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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), dezembro 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), dezembro 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 pela 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;
À 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 sempre teve toda a paciência para 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 ................................... X
LISTA DE FIGURAS .................................................................... xi
RESUMO ........................................................................................ xiii
ABSTRACT .................................................................................... xiv
I. INTRODUÇÃO .......................................................................... 1
1. 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 ................................................ 6
1. 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 Fuzificação .............................................................................................. 27
4.7 Inferência ................................................................................................. 28
4.8 Defuzificação ....................................................... ................................... 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
5.7.8.1 Rede Coletora ...................................................................................... 41
vii
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
6.6 Capital ...................................................................................................... 60
6.7 Montante .................................................................................................. 61
viii
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 ......................................................... 75
1. 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
3.1 Lista de Eventos ....................................................................................... 101
3.2 Especificação dos Processos .................................................. .................. 105
3.3 Descrição do Sistema Proposto .............................................................. 106
ix
IV. CONCLUSÃO .......................................................................... 111
BIBLIOGRAFIA ....................... ..................................................... 113
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
BD Banco de Dados
CASAN Companhia de Água e Saneamento
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DFD Diagrama de Fluxo de Dados
ETAR Estação de Tratamento de Águas Residuárias
ETE Estação de Tratamento de Esgotos
FC Fluxo de Caixa
IA Inteligência Artificial
MER Modelo Entidade-Relacionamento
OD Oxigênio Dissolvido
PMSS Programa de Modernização do Setor de
Saneamento
PV Valor Presente
SE Sistema Especialista
SI Sistema de Informação
SNIS Sistema Nacional de Informações sobre
Saneamento
STE Sistema de Tratamento de Esgoto
TIR Taxa Interna de Retorno
TMA Taxa de Mínima Atratividade
VPL Valor Presente Líquido
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Estrutura convencional de um Sistema Especialista .......................................................10
Figura 2 - Função de pertinência para um conjunto difuso A. ........................................................18
Figura 3 – Representação de estatura alta utilizando graus de pertinência. .....................................19
Figura 4 – Função indicadora do conjunto A. ................................................................................20
Figura 5 - União entre conjuntos difusos. ......................................................................................22
Figura 6 - Intersecção entre conjuntos difusos. ..............................................................................23
Figura 7 – complemento de um conjunto difuso. ...........................................................................23
Figura 8 - Representação do fluxo de caixa....................................................................................49
Figura 9 - Tela de abertura do programa Coleta de Dados 2001.....................................................59
Figura 10 - Preenchimento dos formulários ...................................................................................60
Figura 11 - Tela para inserção dos dados de esgoto........................................................................61
Figura 12 - Tela de cadastro dos dados referentes sócio-ambientais ...............................................62
Figura 13 - Tela com o relatório de avisos e erros..........................................................................63
Figura 14 - Função de pertinência para a variável Necessidade de Área.........................................67
Figura 15 - Função de pertinência para a variável custo da área .....................................................67
Figura 16 - Função de pertinência para a variável Impacto Ambiental ...........................................67
Figura 17 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais. ..........................70
Figura 18 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais. .........................70
Figura 19 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos.........................................71
Figura 20 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos. ......................................71
Figura 21 - Modelo Lógico do banco de dados ..............................................................................75
Figura 22 - Modelo Físico do banco de dados...................................................................................76
Figura 23 – Diagrama de Contexto ................................................................................................85
Figura 24 – Evento 1 – Usuário solicita cadastramento do estado ..................................................86
Figura 25 – Evento 2 – Usuário solicita cadastramento do município.............................................86
Figura 26 - Evento 3 – Usuário solicita cadastramento da água......................................................86
Figura 27 – Evento 4 – Usuário solicita cadastramento do esgoto ..................................................86
Figura 28 – Evento 5 – Usuário solicita cadastramento dos dados financeiros................................87
Figura 29 – Evento 6 – Usuário solicita cadastramento do item .....................................................87
Figura 30 – Evento 7 – Usuário solicita cadastramento do sistema.................................................87
Figura 31 - Evento 8 - Usuário insere os aspectos sócio-ambientais ...............................................87
xii
Figura 32 - Evento 9 - Usuário insere os aspectos técnicos ................................................................88
Figura 33 - Evento 10 – Usuário solicita cadastramento do grupo ......................................................88
Figura 34 – Evento 11 – Usuário realiza as projeções........................................................................88
Figura 35 - Tela de abertura do sistema .........................................................................................91
Figura 36 - Tela de escolha da ação no sistema..............................................................................92
Figura 37 - Tela de cadastro dos dados da água .............................................................................93
Figura 38 - Tela de projeções do sistema .......................................................................................94
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 também são afetados. 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. Este protótipo pretende indicar 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. Isto permite a implementação de um sistema especialista difuso
que pode, a partir dos dados previamente cadastrados gerar projeções acerca da melhor opção de
sistema de tratamento de esgoto para o município ou região.
ABSTRACT
Treatment activities and drinking water distribution, collect and sewer 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 environment, that affect direct or indirectly the health, the economic
and social activities, biota, esthetic and the sanitary aspects of the environment 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 sewer treatment system to be
implemented, that can inform the best cost/benefit relation for a determined city, supporting it in
allocation 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
bibliographical 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 involved
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. Entende-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 (BIO, 2001 apud WAGNER 2002).
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 as águas residuárias, aqui consideradas como esgoto sanitário, de uma área
residencial para um ponto no corpo receptor, nem sempre localizado em uma região mais afastada,
distante do aglomerado urbano, como são os casos de Balneário Camboriú e Itajaí atualmente.
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 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.
? ? Vírus da Hepatite: produz infecção aguda no fígado.
? ? Vírus 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).
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 varia 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.
4
Dessa forma, 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. Assim, indica-se o sistema como uma
ferramenta de auxílio ao especialista nessa fase do projeto.
Visando atingir esse objetivo, foi realizados cálculos acerca dos dados monetários englobados pelo
projeto e para as demais variáveis, 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 a geração de
diferentes cenários a partir do 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 tem por objetivo desenvolver um sistema computacional que permita 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:
? ? Interagir com profissionais da área de Engenharia Ambiental e Economia visando o
intercâmbio de informações para alimentar o sistema a ser implementado
? ? Modelar e implementar uma base de dados que permita armazenar informações referentes a
sistemas de tratamento de esgoto e as características dos municípios.
? ? Implementar um módulo que efetue o cruzamento dos dados, gerando como resultado,
alternativas de solução para sistemas de tratamento de esgoto dos municípios.
? ? Gerar informações sobre a viabilidade econômica dos sistemas de tratamento.
? ? Estudar a necessidade e viabilidade da utilização de técnicas de Inteligência Artificial para
auxiliar no cruzamento das informações.
? ? Testar e validar o 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, sendo importante seu cumprimento
durante todo o desenvolvimento desse projeto, pois é através do intercâmbio de informações
que será possível identificar as variáveis que envolvem todo o problema e as possíveis
soluções e objetivos a serem alcançados com as análises.
? ? Obter as variáveis mais relevantes para a análise da viabilidade econômica, técnica e sócio-
ambiental e seus respectivos pesos para o desenvolvimento do módulo. Além disso, é
necessário o levantamento sobre os conceitos relacionados ao tratamento de esgoto.
? ? Estudar o funcionamento de um Banco de Dados, desde a modelagem, passando pela inserção
e posteriormente a forma que os dados serão recuperados 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 poderão
realizar o cruzamento das informações para auxiliar no processo de tomada de decisão.
? ? Definir uma ferramenta de programação e implementar um módulo que utilize as
potencialidades do Banco de Dados e Inteligência Artificial para auxiliar na tomada de
decisão.
? ? Especificação e implementação do protótipo.
? ? Validação e testes do protótipo junto aos potenciais usuários, sendo que, primeiramente,
podendo ser 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. Uma informação 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 encaixa 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, foi desenvolvido um sistema que projeta tais análises baseadas em dados
previamente cadastrados, referentes à geografia, clima, economia, dados sócio-ambientais e
necessidades dos municípios, conforme é apresentado no desenvolvimento 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
como o especialista humano arranja e faz inferência sobre o seu conhecimento, tornando importante
10
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 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
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).
11
3.1.1 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).
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.
3.1.2 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
12
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).
3.1.3 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).
3.2 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
13
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.
Para tomar uma decisão, os sistemas especialistas acessam a Base de Conhecimentos 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.
3.3 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.
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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).
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).
3.4 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
15
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,
diagnósticos, prognósticos, monitoramento, simulação, manutenção, treinamento e controle. Sua
utilização destaca-se especialmente, em sistemas de apoio à decisão.
3.5 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.
16
? ? Projeto – sistema capaz de justificar a alternativa tomada 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
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.
3.6 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.
17
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
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.
18
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.
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)
19
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.
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.
20
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
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.
21
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.
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 ( ? x1 + ( 1- ? )x2 ) = Min ( µA( x1 ), µA( x2 ) ), x1, x2 X
? [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 a: denomina-se de corte de nível a ao conjunto clássico formado pelos
elementos x cuja função de pertinência seja maior que a.
A = {x X | µA(x) = a }
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| = S µA(x), onde x X
22
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
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
23
Figura 6 - Intersecção entre conjuntos difusos.
Fonte: Mattos, 2001
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
24
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.
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).
25
4.5 Sistemas Especialistas Difusos
Com o aprofundamento dos estudos sobre sistemas especialistas, houve o surgimento de questões
nas quais o 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 (FERNANDES, 1997 apud BUCHAMAN,
1984).
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
26
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).
4.6 Fuzificação
A fuzificação 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
27
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).
O processo de fuzificação 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 fuzificação, 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).
28
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
fuzificação. Cada antecedente tem um grau de pertinência indicado para ele como resultado da
fuzificação. 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
fuzificação. 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).
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 Defuzificação
A defuzificação 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 defuzificação, 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
29
durante certas condições na avaliação das regras. A defuzificação emprega técnicas para resolver
ações vagas e conflitantes (CABRAL, 1994).
Uma técnica de defuzificação 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.
Algumas vezes, singletons são utilizados para simplificar o processo de defuzzificação. 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).
30
5. SISTEMAS DE ESGOTOS
5.1. Introdução
Há muito tempo é sabido que o esgoto sanitário pode causar vários tipos de doenças. Doenças como
a Cólera, Leptospirose, Febre Tifóide, Hepatite A, Salmonelose, Disenterias, 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. 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
31
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).
5.3. Coleta e Tratamento de Esgoto
A escassez 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.
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
32
esgotos e na destinação do lixo, conforme as características geográficas, climáticas, culturais e
sócio-econômicas de cada região.
No estado de Santa Catarina, 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).
5.4. 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
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
33
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
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
34
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, econômicos 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.
5.5. 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
suficientes para a caracterização completa do sistema a projetar. (ALEM SOBRINHO e TSUTIYA,
1999).
Basicamente, a concepção tem como objetivos:
35
? ? 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 mais bem detalhadas como segue.
5.5.1 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.
5.5.2 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”
36
deve ser calculada em função do consumo faturado. Identificar o número de ligações por categoria,
assim como o seu consumo.
5.5.3 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.
5.5.4 Critérios e Parâmetros de Projeto
Os critérios e parâmetros de projeto a serem utilizados, listados a seguir, deverão ser considerados e
devidamente justificados.
? ? 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;
37
? ? 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.
5.5.5 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.
5.5.6 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
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.
38
5.5.7 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.
5.5.8 Pré-Dimensionamento das Unidades dos Sistemas Desenvolvidos para a
Escolha da Alternativa
5.5.8.1 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;
? ? identificação de tubulações, peças e acessórios (definição do material).
5.5.8.2 Coletor Tronco, Interceptor e Emissário
Este item refere-se à captação, tubulações e o lançamento dos esgotos sanitários:
39
? ? 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.
5.5.8.3 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.
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);
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? ? 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.
5.5.8.4 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.
5.5.8.5 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;
? ? 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);
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? ? 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;
5.5.8.6 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.
5.5.8.7 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).
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.
42
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.
5.5.8.8 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.
5.5.8.9 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;
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? ? processos;
? ? orçamento etc.
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).
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
44
(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
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);
45
- 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.
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).
46
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).
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).
47
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(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)
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.).
48
6.10. 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).
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).
6.11. 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 diagrama da Figura 8 (PUCCINI, 1998).
49
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).
6.12. 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).
$
0 1 2 n
(+) (-)
(+) Recebimento
Tempo
$
$ $
(-) Pagamento
50
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.
6.13. 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).
51
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)
6.14. 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)
6.15. 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.
52
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.
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.” (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
53
redução dos custos de hospitalização (internação, despesas médicas e medicamentos) que são
resultado das doenças transmitidas pela água (FERNANDEZ & GARRIDO, 2002).
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.
6.16. 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
iFC
FCVPL)1(
...)1()1()1( 33
221
0 ???
??
??
??? Equação 2 - Cálculo do VPL
Fonte: Puccini (1998).
A partir da análise da expressão para o cálculo da 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:
54
? ? Se o valor encontrado for zero, a taxa i de renda do investimento coincidirá exatamente com
a taxa de atratividade que foi utilizada;
? ? 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).
6.17. 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
55
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.
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)
6.18. 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).
6.19. 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:
56
0)1(
...)1()1()1( 33
221
0 ??
???
??
??
? nn
iFC
iFC
iFC
iFC
FC Equação 3 - Cálculo da TIR
Fonte: Puccini (1998).
Onde:
i é a Taxa Interna de Retorno (TIR);
FC corresponde aos Fluxos de.Caixa de cada período.
“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).
57
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.
58
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.
59
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 e 13 ilustram a
dinâmica de funcionamento do sistema de coleta.
Figura 9 - Tela de abertura do programa Coleta de Dados 2001
60
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, econômicos, sobre água, esgoto e ainda dados
referentes aos municípios atendidos pela companhia de abastecimento (de água ou esgoto).
61
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.
62
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.
63
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.
64
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 menor freqüência,
ora com maior, 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.
Os aspectos econômicos foram calculados com base na fórmula da VPL, cujo objetivo é calcular, a
partir dos fluxos de caixa, descontados de uma taxa, quanto de retorno o investimento poderá ter.
Essa fórmula foi adotada por ser a mais comumente usada nos projetos públicos e por serem
encontradas nas referências de trabalhos já realizados.
Outros tipos de análises, como a de benefício/custo, também refletem o retorno do investimento,
por isso, dentre essas análises, optou-se pela mais comumente utilizada.
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 opere corretamente, é 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, estão divididas nas seguintes categorias:
Município; Água; Esgoto; Climáticos e Geográficos; Econômicos; TipoÍndice; Índice; Sistema;
Itens de Implantação; Itens de Operação; Itens de Manutenção; Freqüência; Itens; Unidade; Grupo;
Aspectos Técnicos; Aspectos Sócio-Ambientais.
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 os intervalos fossem considerados de forma estática, isso significaria que, se a
65
necessidade de área resultasse em 501, este seria considerado médio e se a área fosse 500, seria
considerado pequeno, o que resulta em dois valores muito próximos com resultados bastante
discrepantes.
Das 115 variáveis que compõem o banco de dados, 10 foram selecionadas para o sistema
especialista.
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.
A parte de fuzificação do trabalho consistiu no estabelecimento de funções de pertinência que
determinam o quanto uma variável está inserida num conjunto. Ao final dessa inclusão é realizada
uma comparação entre os graus de pertinência. O maior grau de pertinência determina o valor final
da variável.
A seguir, têm-se as funções de pertinência utilizadas em cada caso, que podem ser conferidas nas
Tabelas 1, 2 e 3. Esses valores foram disponibilizados pela especialista em uma das reuniões
realizadas.
Tabela 1 - Função de pertinência para a variável Necessidade de Área (m²)
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
500 x 0 se ,1500
200x- )( ????x?
? (x) = 1, se x = 500
2000 x 500 se ,5x1 )( ???x?
Médio
2000x 500 se ,1500
005x )( ????x?
? (x) = 1, se x = 2000
4000 x 2000 se ,2000
4000x- )( ????x?
Grande ? (x) = 1, se x = 4000
66
Tabela 2 - Função de pertinência para a variável Custo da Área (R$)
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
100x0 se ,100
x )( ???x?
? (x) = 1, se x = 100
300 x 100 se ,200
300-x )( ???x?
Médio
300x100 se ,200
001x )( ????x?
? (x) = 1, se x = 300
500 x 300 se ,2000
40x )( ????x?
Grande ? (x) = 1, se x = 500
Tabela 3 - Função de pertinência para a variável Impacto Ambiental (DBO)
Variável Funções de Pertinência
Pequeno
3x0 se ,3x )( ???x?
? (x) = 1, se x = 3
5 x 3 se ,2
5x- )( ????x?
Médio
5x3 se ,2
3x )( ????x?
? (x) = 1, se x = 5
8 x 5 se ,3
8x- )( ????x?
Grande ? (x) = 1, se x = 8
Os gráficos que ilustram os comportamentos das funções de pertinência descritas anteriormente são
representados pelas Figuras 14, 15 e 16.
67
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
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.
3001000
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
5003001000
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
3001000
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
500
530
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
8530
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
530
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
8
20005000
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
20005000
1
Gra
u de
per
tinên
cia
Pequeno Médio Grande
68
Aspectos técnicos:
?? Necessidade de área: Quantidade de espaço necessário para a construção da estação de
tratamento de esgoto.
?? 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 do 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.
?? 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.
69
?? 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 ambiental: Mensurado pela Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO > 5mg/l)
(RESOLUÇÃO CONAMA Nº20, 1986).
?? Geração de novos negócios: Reflete o grau que um sistema de tratamento pode gerar em
relação à arrecadação da cidade. Pode ser com a geração de novos empregos para a
implantação e manutenção do sistema de tratamento, ou ainda 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.
A partir dessa triagem, o conjunto de 486 regras iniciais caiu pra 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.
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.
70
Figura 17 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais.
Figura 18 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos sócio-ambientais.
GrandePequena
Média
PequenoGrande
GrandeMédio
PequenoGrandePequenoGrandePequeno
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
555Geração de
Novos Negócios
DSA DSA
1
556
Risco de Extravasament
o
PequenaGrande
GrandePequena Média GrandePequena MédiaGrandePequena
Média
Média
40
Risco de Extravasament
o
54
Disposição a Pagar
135
Aceitabilidade
148
Risco de Extravasament
o
161
Risco de Extravasament
o
174
Risco de Extravasament
o
175
Disposição a Pagar
188
Risco de Extravasament
o
201
Risco de Extravasament
o
214
Risco de Extravasament
o
215
Disposição a Pagar
228
Risco de Extravasament
o
241
Risco de Extravasament
o
1 1 1 1 1 1 1 1 1
71
Figura 19 - Parte I da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos.
Figura 20 - Parte II da árvore de decisão da análise de aspectos técnicos.
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
72
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 nesse protótipo deve seguir alguns 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,
conforme as regras geradas a partir das possibilidades da árvore de decisão. A seguir são
mostrados exemplos da estrutura dessas regras.
Dados técnicos (144 regras):
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 (51 regras):
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
73
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
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
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.
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.
Após esta classificação, os dados econômicos são gerados a partir do cálculo da VPL. Esse cálculo
é feito com a soma dos Fluxos de Caixa anuais (Receitas Totais menos Despesas Totais do sistema
de tratamento de esgoto), divididos por uma taxa de desconto (que corresponde à desvalorização
monetária do período).
Para este caso, quanto maior o valor da VPL, melhor a classificação do sistema. Esse valor obtido é
multiplicado por 0,7, que corresponde ao peso da análise econômica nessa fase do sistema.
O sistema faz uma classificação a partir do mais alto resultado da análise econômica aliado ao
resultado dos dados técnicos com os sócio-ambientais. A combinação desses três aspectos é
responsável pela geração do resultado final do sistema. O tipo de sistema de tratamento de esgoto
que obtiver a primeira colocação no ranking é considerado como melhor.
74
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 BAN CO DE DADOS
Fazendo parte do sistema está o 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 “Econômicos”, “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.
75
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
76
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
77
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 econômicos 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
78
* 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.
* TipoÍndice 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
79
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
80
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
EcoResidE INTEGER Economias residenciais de esgoto
81
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
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
82
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
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
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
83
ATRIBUTO TIPO DESCRIÇÃO
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
Freqüência 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
CodSistema NUMBER(4) Chave estrangeira – código do sistema
QtOp NUMBER(10,3) Quantidade de itens de operação
84
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
85
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
86
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
87
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
88
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
Aspectos Tecnicos
89
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.
90
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
permitir uma implementação num ambiente visual, tornando a visualização de seus resultados mais
simples por parte do programador.
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. Como
vantagem, não foi necessário realizar a integração entre o Delphi e esta Shell, não havendo atrasos
no cronograma para procurar uma Shell que fosse compatível com a ferramenta de implementação.
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.
91
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.
92
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.
93
Figura 37 - Tela de cadastro dos dados sócio-ambientais
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 de alguns dos conjuntos de dados cadastrados no sistema.
94
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
Foram feitas análises de viabilidade econômica, técnica e sócio-ambiental dos sistemas de
tratamento de esgoto existentes para apontar a melhor alternativa de investimento.
O trabalho realizado reuniu conhecimentos na área de Inteligência Artificial com as áreas
de Engenharia Ambiental e Economia para realizar um sistema computacional, utilizando Sistemas
Especialistas. Para a aquisição do conhecimento, foram realizadas várias reuniões no decorrer desse
trabalho.
Para a implementação do sistema em questão foi utilizada a ferramenta de programação
Delphi®. Nesta ferramenta foram implementados os cálculos e as interfaces do sistema de análise
de viabilidade econômica, bem como o sistema especialista, sem o auxílio de uma Shell.
O Banco de Dados foi modelado com o auxílio do Power Designer e utilizou o Oracle 8
para armazenar as informações.
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.
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.
96
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, a validação do trabalho foi realizada. Os
valores utilizados para os testes foram obtidos a partir da especialista, com técnicos da Engevix e da
CASAN.
Por fim, são recomendados como trabalhos futuros a revisão das técnicas utilizadas, na
busca por melhores alternativas, o levantamento dos custos envolvidos para a rede coletora de
esgoto, bem como ampliar a análise para os demais aspectos cadastrados no sistema e não
considerados nessa proposta, tais como os dados geográficos e climáticos, outros aspectos
econômicos, de água, esgoto, entre outros.
Segundo a modelagem, inicialmente, entendeu-se que os dados econômicos tinham
relação com as receitas e despesas do município, porém, após a implementação e início da fase de
testes com os dados fornecidos, descobriu-se que as receitas e despesas eram referentes a um
sistema de tratamento de esgoto.
Para preservar a integridade do sistema atual decidiu-se manter a base corrente, sugerindo
como trabalho futuro a correção desse equívoco da modelagem.
Os índices de correção não foram utilizados nessa fase do projeto, embora tenham sido
planejados e implementados no banco de dados, a utilização desses índices e dos itens de
implantação, operação e manutenção também está prevista para futuras atualizações.
Outra sugestão para trabalhos futuros é que o sistema permita a inclusão de mais de um
sistema de tratamento de esgoto para um município, considerando-se que uma cidade pode ter dois
sistemas de tratamento operando para atender parcelas diferentes da população.
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