55
6 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE ANÁLISE ECONÔMICO-
FINANCEIRA ............................................................................................... 57
6.1 Engenharia Econômica ........................................................................... 57
6.2 A Matemática Financeira ....................................................................... 58
6.3 Objetivo da Matemática Financeira ...................................................... 58
6.4 Operações Financeiras ............................................................................ 59
6.5 Depreciação .............................................................................................. 60
viii
6.6 Capital ...................................................................................................... 60
6.7 Montante .................................................................................................. 61
6.8 Rendas ...................................................................................................... 61
6.9 Juros ......................................................................................................... 61
6.10 Taxa de Juros ......................................................................................... 62
6.11 Tipos de Juros ........................................................................................ 62
6.11.1 Juros Simples ........................................................................................ 62
6.11.2 Juros Compostos .................................................................................. 63
6.12 Inflação ................................................................................................... 64
6.13 Atualização Monetária .......................................................................... 64
6.14 Fluxo de Caixa ....................................................................................... 65
6.15 Equivalência de Fluxo de Caixa ........................................................... 66
6.16 Análise de Investimentos ...................................................................... 67
6.17 Métodos Exatos de Análise de Investimentos ..................................... 68
6.18 Projetos Públicos ................................................................................... 68
6.19 Valor Presente Líquido ......................................................................... 70
6.20 Taxa Mínima de Atratividade .............................................................. 71
6.21 Relação Benefício/Custo ....................................................................... 72
6.22 Taxa Interna de Retorno ...................................................................... 72
III. DESENVOLVIMENTO ......................................................... 751. INTRODUÇÃO ......................................................................................... 75
1.1 Estabelecimento do Problema ................................................................ 75
1.2 Aquisição, Modelagem e Representação do Conhecimento ................ 75
2. IMPLEMENTAÇÃO DO BANCO DE DADOS .................................... 90
2.1 Dicionário de Dados ................................................................................ 93
3. ANÁLISE ESSENCIAL ........................................................................... 101
ix
3.1 Lista de Eventos 101
3.2 Especificação dos Processos .................................................................... 105
3.3 Descrição do Sistema Proposto .............................................................. 106
IV. CONCLUSÃO .......................................................................... 111
BIBLIOGRAFIA ............................................................................ 113
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
BD Banco de Dados
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
ETAR Estação de Tratamento de Águas Residuárias
ETE Estação de Tratamento de Esgotos
IA Inteligência Artificial
OD Oxigênio Dissolvido
SE Sistema Especialista
SI Sistema de Informação
STE Sistema de Tratamento de Esgoto
TMA Taxa de Mínima Atratividade
VPL Valor Presente Líquido
TIR Taxa Interna de Retorno
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Estrutura convencional de um Sistema Especialista .........................................................11
Figura 2 - Função de pertinência para um conjunto difuso A............................................................19
Figura 3 – Representação de estatura alta utilizando graus de pertinência. .......................................20
Figura 4 – Função indicadora do conjunto A.....................................................................................21
Figura 5 - União entre conjuntos difusos. ..........................................................................................23
Figura 6 - Intersecção entre conjuntos difusos...................................................................................23
Figura 7 – complemento de um conjunto difuso................................................................................24
Figura 8 - Representação do fluxo de caixa .......................................................................................66
Figura 9 - Tela de abertura do programa Coleta de Dados 2001 .......................................................76
Figura 10 - Preenchimento dos formulários.......................................................................................77
Figura 11 - Tela para inserção dos dados de esgoto...........................................................................78
Figura 12 - Tela de cadastro dos dados referentes à água..................................................................79
Figura 13 - Tela com o relatório de avisos e erros .............................................................................80
Figura 14 - Função de pertinência para a variável Necessidade de Área...........................................83
Figura 15 - Função de pertinência para a variável custo da área .......................................................83
Figura 16 - Função de pertinência para a variável Impacto Ambiental .............................................83
Figura 17 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos ..........................................86
Figura 18 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos .........................................86
Figura 19 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais ............................87
Figura 20 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais ...........................87
Figura 21 - Modelo Lógico do banco de dados..................................................................................91
Figura 22 - Modelo Físico do banco de dados ......................................................................................92
Figura 23 – Diagrama de Contexto ..................................................................................................101
Figura 24 – Evento 1 – Usuário solicita cadastramento do estado...................................................102
Figura 25 – Evento 2 – Usuário solicita cadastramento do município.............................................102
Figura 26 - Evento 3 – Usuário solicita cadastramento da água ......................................................102
Figura 27 – Evento 4 – Usuário solicita cadastramento do esgoto ..................................................102
Figura 28 – Evento 5 – Usuário solicita cadastramento dos dados financeiros ...............................103
Figura 29 – Evento 6 – Usuário solicita cadastramento do item......................................................103
Figura 30 – Evento 7 – Usuário solicita cadastramento do sistema.................................................103
Figura 31 - Evento 8 - Usuário insere os aspectos sócio-ambientais ...............................................103
xii
Figura 32 - Evento 9 - Usuário insere os aspectos técnicos ............................................................ 104
Figura 33 - Evento 10 – Usuário solicita cadastramento do grupo ..................................................104
Figura 34 – Evento 11 – Usuário realiza as projeções. ....................................................................104
Figura 35 - Tela de abertura do sistema ...........................................................................................107
Figura 36 - Tela de escolha da ação no sistema ...............................................................................108
Figura 37 - Tela de cadastro dos dados da água...............................................................................109
Figura 38 - Tela de projeções do sistema.........................................................................................110
RESUMO
O saneamento básico está relacionado às atividades de tratamento e distribuição de água potável,
coleta e tratamento de esgoto e recolhimento e tratamento do lixo. A insuficiência de recursos
financeiros tem aparecido como o principal motivo para a escassez de sistemas relacionados ao
saneamento básico. Porém, este serviço tem grande relevância, pois os impactos ambientais gerados
pela falta de tratamento deste podem levar a sérias conseqüências, como alterações das propriedades
físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, que afetam direta ou indiretamente a saúde, as
atividades sociais e econômicas, a biota, a estética, os aspectos sanitários do meio ambiente e a
qualidade dos recursos naturais. Diante deste fato, o objetivo deste estudo consiste no
desenvolvimento de um protótipo para auxiliar os tomadores de decisão municipais na escolha de
um sistema de tratamento de esgoto a ser implantado, que indique a melhor relação custo-benefício
para um dado município, apoiando-o na alocação dos escassos recursos financeiros, destinados a
esta atividade com maior aceitação por parte dos habitantes daquela região. Para o desenvolvimento
deste projeto foram realizadas algumas etapas, iniciando com a fase de revisão bibliográfica, onde
buscou-se aprofundar conhecimentos específicos, adquiridos ao longo do curso, de modo a embasar
as outras fases do projeto. A fase de implementação do sistema envolveu a construção da base de
dados no ambiente Oracle, pela utilização de uma ferramenta Case e a codificação do programa no
ambiente de desenvolvimento Delphi 6. Para a realização deste protótipo, foi criado um banco de
dados com todos os dados e ou informações relevantes, referentes ao município e região assim
como dos sistemas de tratamento, com todos os custos relacionados, permitindo com isso a
implementação de um sistema especialista difuso que pode, a partir dos dados previamente
cadastrados gerar projeções a cerca da melhor opção de sistema de tratamento de esgoto para o
município ou região.
ABSTRACT
Treatment activities and drinking water distribution, collect and jewer treatment and collect and
garbage treatment are related to the basic sanitation. The insufficiency of financial resources has
been the main reason for the lack efficient systems related to the basic sanitation. However, this
service has a great relevance because the environmental impacts generated by lack of treatment of
this service can take to serious consequences, such as the biological, chemical and physical
properties alterations of the enviromment, that affect direct or indirectly the health, the economic
and social activities, biota, asthetic and the sanitary aspects of the enviromment and the quality of
the natural resources.
Considering this fact, the objective of this study consisted in the development of a computational
prototype to help decision makers in a city to choose the best serwer treatment system to be
implemented, that can inform the best cost/benefit relation for a determined city, supporting it in
alocation of insufficient economic resources, sent to this activity with bigger acceptance among the
citizens of that region. In order to develop this project some steps were followed; starting from
blibliografical revision, where the specific knowledge was searched, obtained during the course,
with the purpose of basing on other steps of project. The phase of system implementation envolved
the development of database in Oracle environment, using a Case tool and the program codification
in Delphi 6 environment. A database with all data and/or important information was created to
develop this prototype, concerning to the city and region as well as the treatment systems and with
all the related costs. Allowing the fuzzy expert system implementation to be able to generate
projections about the best option of sewer treatment system for a city or region from the registered
previous data.
I. INTRODUÇÃO
1. APRESENTAÇÃO
Existe um consenso entre as diversas esferas da sociedade que o saneamento básico está
diretamente relacionado à saúde pública e à qualidade ambiental. Entendem-se como saneamento
básico as atividades relacionadas ao tratamento e distribuição de água potável, coleta e tratamento
de esgotos e recolhimento e tratamento de lixo. Embora estes três aspectos básicos ainda não
supram 100% da demanda no Brasil, o abastecimento de água consegue atender a uma parcela mais
significativa da população que os outros dois itens. Esta informação é fornecida pela Bio – Revista
brasileira de saneamento ambiental, baseada no Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos no
Brasil realizado em 1999 (WAGNER, 2002 apud BIO, 2001).
O mesmo diagnóstico aponta que “... a população urbana atendida com sistemas de abastecimento
de água é de 120,3 milhões de habitantes e o serviço de esgoto chega a 87 milhões de brasileiros”.
Isto é, 91% dos domicílios urbanos são abastecidos com água potável contra 49% que contam com
coleta de esgoto. Deste montante de esgoto coletado, somente 10% recebe tratamento (WAGNER,
2002).
A partir dessas informações, é possível observar que o abastecimento de água foi colocado em
primeiro plano em relação ao tratamento de esgoto. Portanto, são necessárias soluções para atenuar
esta diferença e aumentar os serviços relacionados ao tratamento de esgotos que possam atender a
demanda populacional. Gonçalves e Souza (1997) apontam que o esgoto sanitário é o resultado do
uso doméstico de águas de abastecimento (99,92%) em unidades residenciais, comerciais ou
industriais, nas quais foram adicionadas substâncias sólidas, semi-sólidas e líquidas (0,08%) que
podem ser poluentes e/ou patogênicas, modificando as características físicas, químicas e biológicas
desta mesma água. Coletar esgoto sanitário sem realizar o respectivo tratamento pode significar
apenas transferir estas águas residuárias, aqui consideradas como esgoto sanitário, de uma área
residencial para uma região mais afastada da concentração urbana.
2
A disposição de águas residuárias sem tratamento tende a acarretar impactos ambientais nos corpos
receptores destas substâncias e nos seus arredores. Logo, tratar o esgoto sanitário é necessário para
mitigar ou eliminar estes impactos, entendidos como alterações das propriedades físicas, químicas e
biológicas do meio ambiente, provocadas por qualquer forma de matéria ou energia resultante de
atividades humanas que afetem direta ou indiretamente a saúde, as atividades sociais e econômicas,
a biota, a estética e os aspectos sanitários do meio ambiente e a qualidade dos recursos naturais
(CONAMA in BELLIA, 1996).
O problema desta pesquisa consiste no desenvolvimento de um sistema computacional para análise
da viabilidade econômica de três sistemas distintos de tratamento de esgoto: convencional,
condominial e individual, que confrontadas com as características locais de cada município, deverão
apontar a melhor alternativa de investimento, contribuindo para a tomada de decisão dos gestores
municipais.
Porém, estes estudos são realizados atualmente de forma dispendiosa, considerando-se os custos
envolvidos, os profissionais (especialistas da área de economia) e o tempo necessário para a
avaliação e contabilização do processo, tempo este que poderia ser reduzido com o auxílio de um
programa de computador.
Sendo assim, este projeto, propõe o desenvolvimento de um sistema computacional para efetuar o
cruzamento de dados relevantes e retorno das soluções possíveis (considerando-se as variáveis
envolvidas e seus respectivos custos), para o tratamento do esgoto.
2. JUSTIFICATIVA
Schüür (2003), menciona que a presença de organismos patogênicos no esgoto, como o grupo
coliforme - um conjunto de bactérias que são comuns nos excrementos humanos e de animais -
pode causar diversas doenças. Quando o grupo coliforme está presente na água, serve como
indicador de poluição por esgoto com provável presença de microorganismos patogênicos.
3
Sabe-se que pessoas e animais infectados por alguns microorganismos patogênicos também os
apresentam no trato intestinal. Essas bactérias ocorrem em grande número (100 milhões a 1.000
milhões por grama de fezes) e constituem a chamada flora intestinal (SCHÜÜR, 2003).
As mais comuns são: Escherichia coli, Aerobacter aerogenes e ainda um grupo de intermediário,
Citrobacter. Outros exemplos de espécies encontradas na água, segundo Schüür (2003), são:
• Eberthela typhosa: bactéria causadora de febre tifóide.
• Salmonela paratyphi: bactéria causadora da infecção semelhante à febre tifóide, mas de
caráter mais benigno.
• Shigella dysenteriae: bactéria causadora da disenteria bacilar.
• Entamoeba histolytica: protozoário causador da disenteria amebiana.
• Vibrio cholerae: bactéria responsável pela cólera.
• Virus da Hepatite: produz infecção aguda no fígado.
• Virus da Poliomielite: causador da paralisia infantil.
• Schistosoma mansoni: helminto, parasita do sistema venoso do homem responsável pela
doença conhecida como esquistossomose.
Além disso, com a ocupação desordenada, o corte de árvores, a erosão e a contaminação, ocorre o
processo de desaparecimento das nascentes e rios. As construções iniciam a ocupação dos morros, e
o lixo e o esgoto jogados nos córregos iniciam a contaminação dos mananciais que abastecem a
população, o que causa graves problemas de saúde (WAGNER, 2002).
Quando uma fonte de água natural sofre a contaminação por esgotos, isto leva ao problema da
eutrofização, que segundo a Secretaria do Verde e o Meio Ambiente do estado de São Paulo, seção
de Trilhas e Museus (2000), é um processo de aumento da quantidade de nitrogênio, fósforo e
potássio na água, que favorece o desenvolvimento das algas, também responsáveis pela elaboração
do oxigênio. Esta superpopulação de algas deteriora a qualidade da água pela produção de
substâncias tóxicas e por impedirem a penetração da luz, impossibilitando a fotossíntese nas
camadas mais profundas. A ação dos decompositores, combinada com a respiração desta grande
quantidade de algas da superfície, esgota o oxigênio e os peixes começam a morrer. Há a
modificação de toda a cadeia alimentar, levando a um desequilíbrio ecológico.
4
Para evitar isto, há necessidade de tratamento de esgoto, fiscalização dos despojos e educação
ambiental (WAGNER, 2002). Os serviços públicos de abastecimento de água e tratamento de
esgoto podem optar por uma das alternativas abordadas neste trabalho (convencional, condominial
ou individual), porém, o tratamento mais viável muda de cidade para cidade e, para cada qual,
especialistas são contratados para avaliar, calcular e diagnosticar qual dos tipos de tratamento é o
mais recomendado para aquela região, sendo assim, torna-se interessante um sistema que possa
avaliar as características de uma cidade de forma automatizada, realizando um trabalho
especializado, sem a necessidade de um especialista humano colaborando diretamente em cada
iteração. Visando atingir esse objetivo, foi utilizada uma técnica da área de Inteligência Artificial
denominada como Sistemas Especialistas para poder gerar as projeções necessárias.
3. IMPORTÂNCIA DO TRABALHO
O presente projeto permite a realização de análises da viabilidade econômica com o levantamento
de custos de implantação, operação e manutenção de sistemas de tratamento de esgoto (STE), bem
como os dados não monetários relevantes, de uma forma mais simples e ágil que a utilizada
atualmente, considerada trabalhosa pela quantidade de variáveis envolvidas, constituindo-se numa
ferramenta importante para os tomadores de decisão sobre a relação custo-benefício de cada STE a
ser implantado num dado município.
Como o processo de decisão sobre características não monetárias é mais subjetivo que o processo
de levantamento de custos, os sistemas especialistas mostram-se rápidos e eficientes para auxiliar na
tomada de decisão. Além disso, um ser humano dispensaria muito tempo na realização de tais
avaliações. Deve-se considerar, também, a facilidade e agilidade gerada pelo banco de dados que
contém todas as informações que envolvem esse processo de tomada de decisão, evitando a
necessidade de busca repetitiva de dados sempre que seja desejável ou necessário realizar um novo
projeto.
5
4. OBJETIVOS DO TRABALHO
4.1 Objetivo Geral
O presente projeto teve por objetivo desenvolver um sistema computacional que permitisse a
análise da viabilidade econômica, técnica e sócio-ambiental dos sistemas de tratamento de esgoto
existentes para apontar a melhor alternativa de investimento.
4.2 Objetivos Específicos
Para contemplar os objetivos gerais, subdividiu-se este nos seguintes objetivos específicos:
• Interação com profissionais da área de Engenharia Ambiental e Econômica visando o
intercâmbio de informações para alimentar o sistema a ser implementado;
• Modelagem e implementação de uma base de dados para permitir o armazenamento das
informações referentes a sistemas de tratamento de esgoto e as características dos municípios;
• Implementação de um módulo para efetuar o cruzamento dos dados, gerando como resultado,
alternativas de solução para sistemas de tratamento de esgoto dos municípios;
• Geração de informações sobre a viabilidade econômica dos sistemas de tratamento;
• Estudo da necessidade e viabilidade da utilização de técnicas de Inteligência Artificial para
auxílio no cruzamento das informações;
• Testes e validação do sistema implementado.
5. METODOLOGIA
A metodologia a ser seguida para o desenvolvimento do presente projeto baseia-se nos seguintes
aspectos:
6
• Interação com os profissionais de Engenharia Ambiental, tendo sido importante seu
cumprimento durante todo o desenvolvimento desse projeto, pois foi através do intercâmbio
de informações a identificação das variáveis que envolvem todo o problema e as possíveis
soluções e objetivos a serem alcançados com as análises;
• Obtenção das variáveis mais relevantes para a análise da viabilidade econômica, técnica e
sócio-ambiental e seus respectivos pesos para o desenvolvimento do módulo. E além disso, o
levantamento sobre os conceitos relacionados ao tratamento de esgoto;
• Estudo do funcionamento de um Banco de Dados, desde a modelagem, passando pela
inserção e posteriormente a forma de recuperação de dados para sua integração com a
Inteligência Artificial;
• Levantamento bibliográfico, incluindo o estudo dos conceitos de Inteligência Artificial,
voltando-se para os Sistemas Especialistas, que em conjunto com o Banco de Dados realizam
o cruzamento das informações para auxiliar no processo de tomada de decisão;
• Definição de uma ferramenta de programação e implementação de um módulo para utilizar as
potencialidades do Banco de Dados e Inteligência Artificial, auxiliando na tomada de decisão.
• Especificação e implementação do protótipo;
• Validação e testes do protótipo junto aos potenciais usuários, sendo que, primeiramente, foi
validado pelos demais envolvidos no projeto, considerando-se que uma análise de viabilidade
econômica já está sendo realizada nas cidades de Balneário Camboriú e Itajaí, pelo método
comumente utilizado.
7
II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1. INTRODUÇÃO
Este projeto visa a criação de um Sistema de Informação que identifique as melhores opções de
viabilidade econômica, técnica e sócio-ambiental na implantação dos sistemas de tratamento de
esgotos, utilizando Sistemas Especialistas para gerar as projeções necessárias, indicando a opção
mais viável para a situação problema.
Desta forma, para obter as informações necessárias à montagem do sistema proposto, será
apresentada na seqüência uma breve revisão sobre Sistemas de Informação, para contextualizar a
proposta nesta área. Em seguida serão apresentadas as pesquisas bibliográficas referentes a sistemas
especialistas, adquirindo o conhecimento necessário nesta área para implementar o módulo
especialista que irá fazer o cruzamento das informações técnicas e econômicas para gerar as
projeções necessárias. Por fim será apresentada a pesquisa referente aos sistemas de tratamento de
esgoto e as necessidades econômicas que cercam a implantação destes sistemas.
2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
Um Sistema de Informação (SI) é um conjunto de elementos interdependentes (subsistemas),
logicamente associados, para que sejam geradas informações necessárias à tomada de decisões a
partir de sua interação . Portanto, seu objetivo é gerar informações para a tomada de decisões.
Assim sendo, o Sistema de Informação deve ser elaborado de modo que as informações por ele
propiciadas tenham as características ideais (CAUTELLA e POLLONI, 1991).
Os Sistemas de Informação podem conter informações sobre pessoas, lugares ou itens de interesse;
transformando seu conteúdo em uma forma utilizável para a coordenação de fluxo de trabalho de
uma empresa, auxiliando seus usuários tomada de decisões, análise e visualização de assuntos
8
complexos e resolução de outros tipos de problemas. Os sistemas de informação fazem isso através
de um ciclo de três atividades básicas: entrada, processamento e saída.
A entrada envolve a captação ou coleta de fontes de dados brutos de dentro da organização ou de
seu ambiente externo. Para Laudon e Laudon (1999), os Sistemas de Informação computadorizados
captam dados de fora ou de dentro de uma organização através de formulários em papel que os
registram e os colocam diretamente em um sistema de computadores através de um teclado ou outro
dispositivo. As atividades de entrada, tais como registro, codificação, classificação e edição, se
preocupam em assegurar que os dados necessários são corretos e completos.
O processamento envolve a conversão dessa entrada bruta em uma forma mais útil e apropriada.
Laudon e Laudon (1999), mencionam que durante o processamento, os dados são organizados,
analisados e manipulados através de cálculos, comparações, resumos e classificações, objetivando
uma forma de disposição mais significativa e útil. As atividades de saída transmitem os resultados
do processamento a locais onde serão usados para tomada de decisões, projeto, inovação,
coordenação ou controle.
A saída envolve a transferência da informação processada às pessoas ou atividades que a usarão e
pode tomar várias formas – relatórios impressos, apresentações gráficas, vídeos, som ou dados a
serem enviados a outros Sistemas de Informação. Os Sistemas de Informação também devem
armazenar dados e informações de uma forma organizada, visando facilitar o processamento ou
saída (LAUDON e LAUDON, 1999).
Para que uma gerência possa tomar decisões seguras a partir de uma informação recebida, segundo
Melo (1987), essa informação precisa ser:
a) Clara - apresentar o fato com clareza, não o mascarando entre os fatos acessórios;
b) Precisa - a informação deve ser de um alto padrão de precisão e nunca apresentar termos
como: "por volta de ...", "cerca de ...", "mais ou menos ...";
c) Rápida - chegar ao ponto de decisão em tempo hábil para que surta efeito na referida
decisão. Um ainformação pode ser muito clara e precisa, mas, se chegar atrasada ao
momento de decisão, já perdeu sua razão de ser;
d) Dirigida - a quem tenha necessidade dela e que irá decidir com base nessa informação.
9
Os Sistemas de Informação computadorizados são essenciais no ambiente de trabalho de hoje, pois
podem ajudar as pessoas a analisar problemas, visualizar assuntos complexos, criar novos produtos,
comunicar, tomar decisões, coordenar e controlar, além de armazenar informação sob várias formas,
até que ela seja necessária para o processamento ou saída.
No contexto apresentado é que se encaixará o sistema ora proposto, um SI para atender as
necessidades de previsão econômico-financeiras dos municípios que pretendem implantar sistemas
de tratamento de esgotos, mas que têm a necessidade de verificar a viabilidade econômica desse
processo. Para tal, será desenvolvido um sistema que projetará tais análises baseadas em dados
previamente cadastrados, referentes à geografia, clima, economia, dados sócio-ambientais e
necessidades dos municípios, conforme será apresentado na pré-modelagem ao final desta etapa do
trabalho.
3. SISTEMAS ESPECIALISTAS
A pesquisa sobre Sistemas Especialistas (SE) está sendo apresentada para ser utilizada em um dos
módulos do SI para gerar as projeções de viabilidade econômica da implantação dos sistemas de
tratamento de esgoto. Com este recurso pretende-se gerar respostas semelhantes às dos especialistas
humanos, tentando disponibilizar resultados eficientes de forma prática e confiável para os usuários
do sistema ora proposto.
Fávero (2002 apud SILVA, 2002) define sistema como sendo um “conjunto de elementos, materiais
ou idéias entre os quais se possa encontrar ou definir alguma relação”. De acordo com o mesmo
autor, especialista é a pessoa que se dedica com particular interesse e cuidado a um determinado
estudo.
Já os Sistemas Especialistas, uma aplicação da Inteligência Artificial, são programas de computador
planejados para adquirir e disponibilizar o conhecimento operacional de um especialista humano
(CHAIBEN, 2003). São tradicionalmente vistos como sistemas de suporte à decisão, pois têm a
capacidade de tomar decisões como especialistas em diversas áreas. Sua estrutura reflete a maneira
10
como o especialista humano arranja e faz inferência sobre o seu conhecimento, tornando importante
a etapa de armazenamento da informação, já que para ser uma ferramenta eficaz, a facilidade de
interação com o usuário torna-se uma das características mais desejáveis, com a aquisição de novos
conhecimentos e a explicação do seu raciocínio após uma conclusão (ibidem).
3.1 Breve Histórico
Segundo Rabuske (1995), os primeiros pesquisadores de Inteligência Artificial (IA) desejavam a
construção de uma máquina inteligente, com capacidade ampla de solução de problemas. Sendo
assim, um pequeno conjunto de normas de raciocínio, ligado a um potente computador, poderia
gerar desempenho acima do humano. Porém, começaram a notar a amplitude do projeto e reduziram
seus objetivos a sistemas capazes de resolver problemas específicos, sem aprendizado, ou com
aprendizado bem limitado.
Após uma série de experiências com este objetivo, constatou-se, também o limitado alcance do
raciocínio de tais sistemas. Contudo, as experiências tiveram seu valor, pois os especialistas ficaram
satisfeitos com os sistemas iniciais, os quais tinham boas bases de conhecimentos e mecanismos de
inferência, e que, embora de forma precária, satisfaziam.
Assim, durante a década de 70, surgiram vários sistemas especialistas. Entre os que mais se
destacaram estão o MYCIN, um sistema para detecção e diagnóstico de doenças infecciosas, e o
Prospector, um sistema para dar suporte a geólogos na exploração mineral. Os sistemas baseados
em regras de produção dominaram amplamente as experiências efetuadas.
3.2 Estrutura de um Sistema Especialista
Quanto aos componentes de um Sistema Especialista, observou-se que na literatura não existe
concordância. Historicamente, as duas principais partes são a Base de Conhecimento e o
11
Mecanismo de Inferência, embora na prática seja necessária uma interface com o usuário
(AZEVEDO, 2003).
De acordo com Chaiben (2003), o modelo da Figura 1 apresenta os três componentes básicos da
arquitetura de um Sistema Especialista: a Base de Conhecimento, a Máquina de Inferência, e a
Interface com o Usuário.
Figura 1 - Estrutura convencional de um Sistema Especialista
Fonte: Chaiben (2003).
3.2.1 A Base de Conhecimento
A Base de Conhecimento contém informações dos tipos: regras de produção, quadros, redes
semânticas, ou outra forma qualquer.
É uma base capaz de certos tipos de controle sobre si mesma, podendo até suprir algumas
informações ausentes. Esta característica a distingue das tradicionais bases de dados (RABUSKE,
1995).
12
Um Sistema Especialista deve utilizar o conhecimento específico de seu domínio de aplicação,
adquirido através de um programa de raciocínio relativamente simples (CHAIBEN, 2003). Neste
sentido, segundo o mesmo autor, o termo “Base de Conhecimento” é utilizado para especificar uma
coleção de conhecimento ou domínio, ou seja, as informações, no nível do especialista, necessárias
para resolver problemas de uma área específica. Portanto, este conhecimento precisa ser organizado
de uma maneira adequada para que a Máquina de Inferência possa tratá-lo convenientemente. Pode-
se dizer que a Base de Conhecimento contém um somatório de fatos (informações sempre
disponíveis para serem compartilhadas e atualizadas pelo especialista do domínio). Assim, uma
base de conhecimento pode ser vista como um conjunto de regras, cada qual podendo ser validada
independentemente da estrutura de controle.
A parte considerada mais sensível a problemas refere-se à impossibilidade de fornecer um
conhecimento completo sobre o tema em questão, base do sistema, tornando o desempenho
dependente da qualidade e do tamanho de sua Base de Conhecimento.
3.2.2 A Máquina de Inferência
Segundo Chaiben (2003), a Máquina de Inferência, de certo modo, tenta imitar os tipos de
pensamento que o especialista humano emprega quando resolve um problema, ou seja, ele pode
começar com uma conclusão e procurar uma evidência que a comprove, ou mesmo iniciar com uma
evidência para chegar a uma conclusão. Em Sistemas Especialistas, estes dois métodos são
chamados de backward chaining e forward chaining, respectivamente. Nem todos os sistemas
utilizam a mesma abordagem para a representação do seu conhecimento, portanto, a máquina de
inferência deve ser projetada para trabalhar com a representação de conhecimento específica
utilizada.
A Base de Conhecimento é considerada uma fonte de informações para a Máquina de Inferência,
que a utiliza para pesquisas. Para a realização desta tarefa, deve haver uma linguagem ou um
formato específico, no qual o conhecimento possa ser expresso para permitir o “raciocínio” e a
inferência, estando sujeito a mudanças (ibidem).
13
3.2.3 A Interface com o Usuário
A interface com o usuário pretende facilitar a comunicação entre o usuário e o Sistema Especialista,
utilizando-se de entradas (dados e fatos) e saídas (perguntas, explicações, conclusões).
Muitos princípios baseados nas teorias cognitivas têm sido propostos para projetos de interface,
como resultado de pesquisas na área de interação homem-máquina. Uma das considerações
principais no projeto de qualquer interface homem-máquina deve ser a facilidade de uso, reduzindo
ao máximo a carga cognitiva sobre o usuário (CHAIBEN, 2003).
3.3 Componentes
O componente de conhecimento e o componente de raciocínio são as chaves de qualquer sistema
que reflita “inteligência”. Portanto, a única maneira destes sistemas apresentarem um
“comportamento inteligente” é através de mecanismos formais para a representação do
conhecimento e a utilização de técnicas de inferência (CHAIBEN, 2003).
A seguir tem-se um exemplo de Passos (2003) sobre Inteligência Artificial, demonstrando como um
computador responde à pergunta mesmo que a resposta não tenha sido armazenada, isto é, com os
fatos que foram armazenados e com um “conhecimento”, que foi também armazenado, ele deduz
uma resposta que não estava armazenada em sua memória.
Por exemplo:
Fato 1 – Mirna é filha de Sônia.
Fato 2 – Tiago é filho de Sônia.
Conhecimento 1 – Irmão ou irmã é aquele filho do mesmo pai ou da mesma mãe.
Pergunta 1 – Mirna é irmão de Tiago?
Resposta do Computador: SIM.
14
Para tomar uma decisão, os sistemas especialistas acessam a Base de Conhecimento citada
anteriormente e além disso exploram os mecanismos de raciocínio para aplicar seu conhecimento ao
problema, com o auxílio de um mecanismo para explicar o que estão fazendo o porquê.
3.4 Aquisição do Conhecimento
O processo de aquisição de conhecimento refere-se à transferência de conhecimento de alguma
fonte, freqüentemente humana, para um programa de computador. No contexto dos sistemas
especialistas, é o processo de captar procedimentos, regras, métodos, enfim, o raciocínio do
especialista sobre como ele resolve o problema para, posteriormente, transferí-lo para o sistema
(SIQUEIRA, 1999).
Ainda para Siqueira (1999), a aquisição de conhecimento é um gargalo na construção de um sistema
especialista, por ser a tarefa mais difícil, que tipicamente envolve ações de reunir informações de
um ou mais peritos humanos e/ou fontes documentais, ordenando esta informação de alguma
maneira, para então, traduzí-la numa forma extensível pela máquina. O engenheiro do
conhecimento tem muito menos conhecimento do domínio que o especialista; de qualquer maneira,
os problemas de comunicação impedem o processo de transferência da perícia no programa.
A tecnologia utilizada para o desenvolvimento dos Sistemas Especialistas é denominada Engenharia
do Conhecimento. Nela o "Engenheiro do Conhecimento", responsável direto pelo desenvolvimento
do sistema em um determinado domínio, deverá adquirir através de pesquisas e entrevistas com
especialistas o máximo possível de conhecimento do domínio e traduzir essas informações para um
formato que possa ser reconhecido pelo computador. Esta fase é denomina de "Aquisição de
Conhecimento" (MELO et al, 2003).
O contato direto do especialista com o engenheiro do conhecimento é uma tarefa que consome
geralmente muito tempo e trabalho. A missão do engenheiro do conhecimento é descobrir e
formalizar o conhecimento do perito, através de uma série extensiva de interações, geralmente
entrevistas, nas quais os conceitos básicos envolvidos para a resolução do problema são
determinados e as regras que expressam suas relações são formalizadas (AZEVEDO, 2003).
15
Após o conhecimento ser adquirido é necessário representá-lo. A representação do conhecimento é
uma combinação de estrutura de dados e procedimentos de interpretação que, se usados de maneira
correta dentro de um programa, levarão o sistema a apresentar um comportamento inteligente
(AZEVEDO, 2003).
3.5 Áreas de Utilização
Conforme Azevedo (2003), a tecnologia de Sistemas Especialistas é o ramo da Inteligência
Artificial que mais se destaca por apresentar resultados práticos de sucesso, em diversas áreas do
conhecimento. O professor Edward A. Feigenbaum, na abertura do IV Congresso Mundial em
Sistema Especialista, ocorrido em março de 1998, na Cidade do México, fez um relato de sua
experiência como chefe dos cientistas da Força Aérea dos Estados Unidos, no período de 1994 a
1997. Destacou que todos os três serviços do Departamento de Defesa norte-americano (Forças
Armadas, Aérea e Naval) utilizavam tecnologias oriundas da Inteligência Artificial,
particularmente, a tecnologia de Sistemas Especialistas.
Porém, segundo Chaiben (2003), o Sistema Especialista mais freqüentemente citado é o MYCIN,
desenvolvido por uma equipe de médicos e especialistas em IA, na Universidade de Stanford, que
contém o conhecimento dos mais destacados especialistas no campo de doenças infecciosas. Foi
projetado para auxiliar no diagnóstico e tratamento de meningite (inflamação das membranas que
envolvem o cérebro e a medula espinhal) e bacteriemia (infecção bacteriana no sangue). Utiliza o
tipo de raciocínio “backward chaining”. Dando-se um conjunto de sintomas para análise, este utiliza
seus conhecimentos diagnosticar a doença e então recomendar o apropriado tratamento. O MYCIN
foi um pioneiro entre os Sistemas Especialistas e representa um esforço de aproximadamente 50
homens/ano. Muito deste esforço está embutido em sua Base de Conhecimento.
Além da medicina, o Sistema Especialista é uma ferramenta utilizada em áreas como indústria,
educação (como na matemática, física, química e no ensino em geral), comércio, finanças e jurídica,
ou seja, em quase todos os segmentos onde se requer um especialista, resultando em projeções,
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diagnósticos, prognósticos, monitoramento, simulação, manutenção, treinamento e controle. Sua
utilização destaca-se especialmente, em sistemas de apoio à decisão.
3.6 Classificação dos Sistemas Especialistas
Melo et al (2003), relatam que o Grupo de Sistemas Inteligentes (GSI) do Departamento de
Informática da Universidade de Maringá (UEM), apresentou uma classificação para os diversos
tipos de Sistemas Especialistas. A seguir tem-se uma classificação baseada na funcionalidade dos
sistemas:
• Interpretação – sistemas que inferem descrições de situações à partir da observação de fatos
fazendo uma análise de dados e procurando determinar as relações e seus significados.
• Diagnósticos – sistemas que detectam falhas oriundas da interpretação de dados.
• Monitoramento – interpreta as observações de sinais sobre o comportamento monitorado.
• Predição – a partir de uma modelagem de dados do passado e do presente, este sistema
permite uma determinada previsão do futuro.
• Planejamento – o sistema prepara um programa de iniciativas a serem tomadas para se
atingir um determinado objetivo.
• Projeto – sistema capaz de justificar a alternativa tomara para o projeto final, e de fazer uso
dessa justificativa para alternativas futuras.
• Reparos – trata-se de um sistema que desenvolve e executa planos para administrar os
reparos verificados na etapa de diagnóstico.
• Depuração – sistemas que possuem mecanismos para fornecerem soluções para o mau
funcionamento provocado por distorções de dados.
• Instrução – o sistema de instrução tem mecanismos para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes.
• Controle – sistema que governa o comportamento geral de outros sistemas (não apenas de
computação). É o mais completo, de um modo geral, pois deve interpretar os fatos de uma
situação atual, verificando os dados passados e fazendo uma predição do futuro. Apresenta os
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diagnósticos de possíveis problemas, formulando um plano ótimo para sua correção. Este
plano de correção é executado e monitorado para que o objetivo seja alcançado.
3.7 Vantagens e Desvantagens
As vantagens dos SE´s, de acordo com Fávero (2002 apud SILVA, 2002), são: decisão
fundamentada em uma base de conhecimento; dependência decrescente de pessoal específico;
flexibilidade; integração de ferramentas e evitar a interpretação humana de regras operacionais.
Porém, de acordo com Ramos (1995) e Rabuske (1995 apud FERNANDES 2000) os SE´s
apresentam algumas desvantagens: tendem a trabalhar de uma forma rotineira; não possuem
inspiração ou criatividade, portanto não adquirem novo conhecimento; não são bons em representar
o conhecimento temporal e espacial; têm dificuldade em manipular conhecimento inconsistente;
falta de conhecimentos genéricos; dificuldade na validação do sistema, de lidar com situações
inesperadas e em reconhecer seus próprios limites, sendo assim, caso ocorram situações
inesperadas, não são capazes de gerar uma solução autônoma.
4. LÓGICA DIFUSA
O controle difuso é baseado nos conceitos de lógica difusa, que foram formalizados em meados dos
anos 60 pelo Dr. Lotfi A. Zadeh, segundo Goonatilake & Khebbal (1995), citam que Zadeh
desenvolveu a matemática de lógica difusa para prover uma ferramenta de interpretação mais
próxima do real.
Os termos: Lógica Fuzzy (Fuzzy Logic), Lógica Nebulosa ou Lógica Difusa possuem o mesmo
significado neste contexto.
Para Nascimento Júnior e Yoneyama (2000), a lógica difusa (Fuzzy Logic) permite o tratamento de
expressões que envolvem grandezas descritas de forma não exata. Como exemplo, considere-se a
18
descrição das ações de um motorista sobre o pedal de freio de um automóvel que se aproxima de
uma curva:
Se {(velocidade = muito grande) ^ (raio de curvatura = pequeno)}
Então {força sobre pedal = grande}
Se {(velocidade = mediana) ^ (raio de curvatura = grande)}
Então {força sobre pedal = pequena}
Nessas expressões, as variáveis velocidade, raio de curvatura e força sobre pedal poderiam ser
numéricas, entretanto, os instrutores de auto-escola costumam utilizar expressões que envolvem
incertezas do tipo muito grande, bem devagar, pouco à esquerda e outros termos de natureza
lingüística.
A imprecisão da linguagem natural é uma conseqüência lógica da necessidade de expressar
informação de forma resumida. (ZADEH, 1978 apud MATTOS, 2001).
O tratamento de expressões que envolvem variáveis lingüísticas pode ser realizado através da
utilização da lógica nebulosa que, por sua vez, se baseia em conceitos de conjuntos nebulosos.
4.1 Conjuntos Difusos
Um conjunto é uma coleção de objetos. Inicialmente, um objeto possui apenas duas possibilidades
quanto à sua relação com um conjunto: ou um determinado objeto é ou não é um elemento do
conjunto.
Cardoso (2000), cita que para conjuntos podem-se usar também os termos Conjunto Fuzzy (Fuzzy
Set), Conjunto Nebuloso ou Conjunto Difuso.
19
A reprodução de características inteligentes em máquinas construídas pelo homem é um dos
objetivos mais perseguidos pela comunidade científica e tecnológica, surgindo e desenvolvendo-se
vários métodos computacionais. Nesse contexto, têm-se os conjuntos difusos que trabalham com a
imprecisão e o raciocínio aproximado (MATTOS, 2001).
Dessa forma, um elemento pode pertencer muito ou pouco e até não pertencer a um conjunto difuso.
O grau de pertinência varia de 0 a 1, isto é, da completa exclusão até a total pertinência, podendo
assumir todos os valores intermediários. Ou seja, o elemento pertence ao conjunto segundo um
determinado nível ao qual é dado o nome de grau de pertinência (ibidem). Pela Figura 2 é possível
observar um exemplo de função de pertinência.
Figura 2 - Função de pertinência para um conjunto difuso A.
Fonte: Nascimento Júnior e Yoneyama (2000)
Segundo Fernandes (1997), a teoria dos conjuntos difusos foi introduzida por Zadeh, em 1965. O
objetivo de seu desenvolvimento foi para lidar com problemas mal definidos ou muito complexos
para serem tratados pelos métodos matemáticos convencionais.
Conforme Cardoso (2000), para ilustrar, pode-se imaginar a seguinte situação: supondo que existam
várias pessoas numa sala e deseja-se classificá-las em “não altas” e altas”.
Há dois problemas neste caso: o primeiro é definir o ponto que divide as categorias em alta e não
alta, pois alguém pode considerar como sendo alta uma pessoa com mais de 1,80m, enquanto outra
pessoa pode considerar alta uma pessoa acima de dois metros. Este limite pode mudar de pessoa
para pessoa.
20
O segundo problema é como tratar os elementos que estão próximos da fronteira. Considerando-se a
fronteira como sendo 1,75m, pessoas com 1,74m e 1,76m teriam uma classificação totalmente
diferente, embora a diferença entre suas medidas seja insignificante. A representação de estatura
alta pode ser observada na Figura 3.
Figura 3 – Representação de estatura alta utilizando graus de pertinência.
Fonte: Nascimento Júnior e Yoneyama (2000)
Para os conjuntos difusos, as incertezas ao que seria uma pessoa de estatura alta seriam
representadas por um grau de pertinência.
No exemplo citado, para uma pessoa, ser alta ou não, pode ser uma questão sem importância, mas
há casos em que definir se um elemento pertence ou não a um conjunto pode ser uma questão
extremamente relevante.
Segundo Nascimento Júnior e Yoneyama (2000), a formalização do conceito de conjuntos
nebulosos pode ser obtida estendendo-se a teoria clássica de conjuntos. Assim, na teoria clássica,
um conjunto pode ser caracterizado pela sua função indicadora, ou seja, dado um conjunto A no
universo X, define-se IA(x):X→[0,1] pela Equação 1.
1 se x a A IA(x)= {
0 se x a A Equação 1
21
Se X for o conjunto R+ e A um intervalo fechado, a função indicadora de A assume o aspecto da
Figura 4.
Figura 4 – Função indicadora do conjunto A.
Fonte: Nascimento Júnior e Yoneyama (2000)
Portanto, um conjunto clássico pode ser representado por A = {x X| IA(x) = 1}, ou
abreviadamente, A ≡ { x,IA}. De forma análoga, os conjuntos difusos são definidos por A = {x X|
µA(x) = 1}, onde µA(x):X→[0,1] é a função de pertinência que expressa o quanto um dado elemento
x pertence a A.
4.2 Conceitos
Para uma melhor compreensão sobre a teoria dos conjuntos difusos, torna-se necessário ter uma
noção sobre os alguns conceitos básicos, descritos a seguir (Bastos, 1994 apud FERNANDES
1997).
a) Conjuntos difusos: Zadeh definiu que cada elemento de um universo pode possuir
pertinência parcial a um determinado conjunto, sendo uma classe de objetos com contínuos
graus de pertinência no intervalo [0,1].
b) Conjunto difuso normalizado: chama-se de conjunto difuso normalizado todo conjunto
difuso cujo maior grau de pertinência é 1.
22
c) Conjunto difuso convexo: é todo conjunto difuso em que, para dois pontos quaisquer de sua
função de pertinência, o segmento de reta que os une também pertence ao conjunto.
µA ( λ x1 + ( 1- λ )x2 ) ≥ Min ( µA( x1 ), µA( x2 ) ), x1, x2 X
λ [0,1]
d) Número difuso: é um conjunto difuso convexo e normalizado em que:
• Existe um e somente um ponto x0 para o qual o valor da função de pertinência seja 1;
• A função de pertinência que define o conjunto difuso é contínua por partes.
e) Corte de Nível α: denomina-se de corte de nível α ao conjunto clássico formado pelos
elementos x cuja função de pertinência seja maior que α.
A = {x X | µA(x) ≥ α }
f) Suporte de um conjunto difuso A: o suporte de um conjunto difuso A, S (A), é o conjunto de
todo x X tal que µA(x) > 0.
g) Cardinalidade: para um conjunto difuso finito A, a cardinalidade |A| é definida como:
|A| = Σ µA(x), onde x X
h) Igualdade de conjuntos: dois conjuntos difusos A e B são iguais (A = B), se e somente se,
para todo e qualquer x X, µA(x) = µB(x).
4.3 Operações com Conjuntos Difusos
Segundo Mattos (2001), as operações com conjuntos difusos são união, intersecção e complemento,
sendo definidas por meio de suas funções de pertinência.
a) União entre conjuntos difusos: a união C = A B é definida como a união padrão (Figura
23
b) 5):
µC = Max (µA(x), µB(x)), x X
Figura 5 - União entre conjuntos difusos.
Fonte: Mattos, 2001
c) Intersecção entre conjuntos difusos: a intersecção D = A B está sendo definida como
sendo a intersecção padrão, que utiliza-se do mínimo (Figura 6):
µD = Min (µA(x), µB(x)), x X
Figura 6 - Intersecção entre conjuntos difusos.
Fonte: Mattos, 2001
24
d) Complemento: o complemento padrão de um conjunto difuso A, µDA(x), é definido como
(Figura 7):
µDA(x) = 1 - µA(x), x X
Figura 7 – complemento de um conjunto difuso.
Fonte: Mattos, 2001
4.4 Variáveis Lingüísticas
Fernandes (1997) explica que os conjuntos difusos permitem a modelagem de situações complexas
e imprecisas, bem como trabalhar com o uso de variáveis lingüísticas.
Variáveis lingüísticas são variáveis cujos valores não são números, mas palavras ou sentenças em
linguagem natural ou artificial (CABRAL, 1994).
Os conjuntos difusos e as variáveis lingüísticas podem ser utilizados para quantificar o significado
da linguagem natural, a qual pode logo ser manipulada. Essas variáveis são representadas nos
conjuntos difusos, possibilitando uma aproximação com o mundo real (Bastos, 1994 apud
MATTOS, 2001)
Cabral (1994), cita que uma das ferramentas básicas para lógica difusa é a noção de variável
lingüística.
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A seguir, a Tabela 1 mostra algumas variáveis lingüísticas e os valores típicos que poderiam ser
designados a elas:
Tabela 1 – variáveis lingüísticas e seus valores
VARIÁVEL LINGÜÍSTICA VALORES TÍPICOS
Estatura Baixa, mediana, alta
Idade Criança, jovem, adulto, idoso
Cor Vermelho, verde, amarelo, laranja
Temperatura Muito baixa, baixa, média, alta, muito alta
Fonte: Mattos (2001).
As variáveis lingüísticas não possuem valores precisos, representam um espectro de valores.
Quando se define, por exemplo, que uma pessoa é alta, isto não significa um valor exato, mas sim
um intervalo de valores (MATTOS, 2001).
4.5 Sistemas Especialistas Difusos
Com o aprofundamento dos estudos sobre sistemas especialistas, houve o surgimento de questões
nas quais os conhecimento não era suficientemente bem representado pelos sistemas convencionais,
pela limitação dos mesmos em modelar a incerteza de um fato do mundo real. (FERNANDES,
1996)
Para resolver este tipo de questão, algumas tentativas foram iniciadas, como por exemplo, a
utilização de fatores de certeza, como é o caso do MYCIN. Porém, alguns inconvenientes foram
gerados a partir dessa abordagem; o principal deles foi a explosão combinatória causada pelo
cálculo de fatores de certeza, incentivando o início de outras linhas de pesquisa, tais como a
utilização de lógica difusa nos sistemas especialistas (BUCHAMAN, 1984 apud FERNANDES,
1997).
26
Os fatos, relações, julgamentos, opiniões e regras de inferência contidos na base de conhecimento
do sistema especialista, usualmente possuem vários graus de imprecisão e incerteza. Dessa forma, é
desejável que o sistema especialista seja capaz de lidar com inferências de um dado impreciso e
heurísticas vagas, como o especialista humano. Por esse motivo, lidar com a incerteza no projeto de
um sistema especialista é a etapa mais importante na modelagem do processo de raciocínio. A
utilidade da teoria dos conjuntos difusos para teste propósito tem sido largamente estudada
(FERNANDES, 1996).
Para Cardoso (2000), os principais benefícios derivados do uso de modelos difusos em sistemas
especialistas são: (i) a capacidade de modelar problemas altamente complexos; (ii) melhoria da
modelagem cognitiva dos sistemas especialistas; (iii) habilidade de modelar sistemas envolvendo
vários especialistas; (iv) redução da complexidade do modelo; (v) melhoria da capacidade de
manipulação da “incerteza” e da “possibilidade”.
Sendo assim, Fernandes (1997) explica que o sistema especialista difuso é um sistema que utiliza
lógica difusa, isto é, uma coleção de funções de pertinência e regras que são usadas para raciocinar
sobre os dados. As regras de um sistema especialista difuso são usualmente similares a esta:
Se x é baixo e y é alto, então z é médio
Onde x e y são variáveis de entrada, z é variável de saída, baixo é uma função de pertinência
definida em x, alto é uma função de pertinência definida em y, e médio é uma função de pertinência
definida em z. A parte da regra entre IF e THEN é a premissa ou antecedente da regra. A parte da
regra seguinte ao THEN é a conclusão ou subseqüente. Esta parte da regra designa a função de
pertinência para cada uma ou mais variáveis de saída.
Com a definição das regras e funções de pertinência, o próximo passo é saber como aplicar este
conhecimento para valores específicos de variáveis de entrada a fim de calcular os valores das
variáveis de saída. Em um sistema especialista difuso, o processo de inferência é uma combinação
de três subprocessos principais: (i) fuzificação (ii) inferência; (iii) defuzificação (FERNANDES,
1997).
27
4.6 Fuzzificação
A fuzzificação é o processo de associar ou calcular um valor para representar um grau de
pertinência da entrada em um ou mais grupos qualitativos, chamados de conjuntos difusos. O grau
de pertinência é determinado por uma função de pertinência que foi definida com base na
experiência ou intuição. Funções de pertinência são o meio pelo qual um controlador é sintonizado
para alcançar respostas desejadas a determinadas entradas (CABRAL, 1994).
Conforme Fernandes (1997), o tipo e a quantidade de funções de pertinência usadas em um sistema
dependem de: (i) precisão; (ii) estabilidade; (iii) facilidade de implementação; (iv) manipulação; (v)
manutenção.
Portanto, nessa etapa, Mattos (2001), cita que os valores numéricos são transformados em graus de
pertinência para um valor lingüístico. Permitindo uma ligação entre os termos lingüísticos (frio,
próximo, quente, dentre outros) e as funções de pertinência.
Em geral, uma vez que o sistema difuso está operando, as funções de pertinência não mudam.
Formas simples como trapézios ou triângulos são freqüentemente utilizadas para definir
pertinências em conjuntos difusos. Contudo, qualquer função considerada adequada pode ser
utilizada. Além disso, deve ser decidido o número de conjuntos difusos por entrada do sistema
(CABRAL, 1994).
Segundo Viot (1993 apud MATTOS, 2001), o número e a forma das funções de pertinência em
conjuntos difusos são escolhidos dependendo da exatidão, resposta, estabilidade, facilidade de
implementação, manipulação e manutenção requeridas pelo sistema.
As funções de pertinência triangulares e trapezóides são as mais comuns, e têm provado serem boas
em efetividade e eficiência. Os conjuntos difusos devem abranger o eixo X, cobrindo todo o
intervalo, ou o universo de discurso, para uma entrada de um sistema, mapeando para o intervalo de
0 a 1 do eixo Y as pertinências de uma entrada. Sobreposição entre limites de conjuntos é desejável
e a chave para a operação suave do controlador. São permitidas pertinências em múltiplos – até
mesmo em contraditórios – conjuntos (CABRAL, 1994).
28
O processo de fuzzificação permite uma ligação que toma lugar entre termos lingüísticos (frio,
perto, ativo, grande) e funções de pertinências, tornando os termos significativos para o
computador. Como resultado, um projetista pode expressar ou modificar um comportamento de um
sistema utilizando para tanto linguagem natural, então ampliando as possibilidades de esclarecer e
descrever de forma concisa tarefas complexas (ibidem).
4.7 Inferência
Depois das variáveis lingüísticas serem interpretadas, por meio da fuzzificação, a próxima etapa
será a descrição das situações nas quais há reações, ou seja, a determinação das regras SE-ENTÃO.
Cada regra na saída especifica uma ou várias conclusões (MATTOS, 2001).
O lado SE (IF) de uma regra contém uma ou mais condições, chamadas antecedentes que
constituem uma premissa; o lado ENTÃO (THEN) contém uma ou mais ações chamadas
conseqüências (CABRAL, 1994).
O antecedente da regra contém uma ou mais condições, o conseqüente contém uma ou mais ações.
O antecedente corresponde diretamente aos graus de pertinência calculados durante o resultado da
fuzzificação. Cada antecedente tem um grau de pertinência indicado para ele como resultado da
fuzzificação. Durante a avaliação das regras, a intensidade é calculada com base em valores dos
antecedentes e estão indicadas para saídas difusas da regra (FERNANDES, 1997).
Cada antecedente possui um grau de verdade (pertinência) associado como resultado de uma
fuzzificação. Durante a avaliação das regras, potências são computadas baseadas nos valores dos
antecedentes e, então, associadas a saídas de regras difusas. Geralmente uma função de mínimo é
utilizada de forma que a potência de uma regra é associada ao menor (ou mais fraco) valor verdade
do antecedente. Outros métodos para computar potências de uma regra podem ser utilizados, como
a multiplicação dos valores dos antecedentes. A ação de venda de ações é repassada para um grau
que reflete a potência da regra. Freqüentemente mais de uma regra é aplicada para uma mesma
específica ação, onde no caso a prática mais comum é usar a regra mais forte ou mais verdadeira
(CABRAL, 1994).
29
Neste sistema, a inferência utilizada foi a inferência do tipo forward chainning (encadeamento para
frente), onde partindo-se de um ponto inicial chega-se à conclusão.
4.8 Defuzzificação
A defuzzificação converte um conjunto difuso de saída de um sistema em um valor clássico
correspondente. Este processo é importante para decifrar o significado das ações difusas usando
funções de pertinência e também para resolver conflitos entre ações de competição (VIOT, 1993
apud MATTOS, 2001).
A avaliação das regras associa potências (intensidade) para cada ação específica na atividade de
inferência. Contudo, um outro processamento, ou defuzzificação, é necessário que seja executado
por duas razões: a primeira é decifrar o significado de ações vagas (difusas), utilizando funções de
pertinência; a segunda é resolver os conflitos entre ações conflitantes, que podem ter sido acionadas
durante certas condições na avaliação das regras. A defuzzificação emprega técnicas para resolver
ações bagas e conflitantes (CABRAL, 1994).
Uma técnica de defuzzificação comum, o “método do centro de gravidade”, consiste na seguinte
série de passos: inicialmente, um ponto centróide no eixo S é determinado para cada função de
pertinência de saída. Então as funções de pertinência são limitadas na altura pela potência da regra
aplicada (corte), e as áreas das funções de pertinências são computadas. Finalmente, a saída
defuzzificada é calculada pela média ponderada dos pontos centróides do eixo X, e das áreas
computadas, com as áreas servindo como os pesos (CABRAL, 1994).
Outra técnica citada por Mattos (2001), é o “Método do Critério Máximo” (MAX), que gera um
ponto onde a distribuição de possibilidade atinge um valor máximo, escolhendo-se a ação para a
qual a função de pertinência tem um valor máximo.
O mesmo autor ainda aponta o “Método da Média Máxima” (MOM), que produz uma ação de
controle que representa o valor médio de todas as ações cuja função de pertinência atinge o
máximo.
30
Algumas vezes, singletons são utilizados para simplificar o processo de defuzzificacao. Um
singleton é uma função de pertinência de saída representada por uma única linha vertical. Uma vez
que um singleton intersecta o eixo X em um único ponto, o cálculo do centro de gravidade reduz
apenas ao cálculo da média ponderada dos pontos do eixo X (tocados pelos singletons) e as
potências das regras, com a potência das regras utilizadas como peso (CABRAL, 1994).
5. SISTEMAS DE ESGOTOS
5.1. Introdução
Há muito tempo é sabido que o esgoto sanitário pode causar vários tipos de doenças. Doenças como
o Cólera, Leptospirose, Febre Tifóide, Hepatite A, Salmonelose, Desinterias, e muitas outras,
geralmente se manifestam onde o saneamento não é encontrado (BASÍLIO, 2001).
A população em geral ainda encontra-se exposta a estas enfermidades, ocupando enfermarias e
consumindo recursos financeiros para o tratamento destes enfermos. Verifica-se assim a
importância do tratamento do esgoto sanitário, diminuindo a quantidade de doenças e viabilizando
os investimentos de recursos em outras necessidades.
5.2. História do Esgoto
Segundo Basílio (2001), ao longo da História do Esgoto Sanitário, é possível verificar que no ano
de 3000 AC, as cidades de Mohenjodaro e Harappa na antiga Índia, e que hoje estão localizadas no
Paquistão, já possuíam naquela distante época, ruas drenadas com esgotos canalizados em galerias
subterrâneas, assim como as residências também tinham banheiros com esgotos canalizados. E
atualmente, passados mais de 5000 anos, há a preocupação com a possibilidade de instalação de
sistemas de tratamento de esgotos.
31
Já para Alem Sobrinho e Tsutiya (1999), as referências relativas a esgotamento sanitário
consideram a Cloaca Máxima de Roma, construída no século 6 antes de Cristo como o primeiro
sistema de esgoto planejado e implantado no mundo. A Cloaca Máxima recebia parte dos esgotos
domésticos das áreas adjacentes ao fórum Romano e propiciava a drenagem superficial de uma área
bem maior, essencial para o controle da malária.
Ainda segundo Basílio (2001), esta obra era destinada ao esgotamento subterrâneo de águas
estagnadas do Capitólio até o rio Tibre, composta por uma galeria de 740 m de extensão e diâmetro
equivalente a 4,30 m, ainda hoje funcionando e que foi concluída no ano de 514 AC.
Na Antigüidade, a preocupação dos povos com os Esgotos, não se pautava por uma questão
sanitária, mas sim religiosa. As pessoas queriam se apresentar mais puras e limpas diante de seus
deuses, para não sofrerem o terrível castigo da doença (ibidem).
5.3. O Esgoto e a Saúde
Ao longo do tempo, o crescimento das comunidades, particularmente a Inglaterra e no continente
europeu, levou a uma situação em que a disposição dos excretas das populações se tornou
impraticável. Isto levou ao uso de privadas onde os excretas se acumulavam. Esta solução
apresentava problemas de odores indesejáveis e também criou sérios problemas de disposição dos
excretas acumulados nessas privadas (ALEM SOBRINHO E TSUTIYA, 1999).
No ano de 1854, o médico inglês John Snow, demonstrou que a epidemia do cólera que assolava a
Inglaterra naquela época, estava relacionada com a contaminação da água pelas fezes, o que fez
despertar nos ingleses, a necessidade do saneamento básico nas cidades, o que foi feito,
exterminando-se assim, completamente aquela epidemia (BASÍLIO, 2001).
A preocupação dos ingleses com o saneamento propagou-se pelas principais cidades de todo o
mundo. Naquela época o comércio marítimo era muito intenso, e as tripulações dos navios passaram
a ter o receio de aportarem em cidades sem saneamento, e desta forma, serem vítimas com a
contaminação de doenças. Por esta razão, D. Pedro II determinou a construção de sistemas de
32
esgotos no Rio de Janeiro e São Paulo, para não sofrer o boicote do comércio marítimo
internacional, e estas foram as primeiras cidades do Brasil a receberem obras na área do saneamento
(ibidem).
Seguindo a prática Romana, os primeiros sistemas de esgotos, tanto na Europa como nos Estados
Unidos foram construídos para coleta e transporte de águas pluviais (ALEM SOBRINHO E
TSUTIYA, 1999 apud AZEVEDO NETTO, et al. 1983).
Um dos mais significativos avanços em projeto e construção de sistema de esgotos se deu em 1842,
em Hamburgo, na Alemanha. Após um incêndio que destruiu parte da cidade, pela primeira vez, um
novo sistema de coleta e transporte de esgotos (pluviais mais doméstico) foi projetado de acordo
com as modernas teorias da época (ALEM SOBRINHO E TSUTIYA, 1999).
Esses sistemas de esgotos, recebendo contribuições pluviais, domésticas e eventualmente
industriais, denominado depois de sistema unitário de esgotamento, foram rapidamente sendo
implantados em cidades importantes destacando-se em Boston (1833), Rio de Janeiro (1857), Paris
(1880), Buenos Aires, Viena etc (ibidem).
5.4. Conceito
Para Jordão e Pessoa (1995), a palavra esgoto costumava ser usada para definir tanto a tubulação
condutora das águas servidas de uma comunidade, como também o próprio líquido que flui por
estas canalizações.
Hoje este termo é usado quase que apenas para caracterizar os despejos provenientes das diversas
modalidades do uso e da origem das águas, tais como as de uso doméstico, comercial, industrial, as
de utilidades públicas, de áreas agrícolas, de superfície, de infiltração, pluviais, e outros efluentes
sanitários. (ibidem).
A aversão injustificada pelo termo ”esgoto” tem levado alguns autores ao emprego do termo “águas
residuárias”, que exprime a tradução literal da palavra wastewater, amplamente usada em inglês
33
para substituir o rejeitado termo sewage. Esta tendência tem proliferado o uso da sigla ETAR
(Estação de Tratamento de Águas Residuárias) conflitando com a sigla ETE (Estação de
Tratamento de Esgotos), tradicional e recomendada pela ABNT (JORDÃO e PESSOA, 1995 apud
ABNT, 1990).
Segundo o mesmo autor, os esgotos costumam ser classificados em:
• sanitários: constituídos essencialmente de despejos domésticos, uma parcela de águas
pluviais, águas de infiltração e, eventualmente, uma parcela não significativa de despejos
industriais, tendo características bem definidas, provendo principalmente de residências,
edifícios comerciais, instituições ou quaisquer edificações que contenham instalações de
banheiros, lavanderias, cozinhas, ou qualquer dispositivo de utilização da água para fins
domésticos. Compondo-se basicamente de água de banho, urina, fezes, papel, restos de
comida, sabão, detergentes, águas de lavagem.
• industriais: são extremamente diversos, provendo de qualquer utilização da água para fins
industriais, adquirindo características próprias em função do processo industrial empregado.
Assim sendo, cada indústria deverá ser considerada separadamente, uma vez que seus
efluentes diferem até mesmo em processos industriais similares.
5.5. Coleta e Tratamento de Esgoto
A insuficiência de recursos financeiros tem aparecido como o principal motivo para a falta de
sistemas eficientes relacionados ao saneamento básico. As restrições econômicas têm postergado
investimento, principalmente em sistemas de tratamento de esgoto aqui no Brasil. Esgoto não
tratado significa maior contaminação hídrica, elevando os custos e dificultando os processos para
tornar a água potável. Aliás, por perceber esta elevação de custos de tratamento d´água, as
companhias de abastecimentos estão reconhecendo a importância do tratamento de esgotos.
34
Pressões sociais, econômicas, políticas, legais e ambientais têm difundido a discussão sobre esta
problemática pelas esferas federais, estaduais e municipais. Embora a questão do saneamento básico
tenha uma dimensão nacional, os aspectos regionais e locais não podem ser ignorados. Os
municípios devem buscar solucionar suas deficiências no abastecimento de água, no tratamento de
esgotos e na destinação do lixo, conforme as características geográficas, climáticas, culturais e
sócio-econômicas de cada região.
No estado de Santa Catarina, apesar da posição de destaque em desenvolvimento econômico em
relação ao resto do país, muitos municípios também não contam com a coleta e o tratamento de
esgoto. Relatórios demonstram que a CASAN, principal empresa catarinense de saneamento, realiza
a coleta de 13,3% do esgoto produzido, mas, deste montante, somente 12,4% recebe tratamento
(BIO, 2001). Há uma grande lacuna entre o tratamento efetivo e a demanda por este serviço.
Da mesma forma que o restante do país, os municípios catarinenses devem buscar atender as
necessidades da comunidade, com a implantação ou ampliação de sistema de esgotos, respeitando
suas características locais. Este sistema pode ser definido como o conjunto de elementos que
realizarão a coleta, o transporte, o tratamento e a disposição final do esgoto doméstico e do lodo
resultante (CRESPO, 1997).
5.6. Sistemas de Esgoto
A partir das características observadas em cada município, uma análise deve ser realizada para
apontar qual o tipo de sistema de tratamento mais adequado à realidade local. Neste trabalho serão
abordadas três alternativas para o sistema de tratamento: sistema convencional, individual e
condominial.
O sistema de tratamento de esgoto considerado convencional nesta pesquisa é o mais utilizado nas
cidades brasileiras que têm o serviço implantado. Geralmente envolvem uma grande rede coletora
que levará o esgoto da cidade para estações de tratamento. Estas estações podem contar com
grandes lagoas de estabilização (quando há espaço disponível) que são “... tanques de pequena
profundidade, cavados na terra, nos quais o esgoto sanitário flui continuamente e é tratado por
35
processos naturais.” (GASI et al, 1988). Estes tanques podem ser povoados por bactérias e/ou algas
que se encarregarão de consumir os materiais orgânicos do esgoto. Vale lembrar que antes do
esgoto ser conduzido a estas lagoas, ele passa por processos de remoção de sólidos (gradeamento,
areia e cartão ativado podem ser usados). Estando livre de elementos como pedaços de plástico,
madeira, ferro, pedra, vidro, etc., as águas residuárias são encaminhadas para as lagoas que podem
contar ou não com aeradores mecânicos que provocarão movimento nos tanques e sua oxigenação.
Passado o tempo de maturação, a água pode ser liberada nos corpos receptores (rios, lagos, mar).
Porém, esta alternativa pode ser considerada inviável se for considerado que todos os processos de
tratamento são concentrados em um único lugar, necessitando de uma infra-estrutura de transporte
custosa, bem como numa estação de tratamento que pode necessitar de grandes áreas para ser
eficiente, sendo dependente de fornecimento de energia para o funcionamento dos equipamentos.
Outro tipo de tratamento possível de ser adotado é o sistema de condomínios, composto por redes
coletoras menores (descentralização dos processos), que atenderiam as pequenas comunidades
possuindo estações de tratamento mais simples e menos dispendiosas. Guimarães (1988) aponta que
uma das alternativas para se ampliar a oferta do serviço de esgotamento sanitário no Brasil,
inclusive já adotada no estado do Rio de Janeiro, é a promoção da descentralização do sistema
através de sub-bacias de saneamento. Além da criação de sub-bacias e da rede coletora, torna-se
necessário encontrar locais próximos para o tratamento dos despejos, reduzindo a carga poluidora
concentrada e as estruturas de transporte.
Esta alternativa também pode ser aplicada no estado de Santa Catarina, considerando-se que as
análises efetuadas consideraram esse tipo de sistema tão eficiente quanto os sistemas de tratamento
convencionais.
Uma terceira opção de tratamento de esgotos existente é a utilização de unidades individuais de
tratamento. Neste caso, cada residência e/ou unidade produtora de esgoto sanitário seria responsável
por tratar seus despejos antes de lançá-los na rede pública. O processo de tratamento poderia ocorrer
a partir de Wetlands construídos. Feijó e Simionatto (2002) explicam que o sistema é constituído
por módulos: elementos filtrantes (brita, por exemplo), vegetais produtores de oxigênio que
possibilitam a decomposição da matéria orgânica a partir de bactérias aeróbicas, um suporte de
36
fixação para as plantas, composto de areia e um substrato orgânico (casca-de-arroz) e, ao final,
outro módulo de brita. Os autores citados expõem que esta alternativa poderia ser adotada em
regiões não atendidas por sistemas públicos, visto que os estudos realizados demonstraram
eficiência na remoção de matéria orgânica. É uma opção de tratamento de baixo custo de
implantação e manutenção e, além disso, há ausência de odores desagradáveis e insetos,
demonstrando ser conveniente esteticamente com a presença de vegetais.
Apresentadas estas três possíveis alternativas para o tratamento de esgoto, cabe indicar qual a opção
mais viável técnica e economicamente para um município e sua comunidade, considerando suas
peculiaridades locais. Considerando-se que a qualidade do resíduo gerado nos processos é a mesma,
faz-se necessário construir uma análise de viabilidade econômica para estes investimentos.
Para realizar a análise econômico-financeira pretendida, técnicas de engenharia econômica e
matemática financeira podem ser empregadas. A engenharia econômica, segundo Hirschfeld (1992)
“aplica seus conhecimentos a alternativas provindas de fatores técnicos, financeiros e sociais,
procurando encontrar aquela que forneça a otimização dos recursos”. Já Hummel & Taschner
(1995), expõem que a engenharia econômica pode ser entendida como a reunião de técnicas que
possibilitam comparar resultados distintos entre alternativas distintas, onde as diferenças geralmente
são apontadas em dados quantitativos. Analisar o valor do dinheiro ao longo do tempo a partir de
determinada taxa de juros e investimento inicial é uma das funções deste ramo da engenharia.
Estabelecer relações de custo/benefício e tempo de retorno das diversas alternativas de
investimento, apontando a melhor escolha para o investidor considerando as diversas variáveis
econômico-financeiras que interferem na decisão ótima, também são atividades desempenhadas
pelos economistas e engenheiros econômicos.
5.7. Estudo e Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário
A elaboração do projeto de um sistema de esgoto sanitário tem como fase inicial a concepção.
Entende-se por concepção de um sistema de esgoto sanitário, o conjunto de estudos e conclusões
referentes ao estabelecimento de todas as diretrizes, parâmetros e definições necessárias e
37
suficientes para a caracterização completa do sistema a projetar. (ALEM SOBRINHO e TSUTIYA,
1999).
Basicamente, a concepção tem como objetivos:
• identificação e quantificação de todos os fatores intervenientes com o sistema de esgotos;
• diagnóstico do sistema existente, considerando a situação atual e futura;
• estabelecimento de todos os parâmetros básicos de projeto;
• pré-dimensionamento das unidades dos sistemas, para as alternativas selecionadas;
• escolha entre as alternativas, da mais adequada, mediante a comparação técnica, econômica e
ambiental;
• estabelecimento das diretrizes gerais de projeto e estimativa das quantidades de serviços que
devem ser executados na fase de projeto.
O estudo de concepção pode, segundo estes autores, ser precedido, às vezes, de um diagnóstico
técnico e ambiental da área em estudo ou, até mesmo, de um Plano Diretor da bacia hidrográfica.
As atividades necessárias para este estudo são melhor detalhadas como segue.
5.7.1 Dados e Características do Município
Os principais dados e características da comunidade são:
• Localização do município;
• infra-estrutura existente;
• cadastro atualizado dos sistemas de abastecimento de água, de esgoto sanitário, de galerias
de águas pluviais, de pavimentação, de telefone, de energia elétrica etc;
• condições sanitárias atuais; índices estatísticos de saúde; ocorrências de moléstias de
origem hídrica;
• estudos, projetos e levantamentos existentes.
38
5.7.2 Análise do Sistema de Esgoto Sanitário Existente
Descrição do sistema identificando todos os elementos, com análise pormenorizada das partes
constituintes, baseadas no cadastro e informações existentes. Deverá constar também: área atendida,
população esgotável por bacia contribuinte e/ou nível de atendimento; a contribuição “per capita”
deve ser calculada em função do consumo faturado. Identificar o número de ligações por categoria,
assim como o seu consumo.
5.7.3 Estudos Demográficos e de Uso e Ocupação do Solo
Para a definição da área de atendimento deverão ser observados os seguintes aspectos:
• dados censitários; catalogação dos estudos populacionais existentes;
• pesquisa de campo;
• levantamento da evolução do uso do solo e zoneamento da cidade; análise sócio-
econômica do município, bem como o papel deste na região;
• plano diretor da cidade, sua real utilização e diretrizes futuras;
• projeção da população urbana baseada em métodos matemáticos, analíticos, comparativos
e outros (ano a ano);
• análise e conclusão das projeções efetuadas; distribuição da população e suas respectivas
densidades por zonas homogêneas e por sub-bacias de esgotamento.
5.7.4 Critérios e Parâmetros de Projeto
Os critérios e parâmetros de projeto a serem utilizados, listados a seguir, deverão ser considerados e
devidamente justificados.
39
• consumo efetivo “per capita” – em função do consumo medido, efetuar a previsão da
evolução desse parâmetro;
• coeficientes de variação de vazão (K1, K2, K3);
• coeficiente de contribuição industrial;
• coeficiente de retorno esgoto/água;
• taxa de infiltração;
• carga orgânica dos despejos domésticos e industriais;
• níveis de atendimento no período de projeto;
• alcance do estudo igual a 20 anos (justificar nos casos excepcionais);
• coeficiente: habitantes/ligação.
Deve ser elaborada uma pesquisa das contribuições das indústrias existentes e em função desses
valores estimar a sua evolução. Neste caso, o órgão ambiental também deverá ser consultado. Para
áreas onde ainda não há indústrias implantadas, deve-se adotar o coeficiente de vazão industrial (l/s
x ha), verificando no Plano Diretor ou junto à Prefeitura Municipal, o tipo de indústria a ser
implantado.
5.7.5 Cálculo das Contribuições de Esgoto
Os cálculos das contribuições doméstica, industrial e de infiltração, deverão ser apresentados ano a
ano, e por bacia ou sub-bacia, quando pertinente.
5.7.6 Formulação Criteriosa das Alternativas de Concepção
As concepções estudadas devem ser descritas apresentando todas as unidades componentes do
sistema. Deverão ser analisadas alternativas de aproveitamento total e/ou parcial do sistema
40
existente. Para cada alternativa devem ser levantados os impactos ambientais negativos e positivos,
os quais deverão ser devidamente levados em consideração na seleção da alternativa, avaliando,
também, os aspectos legais junto às entidades competentes.
As desapropriações previstas deverão ser convenientemente avaliadas.
5.7.7 Estudo de Corpos Receptores
Caracterizar os possíveis corpos receptores quanto a: vazões características, cota de inundação,
condições sanitárias e usos de montante e jusante atuais e futuros. Devem ser verificados os
aspectos legais previstos na Resolução nº 20 do CONAMA e das legislações estaduais. Para a
verificação das condições sanitárias, devem ser realizadas análises de laboratórios nos pontos de
interesse.
Devem ser realizados estudos sobre a avaliação das cargas remanescentes do futuro tratamento de
esgoto diante da capacidade assimiladora dos corpos receptores (autodepuração) e de seus usos a
jusante, atuais e futuros.
5.7.8 Pré-Dimensionamento das Unidades dos Sistemas Desenvolvidos para a
Escolha da Alternativa
5.7.8.1 Rede Coletora
Para a identificação da rede coletora deverão ser realizados os seguintes estudos:
• estudo das bacias e sub-bacias de contribuição;
• estudo de traçados de rede;
• pré-dimensionamento hidráulico-sanitário das tubulações principais;
41
• identificação de tubulações, peças e acessórios (definição do material).
5.7.8.2 Coletor Tronco, Interceptor e Emissário
Este item refere-se à captação, tubulações e o lançamento dos esgotos sanitários:
• alternativas de traçado;
• estudo técnico-econômico de alternativas;
• definição do traçado;
• pré-dimensionamento hidráulico-sanitário de tubulação, peças e acessórios;
• identificação das tubulações, peças e acessórios (definição do material);
• identificação de travessias de rios, rodovias, ferrovias, de faixas de
servidão/desapropriação e áreas de proteção ambiental;
• identificação de interferências e pontos notáveis.
5.7.8.3 Estação Elevatória e Linha de Recalque
Nos casos em que a topografia é adequada, as tubulações de esgotos por gravidade são, e
continuarão sendo, as mais utilizadas, porém, onde a topografia é desfavorável, lençol freático alto,
solo estruturalmente instável ou rochoso, podem ser necessários estações elevatórias e linhas de
recalque. Para se solucionar tais dificuldades, foram desenvolvidas, como alternativas, redes
pressurizadas e a vácuo.
Devido ao fato de esses sistemas estarem sendo continuamente melhorados, aconselha-se a
obtenção de dados operacionais, pesquisa bibliográfica e consulta aos fabricantes de equipamentos,
na ocasião da implantação do sistema.
42
Para a definição da estação elevatória e linha de recalque deverão ser observados os seguintes
aspectos:
• estudo técnico-econômico de alternativas;
• pré-dimensionamento do poço de sucção da elevatória, dimensões e formas geométricas;
• pré-dimensionamento dos conjuntos elevatórios incluindo curvas características da bomba
e do sistema;
• pré-dimensionamento hidráulico-sanitário de tubulações, peças e acessórios;
• identificação das tubulações, peças e acessórios (definição do material);
• identificação de travessias de rios, rodovias, ferrovias, de faixas de
servidão/desapropriação e áreas de proteção ambiental;
• identificação da rede de energia elétrica do local, indicando suas características;
• identificação de interferências e pontos notáveis.
5.7.8.4 Estação de Tratamento de Esgoto
Alguns estudos para a definição da estação de tratamento de esgoto são necessários, por exemplo:
• identificação do corpo receptor com caracterização de sua classificação, segundo a
legislação federal, estadual e municipal;
• estudos hidrológicos com caracterização de vazões máximas, médias e mínimas e
identificação de níveis de inundação;
• estudo de autodepuração do corpo receptor para determinação de níveis de DBO e OD,
colimetria e outros parâmetros quando necessário, a jusante do ponto de lançamento.
5.7.8.5 Determinação do Grau Necessário de Tratamento de Esgoto
Fazem parte da determinação do grau de tratamento os seguintes itens:
• relatório de sondagens com parecer técnico;
• pré-dimensionamento hidráulico-sanitário das unidades das alternativas de ETEs;
• estudo técnico-econômico de alternativas;
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• estudo de alocação da ETE em função da topografia;
• identificação da rede de energia elétrica no local, identificando suas características;
• estudo de jazidas para empréstimo: localização, acesso, sondagens, desapropriação e
considerações sobre a recuperação da área envolvida;
• avaliação quanto a planos e programas governamentais existentes que possam interferir
com o futuro empreendimento;
• identificação das áreas de desapropriação;
• áreas de bota-fora;
• identificação das tubulações, peças, acessórios, equipamentos etc (definição de material);
• tratamento dos lodos;
• aproveitamento e disposição final dos biossólidos;
• disposição final do efluente tratado;
• identificação de limites de áreas de proteção ambiental e suas interfaces com o futuro
empreendimento;
• definição de vias de acesso ao futuro empreendimento;
5.7.8.6 Estimativa de Custo das Alternativas Estudadas
Para a estimativa de custo das alternativas deverão ser consideradas as obras de primeira etapa,
subdivididas em obras de implantação imediata e obras de complementação da primeira etapa, e
também, obras de segunda etapa. As planilhas de orçamento, memorial de cálculo do orçamento e
eventuais composições de custos de serviços e propostas de materiais e equipamentos, com a data
base definida, farão parte da apresentação do custo das alternativas.
5.7.8.7 Comparação Técnico-Econômica e Ambiental das Alternativas
A definição da concepção mais econômica será efetuada através do órgão financiador. Para a Caixa
Econômica Federal, está em vigor a instrução COSAN 1 (estudo técnico e econômico-financeiro).
44
O confronto entre as alternativas deverá apresentar o elenco de vantagens e desvantagens, sob os
aspectos técnico, econômico e ambiental, apresentando-se as eventuais interfaces com áreas de
proteção ambiental e/ou planos de programas existentes da iniciativa privada e/ou governamental.
Deverá ser apresentado para cada alternativa o elenco de medidas mitigadoras e/ou compensatórias.
Escolhida a alternativa, apresentar o diagnóstico da situação atual e o prognóstico esperado com e
sem a implantação do empreendimento, mostrando os impactos negativos e positivos, associados às
fases de construção, operação, desapropriação, interferências no trânsito, sinalização, etc.
O estudo de concepção deverá fornecer informações que subsidiem a eventual necessidade da
elaboração do relatório ambiental preliminar (RAP), para obtenção do licenciamento ambiental do
sistema de esgoto.
5.7.8.8 Alternativa Escolhida
Para a alternativa escolhida deverá ser elaborado o projeto hidráulico-sanitário das unidades do
sistema. O projeto deverá conter além dos estudos já elaborados, os estudos discriminados a seguir,
obedecendo-se no que couber as normas técnicas brasileiras. Para todas as unidades do sistema a ser
projetado, devem ser realizados os levantamentos topográficos e investigações geotécnicas
acompanhados dos seus respectivos relatórios, bem como a delimitação de áreas a serem
desapropriadas, faixas de servidão e áreas de proteção ambiental.
Deverão ser apresentados em texto e em plantas todos os elementos constituintes das unidades e das
obras lineares previstas, de modo a possibilitar a caracterização da futura obra, devendo conter
informações seguras como do tipo de fundação, movimento de terra, escoramentos, equipamentos
eletro-mecânicos, estruturas, método construtivo, jazidas, permitindo a correta previsão
orçamentária, previsão global das atividades, relativas a futura obra.
45
5.7.8.9 Peças Gráficas do Estudo de Concepção
Para a obtenção de dados mais detalhados, são listadas as plantas necessárias para o estudo de
concepção das redes de tratamento de esgoto:
• planta da cidade ou do município com a localização da área de planejamento do sistema –
escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta do sistema de abastecimento de água existente – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta do sistema de esgotos sanitários existentes – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta de pavimentação – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta de galerias de águas pluviais existentes – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta do sistema de energia elétrica existente – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta do cadastro de dutos subterrâneos de outras concessionárias de serviços públicos
(gás, telefone, etc) – escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta de localização de indústrias ou cargas de grandes contribuintes– escala 1:10000 ou
1:5000;
• planta de áreas de planejamento com delimitação dos setores– escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta de zonas de densidades homogêneas e de uso e ocupação do solo, atual e futura –
escala 1:10000 ou 1:5000;
• planta das concepções com as várias alternativas – escala 1:10000 ou 1:5000;
• plantas e cortes do pré-dimensionamento hidráulico das partes constitutivas das
alternativas estudadas – escala conveniente;
• perfil hidráulico da estação de tratamento de esgoto e quando necessário, de outras
unidades – escala conveniente;
• planta de localização da área de jazida de empréstimo e bota fora – escala conveniente;
• planta do sistema proposto – escala 1:10000 ou 1:5000.
46
5.7.8.10 Memórias de Cálculo
Farão parte do estudo de concepção, os memoriais de cálculo de pré-dimensionamento das unidades
dos sistemas das concepções estudadas. Abrange todas as especialidades envolvidas:
• hidrologia;
• hidrogeologia;
• hidráulica;
• eletro-mecânica;
• processos;
• orçamento etc.
5.8. Esgoto Doméstico
O esgoto doméstico é um despejo líquido resultante do uso da água pelo homem em seus hábitos
higiênicos e necessidades fisiológicas. (ALEM SOBRINHO E TSUTIYA, 1999), caracterizados
por: fezes, urinas, detergentes, sabão e restos de comidas.
A contribuição de esgoto doméstico depende dos seguintes fatores:
• população da área de projeto;
• contribuição per capita;
• coeficiente de retorno esgoto/água;
• coeficientes de variação de vazão.
Esses fatores serão enfocados a seguir:
47
5.8.1 População da Área de Projeto
Para estudar a projeção populacional dos municípios e distritos, a serem utilizados no projeto de
sistemas de abastecimento de água e de esgotos sanitários, devem ser levados em consideração os
seguintes aspectos:
• qualidade das informações que servirão de base para a projeção populacional;
• efeito do tamanho da área, pois em geral, para áreas pequenas os erros esperados numa
projeção populacional são maiores;
• período de tempo alcançado pela projeção, quanto mais logo, maiores serão os erros
esperados;
• compatibilização das diversas projeções realizadas, para diferentes níveis geográficos.
A evolução do crescimento populacional das áreas urbanas, deve ser estudada de forma
complementar e harmônica ao estudo de uso e ocupação do solo, considerando o município como
um todo. Se o município for comporto por mais de um distrito, deve-se estudar e projetar a
participação de cada distrito na população total do município.
Para Martins (1993 apud ALEM SOBRINHO e TSUTIYA, 1996), esse estudo deve ser feito com a
seguinte metodologia:
• levantamento, nos últimos quatro censos, dos dados populacionais da sede do município e
distritos, quanto à população residente urbana e rural e número de habitantes por domicilio
considerando população residente e domicílios ocupados;
• levantamento e mapeamento dos setores censitários da área de projeto, sua população
residente e número de domicílios ocupados nos últimos dois censos;
• levantamento dos dados mais atuais do número de ligações de luz e de água (residenciais,
comerciais, industriais e públicas), bem como, os respectivos índices de atendimento;
48
• levantamento na prefeitura do número de contribuintes do importo predial;
• pesquisa de campo com amostra representativa da área de projeto, para definir os
parâmetros urbanísticos e demográficos da ocupação atual, assim como: diferentes usos,
padrão econômico, tamanho médio do lote, domicílios por lote, habitantes por domicilio,
índice de verticalização, percentual de área institucional etc.;
• levantamento de planos e projetos (industriais, habitacionais, transportes, agropecuários
etc.) que existam para a região, municípios e/ou distritos, que possam afetar a dinâmica
populacional e os usos e ocupação do solo;
• análise do Plano Diretor do Município quanto a sua real utilização e atualidade, bem como
as diretrizes futuras;
• análise sócio-econômica do município e seu papel na região e/ou sub-região em que se
insere.
Com os dados censitários e a população atual, inferida através das chamadas variáveis sintomáticas
(ligações de água, luz, imposto predial), a projeção da população deve ser feita utilizando a
expressão matemática que melhor se ajustar aos dados históricos levantados.
A participação de cada distrito (se houver mais que um) deve ser estudada e projetada tendo como
parâmetro a população total do município.
Definida a população do distrito, deve-se estudar e projetar a participação da população da área de
projeto, na população total do distrito que a contém.
5.8.2 Estudo Demográfico
Podem-se destacar os seguintes métodos para este estudo:
49
• método dos componentes demográficos – considera a tendência passada verificada pelas
variáveis demográficas: fecundidade, mortalidade e migração, e são formuladas de
hipóteses de comportamento futuro;
• métodos matemáticos – a previsão da população futura é estabelecida através de uma
equação matemática, cujos parâmetros são obtidos a partir de dados conhecidos,
destacando-se: aritmético, geométrico, taxa de crescimento decrescente e curva logística.
• método de extrapolação gráfica – consiste no traçado de uma curva arbitrária que se ajusta
aos dados já observados, sem se preocupar estabelecer a equação da mesma. Esse método
requer uma escolha criteriosa dos dados a serem usados como elementos de comparação,
levando-se em conta as condições de semelhança entre os respectivos fatores de
desenvolvimento.
5.8.2.1 População Flutuante
É a população que se estabelece no núcleo urbano por curtos períodos de tempo, como no caso dos
municípios de veraneio, estâncias climáticas e hidrominerais.
Pode ser avaliada a partir das informações do censo demográfico discriminando os domicílios por
tipo de ocupação: residencial, ocasional, fechado e vago, permitindo estimar a proporção entre os
domicílios de uso ocasional e os de uso residencial.
Outra fonte para realizar esta avaliação são as séries de informações sobre o consumo de energia
elétrica das concessionárias de energia elétrica, que conta com informações detalhadas para
significativa parte dos municípios, e sua cobertura é geralmente bastante elevada. Avaliam-se as
faixas de consumo e obtém-se o número de domicílios de uso ocasional pela diferença com o total
de domicílios. Calculam-se, então, coeficientes entre os domicílios de uso ocasional e de uso
residencial, ajustando-se uma função matemática sobre estas relações, a fim de extrapolar para o
período da projeção, não deixando de levar em consideração fatores como o potencial turístico, a
acessibilidade, os aspectos econômicos etc.
50
Para a estimativa da população flutuante na Baixada Santista, Estado de São Paulo, foram
analisados os seguintes indicadores (SABESP, 1996 apud ALEM SOBRINHO, 1999)
• variação do consumo de energia elétrica;
• variação do consumo de água;
• variação do fluxo de veículos no sistema Anchieta-Imigrantes;
• crescimento da capacidade instalada na região para alojamento.
5.8.2.2 Distribuição Demográfica
Para a elaboração dos projetos de esgoto sanitário e de abastecimento de água, há necessidade de se
conhecer a distribuição da população atual da área de projeto e a evolução dessa distribuição em
nível de adensamentos e ocupação de novas áreas, ao longo do período do projeto.
A densidade atual pode ser estimada através dos dados dos setores censitários, de ligações de
energia elétrica, de água, ou através de pesquisas em campo com amostras representativas de
contagem de domicílios e do número de habitantes por domicílio.
Para estimativas de densidades demográficas futuras é preciso considerar os seguintes aspectos:
• parâmetros da ocupação atual (diferentes usos, padrão econômico, tamanho médio do lote,
área institucional, índice de verticalização, habitantes por domicilio etc.);
• planos e projetos aprovados e em estudo na Prefeitura Municipal;
• características da área: topografia, facilidades de expansão e preço do terreno;
• existência de infra-estrutura: água, esgoto, águas pluviais, transporte, comunicação etc.
Com base na análise da ocupação atual podem-se definir as áreas homogêneas, cujas previsões
futuras podem ser feitas mediante os métodos de previsão demográficas já vistos anteriormente.
51
Como as redes de esgotos são normalmente projetadas para uma população de saturação, as
densidades de saturação das áreas podem ser definidas pela lei de zoneamento da cidade, caso
exista.
5.8.3 Contribuição Per Capita
De maneira geral, a produção de esgotos corresponde aproximadamente ao consumo de água. No
entanto, a fração de esgotos que adentra a rede de coleta pode variar, devido ao fato de que parte da
água consumida pode ser incorporada à rede pluvial. (VON SPERLING, 1996)
Tradicionalmente em nosso país utiliza-se o consumo per capita usado para projetos de sistemas de
abastecimento de água, para se projetar o sistema de esgotos. Convém ressaltar que, para o projeto
de sistemas de abastecimento de água, adota-se o consumo per capita para satisfazer ao consumo
doméstico, comercial, das indústrias que não utilizam água em seus processamentos, ao consumo
público e às perdas. Entretanto, para o dimensionamento do sistema de esgotos deve ser utilizado o
consumo de água efetivo per capita, não incluindo as perdas de água.
O consumo per capita é um parâmetro extremamente variável entre diferentes localidades
dependendo de diversos fatores, dentre os quais destacam-se: os hábitos higiênicos e culturais da
comunidade; a quantidade de micro-medição do sistema de abastecimento; as instalações e
equipamentos hidráulico-sanitários dos imóveis; os controles exercidos sobre o consumo; o valor da
tarifa e a existência ou não de subsídios sociais ou políticos; a abundância ou escassez de
mananciais; a intermitência ou regularidade de abastecimento; a temperatura média da região; a
renda familiar; a disponibilidade de equipamentos domésticos que utilizam água em quantidade
apreciável; os índices de industrialização; a intensidade e tipo da atividade comercial, entre outros.
A contribuição per capita de esgoto é o consumo de água efetivo per capita multiplicado pelo
coeficiente de retorno.
52
5.8.4 Coeficiente de Retorno Esgoto/Água
O coeficiente de retorno é a relação entre o volume de esgotos recebido na rede coletora e o volume
de água efetivamente fornecido à população. Do total de água consumida, somente uma parcela
retorna ao esgoto, sendo que o restante é utilizado para lavagem de carros, de calçadas e ruas, rega
de jardins e hortas, irrigação de parques públicos, lavagem de quintais, terraços de residências, etc.
assim, o coeficiente de retorno depende de fatores locais como a localização e tipo de residência
(alto ou baixo padrão), condições de arruamentos das ruas (pavimentadas ou não), tipo de clima e
outros fatores.
De modo geral, o coeficiente de retorno situa-se na faixa de 0,5 a 0,9, dependendo das condições
locais. Em áreas residenciais com muitos jardins, os valores são menores, enquanto que nas áreas
centrais densamente povoadas os valores tendem a ser mais elevados.
Segundo Von Sperling (1996), a NBR 9649 da ABNT recomenda o valor de 0,8 para o coeficiente
de retorno, na falta de valores obtidos em campo.
5.8.5 Vazão de Esgotos
O conceito de vazão doméstica engloba usualmente os esgotos oriundos dos domicílios, bem como
o de atividades comerciais e institucionais normalmente componentes de uma localidade. (VON
SPERLING, 1996)
A vazão ou descarga de esgotos expressa a relação entre a quantidade do esgoto transportado em
um período de tempo. Assim sendo, o conhecimento da quantidade de esgoto deverá estar
relacionada com a duração de seu escoamento (JORDÃO e PESSOA, 1995)
Conhecida a população, o consumo de água efetivo per capita e o coeficiente de retorno, pode-se
calcular a vazão média de esgoto doméstico. Entretanto, essa vazão não é distribuída
uniformemente ao longo dos dias.
53
A vazão de esgoto doméstico varia com as horas do dia, com os dias, meses e estações do ano, e
depende de muitos fatores, entre os quais, a temperatura e a precipitação atmosférica.
Para o projeto dos sistemas de esgoto sanitário são importantes os seguintes coeficientes:
• K1, coeficiente de máxima vazão diária – é a relação entre a maior vazão diária verificada
no ano e a vazão média diária anual;
• K2, coeficiente de máxima vazão horária – é a relação entre a maior vazão observada num
dia e a vazão média horária do mesmo dia;
• K3, coeficiente de mínima vazão horária – é a relação entre a vazão mínima e a vazão
média anual.
Para Jordão e Pessoa (1995), a variação da vazão está condicionada aos mesmos fatores que influem
na geração dos esgotos. Assim sendo, atingirão valores máximos ou mínimos, em função da
incidência predominante dos fatores atuando simultânea ou isoladamente, em período de tempo
longo ou instantâneo. Para as grandes cidades, ou para as grandes bacias de contribuição, a variação
da vazão é amortecida devido à diversidade de atividades e costumes, e pelo comportamento dos
grandes interceptores, que podem atuar como reservatórios de amortecimento de cheias. De modo
inverso, para as comunidades menores ou menores bacias de contribuição, o efeito da variação da
vazão será maior. De um modo geral a variação horária tem menor amplitude na parte da noite,
quando a população está dormindo, e torna-se máxima nos períodos de atividades típicas de uso de
banheiros e cozinhas, na parte da manhã e da tarde.
Os mesmos autores citam que é importante ter-se uma avaliação confiável da vazão máxima, uma
vez que influi diretamente no dimensionamento das unidades da fase líquida do tratamento
preliminar e primário (gradeamento, desarenação e decantação primária), cujas dimensões devem
ser calculadas em função da vazão máxima do dia de maior contribuição. O mesmo procedimento é
recomendado pela ABNT para o dimensionamento das instalações de transporte entre aquelas
unidades, tais como elevatórias, canalizações, medidores, dispositivos de entrada e saída, bem como
54
órgãos auxiliares intercalados naquela fase de tratamento. (NBR 7229 apud JORDÃO E PESSOA,
1995).
Na falta de valores obtidos através de medições, a NBR-9649 da ABNT recomenda o uso de K1 =
1,2 K2 = 1,5 K3 = 0,5. Esses valores são admitidos constantes ao longo do tempo, qualquer que seja
a população existente na área (JORDÃO e PESSOA, 1995).
5.9. Infiltrações
As contribuições indevidas nas redes de esgoto podem ser originárias do subsolo – genericamente
designadas como infiltrações – ou podem provir do encaminhamento acidental ou clandestino de
águas pluviais. Embora a rede sempre sofra a ação dessas contribuições, a NBR 9649 da ABNT
recomenda que apenas a infiltração seja considerada na elaboração dos projetos hidráulico-
sanitários das redes coletoras de esgotos. Quanto às contribuições de águas pluviais, segundo a
NB568 da ABNT, devem ser consideradas apenas para o dimensionamento dos extravasores dos
interceptores de esgoto sanitário.
As águas de infiltração são águas subterrâneas originárias do subsolo, quando os sistemas de coleta
e afastamento estão construídos abaixo do nível do lençol freático, sendo que este nível pode ser
alto naturalmente ou devido às chuvas excessivas. As águas do subsolo penetram nos sistemas
através dos seguintes meios:
• pelas juntas das tubulações;
• pelas paredes das tubulações;
• através das estruturas dos poços de visita, tubos de inspeção e limpeza, terminal de
limpeza, caixas de passagem, estações elevatórias etc.
A quantidade de infiltração nas redes de esgoto sanitário depende dos materiais empregados, do
estado de conservação, do assentamento das tubulações, bem como das características do solo, nível
do lençol freático, tipo de solo, permeabilidade etc. Nas áreas litorâneas com lençol freático a
pequena profundidade e terrenos arenosos, as condições são mais propícias à infiltração. Em
55
contraposição, nas regiões altas com lençol freático mais profundo e em solos argilosos, a
infiltração tente a ser menor.
O coletor predial, às vezes, pode assumir importância fundamental para a infiltração devido aos
seguintes aspectos:
• extensão das ligações prediais geralmente maior do que a extensão total da rede coletora;
• na maioria das vezes, execução dos coletores prediais não tão cuidadosa como a da rede
coletora.
Como fatores fundamentais na diminuição da vazão de infiltração pode-se destacar a melhoria na
qualidade dos materiais e das juntas e os controles mais eficientes de execução de obras.
A norma NBR 9649 da ABNT, no que se refere ao coeficiente de infiltração, diz o seguinte: “TI,
Taxa de contribuição de infiltração, depende de condições locais tais como: altura do lençol
freático, natureza do subsolo, qualidade da execução da rede, material da tubulação e topo de junta
utilizado. O valor entre 0,05 a 1,0 ℓ/s.km adotado deve ser justificado”.
5.10. Despejos Industriais
Para Jordão e Pessoa (1995), os esgotos industriais podem estar presentes na rede pública de coleta,
geralmente em quantidade não significativa; constituindo, juntamente com a maior parcela dos
esgotos domésticos, o chamado esgoto sanitário. Indústrias de maior porte, ou com contribuição
significativa, quer em quantidade ou qualidade, costumam ter suas próprias unidades de tratamento,
ou dispõem de pré-tratamento antes de lançarem seus efluentes na rede pública.
Sua ampla variabilidade de características qualitativas dificulta a generalização dos valores mais
comuns (VON SPERLING, 1996).
56
Ao se projetar um sistema de esgoto sanitário, é necessário o prévio conhecimento das indústrias
contribuintes, o número de indústrias, seu porte e suas características (ALEM SOBRINHO &
TSUTIYA, 1999).
Sempre que possível, o esgotamento dos efluentes industriais deve ser feito pela rede pública,
observando-se a qualidade e quantidade dos efluentes. Alem Sobrinho e Tsutiya (1999) citam que
em cada caso deverá ser estudada a natureza dos efluentes industriais para verificar se esses
resíduos podem ser lançados in natura na rede de esgotos, ou se haverá necessidade de um pré-
tratamento.
Jordão e Pessoa (1995) citam que no projeto de uma estação de tratamento de esgotos domésticos,
deve-se levar em conta a conveniência em se receber a contribuição de uma parcela das indústrias, e
quanto isto representará do ponto de vista econômico ou de inconvenientes. Os acréscimos relativos
à carga industrial devem ser ressarcidos pelas indústrias através de tarifas específicas.
Em termos do tratamento biológico dos despejos industriais, os seguintes aspectos assumem
importância para Von Sperling (1996): biodegradabilidade, tratabilidade, concentração de matéria
orgânica, disponibilidade de nutrientes, toxidez (ao tratamento biológico, ao tratamento do lodo e à
sua disposição final e os riscos à segurança e problemas na operacionalidade da rede de coleta e
interceptação).
Alem Sobrinho e Tsutiya (1999) consideram dois tipos de indústrias, no que se refere à quantidade
de despejos:
• as que lançam na rede pública quantidade pequena de resíduos e que, sob o ponto de vista
de contribuição à rede, não constituem caso especial;
• as que lançam na rede pública quantidade considerável de despejo, merecendo por parte
dos órgãos públicos um estudo especial.
Segundo Jordão e Pessoa (1995), a ABNT estabeleceu critérios para recebimento de efluentes
líquidos industriais no sistema coletor público de esgotos sanitários, apresentando limites máximos
admissíveis no lançamento de esgotos industriais, no caso de rede com sistema de tratamento.
57
Para as indústrias, normalmente os órgãos públicos limitam o valor da vazão máxima de
lançamento do efluente na rede coletora. Pela legislação em vigor, a vazão máxima não deverá ser
superior a 1,5 vez a vazão média diária. Para atender a essa exigência, às vezes, é necessário que a
indústria construa um tanque de regularização de vazão (ALEM SOBRINHO & TSUTIYA, 1999).
Quando a indústria já se encontra instalada, a estimativa de vazão de despejo industrial deve ser
realizada através de uma pesquisa junto ao estabelecimento, inclusive com previsão de vazões
futuras. Entretanto, nos casos em que há necessidade de estimar vazões de áreas destinadas às
indústrias futuras, na falta de dados, pode-se admitir valores compreendidos entre 1,15 l/s.ha a 2,30
l/s.ha, quando a perspectiva é de implantação de indústrias que utilizam água em seus processos
produtivos. Para áreas industriais, onde serão instaladas indústrias que não utilizam quantidades
significativas de água em seus processos produtivos, pode-se estimar a contribuição de esgotos em
0,35l/s.ha (ibidem).
6. CONCEITOS BÁSICOS SOBRE ANÁLISE ECONÔMICO-
FINANCEIRA
Um dos objetivos do sistema é a realização de uma análise econômica para a implantação de
sistemas de tratamento de esgoto. Sendo assim, torna-se interessante a notificação de alguns
conceitos abordados nessa área para um melhor entendimento.
6.1. Engenharia Econômica
A engenharia econômica é o estudo dos métodos e técnicas utilizados na análise econômico-
financeira de investimentos, que devem ter base científica e encontrar na matemática financeira as
suas justificativas. A necessidade de analisar investimentos propõe os problemas, a engenharia
econômica apresenta as técnicas de solução e a matemática financeira justifica tais técnicas
(VERAS, 2001).
58
6.2. A Matemática Financeira
A Matemática Financeira tem por objetivo o manuseio de fluxos de caixa visando suas
transformações em outros fluxos equivalentes que permitam as suas comparações de maneira mais
fácil e segura (PUCCINI, 1998).
Sendo assim, se um indivíduo deseja vender um equipamento por R$ 100.000,00 com uma parte à
vista e a outra financiada, com propostas variáveis. Para decidir qual a melhor, segundo Puccini
(1998), a solução será, com o auxílio da Matemática Financeira, transformar cada proposta em seu
“valor equivalente à vista” e comparar todos esses “valores à vista” assim obtidos, de uma forma
espontânea.
O mesmo autor cita que a transformação desses fluxos de caixa só pode ser feita com a fixação dos
juros, e pode-se ainda dizer que a existência da Matemática Financeira, com todas as suas fórmulas
e fatores, se prende, exclusivamente à existência dos mesmos.
6.3. Objetivo da Matemática Financeira
Kuhnen & Bauer (1996), de uma forma simplista, definem que o objetivo da matemática financeira
é dar respostas a indagações do tipo:
- Quanto se pode receber por uma aplicação de determinado valor no final de n períodos?
- Quanto será necessário depositar periodicamente para atingir uma poupança desejada?
- Quanto vale hoje um título que vence no futuro?
- Quanto se deve pagar mensalmente por um empréstimo?
Analisando-se as questões acima é possível verificar que em todos os casos encontram-se “valores
datados”, quer dizer, uma receita ou desembolso ocorrendo em uma determinada data. O conceito
59
de valores datados é encontrado em todos os casos de empréstimos, de transações comerciais a
prazo e decisões de investimentos (ibidem).
Este problema ocorre quando se precisa comparar alternativas em diferentes datas. Nos valores
datados, normalmente há vários fatores exercendo influência, podendo ser classificados segundo
Kuhnen & Bauer (1996), como:
- Juros (elemento que permite comparar elementos datados, quer dizer, transformar um valor
de uma data para outra, ou mesmo compará-los todos em uma mesma data);
- Atualização de valores (é a reposição do poder de compra de um capital, fazendo com que
este capital aplicado permaneça com seu valor no decorrer de uma aplicação financeira, ou
seja, fazer com que um capital aplicado não perca seu valor);
- Impostos incidentes (como por exemplo o IOF – Imposto sobre Operações Financeiras, ou o
IOC – Imposto sobre Operações de Crédito);
- Despesas (englobadas como juros, atualização de valores, impostos, despesas de cobrança,
bancárias, judiciais, entre outras).
6.4. Operações Financeiras
Veras (2001), explica que as operações financeiras são operações feitas com dinheiro com a
finalidade de fazê-lo evoluir ao longo do tempo. Podem classificadas como ativas ou passivas,
sendo as ativas representadas por aplicações ou investimentos que visam rendimentos, como, por
exemplo, as aplicações de dinheiro em letras de câmbio, contas bancárias de prazo fixo, cadernetas
de poupança, debêntures, ações, ou com finalidade de renda, quando se compram imóveis, ouro,
moeda estrangeira. As passivas são as que visam a captação de recursos como os empréstimos ou os
descontos de títulos.
O mesmo autor cita que para que as operações financeiras sejam executadas, são necessários
cálculos adequados a cada situação e o estudo desses cálculos é o objetivo da matemática
financeira. Antes, porém, de iniciar esse estudo é necessário que se fixem alguns conceitos básicos
iniciais.
60
6.5. Depreciação
Os bens que constituem o ativo de uma empresa estão sujeitos a constantes desvalorizações, devido,
principalmente, a três aspectos: ao desgaste, ao envelhecimento e ao avanço tecnológico. Sendo
assim, a depreciação consiste no preço da compra de um bem e seu valor de troca (valor residual),
após um determinado tempo de uso (KUHNEN E BAUER, 1996).
A depreciação pode ser real ou teórica. A primeira consiste na diferença do preço de um bem novo
e seu valor de revenda, após períodos de uso, podendo ser considerada de difícil cálculo, pois seria
necessária uma avaliação de todo o patrimônio da empresa a cada depreciação realizada e depende
exclusivamente da empresa, de como esta interpreta a desvalorização do seu patrimônio. Como é
possível se perceber, a depreciação teórica é baseada em tempo de uso e critérios de desvalorização
(ibidem).
Normalmente, as empresas adotam o método de depreciação linear para lançamento contábil. A
depreciação linear é calculada dividindo-se o total a depreciar pelo número de anos de vida útil do
bem. O método citado é o mais simples e mais utilizado nas empresas.
Mesmo utilizando este método em sua contabilidade, a empresa pode utilizar outro método para
determinar o custo de produção de seus produtos, uma vez que a depreciação é um custo para a
empresa.
6.6. Capital
Para esclarecer o que é capital, Veras (2001) aponta que qualquer quantidade de dinheiro, que esteja
disponível em certa data, para ser aplicado numa operação financeira, recebe o nome de capital,
valor atual ou valor presente. A notação que será usada para indicar o capital será VP (Valor
Presente).
61
6.7. Montante
Ao capital inicial empregado dá-se o nome de principal, e à soma do principal mais os juros dá-se o
nome de montante (VIEIRA SOBRINHO, 1981).
Assim, a juros simples apenas o principal rende juros, ao passo que a juros compostos os
rendimentos são calculados sobre os montantes, havendo, portanto uma incidência de juros sobre
juros.
Montante = Principal + Juros
6.8. Rendas
O investidor pode aplicar um capital com chance de retorno em várias parcelas, em datas diferentes.
Ou pode fazer um investimento em parcelas, aplicadas em datas diferentes, com um único retorno
final, ou com retorno também parcelado. A série de capitais disponíveis em datas diferentes
constitui o que se chama de renda. Cada capital que compõe a série tem o nome de termo da renda,
prestação ou pagamento e será indicado por PMT (VERAS, 2001).
6.9. Juros
Puccini (1998), diz que o conceito de juros pode ser (i) o dinheiro pago pelo uso de dinheiro
emprestado, ou seja, o custo do capital de terceiros colocado à nossa disposição; (ii) a remuneração
do capital empregado em atividades produtivas, ou, ainda, remuneração paga pelas instituições
financeiras sobre o capital nelas aplicado.
Os juros são, portanto, o custo do capital durante determinado período de tempo (VERAS, 2001)
62
Na definição de Puccini (1998), os juros são fixados através de uma taxa percentual que sempre se
refere a uma unidade de tempo: ano (a.a.), semestre (a.s.), trimestre (a.t.), mês (a.m.), dia (a.d.).
6.10. Taxa de Juros
Veras (2001), define que a unidade de medida de juros é chamada taxa de juros, ou simplesmente
de taxa. A taxa corresponde à remuneração paga pelo uso, durante determinado período de tempo,
de uma unidade de capital (taxa unitária) ou de cem unidades de capital (taxa centesimal ou taxa
percentual). A taxa unitária será indicada por i (interest = juros) e a taxa centesimal será indicada
por r (rate = taxa de juros).
6.11. Tipos de Juros
Conforme Puccini (1998), os juros são normalmente classificados em simples ou compostos,
dependendo do processo de cálculo utilizado.
6.11.1. Juros Simples
Na hipótese de juros simples, para Puccini (1998), os juros de cada período são calculados sempre
em função do capital inicial empregado.
Vieira Sobrinho (1981), diz que “a taxa de juros é simples (ou linear) quando o valor dos juros é
resultante da sua incidência somente sobre o capital inicial, ou seja, a taxa não incide sobre o valo
dos juros acumulados periodicamente”.
Quer dizer que o regime de juros simples consiste em somar os juros ao capital uma única vez, no
final do prazo contratado. É possível que os juros sejam calculados, ou até colocados à disposição
63
do investidor, em parcelas, no decorrer desse prazo. Nesse caso, embora os juros sejam calculados
periodicamente, em várias vezes, seu cálculo é feito sempre sobre o capital inicial e o montante será
a soma do capital inicial com as várias parcelas de juros, o que equivale a uma única capitalização
(VERAS, 2001).
Puccini (1998), explica que a juros simples o dinheiro cresce linearmente ao longo do tempo, em
progressão aritmética.
Veras (2001), ainda explica que os juros simples, pela sua facilidade de cálculo, são utilizados
comumente em negócios entre pessoas físicas. São utilizados também em operações comerciais
como argumento de venda, pois, por esse regime, por meio de artifícios de cálculo, as taxas de lucro
poderão parecer maiores e as taxas de juros menores. No mercado financeiro, só é utilizado em
aplicações de curto prazo como open market ou overnight e em descontos de títulos. Para todos os
papéis de renda, sistema financeiro de habitação, crediários, utiliza-se o regime de juros compostos.
6.11.2 . Juros Compostos
Vieira Sobrinho (1981), explica que “a taxa de juros é dita composta (ou exponencial) quando o
valor total dos juros é resultante da sua incidência sobre o capital inicial e também sobre o valor dos
juros acumulados periodicamente”.
Puccini (1998), define que nos juros compostos, os juros de cada período são calculados sempre em
função do saldo existente no início do período correspondente.
No regime de juros compostos é contratado o período de capitalização. Se o prazo total em que é
feito o investimento tiver vários desses períodos, no final de cada período os juros serão
capitalizados e o montante assim constituído passará a render juros durante o período seguinte
(VERAS, 2001).
Puccini (1998), afirma que o dinheiro cresce mais rapidamente a juros compostos do que a juros
simples, de forma exponencial ao longo do tempo, em progressão geométrica.
64
O mercado financeiro segue integralmente a lei dos juros compostos. Assim, as Letras de Câmbio,
os Certificados de Depósitos Bancários, o Sistema Financeiro de Habitação, as prestações de
crediários, os descontos de duplicatas, e outros intermináveis exemplos do mercado financeiro
seguem a lei dos juros compostos (PUCCINI, 1998).
6.12. Inflação
Os conceitos de matemática financeira podem ser indistintamente aplicados em fluxos de caixa com
valores em qualquer moeda, seja ela estável ou não. Mesmo em países com moedas fortes (dólar,
franco suíço, entre outras), existe o fenômeno da inflação, ainda que em taxas percentuais bastante
reduzidas (PUCCINI, 1998).
O autor ainda cita que existem, essencialmente, duas formas de se considerar o problema da
inflação no tratamento de fluxos de caixa. A primeira consiste, em se aumentar o valor da taxa de
juros a níveis que incluam a taxa de juros real e a taxa da inflação. Nesse caso os valores dos fluxos
de caixa devem ser expressos na moeda corrente do país (que automaticamente já incorpora a
inflação).
A segunda consiste em se trabalhar com a moeda estável ($) e com a taxa de juros real, sem incluir
a taxa de inflação (uma vez que foi assumida como nula). Ao longo do tempo essa moeda estável é
convertida na moeda corrente do país, através de um indexador que corrige o seu valor pela inflação
ocorrida em cada período.
6.13. Atualização Monetária
A atualização monetária, ou correção monetária é o reajuste dos capitais envolvidos em operações
financeiras (tanto ativas quanto passivas) com a intenção de anular, ou pelo menos atenuar, os
efeitos da inflação; e sua taxa associada é denominada taxa de atualização monetária ou taxa de
correção monetária (VERAS, 2001).
65
No Brasil, essa atualização foi criada com a finalidade de corrigir os valores do ativo imobilizado,
das depreciações e dos débitos fiscais. Sendo posteriormente adotada nas operações financeiras em
geral. Essa atualização também foi utilizada, além de corrigir valores financiados e aplicações
financeiras, nos aluguéis, serviços e taxas (ibidem).
Segundo Veras (2001), os índices utilizados para o cálculo da taxa de atualização monetária nem
sempre foram os mesmos para os vários fins, mas o mais difundido é o índice de inflação que
corresponde à variação da ORTN, da OTN, do BTN, do BTN-TR ou outros, conforme a época e o
tipo de valor que deve ser atualizado.
6.14. Fluxo de Caixa
Denomina-se fluxo de caixa (de uma empresa, de um investimento, de um indivíduo, etc) ao
conjunto das entradas e saídas de dinheiro (caixa) ao longo do tempo (PUCCINI, 1998).
Segundo Veras (2001), o fluxo de caixa é geralmente representado por um diagrama constituído por
um eixo horizontal que representa a linha do tempo (podendo ser expresso em dias, semanas,
quinzenas, meses, trimestres ou anos), tendo flechas apontadas para cima, representando as entradas
(correspondentes aos recebimentos, tendo sinais positivos) e com flechas apontadas para baixo,
representando as saídas de caixa (correspondentes aos pagamentos, tendo sinais negativos). A
unidade de tempo, para maior facilidade de cálculo, deve ser escolhida, sempre que possível, de
acordo com o período de capitalização dos juros.
A representação do fluxo de caixa ao longo do tempo pode ser feita através de quadros, ou
esquematicamente através do seguinte diagrama (PUCCINI, 1998):
66
Figura 8 - Representação do fluxo de caixa
Muitos problemas de juros e montante e, principalmente, de renda têm sua resolução facilitada
quando são representados por um diagrama de fluxo de caixa (VERAS, 2001).
6.15. Equivalência de Fluxos de Caixa
Dois ou mais fluxos de caixa são considerados equivalentes a uma determinada taxa de juros, se os
seus valores atuais, calculados com essa mesma taxa, forem iguais. O estudo dessa equivalência é
realizado utilizando os juros compostos.
Convém observar que se os fluxos de caixa tiverem o mesmo valor atual a uma determinada taxa de
juros, então os seus montantes após n períodos, obtidos com essa mesma taxa, serão
necessariamente iguais. Assim, a equivalência de fluxos de caixa não precisa obrigatoriamente ser
verificada no período zero, isto é, com cálculo de valores atuais. Ela pode ser realizada em qualquer
período n, desde que o período escolhido seja o mesmo para todos os fluxos (PUCCINI, 1998).
É importante destacar que a equivalência de fluxos de caixa depende da taxa de juros. Assim, se
dois fluxos são equivalentes a uma certa taxa, essa equivalência deixará de existir se a taxa for
alterada.
$
0 1 2 n
(+) (-)
(+) Recebimento
Tempo
$
$ $
(-) Pagamento
67
6.16. Análise de Investimentos
O conceito de análise de investimentos pode hoje ser: “um conjunto de técnicas que permitem a
comparação entre os resultados de tomada de decisões referentes a alternativas diferentes de uma
maneira científica” (KUHNEN & BAUER, 1996).
Para Veras (2001), a análise de investimentos compreende não apenas as alternativas entre dois ou
mais investimentos para escolha do melhor, mas também a análise de um único investimento com a
finalidade de julgar se é de seu interesse ou não.
Nas comparações de investimentos, segundo Kuhnen & Bauer (1996), as diferenças que marcam as
alternativas devem ser expressas tanto quanto possível em termos quantitativos. Para expressar
nesses termos as diferenças entre as alternativas em uma tomada de decisões é usada basicamente a
“ferramenta” denominada matemática financeira.
Veras (2001), assinala que, se fatores não quantificáveis terão influência no processo de tomada de
decisão, essa análise não poderá ser feita com um estudo matemático. Assim, na escolha entre dois
equipamentos, por exemplo, não teria sentido uma análise matemática que envolvesse preços,
capacidade de produção, custos operacionais, durabilidade, entre outros, se a pretensão fosse
adquirir o mais estético ou o de menor porte. Também não teria sentido analisar investimentos que
não apresentassem viabilidade de escolha por falta de recursos financeiros ou de quaisquer outras
condições.
Sendo assim, muitos autores consideram que a engenharia econômica, em boa parte, é uma
aplicação das técnicas de matemática financeira nos problemas de tomada de decisões, envolvendo
análise de investimentos, substituição de equipamentos e mesmo o estudo da depreciação
(KUHNEN & BAUER, 1996).
Finalmente acrescenta-se que na tomada de decisão a alternativa escolhida deve ser sempre a mais
econômica, após a verificação de que todas as variáveis que influem no sistema foram
convenientemente estudadas. (KUHNEN & BAUER, 1996)
68
6.17. Métodos Exatos de Análise de Investimentos
Conforme Veras (2001), existem muitos métodos para análise de investimentos, mas apenas os
chamados métodos exatos são dignos de credibilidade, pois só estes se baseiam nos princípios de
equivalência de capitais. São eles: o método do valor presente líquido, o método do valor periódico
uniforme e o método da taxa interna de retorno.
Esses três métodos são equivalentes e, se forem aplicados com propriedade, conduzirão ao mesmo
resultado. Dependendo do tipo de análise que se quer fazer, um dos métodos pode ser mais
apropriado do que os outros ou simplesmente mais cômodo por envolver menos cálculos. Algumas
observações que serão feitas e a prática indicarão como fazer essa escolha (VERAS, 2001)
6.18. Projetos Públicos
Para Souza & Clemente (2002), um investimento é um desembolso realizado objetivando a geração
de futuros benefícios num determinado período de tempo. Quando é tomada a decisão de realizar
um investimento, pretende-se que o retorno seja suficiente para cobrir a melhor alternativa já
existente para o capital, mais um adicional correspondente ao risco do negócio. É considerada a
melhor alternativa econômica a que representar uma melhor combinação entre riscos e benefícios
esperados.
Para Clemente (2002), projetos públicos e empresariais têm a característica comum de aplicar
recursos para obter resultados. Sistemas de tratamento de esgoto sanitário, mesmo quando
realizados por investidores privados, deverão ser considerados pela sociedade como projetos
públicos.
Para Clemente & Wekerlin (2002), um projeto público adequado deverá empregar os recursos
visando gerar ganhos ou benefícios efetivos para sociedade. Portanto, estão mais relacionados a
objetivos sociais ou ambientais que resultados de lucro ou rentabilidade.
69
Os projetos públicos visam elevar a qualidade de vida da população atendida, também considerando
aspectos e estudos sobre sua localização, a área atendida, o perfil dos usuários, projeções
demográficas, além de outros fatores como clima e características ambientais para definir a escala
conveniente. Isto não significa que os investimentos públicos deverão ignorar os preceitos
econômicos como a otimização e a maximização dos benefícios (ibidem).
Os benefícios diretos são aqueles que resultam da cobrança de preços (tarifas ou taxas) pelos
serviços ofertados à comunidade através do mecanismo de mercado, seja este real ou meramente
hipotético. Os benefícios indiretos são aqueles que afetam positivamente a sociedade, através de
reduções de doenças infecto-contagiosas e melhoria no nível de vida da população atendida, os
quais não são contabilizados pelo mecanismo de mercado, mas que não existiriam sem a
implementação de projetos desta natureza.” Projetos de saneamento básico (FERNANDEZ &
GARRIDO, 2002).
Clemente & Leite (2002) apontam que além dos critérios básicos de avaliação de projetos como:
método do custo anual, do valor presente e da taxa interna de retorno, os investimentos públicos
tendem a utilizar também:
- método da diferença benefício-custo;
- método de relação benefício-custo;
- técnicas de classificação;
- método de custo eficácia, dentre outros.
Enfim, os autores são enfáticos ao afirmar que a escolha entre as alternativas de investimento
público deverá basear-se na opção que gere benefícios líquidos máximos para a comunidade como
um todo.
Além dos benefícios e custos diretos, devem-se também contar os efeitos indiretos. O benefício
indireto de um projeto que expande serviços de saneamento básico pode ser orçado com base na
redução dos custos de hospitalização (internação, despesas médicas e medicamentos) que são
resultado das doenças transmitidas pela água (FERNANDEZ & GARRIDO, 2002).
70
Segundo Fernandez e Garrido (2002), há três indicadores econômicos mais utilizados para a seleção
de projetos: (i) valor presente líquido (VPL); (ii) relação benefício-custo (B/C); e (iii) taxa interna
de retorno (TIR); indicadores esses que serão aprofundados no decorrer do presente trabalho.
6.19. Valor Presente Líquido
Puccini (1998), explica que o Valor Presente Líquido (VPL) está diretamente ligado ao valor
presente do fluxo de caixa (conjunto de entradas e saídas de dinheiro, ou benefícios e custos ao
longo do tempo). O VPL de um fluxo de caixa é igual ao valor presente de suas parcelas futuras
(que são descontadas com uma determinada taxa de desconto, representada pela letra “i”), somado
algebricamente com a grandeza colocada no ponto zero, reproduzindo o verdadeiro custo de
oportunidade do capital para o investidor. Normalmente a grandeza colocada no ponto zero
corresponde ao investimento inicial e tem sinal negativo, uma vez que representa uma saída de
caixa. Sendo assim,
nn
iFC
iFC
iFC
iFCFCVPL
)1(...
)1()1()1( 33
221
0 +++
++
++
++= Equação 2 - Cálculo do VPL
Fonte: Puccini (1998).
A partir da análise da expressão para o cálculo do VPL, é possível observar que o Valor Presente
Líquido é a diferença entre o valor investido (FC0) e o valor dos benefícios esperados (CFj),
descontados para a data inicial, usando-se como taxa de desconto a Taxa de Mínima Atratividade
(TMA).
Na comparação estabelecida por Veras (2001), é citado que:
• Se o valor encontrado for zero, a taxa i de renda do investimento coincidirá exatamente com
a taxa de atratividade que foi utilizada;
71
• Se o valor encontrado for positivo, esse valor representará o quanto a renda do investimento
excede a renda esperada da taxa de atratividade, isto significa que a taxa de renda que o
investimento proporciona ultrapassa a taxa de atratividade. Nesse caso, o investimento
analisado interessa ao investidor;
• Mas se o valor encontrado for negativo, isso representará quanto falta para que a renda do
investimento atinja a renda desejada, isto é, significa que a taxa de renda que o investimento
proporciona é menor que a taxa de atratividade. Nesse caso, o investimento analisado não
interessa ao investidor.
Resumindo:
VPL = 0 → TIR = TMA
VPL > 0 → TIR > TMA
VPL < 0 → TIR < TMA
Quando vários investimentos estão sendo analisados, pode ocorrer que todos sejam interessantes ou
desinteressantes ou ainda que alguns sejam interessantes e outros não. Em qualquer dos casos, o
investimento mais interessante é o que apresenta o maior VPL (VERAS, 2001).
É claro que, se o problema é comparar custos de empréstimos, serviços ou equipamentos, a melhor
alternativa é a que apresenta o menor VPL, isto é, a de menor taxa de custo (ibidem).
6.20. Taxa Mínima de Atratividade
Segundo Veras (2001), quando apenas um investimento é analisado quanto à sua rentabilidade,
costuma-se fazer uma comparação entre a sua taxa de renda e uma taxa ideal, isto é, que o
investidor estabelece como a taxa mínima de renda para que o investimento seja considerado
atraente do ponto de vista financeiro. Essa taxa ideal se chama taxa mínima de atratividade ou
apenas taxa de atratividade do investidor. É comum adotar como taxa de atratividade a taxa de
mercado, isto é, a taxa à qual qualquer capital pode ser aplicado sem dificuldade.
72
A TMA (Taxa de Mínima Atratividade) deve representar o custo de oportunidade do capital para a
empresa. Dessa forma, a TMA é a taxa de juro que deixa de ser obtida na melhor aplicação
alternativa quando há emprego de capital próprio, ou é a menor taxa de juros que se pode obter
quando recursos de terceiros são aplicados. (Clemente, 2002)
6.21. Relação Benefício/Custo
A relação entre benefício e custo é definida pelos valores dos custos e dos benefícios descontados
para uma mesma época e, opcionalmente, calculados os valores anuais uniformes equivalentes,
estabelecendo-se, em seguida, o quociente entre o valor dos benefícios e o valor dos custos. A
relação B/C deve ser no mínimo igual a 1 para que o projeto seja considerado viável (CLEMENTE
& LEITE, 2000).
6.22. Taxa Interna de Retorno
A Taxa Interna de Retorno (TIR) é outro indicador importante utilizado para mensurar a viabilidade
de projetos de investimento. A TIR de um fluxo de caixa é a taxa de desconto que faz seu valor
presente líquido ser igual a zero (isso ocorre quando as grandezas futuras, ao serem descontadas
com uma determinada taxa, produzem um valor presente para o fluxo de caixa que é igual ao
investimento inicial colocado no ponto zero da escala de tempo) (PUCCINI, 1998).
A TIR é obtida da seguinte fórmula quando VPL = 0, isto é:
0)1(
...)1()1()1( 33
221
0 =+
+++
++
++
+ nn
iFC
iFC
iFC
iFCFC Equação 3 - Cálculo da TIR
Fonte: Puccini (1998).
73
Onde:
i é a Taxa Interna de Retorno (TIR);
FC corresponde aos Fluxos de.Caixa de cada período.
A TIR ainda pode ser calculada da seguinte forma:
PMTPVinFAP =)/( Equação 4 - Forma simplificada do cálculo da TIR
Na qual, o n representa o tempo, o número de períodos, ou a quantidade de prestações. Devendo
estar sempre compatível com a periodicidade da taxa de juros (i). No caso de juros compostos a
equivalência poderá ser efetuada no número de períodos ou na taxa de juros, enquanto quem em
anuidades é indispensável utilizarmos a equivalência da taxa de juros.
O i é a taxa de juros, que quando utilizada em fórmulas deve ser expressa na forma unitária, mas em
perguntas, respostas ou nas calculadoras financeiras deve ser utilizada na forma percentual. Se for
desejado transformar uma taxa percentual em taxa unitária, a mesma é dividida por 100. Para
transformar uma taxa unitária em taxa percentual, é preciso apenas multiplicá-la por 100.
O PV pode ter algum dos sinônimos seguintes: valor presente, valor atual, valor de aquisição, valor
na data zero, valor do empréstimo, valor financiado, valor do resgate antecipado, entre outros.
O PMT é o valor de cada parcela, cada prestação, cada depósito. Normalmente só utilizado quando
se trata de anuidade, onde há pagamentos ou recebimentos em várias parcelas, podendo ser visto
como [receita anual – despesa anual].
74
“O VPL e a TIR são os dois indicadores mais utilizados na avaliação social de projetos. A grande
vantagem da TIR reside no fato de que ela é obtida exclusivamente baseada nos dados do projeto.
Ademais, o cálculo da TIR não requer o conhecimento da taxa social de desconto (custo de
oportunidade do capital para a sociedade), a qual é de difícil estimativa, além de ser informação
indispensável ao serem usados critérios do valor presente líquido e da relação benefício-custo.”
(FERNANDEZ & GARRIDO, 2002).
No fluxo de caixa estão apresentadas todas receitas e despesas relacionadas ao empreendimento,
isto é, todas as entradas e saídas de dinheiro ao longo de um determinado período. A TIR representa
a taxa que anula o fluxo de caixa, isto é, o valor do investimento é menor que a soma das parcelas.
(CARVALHO, 2002).
Se vários investimentos são comparados, o mais viável é o que tem a maior Taxa Interna de
Retorno. Se os empréstimos estiverem sendo analisados, o melhor é o que oferece a menor Taxa
Interna de Retorno (VERAS, 2001).
Para fluxos de caixa convencionais, um projeto é considerado viável se a sua Taxa Interna de
Retorno for mais do que a Taxa de Mínima Atratividade (CLEMENTE & LEITE, 2000).
Os autores expõem que sob o ponto de vista social, “o limiar da viabilidade econômica seria VPL
igual a zero, relação B/C igual a unidade, TIR igual a taxa social de desconto e pagamento
retroativo igual ao próprio horizonte do projeto.” (ibidem)
Quanto aos custos, eles poderão ser desagregados nos seguintes grandes grupos: custos do
investimento e custos de operação e manutenção.
75
III. DESENVOLVIMENTO
1. INTRODUÇÃO
O desenvolvimento deste trabalho englobou as seguintes etapas: estabelecimento do problema;
aquisição, modelagem e representação do conhecimento; implementação do banco de dados;
implementação do sistema especialista e a implementação do sistema propriamente dito. A seguir
cada uma destas etapas será descrita.
1.1. Estabelecimento do Problema
Atualmente o processo de cálculo de custos e análise de viabilidade econômica é feito manualmente
e especificamente para um município. Os dados são coletados por um especialista que analisa e
indica um sistema de tratamento de esgoto a ser implantado.
Todavia, esta análise e justificativa requerem certo tempo do especialista, sendo ainda suscetível a
falhas que podem ocorrer no processo de análise.
O processo de decisão baseia-se na análise de três grupos de variáveis: dados econômicos, técnicos
e sócio-ambientais. Tendo sido dada maior importância ao primeiro grupo, já que é um processo
baseado na análise da viabilidade econômica.
1.2. Aquisição, Modelagem e Representação do Conhecimento
A aquisição do conhecimento foi feita nas seguintes etapas: (i) levantamento bibliográfico para o
problema em questão; (ii) reuniões com os especialistas; (iii) consultas por correio eletrônico.
76
No levantamento bibliográfico, através de consultas na Internet, verificou-se a utilização de
planilhas do Excel para o auxílio no levantamento de custos para um determinado tipo de sistema de
tratamento de esgoto, sem realizar qualquer tipo de comparação.
Também foi encontrado um software do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento
(SNIS), do Programa de Modernização do Setor de Saneamento (PMSS),– intitulado Coleta de
dados 2001, que permite o cadastramento dos dados de uma empresa de tratamento de água e
esgoto, podendo atingir vários municípios, no qual e apenas possível incluir dados e as análises são
feitas numa central remota ao computador do usuário em questão. Este software serviu de base para
levantamento das variáveis a serem utilizadas no sistema. As Figuras 9, 10, 11, 12, 13 e 14 ilustram
a dinâmica de funcionamento do sistema de coleta.
Figura 9 - Tela de abertura do programa Coleta de Dados 2001
77
Na Figura 9 é possível optar pelo preenchimento dos formulários, uma das partes essenciais do
sistema, sendo também possível reiniciar o preenchimento, visualizar o relatório de avisos e erros,
gravar um arquivo de resposta, ou mesmo sair do sistema.
Figura 10 - Preenchimento dos formulários
Ao clicar no botão “Preencher formulários” o usuário é levado a uma tela (Figura 10) que permite a
inclusão de dados agregados descritivos, gerais, financeiros, sobre água, esgoto e ainda dados
referentes aos municípios atendidos pela companhia de abastecimento (de água ou esgoto).
78
Figura 11 - Tela para inserção dos dados de esgoto
A tela apresentada na Figura 11 permite realizar a inclusão dos dados referentes à coleta e
tratamento do esgoto produzido por um determinado município, atendido por uma estação de
tratamento de esgoto.
79
Figura 12 - Tela de cadastro dos dados referentes à água
Os cadastros dos dados referentes ao abastecimento de água de um município por uma companhia
de abastecimento podem ser inseridos pela tela representada na Figura 12.
80
Figura 13 - Tela com o relatório de avisos e erros
A Figura 13 apresenta a tela do relatório de erros, na qual é permitido ao usuário ter acesso aos
dados inconsistentes, ou mesmo equivocados no sistema.
Os dados podem ser inseridos nesse sistema e posteriormente podem ser enviados ao Programa de
Modernização do Setor de Saneamento (PMSS), que fica encarregado de fazer os cálculos e
projeções necessários para a tomada de decisão, não ficando a cargo do usuário esse tipo de
inferência.
Sendo assim, constatou-se a inexistência de um software que fizesse a análise de viabilidade
econômica direcionada a mais de um aspecto além do econômico, que justifica a idéia de
implementar um sistema com base em Inteligência Artificial para a comparação de mais de uma
possibilidade dos dados técnicos e sócio-ambientais.
81
As reuniões foram realizadas com duas especialistas nos temas abordados (uma de Engenharia
Ambiental e a outra de Engenharia Econômica), sempre que possível, ora com maior, ora com
menor freqüência, que serviram para o esclarecimento de vários tópicos e especificação das
principais variáveis a serem utilizadas pelo sistema.
As consultas por correio eletrônico foram mais freqüentes e serviram para esclarecimentos de
dúvidas mais simples, porém importantes para o andamento do trabalho.
A partir do conhecimento adquirido tanto nas bibliografias consultadas quanto nas reuniões
realizadas, as árvores de decisão foram construídas para a criação das regras constantes na Base de
Conhecimento do sistema.
Para que o módulo operasse corretamente, foi necessário representar o conhecimento adquirido nos
padrões computacionais, representando-o de forma condizente com o problema em questão.
As variáveis utilizadas no sistema como um todo, foram divididas nas seguintes categorias:
Município; Água; Esgoto; Climáticos e Geográficos; Financeiros; TipoÍndice; Índice; Sistema; Itens
de Implantação; Itens de Operação; Itens de Manutenção; Freqüência; Itens; Unidade; Grupo;
Aspectos Técnicos; Aspectos Sócio-Ambientais.
Das 115 variáveis que compõem o banco de dados, 10 foram selecionadas para o sistema
especialista.
Algumas das variáveis inseridas nas categorias citadas apresentaram certa imprecisão e a utilização
de intervalos para estas variáveis não representaria a realidade. Estas variáveis representam valores
como, por exemplo: menor que 500; entre 500 e 2000 e maior que 2000. Se, por exemplo, os
intervalos fossem considerados de forma estática, isso significaria que, se a necessidade de área
resultasse em 501, este seria considerado médio e se a área fosse 500, seria considerado pequeno, o
que resultaria em dois valores muito próximos, mas com resultados bastante discrepantes.
Sendo assim, optou-se por modelar estas variáveis no sistema utilizando-se lógica difusa. Para cada
variável foram estabelecidas 3 variáveis lingüísticas: “PEQUENO”, “MÉDIO” e “GRANDE”.
82
A seguir, têm-se as funções de pertinência utilizadas em cada caso, que podem ser conferidas nas
Tabelas 1, 2 e 3.
Tabela 1 - Função de pertinência para a variável Necessidade de Área
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
0 x se ,1500
200x- )( =+
=xµ
µ(x) = 1, se x = 500
500 x 0 se ,5x1 )( <<=xµ
Médio
500 x se ,1500
005x )( =−
=xµ
µ(x) = 1, se x = 2000
2000 x 500 se ,2000
4000x- )( <<+
=xµ
Grande µ(x) = 1, se x = 2000
Tabela 2 - Função de pertinência para a variável Custo da Área
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
0 x se ,100
x )( ==xµ
µ(x) = 1, se x = 100
100 x 0 se ,200
300-x )( <<=xµ
Médio
100 x se ,200
001x )( =−
=xµ
µ(x) = 1, se x = 300
300 x 100 se ,2000
40x )( <<+
=xµ
Grande µ(x) = 1, se x = 300
Tabela 3 - Função de pertinência para a variável Impacto Ambiental
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
0 x se ,3x )( ==xµ
µ(x) = 1, se x = 3
3 x 0 se ,2
5x- )( <<+
=xµ
Médio 3 x se ,
23x )( =
−=xµ
µ(x) = 1, se x = 5
83
5 x 3 se ,3
8x- )( <<+
=xµ
Grande µ(x) = 1, se x = 5
Os gráficos que ilustram os comportamentos das funções de pertinência descritas anteriormente são
representados pelas Figuras 14, 15 e 16.
Figura 14 - Função de pertinência para a variável Necessidade de Área
Figura 15 - Função de pertinência para a variável custo da área
Figura 16 - Função de pertinência para a variável Impacto Ambiental
2 0 0 0 5 0 0 0
1
Gra
u de
per
tinên
cia
P e q u e n o M éd io G ra n d e
5 3 0
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
3000 100 0
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
84
As variáveis que compõem o sistema especialista foram divididas em dois grandes grupos: Técnico
e Sócio-Ambiental. A seguir tem-se a composição destes dois grupos, bem como a descrição dos
valores de cada uma destas variáveis.
Aspectos técnicos:
Necessidade de área: Quantidade de espaço necessário para a construção da estação de
tratamento e das lagoas de estabilização.
Disponibilidade de área: Indica a disponibilidade de terra para a instalação do sistema de
tratamento de esgoto. Em municípios largamente ocupados há o problema da escassez de
área disponível para a implantação de tais sistemas, sendo, muitas vezes, necessária a
desapropriação de famílias para a ocupação da estação de tratamento.
Custo da área: Representa o custo do terreno onde será instalada a estação de tratamento de
esgoto. Caso seja uma cidade bastante urbanizada, a tendência é que esse custo seja mais
elevado que em cidades com menor índice de urbanização.
Complexidade operacional: Mostra a diferença entre alternativas utilizando sistemas com
pouca ou nenhuma necessidade de operação, e sistemas que exigem monitoramento
constante, como sistemas com rede coletora e tratamento através de processos com aeração
mecanizada.
Flexibilidade: Indica a capacidade de algumas alternativas de admitirem a expansão de
áreas atendidas, devendo ser privilegiados os sistemas que permitam expansões sem grandes
custos adicionais.
Aspectos sócio-ambientais:
Aceitabilidade do sistema: Representa-se aqui a rejeição da população a sistemas que
possam vir a comprometer sua qualidade de vida ou mesmo o aspecto estético de sua
vizinhança.
85
Disposição a pagar: Considera a disposição da comunidade ao custeio da instalação e/ou
operação do sistema proposto em cada alternativa, consistindo em um aspecto econômico
visto pelo referencial da comunidade, e não pelos órgãos oficiais
Risco de extravasamento: Representa a possibilidade de ocorrer, por exemplo, uma chuva
forte e, ao alagamento, o local de tratamento do esgoto sofrer uma transborda do material.
Impactos nos recursos hídricos: Através desse critério, buscam-se as diferenças entre
alternativas no que diz respeito à qualidade da água resultante nos corpos d´água.
Geração de novos negócios: Reflete o grau que um sistema de tratamento pode gerar em
relação à arrecadação da cidade, seja com a geração de novos empregos para a implantação
e manutenção do sistema de tratamento, seja com a valorização de uma cidade por ter um
sistema que trate seus efluentes.
Os dados técnicos e sócio-ambientais foram modelados em regras de produção, geradas com base
nas árvores de decisão, que estão nas Figuras 17, 18, 19 e 20. As 243 regras de cada grupo de
aspectos foram apresentadas para a especialista, que fez a triagem de quais regras eram improváveis
de acontecer e quais seriam as possíveis de serem implementadas, quais gerariam uma solução real,
e seus respectivos resultados foram relacionados. Dessa forma, o conjunto de 486 regras iniciais
resultou em 195 regras, sendo 144 referentes aos aspectos técnicos e 51 dos sócio-ambientais. Foi
criada a inferência do sistema usando o mecanismo de forward chaining.
O sistema especialista compõe um módulo à parte do banco de dados. Quando o usuário preenche
os dados sobre um município, ele solicita ao sistema a análise dos dados. Assim, o sistema
especialista busca no banco de dados os valores das variáveis que lhe interessam e depois aplica seu
mecanismo de inferência sobre as variáveis, em relação às regras armazenadas na base de
conhecimento.
86
Figura 17 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos
Figura 18 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos
PequenaGrande
GrandePequena Média GrandePequena MédiaGrandePequena
Média
Média
40Geração de
Novos Negócios
54
Disposição a Pagar
135
Aceitabilidade
148Geração de
Novos Negócios
161Geração de
Novos Negócios
174Geração de
Novos Negócios
175
Disposição a Pagar
188Geração de
Novos Negócios
201Geração de
Novos Negócios
214Geração de
Novos Negócios
215
Disposição a Pagar
228Geração de
Novos Negócios
241Geração de
Novos Negócios
1 1 1 1 1 1 1 1 1
GrandePequena
Média
PequenoGrande
GrandePequenoGrandePequenoGrandePequeno
PequenoGrandeMédio
GrandeMédio
PequenoGrandeMédio
PequenoGrandeMédio
Pequeno
PequenoGrandeMédio
GrandeMédio
PequenoGrandeMédio
PequenoGrandeMédio
Pequeno
DSA
544Geração de
Novos Negócios
545Impacto
Recursos Hídricos
DSA DSA DSA
546Geração de
Novos Negócios
DSA DSA DSA
547Geração de
Novos Negócios
DSA DSADSA
548Geração de
Novos Negócios
549Impacto
Recursos Hídricos
DSA DSA DSA
550Geração de
Novos Negócios
DSA DSA DSA
551Geração de
Novos Negócios
DSA DSADSA
552
Novos
553Impactos Recursos
DSA DSA DSA
554
Novos
DSA DSA DSA
555
Novos
DSA DSA
1
556Risco de
Extravasamento
87
Figura 19 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais
Figura 20 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais
PequenaGrande
GrandePequena GrandePequenaGrandePequena
40
Custo da área
54
Disponibilidad
135
Necessidade
148
Custo da área
161
Custo da área
174
Custo da área
175
Disponibilidad
188
Custo da área
201
Custo da área
214
Custo da área
215
Disponibilidad
228
Custo da área
241
Custo da área
1 1 1 1 1 1 1 1 1
GrandePequena
Média
PequenoGrande
GrandeMédio
PequenoGrandePequenoGrandePequeno
PequenoGrandeMédio
GrandeMédio
PequenoGrandeMédio
PequenoGrandeMédio
Pequeno
PequenoGrandeMédio
GrandeMédio
PequenoGrandeMédio
PequenoGrandeMédio
Pequeno
DTE
544
Flexibilidade
545
Complexidade
DTE DTE DTE
546
Flexibilidade
DTE DTE DTE
547
Flexibilidade
DTE DTEDTE
548
Flexibilidade
549
Complexidade
DTE DTE DTE
550
Flexibilidade
DTE DTE DTE
551
Flexibilidade
DTE DTEDTE
552
Flexibilidade
553
Complexidade
DTE DTE DTE
554
Flexibilidade
DTE DTE DTE
555
Flexibilidade
DTE DTE
1
556
Custo da área
88
O conjunto de aspectos técnicos e o dos sócio-ambientais apresentam, cada um, um diagnóstico
independente, conforme as regras do sistema especialista.
O funcionamento do sistema especialista segue os seguintes passos:
O usuário cadastra os dados econômicos, os dados técnicos e os dados sócio-ambientais para cada
categoria de esgoto: convencional, condominial e individual, uma vez que cada uma apresenta suas
peculiaridades.
O usuário solicita ao sistema a análise dos dados e este cruza os dados econômicos, técnicos e
sócio-ambientais cadastrados com as regras armazenadas na base de conhecimento.
O sistema fornece um diagnóstico para os dados técnicos e os dados sócio-ambientais. Abaixo são
apresentadas algumas das regras que compõem a Base de Conhecimento.
Dados técnicos:
Se Necessidade de área = PEQUENA e Disponibilidade de área = PEQUENA e Custo da área = PEQUENO e Complexidade = PEQUENA e Flexibilidade = GRANDE Então Resultado = ÓTIMO Se Necessidade de área = PEQUENA e Disponibilidade de área = PEQUENA e Custo da área = PEQUENO e Complexidade = MÉDIA e Flexibilidade = PEQUENA Então Resultado = BOM Se Necessidade de área = PEQUENA e Disponibilidade de área = PEQUENA e Custo da área = PEQUENO e Complexidade = GRANDE e Flexibilidade = PEQUENA
Então Resultado = RUIM
Dados sócio-ambientais:
Se Aceitabilidade = MÉDIA e Disposição a pagar = MÉDIA e Geração de novos negócios = GRANDE e Impactos nos recursos hídricos = PEQUENA e Risco de extravasamento = PEQUENA Então Resultado = ÓTIMO Se Aceitabilidade = MÉDIA e Disposição a pagar = MÉDIA e Geração de novos negócios = GRANDE e Impactos nos recursos hídricos = PEQUENA e Risco de extravasamento = MÉDIA ou GRANDE Então Resultado = BOM
89
Se Aceitabilidade = MÉDIA e Disposição a pagar = MÉDIA e Geração de novos negócios = GRANDE e Impactos nos recursos hídricos = MÉDIA e Risco de extravasamento = GRANDE
Então Resultado = RUIM
O sistema mapeia os resultados obtidos utilizando uma escala de [1] para RUIM; [5] para BOM e
[10] para ÓTIMO.
Após esta escala, o sistema multiplica o valor mapeado para os dados técnicos por 0,1 e para os
dados sócio-ambientais, multiplica por 0,2.
O sistema faz uma classificação a partir do menor custo aliado à soma dos dados técnicos com os
sócio-ambientais. O tipo de esgoto que obtiver a primeira colocação no ranking é considerado como
melhor.
Após essa etapa, é realizada uma união desses dois diagnósticos e a partir desse novo valor é feita a
comparação com os valores (custos) gerados pela análise econômica, cujo resultado é obtido a
partir, principalmente da fórmula do VPL, da matemática financeira. A combinação desses três
aspectos é responsável pela geração do resultado final do sistema.
Baseado nos dados técnicos e sócio-ambientais informados sobre um município, o sistema
especialista é capaz de realizar a inferência sobre uma nova árvore de decisão, com o objetivo de
gerar um resultado qualificando essa união. Após essa etapa, uma operação de E lógico é realizada
sobre os aspectos econômicos e o resultado da união dos demais aspectos.
O custo dos três sistemas é calculado com base nos dados econômicos cadastrados no sistema. Para
esse cálculo é necessário utilizar-se principalmente do fluxo de caixa (entradas e saídas de dinheiro
de um município). Após a conclusão dos cálculos e das análises prévias, são aplicados os pesos para
cada um dos aspectos e a análise final é feita verificando-se a combinação do menor custo com a
melhor qualificação dos dados técnicos e sócio-ambientais.
90
Quando o usuário seleciona a opção de projeção na tela inicial do sistema são executados todos os
processos citados anteriormente. Nesta tela os dados são classificados da melhor para a pior opção a
partir do cruzamento dos aspectos econômicos, técnicos e sócio-ambientais, permitindo, dessa
forma, que o gestor possa analisar as opções e assim ser auxiliado na sua decisão.
2. IMPLEMENTAÇÃO DO BANCO DE DADOS
A segunda parte do sistema foi dedicada ao banco de dados. Para modelar o banco, foi utilizado o
Modelo Entidade-Relacionamento (MER), dividido em modelo lógico (conceitual) e modelo físico,
conforme mostram as Figuras 22 e 23, respectivamente.
A entidade “Município” é ligada aos dados “Financeiros”, “Sócio-Ambientais”, “Técnicos”, de
“Água”, de “Esgoto”, do “Estado” e do “Sistema”, permitindo o cadastro de dados referentes a
todas estas entidades, de forma que seja possível interagir com o Banco
inserindo/alterando/excluindo dados e fundamentalmente consultando-os para permitir a realização
do cruzamento das informações nele contidas, possibilitando a obtenção dos resultados esperados
para a tomada de decisão.
91
Relation_2028
Relation_2013
GruIndGruIte
IteUni
EsgMunAguMun
IndTip
CliMun
IndSis
FinInd
FinMun
OpeSisIteOpe
ManSisIteMan
IteImp ImpSis
CidSis
EstCid
ÁguaAnoALigEcoAVolProduzidoAVolServiçoAATratImpABrutaExpATratExpATratETAsATratDesVolMacroAVolMicroAVolConsVolFaturadoAMicroResidLigTotaisALigAtivasALigMicroEcoAtivasEcoMicroEcoResidAtivasTarifaAEcoResidMicro
EsgotoAnoEExtRedeColLigEcoEVolTratadoVolColetadoVolFaturadoELigTotaisELigAtivasEEcoAtivasETarifaEEcoResidE
FinanceiroAnoFRecaDirARecaDirERecaDirAETRecTotalTotalRecTotalArrecCredContRecebDespAIBTDespFiscDEXDespesaDEXDespJurEncDespDAPDespCapitDespDTSDespAmortDividaTotalDespInvAbastAInvESInvOInvRecPropInvRecOneInvRecNOneTotalInv
MunicipioCodMunicipioNmMunicipioPopTotalPopAtendidaExtRedeRPC
EstadoCodEstadoNomeEstado
SistemaCodSistemaNomeSistema
ItensCodItemDataItemDescItemCustoItem
QtImpl
Itens de ManutençãoQtManFrequencia
Itens de OperaçãoQtOp
IndiceCodIndiceDataIndiceValorCotacao
Clima_e_GeoAnoCGTempAltaTempBaixaTempMedChuvasSolAnoURALatiLongiClimaNivelMarRelevoCVSoloBH
TipoIndiceCodTipoIndiceDescIndice
UnidadeCodUnidadeDescUnidade
GrupoCodGrupoDescGrupoIndiceGrupo
Socio AmbientalAceitSistDispPagarRiscoExtravImpactoRecHid
Apectos TecnicosNecesAreaDispAreaCustoAreaComplexOperFlexibilidade
Figura 21 - Modelo Lógico do banco de dados
92
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
COD_INDICE = COD_INDICE
CODGRUPO = CODGRUPO
CODUNIDADE = CODUNIDADE
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
COD_TIPOINDICE = COD_TIPOINDICE
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
COD_INDICE = COD_INDICE
ANOF = ANOF
COD_INDICE = COD_INDICE
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
CODSISTEMA = CODSISTEMA
CODITEM = CODITEM
CODSISTEMA = CODSISTEMA
CODITEM = CODITEM
CODITEM = CODITEMCODSISTEMA = CODSISTEMA
CODMUNICIPIO = CODMUNICIPIO
CODSISTEMA = CODSISTEMA
CODESTADO = CODESTADO
AGUAANOA NUMBER(4)CODMUNICIPIO NUMBER(4)LIGECOA INTEGERVOLPRODUZIDOA FLOATVOLSERVICOA FLOATATRATIMP FLOATABRUTAEXP FLOATATRATEXP FLOATATRATETAS FLOATATRATDES FLOATVOLMACROA FLOATVOLMICROA FLOATVOLCONS FLOATVOLFATURADOA FLOATMICRORESID FLOATLIGTOTAISA INTEGERLIGATIVASA INTEGERLIGMICRO INTEGERECOATIVAS INTEGERECOMICRO INTEGERECORESIDATIVAS INTEGERTARIFAA NUMBER(8,2)ECORESIDMICRO INTEGER
ESGOTOANOE NUMBER(4)CODMUNICIPIO NUMBER(4)EXTREDECOL INTEGERLIGECOE INTEGERVOLTRATADO FLOATVOLCOLETADO FLOATVOLFATURADOE FLOATLIGTOTAISE INTEGERLIGATIVASE INTEGERECOATIVASE INTEGERTARIFAE NUMBER(8,2)ECORESIDE INTEGER FINANCEIRO
ANOF NUMBER(4)CODMUNICIPIO NUMBER(4)RECADIRA NUMBER(8,2)RECADIRE NUMBER(8,2)RECADIRAET NUMBER(8,2)RECTOTAL NUMBER(8,2)TOTALREC NUMBER(8,2)TOTALARREC NUMBER(8,2)CREDCONTRECEB NUMBER(8,2)DESPAIBT NUMBER(8,2)DESPFISCDEX NUMBER(8,2)DESPESADEX NUMBER(8,2)DESPJURENC NUMBER(8,2)DESPDAP NUMBER(8,2)DESPCAPIT NUMBER(8,2)DESPDTS NUMBER(8,2)DESPAMORTDIVIDA NUMBER(8,2)TOTALDESP NUMBER(8,2)INVABASTA NUMBER(8,2)INVES NUMBER(8,2)INVO NUMBER(8,2)INVRECPROP NUMBER(8,2)INVRECONE NUMBER(8,2)INVRECNONE NUMBER(8,2)TOTALINV NUMBER(8,2)
MUNICIPIOCODMUNICIPIO NUMBER(4)CODESTADO NUMBER(4)NMMUNICIPIO LONGPOPTOTAL INTEGERPOPATENDIDA INTEGEREXTREDE INTEGERRPC FLOAT
ESTADOCODESTADO NUMBER(4)NOMEESTADO LONG
SISTEMACODSISTEMA NUMBER(4)COD_INDICE NUMBER(4)NOMESISTEMA LONG
ITENSCODITEM NUMBER(4)CODUNIDADE NUMBER(4)CODGRUPO NUMBER(4)DATAITEM DATEDESCITEM VARCHAR2(30)CUSTOITEM NUMBER(8,2)
ITENS_DE_IMPLANTACAOCODITEM NUMBER(4)CODSISTEMA NUMBER(4)QTIMPL NUMBER(10,3)
ITENS_DE_MANUTENCAOCODITEM NUMBER(4)CODSISTEMA NUMBER(4)QTMAN NUMBER(10,3)FREQUENCIA INTEGER
ITENS_DE_OPERACAOCODITEM NUMBER(4)CODSISTEMA NUMBER(4)QTOP NUMBER(10,3)
INDICECOD_INDICE NUMBER(4)COD_TIPOINDICE NUMBER(4)DATAINDICE DATEVALORCOTACAO NUMBER(8,2)
CLIMA_E_GEOANOCG NUMBER(4)CODMUNICIPIO NUMBER(4)TEMPALTA INTEGERTEMPBAIXA INTEGERTEMPMED INTEGERCHUVAS FLOATSOLANO FLOATURA FLOATLATI CHAR(6)LONGI CHAR(6)CLIMA CHAR(10)NIVELMAR FLOATRELEVO CHAR(15)CV CHAR(15)SOLO CHAR(15)BH CHAR(20)
TIPOINDICECOD_TIPOINDICE NUMBER(4)DESCINDICE CHAR(30)
UNIDADECODUNIDADE NUMBER(4)DESCUNIDADE VARCHAR2(20)
GRUPOCODGRUPO NUMBER(4)COD_INDICE NUMBER(4)DESCGRUPO LONGINDICEGRUPO LONG
SOCIO_AMBIENTALCODMUNICIPIO NUMBER(4)ACEITABILIDADE CHAR(8)DISPPAGAR CHAR(8)RISCOEXTRAV CHAR(8)IMPACTORECHID CHAR(8)
APECTOS_TECNICOSCODMUNICIPIO NUMBER(4)NECESAREA CHAR(8)DISPAREA CHAR(8)CUSTOAREA CHAR(8)COMPLEXOPER CHAR(8)FLEXIBILIDADE CHAR(8)
CIDSISCODSISTEMA NUMBER(4)CODMUNICIPIO NUMBER(4) FININD
COD_INDICE NUMBER(4)ANOF NUMBER(4)
Figura 22 - Modelo Físico do banco de dados
93
O banco de dados utilizado foi o Oracle por ser um banco estável e robusto. A partir da modelagem
no Power Designer, no módulo Data Architect, foi gerado o script e embora alguns erros tenham
sido constatados nesse script, com alguns ajustes foi possível utilizar-se de grande parte do mesmo.
2.1 Dicionário de Dados
O Dicionário de Dados é composto pela descrição das tabelas de dados utilizadas no banco de dados
do sistema (Tabela 4), bem como de seus atributos (Tabelas 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17, 18 e 19).
A seguir, uma descrição das tabelas utilizadas no sistema:
Tabela 4 - Descrição das Tabelas de Dados utilizadas no Sistema
NOME DA
TABELA
DESCRIÇÃO
Água Tabela referente aos dados de abastecimento de água de um município.
Aspectos Técnicos Tabela referente aos aspectos técnicos de um determinado sistema de
tratamento de esgoto.
Clima_e_Geo Tabela referente aos dados climáticos e geográficos de um município.
Esgoto Tabela referente aos dados de tratamento de esgoto de um município.
Estado Armazena os dados dos estados
Financeiro Tabela referente aos dados financeiros de um município.
Grupo Armazena os dados dos grupos de itens
Índice Tabela que contém o índice de correção da moeda
Itens Agrupamento das tabelas dos itens de implantação, manutenção e operação
Itens de Implantação Tabela com os itens considerados de implantação para um sistema de
tratamento de esgoto
Itens de Manutenção Tabela com os itens considerados de manutenção para um sistema de
tratamento de esgoto
94
Itens de Operação ‘Tabela com os itens considerados de operação para um sistema de
tratamento de esgoto
Município Tabela referente aos dados de um município.
Sistema Tabela referente aos dados dos sistemas de tratamento de esgoto
convencional, condominial e individual.
Sócio-Ambiental Tabela referente aos aspectos sócio-ambientais de um determinado sistema
de tratamento de esgoto sobre um município.
TipoIndice Tipo do índice de correção
Unidade Unidade de medida dos itens
* Os itens grifados não estão sendo utilizados para o sistema especialista nesta etapa do projeto.
Porém, esses itens foram mantidos para a fase de prosseguimento do projeto.
A seguir, a descrição dos atributos da tabela:
Tabela 5 - Dicionário de dados da tabela água
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
AnoA NUMBER(4) Chave primária - Ano de levantamento dos dados da água
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira - Código do município
LigEcoA INTEGER Ligações e Economias de água
VolProduzidoA FLOAT Volume de água produzido
VolServiçoA FLOAT Volume de serviço
ATratImp FLOAT Água tratada importada
ABrutaExp FLOAT Água bruta exportada
ATratExp FLOAT Água tratada exportada
ATratETAs FLOAT Água tratada em estações de tratamento de água
ATratDes FLOAT Água tratada por simples desinfecção
VolMacroA FLOAT Volume macromedido
95
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
VolMicroA FLOAT Volume micromedido
VolCons FLOAT Volume consumido
VolFaturadoA FLOAT Volume faturado
MicroResid FLOAT Número de residências com micrômetro
LigTotaisA INTEGER Ligações totais de água
LigAtivasA INTEGER Ligações ativas
LigMicro INTEGER Ligações micromedidas
EcoAtivas INTEGER Economias ativas
EcoMicro INTEGER Economias micromedidas
EcoResidAtivas INTEGER Economias residenciais ativas
TarifaA NUMBER(8,2) Tarifa de água
EcoResidMicro INTEGER Economias residenciais micromedidas
Tabela 6 - Dicionário de dados da tabela de aspectos técnicos
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira – código do município
NecesArea CHAR(8) Necessidade de área
DispArea CHAR(8) Disponibilidade de área
CustoArea CHAR(8) Custo da área
ComplexOper CHAR(8) Complexidade Operacional
Flexibilidade CHAR(8) Flexibilidade
Tabela 7 - Dicionário de dados da tabela climáticos e geográficos
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
AnoCG NUMBER(4) Chave primária - Ano de levantamento dos dados climáticos e
geográficos
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira - Código do município
TempAlta INTEGER Temperatura mais alta do ano
96
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
TempBaixa INTEGER Temperatura mais baixa do ano
TempMed INTEGER Temperatura média do ano
Chuvas FLOAT Quantidade de chuvas por ano
SolAno FLOAT Quantidade de sol por ano
URA FLOAT Umidade relativa do ar
Lati CHAR(6) Latitude
Longi CHAR(6) Longitude
Clima CHAR(10) Tipo de clima da região
NivelMar FLOAT Nível do mar
Relevo CHAR(15) Relevo do município
Solo CHAR(15) Tipo de solo
BH CHAR(20) Bacia hidrográfica
Tabela 8 - Dicionário de dados da tabela esgoto
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
AnoE NUMBER(4) Chave primária - Ano de levantamento dos dados de esgoto
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira - Código do município
ExtRedeCol INTEGER Extensão da rede coletora
LigEcoE INTEGER Ligações e economias de esgoto
VolTratado FLOAT Volume tratado
VolColetado FLOAT Volume coletado
VolFaturadoE FLOAT Volume faturado
LigTotaisE INTEGER Ligações totais de esgoto
LigAtivasE INTEGER Ligações ativas
EcoAtivasE INTEGER Economias ativas
TarifaE NUMBER(8,2) Tarifa de esgoto
97
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
EcoResidE INTEGER Economias residenciais de esgoto
Tabela 9 - Dicionário de dados da tabela estado
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodEstado NUMBER(4) Chave primária – Código do Estado
NomeEstado LONG Nome do Estado
Tabela 10 - Dicionário de dados da tabela financeiro
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
AnoF NUMBER(4) Chave primária - Ano de levantamento dos dados
financeiros
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira - Código do município
RecaDirA NUMBER(8,2) Receita de água direta
RecaDirE NUMBER(8,2) Receita de esgoto direta
TotalRec NUMBER(8,2) Total das receitas
TotalArrec NUMBER(8,2) Total das arrecadações
CredContReceb NUMBER(8,2) Crédito de contas a receber
DespAIBT NUMBER(8,2) Despesa de água importada bruta tratada
DespFiscDEX NUMBER(8,2) Despesa fiscal ou tributária incidente na despesa de
exploração
DespesaDEX NUMBER(8,2) Despesa de exploração
DespJurEnc NUMBER(8,2) Despesa por juros e encargos
DespDAP NUMBER(8,2) Despesa com depreciação, amortização e provisão
DespCapit NUMBER(8,2) Despesas capitalizáveis
DespDTS NUMBER(8,2) Despesas totais com o serviço
DespAmortDivida NUMBER(8,2) Despesas com a amortização da dívida
98
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
TotalDesp NUMBER(8,2) Total de despesas
InvAbastA NUMBER(8,2) Investimentos em abastecimento de água
InvES NUMBER(8,2) Investimento com o esgotamento sanitário
InvO NUMBER(8,2) Outros investimentos
InvRecProp NUMBER(8,2) Investimentos com recursos próprios
InvRecOne NUMBER(8,2) Investimentos com recursos onerosos
InvRecNOne NUMBER(8,2) Investimentos com recursos não onerosos
TotalInv NUMBER(8,2) Total de investimentos
Tabela 11 - Dicionário de dados da tabela grupo
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodGrupo NUMBER(4) Chave primária – código do grupo
CodIndice NUMBER(4) Chave estrangeira – código do índice
DescGrupo LONG Descrição do grupo
IndiceGrupo LONG Índice utilizado pelo grupo
Tabela 12 - Dicionário de dados da tabela índice
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodIndice NUMBER(4) Chave primária – código do índice
CodTipoIndice NUMBER(4) Chave estrangeira – código do tipo de índice
DataIndice DATE Data do índice
ValorCotacao NUMBER(8,2) Valor da coração do índice numa determinada data
99
Tabela 13 - Dicionário de dados da tabela itens
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodItem NUMBER(4) Chave primária – código do item (que pode ser de implantação,
operação ou manutenção)
CodUnidade NUMBER(4) Chave estrangeira – código da unidade
CodGrupo NUMBER(4) Chave estrangeira – código do grupo
DataItem DATE Data em que levantamento do custo do item foi levantado
DescItem VARCHAR2(30) Descrição do item
CustoItem NUMBER(8,2) Custo do item
Tabela 14 - Dicionário de dados da tabela itens de implantação
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodItem NUMBER(4) Chave estrangeira – código do item de implantação
CodSistema NUMBER(4) Chave estrangeira – código do sistema
QtImpl NUMBER(10,3) Quantidade de itens de implantação
Tabela 15 - Dicionário de dados da tabela itens de manutenção
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodItem NUMBER(4) Chave estrangeira – código do item de manutenção
CodSistema NUMBER(4) Chave estrangeira – código do sistema
QtMan NUMBER(10,3) Quantidade de itens de manutenção
Frequencia INTEGER Freqüência dos itens de manutenção
Tabela 16 - Dicionário de dados da tabela itens de operação
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodItem NUMBER(4) Chave estrangeira – código do item de operação
100
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodSistema NUMBER(4) Chave estrangeira – código do sistema
QtOp NUMBER(10,3) Quantidade de itens de operação
Tabela 17 - Dicionário de dados da tabela município
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodMunicipio NUMBER(4) Chave primária - Código do município
CodEstado NUMBER(4) Chave estrangeira – código do estado
NmMunicipio LONG Nome do município
PopTotal INTEGER População total do município
PopAtendida INTEGER População atendida no município
ExtRede INTEGER Extensão da rede coletora
RPC FLOAT Renda per capita da população do município
Tabela 18 - Dicionário de dados da tabela sistema
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodSistema NUMBER(4) Chave primária – código do sistema
CodIndice NUMBER(4) Chave estrangeira – código do índice
NomeSistema LONG Nome do sistema
Tabela 19 - Dicionário de dados da tabela sócio-ambiental
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
CodMunicipio NUMBER(4) Chave estrangeira - Código do município
AceitSist CHAR(8) Aceitabilidade do Sistema
DispPagar CHAR(8) Disposição a pagar
RiscoExtrav CHAR(8) Risco de extravasamento
ImpactoRecHid CHAR(8) Impactos nos recursos hídricos
Nnegocios CHAR(8) Geração de novos negócios
101
3. ANÁLISE ESSENCIAL
Utilizando-se da ferramenta Power Designer®, foi feita a Análise Essencial, com a Lista de
Eventos, o Diagrama de Contexto (Figura 23), o Modelo Comportamental, composto por DFD’s
particionados (Figuras 24 a 34).
3.1 Lista de Eventos:
Evento 1 – Usuário solicita cadastramento do estado
Evento 2 – Usuário solicita cadastramento do município
Evento 3 – Usuário solicita cadastramento da água
Evento 4 – Usuário solicita cadastramento do esgoto
Evento 5 – Usuário solicita cadastramento dos dados financeiros
Evento 6 – Usuário solicita cadastramento do item
Evento 7 – Usuário solicita cadastramento do sistema
Evento 8 - Usuário insere os aspectos sócio-ambientais
Evento 9 - Usuário insere os aspectos técnicos
Evento 10 – Usuário solicita cadastramento do grupo
Evento 11 – Usuário realiza as projeções
Figura 23 – Diagrama de Contexto
Dados_Socio_Ambientais
Dados_Sistema
Dados_Tecnicos
Dados_Item
Dados_Financeiros
Dados_Esgoto
Dados_Água
Dados_Município
Dados_Estado
Dados_Grupo
Dados_Unidade
8
Projetar e Emitir ResultadosUsuário
102
Figura 24 – Evento 1 – Usuário solicita cadastramento do estado
Figura 25 – Evento 2 – Usuário solicita cadastramento do município
Figura 26 - Evento 3 – Usuário solicita cadastramento da água
Figura 27 – Evento 4 – Usuário solicita cadastramento do esgoto
Nome_Estado
Dados_Estado[Dados_Estado]
1
Manter Estado
Usuário Estados
Nome_Município
Dados_Município
[Dados_Município] 2
Manter Município
Usuário Municípios
Dt_Água
Dados_Água[Dados_Água]
3
Manter ÁguaUsuário Dados Água
Dt_Esgoto
Dados_Esgoto
[Dados_Esgoto]4
Manter EsgotoUsuário Dados Esgoto
103
Figura 28 – Evento 5 – Usuário solicita cadastramento dos dados financeiros
Figura 29 – Evento 6 – Usuário solicita cadastramento do item
Figura 30 – Evento 7 – Usuário solicita cadastramento do sistema
Figura 31 - Evento 8 - Usuário insere os aspectos sócio-ambientais
Cod_Item
Dados_Item[Dados_Item]
6
Manter ItemUsuário Itens
Dt_Financeiros
Dados_Financeiros
[Dados_Financeiros] 5
Manter Financeiro
Usuário Dados Financeiros
Nome_Sistema
Dados_Sistema
[Dados_Sistema] 7
Manter Sistema
Usuário Sistemas
Dados_Itens
Nome_Socio_Ambientais
Dados_Socio_Ambientais
[Dados_Sistema]8
Manter Aspectos Socio Ambientais
Usuário Socio Ambientais
104
Figura 32 - Evento 9 - Usuário insere os aspectos técnicos
Figura 33 - Evento 10 – Usuário solicita cadastramento do grupo
Figura 34 – Evento 11 – Usuário realiza as projeções.
Nome_Aspectos_Tecnicos
Dados_Aspectos_Tecnicos
[Dados_Sistema] 9Manter
Aspectos Tecnicos
Usuário Aspectos Tecnicos
Nome_Grupo
Dados_Grupo
[Dados_Grupo] 10
Manter Grupo
Usuário Grupo
Dados Socio Ambientais
Dados Grupo
Dados Unidade
Resultados
Dados_Sistema
Dados_Item
Dados_Financeiros
Dados_Esgoto
Dados_Água
Dados_Município
Dados_Estado
8
Projetar e Emitir Resultados
Estados
Municípios
Dados Água
Dados Esgoto
Dados Financeiros
Itens
Sistemas
Usuário
Grupo
Unidade
Socio Ambientais
105
3.2 Especificação dos Processos
A Especificação de Processos determina os passos a serem seguidos para a transformação
de entradas em saídas, ou seja, as etapas necessárias para a execução de uma atividade. Esta
transformação é ilustrada nos DFD’s particionados, portanto, é a partir deles que é feita a
Especificação dos Processos.
A seguir são apresentadas as Especificações dos Processos do sistema SAVE, descritas de
forma textual:
• Processo 1 – Manter estado: armazena dos dados referentes a um estado, sendo necessário
para a inclusão de novos municípios.
• Processo 2 – Manter município: armazena as informações de um município.
• Processo 3 – Manter água: processo responsável pela manutenção dos dados de água de um
município.
• Processo 4 – Manter esgoto: armazena os dados sobre o tratamento de esgoto de uma cidade.
• Processo 5 – Manter dados financeiros: contém os dados financeiros referentes a um
município.
• Processo 6 – Manter item: processo que armazena os itens constantes num sistema de
tratamento de esgoto.
• Processo 7 – Manter sistema: armazena os dados referentes aos três sistema de tratamento de
esgoto abordados nesse projeto.
• Processo 8 - Manter aspectos sócio-ambientais: contém os dados levantados a partir de
pesquisas com a população acerca dos aspectos sociais e ambientais.
• Processo 9 - Manter aspectos técnicos: armazena os dados técnicos dos sistemas de
tratamento de esgoto.
• Processo 10 – Manter grupo: contém os dados dos itens agrupados.
• Processo 11 – Projetar e emitir resultados: permite ao usuário realizar as projeções sobre o
sistema.
106
3.3 Descrição do Sistema Proposto
O SAVE é um Sistema de Informação para Análise de Viabilidade Econômica para Implantação de
Sistemas de tratamento de Esgoto baseado em Sistema Especialista Difuso que efetua cálculos e
comparações para indicar sistemas de tratamento de esgoto mais viáveis segundo determinados
aspectos. Foi desenvolvido com a finalidade de auxiliar os tomadores de decisão, simulando o
trabalho de um especialista a partir dos dados coletados através de entrevistas com a população
sobre a implantação de um sistema de tratamento desse tipo, aliado aos dados econômicos do
município em questão.
A implementação do SAVE foi feita em Delphi 6. A utilização desta ferramenta se deve ao fato de
ser de fácil implementação e atender aos requisitos necessários para desenvolvimento do sistema.
Este sistema foi desenvolvido sem o auxílio de uma shell para o desenvolvimento do SE, pois a
construção do sistema especialista e da tabela de comparação foi feita no próprio Delphi.
O sistema especialista foi iniciado a partir das árvores de decisão e após essa etapa, foram geradas
as regras iniciais, que geraram 243 possibilidades nos aspectos técnicos e 243 nos sócio-
econômicos.
Concluída essa fase, a especialista avaliou as possíveis regras e estas foram implementadas no
Delphi® 6.
A interface pode ser conferida conforme as figuras 36, 37, 38 e 39, onde são apresentadas algumas
das telas do sistema, como a tela de abertura do sistema, a tela de opções, a de cadastro dos dados e
de projeções do sistema especialista.
107
Figura 35 - Tela de abertura do sistema
Na tela de entrada foi colocado um timer que exibe a tela inicial durante cinco segundos, na qual é
possível identificar o título do trabalho, o logotipo da Instituição de Ensino, o Curso e a autoria.
Após 5 segundos é ocultada, sendo então mostrada a tela de opções.
108
Figura 36 - Tela de escolha da ação no sistema
Na tela de opções (Figura 37) o usuário poderá escolher entre cadastrar os dados para iniciar a
utilização do sistema, ou, se isso já tiver sido feito, ele pode optar pela opção de projeção que fará a
inferência no sistema. Há ainda um botão denominado sair, no qual o usuário pode fechar o sistema.
109
Figura 37 - Tela de cadastro dos dados da água
Na tela de cadastro dos dados, é possível cadastrar dados do município, dados geográficos e
climáticos, referentes à água e esgoto, dados econômicos, técnicos e sócio-ambientais referentes a
um determinado município. É permitido ao usuário salvar, alterar, excluir, limpar campos, ou
mesmo ter acesso ao relatório geral dos dados referentes à água, cadastrados no sistema.
110
Figura 38 - Tela de projeções do sistema
Na tela de projeções do sistema é mostrado ao usuário o resultado dos cruzamentos dos dados
descritos anteriormente, ordenados de forma que a opção melhor classificada fica em primeiro lugar
na tela, seguida pela segunda melhor opção e finalmente a terceira.
IV. CONCLUSÃO
O trabalho realizado reuniu conhecimentos na área de Inteligência Artificial com as áreas
de Engenharia Ambiental e Econômica para realizar um sistema computacional. O objetivo foi
colocar a informática simulando o conhecimento humano, auxiliando no trabalho, através de
conhecimento. Este conhecimento foi repassado por duas especialistas em várias reuniões realizadas
no decorrer desse trabalho.
A área específica do trabalho é a análise de viabilidade econômica e o sistema auxilia o
gestor na escolha de um sistema de tratamento de esgoto mais viável segundo aspectos técnicos,
econômicos e sócio-ambientais.
Por ser uma área pouco explorada, foram encontradas muitas dificuldades para achar o
caminho adequado para resolver os problemas, pois até mesmo para as especialistas esse tema
encontra-se em fase de pesquisa.
Para a implementação do sistema utilizou-se a ferramenta de programação Delphi. É
importante ressaltar a dificuldade em se coletar material e informações necessárias para a
modelagem e implementação do sistema especialista nessa área, pelo excesso de termos técnicos
tanto da área computacional quanto das áreas de abrangência pelo especialista e certa dificuldade de
comunicação entre as partes.
Além das adversidades citadas, a montagem das regras é um processo que necessita de
constantes revisões e reajustes por parte do especialista até que sejam definidas as regras finais,
sendo este um processo lento e trabalhoso, com grande facilidade em se cometer erros nessa fase.
Outra grande dificuldade encontrada foi decorrente da falta de domínio na área de sistemas
especialistas por parte dos envolvidos no trabalho na área computacional
Apesar das dificuldades no decorrer do trabalho, chegou-se aos resultados que, acredita-se,
sejam corretos, apesar da validação do sistema não ter sido realizada até o presente momento.
Por fim, pode-se recomendar como trabalhos futuros a revisão das técnicas utilizadas, na
busca por melhores alternativas, bem como ampliar a análise para os demais aspectos cadastrados
112
no sistema e não considerados nessa proposta, tais como os dados geográficos e climáticos, outros
aspectos econômicos, de água, esgoto, entre outros.
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