UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

CENTRO DE TECNLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

SISTEMA DE CAPTAÇÃO, TRATAMENTO,

RESERVAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA.

DISCIPLINA: SANEAMENTO II -2586

SÚMARIO

CAPÍTULO 2 - A ÁGUA E O SANEAMENTO 3

CAPÍTULO 3 - IMPORTÂNCIA DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA 10

CAPÍTULO 4 - QUALIDADE DA ÁGUA 15

CAPÍTULO 5 - CONSUMO DE ÁGUA 24

CAPÍTULO 6 - CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS 43

CAPÍTULO 7 - CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA 71

CAPÍTULO 8 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA 94

CAPÍTULO 9 - RESERVATÓRIOS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA 148

CAPÍTULO 10 - REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA 181

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CAPÍTULO 2 - A ÁGUA E O SANEAMENTO

2.1. A ÁGUA

SOLVENTE UNIVERSAL Quase todas as substâncias, em maior ou menor concentração podem ser dissolvidas

pela água. Essas substâncias conferem-lhe características peculiares, que a tornarão própria ou imprópria para o consumo humano ou industrial.

NO MUNDO A falta de água para o consumo humano deve ser o principal problema ambiental do

milênio. O planeta possui aproximadamente 1,4 bilhões de km3 de água, onde 97% desse total

está sob a forma de água salgada (oceanos) e apenas 3% são de água doce (figura 2.1).

Figura 2.1 - Porcentagens de água doce e salgada no mundo.

Dos 3% da água doce, temos:

77% em forma de gelo (regiões polares e alto das montanhas) 22% em águas subterrâneas (96% do total aproveitável) 1% em águas superficiais (rios, lagos).

Figura 2.2 - Porcentagens de água doce aproveitável e não aproveitável.

97% (Água salgada)

3% (Água doce)

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A água consumida no mundo é destinada para: 70% para agricultura (irrigação) 20% para a indústria 10% para o consumo doméstico (residências).

Para debater os recursos hídricos do planeta, foi realizado na Holanda o II Fórum Mundial de Água, com a finalidade de “garantir” a disponibilidade da água no século XXI. Aprovaram sete desafios que devem ser superados, sendo eles:

� Atendimento das necessidades básicas da população. � Garantia do suprimento de alimentos. � Proteção dos ecossistemas. � Gerenciamento de riscos. � Valorização da água. � Compartilhamento dos recursos hídricos. � Administração desses recursos.

Sabe-se que 80 países, com 40% da população mundial sofrem com a falta de água. A

ONU estima que em 25 anos dois terços da população mundial sofrerão com a falta de água.

Segundo a ONU, até 2020 o consumo de água aumentará em 40% e 2,7 bilhões de pessoas não terão água para as suas necessidades básicas.

Cerca de 60% dos 227 maiores rios da Terra são fragmentados por represas e canais, e 1,1 bilhão de pessoas não têm acesso à água potável e 2,4 bilhões não dispõem de saneamento básico.

A bacia Amazônica, a mais extensa rede hidrográfica da Terra, ocupa uma área total de 6.925.000 km2, desde suas nascentes na cordilheira dos Andes até sua foz no oceano Atlântico, abrangendo territórios de sete países sul-americanos: Brasil, Bolívia, Colômbia, Equador, Guiana, Peru e Venezuela, sendo que 63% desta bacia ficam no Brasil.

Um dos grandes problemas é que boa parte da água doce encontra-se longe das áreas mais populosas. A Amazônia e seus imensos rios são exemplos disso.

A água subterrânea vem sendo acumulada no subsolo há séculos e somente uma fração desprezível é acrescentada anualmente através de chuvas ou retirada pelo homem. Em compensação, a água dos rios é renovada cerca de 31 vezes, anualmente.

NO BRASIL O Brasil tem cerca de 15% das reservas de água doce do mundo e de 30% dos

mananciais subterrâneos. O Amazonas é o rio com maior volume de água do planeta. A figura 2.3 mostra as percentagens correspondentes ao uso da água no Brasil.

Figura 2.3 - Uso de água no Brasil

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2.2. O SANEAMENTO

ALGUNS NÚMEROS RELATIVOS AO SANEAMENTO BÁSICO NO BRASIL

Figura 2.4 – O Saneamento no Brasil

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A CARÊNCIA DE SANEAMENTO BÁSICO. O desafio é elevar o nível geral de riqueza e qualidade de vida da população em

sintonia com a eficiência econômica, a equidade social e a conservação dos recursos naturais.

A seguir, temos um quadro mostrando o déficit na oferta de saneamento básico no Brasil (1998).

Área Nº de

Domicílios ( em mil )

Domicílios não atendidos por Rede Geral de Água

Domicílios não atendidos por Coleta de Esgoto

Sanitário

Em mil % Em mil %

Urbana 33.994 3.891 11,4 16.608 48,49

Rural 7.846 6.489 82,7 6.609 84,2

Total 41.840 10.380 24,8 23.217 55,5

Fonte: PNAD 1998, IBGE. Nota: na área rural, o déficit em esgoto é determinado pela inexistência de rede coletora e fossa séptica.

Quadro 2.1 – O Déficit Sanitário no Brasil

ÁGUA X ESGOTO Os problemas decorrentes da falta de um sistema de coleta, tratamento e disposição

final do esgoto sanitário, agravam-se quando existe fornecimento de água tratada à população.

Cada m3 de água utilizada produz, aproximadamente, outro m3 de esgoto sanitário, portanto todos os 41,8 milhões de domicílios brasileiros produzem esgoto sanitário.

Números do IBGE indicam que há no Brasil 12,8 milhões de domicílios atendidos por redes de abastecimento de água, mas desprovidos de sistemas de coleta de esgoto sanitário produzido pela utilização dessa água, portanto despejando diariamente a céu aberto.

SAÚDE BUCAL NO BRASIL A cada 4 brasileiros que completam 60 anos, 3 não tem um dente na boca (São Paulo

– 1998). Aproximadamente 30 milhões de brasileiros jamais tinham visto a “cara” do dentista

(IBGE – 1998). Sabemos que o Brasil tem o maior número absoluto de dentistas do mundo (187,2 mil).

60% dos municípios brasileiros ainda não têm o “flúor” na água consumida por sua população (Lei obrigatória: em 1973).

Foi constatado que a aplicação do “flúor” na água pode reduzir em até 60% os índices de dentes cariados, perdidos e obturados.

A cobertura populacional da fluoretação no país não passa de 70 milhões de pessoas (56,4% da população do país).

Acre, Amazonas, Maranhão, Paraíba e Rio Grande do Norte não tiveram fluoretação até os tempos atuais (2002).

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O uso do flúor tem resultados positivos nas populações de menor renda, onde estudos feitos pela USP mostram que as crianças de municípios com águas fluoretadas possuem uma redução de até 30% de dentes cariados, em relação aos municípios que não aplicam o produto nas águas de abastecimento.

NÃO HÁ SAÚDE SEM SANEAMENTO.

No Brasil.

� 65% das internações hospitalares de crianças menores de 10 anos estão associadas à falta de saneamento básico (BNDES, 1998).

� A falta de saneamento básico é a principal responsável pela morte por diarréia de menores de 5 anos no Brasil (Jornal da Folha de São Paulo – FSP, 17/dez/99).

� Em 1997, morreram 50 pessoas por dia no Brasil vitimadas por enfermidades relacionadas à falta de saneamento básico. Destas, 40% eram crianças de 0 a 4 anos de idade (DATASUS).

� A eficácia dos programas federais de combate à mortalidade infantil esbarra na falta de saneamento básico (FSP, 17/dez/99); os índices de mortalidade infantil em geral caem 21% quando são feitos investimentos em saneamento básico (FSP, 17/dez/99).

� A utilização do soro caseiro, uma das principais armas para evitar a diarréia, só faz o efeito desejado se a água utilizada no preparo for limpa (FSP, 17/dez/99).

No Mundo.

� 1 bilhão de pessoas não dispõem de água potável. � 1,8 bilhão não têm acesso a sanitários e esgoto. � 8 milhões de crianças morrem anualmente em decorrência de enfermidades

relacionadas à falta de saneamento.

EFEITOS POSITIVOS DO SANEAMENTO BÁSICO. Os investimentos em água tratada e sua distribuição, coleta, tratamento e a disposição

ambientalmente adequada do esgoto sanitário tem um forte impacto positivo sobre a economia dos municípios.

• Valorização dos imóveis residenciais e comerciais.

• Viabilização da “abertura” de novos negócios nos bairros beneficiados, que passam a reunir requisitos básicos para certos tipos de empreendimento.

• Crescimento de negócios já instalados.

• Crescimento da atividade de construção civil para atender ao aumento da procura por imóveis residenciais e comerciais num bairro mais “saudável”.

• Criação de novos empregos a partir da dinamização da construção civil, da abertura de novos negócios ou do crescimento daqueles já existentes.

• Aumento da arrecadação municipal de tributos.

• Redução dos gastos públicos com serviços de saúde.

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A SITUAÇÃO EM OUTROS PAÍSES. A seguir, temos alguns exemplos da população beneficiada com serviços de

saneamento.

CANADÁ EUROPA

ESTADOS UNIDOS

CHICAGO SAN DIEGO MIAMI

Tratamento de água

100 % 100 % 100 % 100 % 100 %

Coleta, tratamento e disposição do esgoto sanitário.

100 % Aprox. 100% 99%

(1% - fossas sépticas)

93% (7% - fossas

sépticas)

85% (15% - fossas

sépticas)

Quadro 2.2 – O Saneamento no Mundo

2.3. ABASTECIMENTO DE ÁGUA E COLETA DE ESGOTO DE AL GUMAS CIDADES DO PARANÁ

A seguir, temos a percentagem da população beneficiada com o serviço de

abastecimento de água e do serviço de coleta de esgoto sanitário fornecido pela Companhia de Saneamento – SANEPAR, das seguintes cidades:

CIDADES ABASTECIMENTO DE ÁGUA ( % )

COLETA DO ESGOTO SANITÁRIO ( % )

MARINGÁ 99 67 PONTA GROSSA 98 52

CASCAVEL 99 44 FOZ DO IGUAÇU 93 42

Quadro 2.3 – O Saneamento em algumas cidades do Paraná

Considerações: a) A população atendida corresponde ao número de economias residenciais (taxa de

ocupação). b) O índice de atendimento é igual ao número que corresponde a população atendida

dividido pelo número referente à população urbana, vezes 100.

2.4. ÁGUA VIRTUAL

A água virtual é uma realidade pelo menos em Kyoto, no Japão. Nos debates que

aconteceram no III Fórum Mundial da Água, um número cada vez maior de governos, agências internacionais e ONGs utiliza o conceito de água virtual. A quantidade utilizada na

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produção de alimentos e bens – para debater a economia dos recursos hídricos, o planejamento agrícola e industrial.

“Quando você consome um quilo de arroz, de certo modo também está usando os mil litros de água que foram necessários para cultivar aquela quantia do cereal. Quando come um quilo de carne, gasta os 13 mil litros de água que foram necessários para produzi-la. Esta é a água escondida, ou virtual”, explicou Daniel Zimmer, diretor do Conselho Mundial da Água, durante uma mesa-redonda sobre comércio e geopolítica.

Na prática, a noção de virtualidade já fundamenta estudos e diretrizes políticas. Por causa da grande quantidade de água utilizada na produção do arroz, por exemplo, ganha força a idéia de substituir seu cultivo e consumo por trigo e soja. A proposta é rejeitada por grupos ambientalistas, já que só o trigo geneticamente modificado seria comercialmente viável em países tropicais, onde a rizicultura está concentrada.

Outro argumento contra a simples substituição de cultivos é o grande contraste entre continentes, em relação ao uso agrícola da água. Europa e Estados Unidos consomem diariamente quatro mil litros per capita de água virtual. Na Ásia, onde grande parte do arroz do mundo é produzido, o gasto diário per capita é de 1400 litros. Globalmente, a agricultura e a pecuária são responsáveis por 70% do consumo de água no mundo.

O conceito de água virtual pode se tornar importante para calcular o verdadeiro gasto de água dos países, já que a simples adoção de políticas públicas avançadas, em relação à exploração de recursos hídricos pode não ser suficiente. Um grande importador virtual poderá indiretamente provocar desastres em países pobres, exportadores de alimentos, onde a gestão ambiental dos recursos naturais seja deficiente.

As estimativas sobre o comércio de água virtual divulgada pela primeira vez em Qyoto, apontam para trocas internacionais de água, em forma de alimentos, correspondentes a 20% do consumo hídrico do planeta. O cálculo foi apresentado pelo engenheiro Arjen Hoekstra, do Instituto de Infra-estrutura em Hidráulica e Engenharia Ambiental (IHE) de Amsterdã (Holanda).

O Brasil é considerado um dos principais exportadores de água virtual, juntamente com Estados Unidos, Canadá, Argentina, Índia, Tailândia e Vietnã. Entre os grandes importadores estão China, Japão, Coréia do Sul, Alemanha, Itália e Espanha.

2.5. REUTILIZAÇÃO DA ÁGUA (CURITIBA).

Foi aprovada em 18/09/2003 a lei que obriga aos novos prédios (edifícios, não as casas) de Curitiba a serem construídos com sistemas de reutilização da água do chuveiro (com a possibilidade também de reaproveitamento de águas servidas das torneiras de pias) no vaso sanitário e com hidrômetros individuais por apartamento.

A lei também prevê a obrigatoriedade de os edifícios terem sistemas de captação da água da chuva, para ser usada na lavagem de calçadas e rega de jardins. O objetivo é impedir que a cidade passe por colapso no abastecimento de água dentro de uns 30 anos.

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CAPÍTULO 3 - IMPORTÂNCIA DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA

3.1. INTRODUÇÃO

O Sistema de Abastecimento Público de Água constitui-se no conjunto de obras,

instalações e serviços, destinados a produzir e distribuir água a uma comunidade, em quantidade compatíveis com as necessidades da população, para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos.

Os sistemas individuais são soluções precárias para os centros urbanos, embora indicados para as áreas rurais onde a população é dispersa e, também, para as áreas periféricas de centros urbanos, para comunidades urbanas com características rurais ou, ainda, para as áreas urbanas, como solução provisória, enquanto se aguardam soluções mais adequadas. Mesmo para pequenas comunidades e para áreas periféricas, a solução coletiva é, atualmente, possível e economicamente interessante, desde que se adotem projetos adequados.

3.2. IMPORTÂNCIA DA ÁGUA E DOS SISTEMAS PÚBLICOS DE ABASTECIMENTO

NECESSIDADE DA ÁGUA O homem tem necessidade de água de qualidade adequada em quantidade suficiente

para todas as suas necessidades, não só para proteção de sua saúde, como também para o seu desenvolvimento econômico.

IMPORTÂNCIA SANITÁRIA DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA A importância sanitária do abastecimento de água é das mais ponderáveis; a

implantação ou melhoria dos serviços de abastecimento de água traz como resultado uma rápida e sensível melhoria na saúde e nas condições de vida de uma comunidade, principalmente através do controle e prevenção de doenças, da promoção de hábitos higiênicos, do desenvolvimento de esportes, como a natação e da melhoria da limpeza pública.

IMPORTÂNCIA ECONÔMICA DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA A importância econômica do abastecimento de água é também de grande relevância.

Sua implantação se traduz num aumento de vida média da população servida, numa diminuição da mortalidade em geral e, em particular, da infantil, numa redução do número de horas perdidas com diversas doenças. estes fatos se refletem, portanto num aumento sensível do número de horas de trabalho dos membros de uma comunidade, e com isto aumento de produção.

A influência da água, do ponto de vista econômico, faz-se sentir mais diretamente no desenvolvimento industrial, por constituir, ou matéria-prima em muitas indústrias, como as de bebida, ou meio de operação, como água para caldeiras, etc.

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APROVEITAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS NATURAIS Tendo em vista que as águas naturais se destinam a diversos usos, tais como,

abastecimento de populações, fins industriais, produção de energia elétrica, fins recreacionais, navegação e fins agropecuários, torna-se necessário haver uma adequada utilização dos recursos hídricos de uma região, de modo a se procurar satisfazer a estas variadas finalidades, com planejamento e projetos ambientais.

O principal problema sanitário decorrente de abastecimento de água inadequado no Brasil, encontra-se nas grandes cidades que tem nas suas periferias, áreas da mais extrema pobreza e densamente habitadas, desprovidas de sistemas de água e de esgotos sanitários públicos. São áreas praticamente sem defesas contra ocorrência de epidemias de doenças como cólera, tifo, esquistossomose, etc.

3.3. A ÁGUA NA TRANSMISSÃO DE DOENÇAS

USOS DA ÁGUA

• Água utilizada como bebida ou na preparação de alimentos.

• Água utilizada no asseio corporal ou a que, por razões profissionais ou outras quaisquer, venha a ter contato direto com a pele ou mucosas do corpo humano: ex.: trabalhadores agrícolas em cultura por inundações, lavadeiras, atividades recreativas (lagos, piscinas, etc.).

• Água empregada na manutenção da higiene do ambiente e, em especial, dos locais, instalações e utensílios usados no manuseio, preparo e ingestão de alimentos (domicílio, restaurantes, bares, etc.).

ÁGUA COMO VEÍCULO O sistema de abastecimento de água de uma comunidade desde a captação, adução,

tratamento, recalque e distribuição, inclusive reservação, bem como dos domicílios e edifícios em geral, deve ser bem projetado, construído, operado, mantido e conservado, para que a água não se torne veículo de transmissão de diversas doenças.

ÁGUA E DOENÇAS As principais doenças veiculadas ou originadas em águas paradas ou contaminadas

são as seguintes, podendo ser contraídas de diversas maneiras, segundo a SANEPAR (2000).

A) Pela ingestão de água contaminada pode-se contra ir:

• Cólera – causada pelo Vibrio cholerae, eliminado pelas fezes e vômito dos doentes.

• Disenteria Amebiana ou Amebíase – causada pelo protozoário Endamoeba histolytica, transmitida pelas fezes contendo os cistos da ameba.

• Disenteria Bacilar – causada por bacilos do gênero Shigella, encontrados em alimentos, água e leite contaminados por dejetos, através das moscas.

• Febre Tifóide – causada pelas bactérias Salmonella tiphy, pela ingestão de alimentos e águas poluídas por fezes e/ou urina do doente. Também pelo contato doente-portador, através das mãos.

• Febre Paratifóide – causada pelas bactérias Salmonellas paratyhi, schottmuelleri e hirshjeldi, através do contato doente-portador, dos alimentos

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contaminados, inclusive a água, que transporta o germe patogênico, eliminado pelas fezes e urina dos doentes.

• Gastroenterite – causada por bactérias, vírus e certos parasitas encontrados no solo, em animais, em alimentos crus e nos seres humanos. O contágio ocorre: diretamente através do contato pessoal íntimo ou contato com as fezes da pessoa contaminada. indiretamente ao tocar-se superfícies contaminadas tais como torneiras, descargas de latrina, brinquedos e fraldas infantis. ao ingerir alimentos contaminados. ao beber água contaminada. pelo ar através de vômitos, tosse e espirros (principalmente os vírus): ao mexer com animais (de estimação e outros).

• Giardiase – gastroenterite moderada a severa do homem e dos animais, causada pelo parasita Giardia lamblia, cuja transmissão ocorre também através de águas contaminadas.

• Hepatite infecciosa – doença contagiosa transmitida por um vírus que faz com que o fígado aumente de volume.

• Leptospirose – doença infecciosa grave, causada por uma bactéria, Leptospira, que é eliminada principalmente pela urina dos ratos.

• Paralisia infantil – inflamação da medula espinhal pelo vírus da poliomielite. Em alguns casos, o doente apresenta paralisia em um ou vários membros ou grupos de músculos, com posterior atrofia.

• Salmonelose – as causas de transmissão são as fezes do homem ou animal infectados. alimentos indevidamente preparados, feitos com ovos de galinha ou pata, mal cozidos. leite e lacticínios não pausterizados.

Observação: a Febre Tifóide, Paratifóide e Cólera são as doenças mais freqüentemente ocasionadas por águas contaminadas. Os agentes patogênicos penetram no organismo por via cutânea (pele) ou pela mucosa (via oral).

B) Por contato com água contaminada, podemos destac ar as seguintes doenças:

• Escabiose – doença parasitária cutânea, vulgo sarna.

• Esquistossomose – causada por 3 espécies de vermes, Shistosomas: haematobium, mansoni e japonicum, que se alimentam do sangue humano. Os ovos eliminados pelas fezes e urina do doente atingem os rios, lagos e canais. libertam as larvas que se hospedam em certos tipos de caramujo, gerando as cercarias que, ao passarem para a água, contaminam o homem através da pele.

• Tracoma – ataca os olhos e pode causar cegueira. mais freqüente nas zonas rurais.

• Verminoses – transmitidas por vermes que tem na água um dos estágios do ciclo.

C) Além destas doenças, podemos citar as causadas p or insetos que se desenvolvem na água:

• Dengue – transmitida geralmente pelo Aedes aegypti que, pela picada inocula o vírus da doença.

• Febre Amarela – transmitida por algumas espécies de mosquitos, inclusive o Aedes aegypti, principal responsável pela propagação da doença nas cidades e no campo.

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• Filariose ou Elefantíase – causada pelos parasitos: Wuchereria bancrofti, Onchochercinae volvulus, Mansonella ozzardi. É endêmica em várias regiões tropicais.

• Malária – conhecida também por impaludismo; causada por protozoários específicos, injetados na corrente sangüínea por certos mosquitos anofelinos.

DOENÇAS CAUSADAS POR AGENTES QUÍMICOS

a) Poluentes naturais (alguns):

Substâncias minerais e orgânicas, dissolvidas ou em suspensão. Gases provenientes da atmosfera.

b) Poluentes artificiais:

Substâncias empregadas no tratamento da água: sulfato de alumínio, cal, etc.. Herbicidas, inseticidas, raticidas, etc.. Despejos industriais. Esgotos. “Gases” das chaminés das fábricas.

MEDIDAS GERAIS DE PROTEÇÃO O perigo da transmissão de doenças infecciosas pela água, refere-se, na prática, às

doenças infecciosas intestinais e a profilaxia gira em torno das seguintes medidas: � Proteção dos mananciais, inclusive medidas de controle de poluição das

águas. � Tratamento adequado da água, com operação continuamente satisfatória. � Sistema de distribuição da água bem projetado, construído, mantido e operado.

Deve-se manter a água na rede com pressão adequada. � Controle permanente da qualidade bacteriológica e química da água na rede de

distribuição, ou, preferivelmente, na torneira do consumidor. � Solução sanitária para o problema da coleta e da disposição dos esgotos, e,

em particular dos dejetos humanos, tendo sempre como uma das finalidades a proteção do abastecimento de água potável.

� Observar, na zona rural, as medidas indicadas para a proteção de poços, nascentes e mananciais de superfície, inclusive a construção de sistemas mais aconselháveis para o destino satisfatório dos dejetos, evitando a poluição direta da superfície, do solo ou das coleções líquidas.

� Melhoria da qualidade da água suprida às pequenas comunidades, auxiliando-as técnica e financeiramente a utilizarem métodos simples e poucos dispendiosos de tratamento, inclusive desinfecção, quando necessário.

Observações: 1) A quantidade insuficiente de água também causa doença pela falta de higiene

corporal, das habitações e dos locais públicos. 2) Uma grande preocupação é com os metais pesados (chumbo, zinco,

mercúrio, cromo) que não são eliminados pelo organismo. 3) A ausência ou quantidades insuficientes como por exemplo, do iodo, pode

causar o bócio.

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4) Embora na desinfecção possuirmos uma eficiência garantida para o combate de animais e vegetais, o mesmo não podemos garantir em relação aos vírus.

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CAPÍTULO 4 - QUALIDADE DA ÁGUA

4.1. CICLO HIDROLÓGICO

A água existe em forma de vapor, na atmosfera, e é proveniente da evaporação de todas as superfícies líquidas (oceanos, mares, rios, lagos, lagoas) ou das superfícies umedecidas com água, como a superfície dos solos. Parte da água que se encontra na atmosfera resulta de fenômenos hidrológicos e também de fe0nômenos vitais, como a respiração e transpiração (observar a figura 4.1).

Figura 4.1 – Ciclo Hidrológico

Na precipitação, a água absorve os gases e vapores normalmente presentes na atmosfera, como o oxigênio, o nitrogênio e o gás carbônico. A umidade atmosférica provém da evaporação da água das camadas líquidas superficiais, por efeito da ação térmica das radiações solares. O resfriamento desses vapores condensados, em formas de nuvens, leva à precipitação pluvial, sobre a superfície do solo e dos oceanos. A parcela da água precipitada sobre a superfície “sólida” pode seguir duas vias distintas que são: escoamento superficial e infiltração. As principais formas de precipitação são: chuva, granizo, orvalho ou neve.

É a água de chuva que, atingindo o solo, corre sobre as superfícies do terreno, preenche as depressões, fica retida em obstáculos e, finalmente, atinge os córregos, rios,

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lagos e oceanos. Na grande superfície exposta dos oceanos ela entra em processo de evaporação e condensação, formando as nuvens que voltam a precipitar sobre o solo.

É por meio da infiltração que a água de chuva penetra por gravidade nos interstícios do solo, chegando até as camadas de saturação, constituindo assim aqüíferos subterrâneos, ou lençol freático. Estes depósitos são provedores de água para consumo humano e também para a vegetação terrestre. Dependendo do modo como esteja confinada, essa água pode afluir em certos pontos em forma de nascentes. A água acumulada pela infiltração é devolvida à atmosfera, por meio da evaporação direta do próprio solo e pela transpiração dos vegetais através das folhas. A este conjunto de evaporação e transpiração, chamamos evapotranspiração.

Convém ressaltar, que a maior ou menor proporção do escoamento superficial, em relação à infiltração, é influenciada fortemente pela ausência ou presença de cobertura vegetal, uma vez que esta constitui barreira ao rolamento livre, além de tornar o solo mais poroso. Esse papel da vegetação, associado à função amortecedora do impacto das gotas de chuva sobre o solo, é, pois, de grande importância na prevenção dos fenômenos de erosão, provocados pela ação mecânica da água sobre o solo.

Observações:

1) Solos sobre os quais desenvolvem-se atividades agrícolas intensivas, tais como aragem, fertilização artificial (adubos, correção do solo), plantio, herbicidas, inseticidas e com a colheita (solo exposto), com o tempo a água na bacia ficará comprometida para abastecimento público. Por outro lado, águas provenientes de bacias hidrográficas cobertas de vegetação nativa e permanente serão sempre de boa qualidade para o tratamento.

2) A impermeabilização do solo nas cidades (pavimentação – ruas, calçadas, pisos e prédios) aumenta o escoamento das águas superficiais (águas pluviais) e diminui a infiltração das águas das chuvas, conseqüentemente, reduz a vazão dos lençóis freáticos e artesianos.

4.2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Água pura, no sentido rigoroso do termo, não existe na natureza, pois, sendo a água um ótimo solvente, nunca é encontrada em estado de absoluta pureza.

A água possui uma série de impurezas, que vão imprimir suas características físicas, químicas e biológicas. A qualidade da água depende dessas características. As características físicas, químicas e biológicas das águas naturais, bem como as que deve ter as águas fornecidas ao consumidor, vão influir no grau de tratamento que venha a se dar às águas naturais, o qual também depende do uso que se pretende dar à água. Portanto, o conceito de impureza de uma água tem significado relativo.

Assim, uma água destinada ao uso doméstico deve ser desprovida de gosto, ao passo que numa água destinada ao resfriamento de caldeiras, esta característica não tem importância. Portanto, a qualidade que se deseja na água natural e a que se necessita na água de consumo, entre outros aspectos, vão influir na escolha do manancial e no processo de tratamento a ser adotado, sem se deixar também de levar em conta o aspecto econômico-financeiro deste tratamento, CETESB, V.1 (1978).

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4.3. POLUIÇÃO DAS ÁGUAS

POSSIBILIDADES

• Na precipitação atmosférica, onde as águas das chuvas podem arrastar impurezas.

• Escoamento superficial em que as águas lavam a superfície do solo e carregam as impurezas existentes, tais como lixo, inseticidas, herbicidas, etc..

• Infiltração no solo, que dependendo das características geológicas, muitas impurezas podem ser adquiridas pelas águas, através, por exemplo, da dissolução de compostos solúveis. Nesta fase pode haver uma certa filtração de impurezas.

• Despejos “diretos” de águas residuárias e de lixo, esgotos sanitários, resíduos líquidos industriais, etc, que são lançados nas águas de rios, lagos e outros.

• Represamento onde as impurezas sofrem alterações devido ao repouso das águas, falta da ação dos raios solares, favorecendo o aparecimento, principalmente, de algas. O repouso pode ajudar na sedimentação das partículas maiores.

• Desde a captação, adução, tratamento, distribuição, reservação, até o momento de ser utilizada pelo consumidor.

MEDIDAS PARA PREVENIR A ALTERAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA.

� Proteção dos mananciais superficiais nos locais de captações e à montante das mesmas contra lançamentos de resíduos domésticos, industriais e outros.

� Controle do uso do solo para atividades agrícolas evitando que resíduos de inseticidas, pesticidas e adubos cheguem aos corpos d’água dos mananciais.

� Controle da qualidade dos mananciais subterrâneos e dos fatores que possam vir a modifica-la.

� Proteção contra água de enxurradas devido às chuvas e contra inundações de instalações de captações.

� Proibição da entrada de pessoas e animais às áreas das captações e a montante da mesma.

� Projeto e construção e operação adequados.

� Controle sistemático da qualidade da água em pontos estratégicos.

Mesmo com todas essas providências, as águas dos mananciais superficiais em geral não têm qualidade tal que possa ser utilizada para consumo. Para corrigir essa qualidade a água passa por processos de tratamento em instalações chamadas “estações de tratamento de água”, que dependem da qualidade da água bruta.

4.4. IMPUREZAS

Podem ser de origem natural ao percorrer o ciclo hidrológico ou artificial, decorrentes das atividades humanas. As principais impurezas são:

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o Em suspensão : bactérias, algas, protozoários, areia, silte, argila, lodos.

o Estado coloidal : substâncias vegetais, sílica, vírus.

o Dissolvidas : sais de cálcio e magnésio (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloretos), sais de sódio e potássio (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, fluoretos, cloretos), sais de ferro e manganês.

o Dissolvidos provenientes de atividades industriais : fenóis.

o Dissolvidos provenientes do escoamento superficial por terras de lavouras : composto organo-clorados, nitratos e fosfatos.

4.5. CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

As principais características físicas, no que diz respeito à qualidade da água de abastecimento são: cor, turbidez, sabor, odor e temperatura.

• Cor : devido às substâncias dissolvidas, em grande maioria de natureza orgânica vegetal.

• Turbidez : característica devido à presença de materiais em suspensão, sólidos finos, colóides e microorganismos.

• Sabor e Odor : geralmente são considerados em conjunto, causados por substâncias orgânicas em decomposição, resíduos industriais, gases, algas, quantidades excessivas de sais, etc.

De um modo geral, as características físicas não apresentam problemas sanitários. Os problemas são de ordem estética, considerando-se que a água boa para o abastecimento deve ser cristalina (aspecto agradável, pessoal), incolor, sem odor ou sabor e de temperatura refrescante.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

� Salinidade : devido a bicarbonatos, cloretos, sulfatos.

� Dureza : devida à presença de sais de cálcio e magnésio sob forma de carbonatos, bicarbonatos e sulfatos.

A dureza é dita temporária (sais de cálcio, magnésio), quando desaparece com o calor, e permanente, quando não desaparece com o calor.

Normalmente, reconhece-se que uma água é mais ou menos dura, pela maior ou menor facilidade que se tem em obter, com ela, espuma de sabão ou detergentes, que são muito utilizados em lavagem e limpeza, tanto no lar como em estabelecimentos comerciais e industriais.

A água dura tem uma série de inconvenientes: é desagradável ao paladar, gasta muito sabão para formar espuma, dá lugar a depósitos perigosos nas caldeiras e aquecedores, deposita sais em equipamentos, mancha louças.

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A remoção ou redução da dureza é denominada de abrandamento ou amolecimento e existem os processos da cal-soda, dos zeólitos e da osmose inversa.

o Alcalinidade : presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. Em geral, não constituem problema além de efeitos laxativos. Quando muito excessiva, pode tornar a água corrosiva e incrustante.

o Agressividade : tendência de corroer os metais (causada por ácidos, oxigênio, CO2 e H2S).

o Ferro e Manganês : o ferro, com certa freqüência, associado ao manganês, confere à água um sabor, ou melhor, uma sensação de adstringência e coloração avermelhada, decorrente da precipitação do mesmo. As águas ferruginosas mancham as roupas, durante a lavagem, os aparelhos sanitários e podem provocar deposições em tubulações. O manganês é semelhante ao ferro, porém menos comum, e a sua coloração característica é marrom, e, quando na forma oxidada, é preto. A remoção depende da forma como as impurezas se apresentam.

o Impurezas orgânicas, nitratos e nitritos : a matéria orgânica ao se oxidar tem o nitrogênio presente se transformando na seqüência nitrogênio orgânico – nitrogênio amoniacal (NH4), nitrogênio nitroso (NO2), nitrogênio nítrico e NO3 nitratos de maneira que a análise da forma em que se encontra o nitrogênio na água pode levar a algumas conclusões em relação à fonte de poluição. Por outro lado, a amônia constitui substância poluidora, uma vez que reage com o cloro usado no tratamento reduzindo em muito sua eficiência. Outras substâncias orgânicas são as decorrentes do contato com a água com inseticidas, herbicidas e fertilizantes.

o Toxidez : compostos tóxicos, geralmente resíduos das atividades humanas (agrícolas e industriais, principalmente). É o caso de cianetos cromo hexavalente (cromatos), arsênico, cobre, chumbo, zinco, mercúrio, etc.

o Fenóis e detergentes : combinados com o cloro produzem gosto e cheiro desagradável.

o Acidez e basicidade : medida de fator pH.

o Características benéficas : determinados minerais devem estar nas águas de alimentação, dentro de certos teores, abaixo dos quais haverá problemas de saúde. Exemplo: 2 mg de cobre e 6 a 10 mg de ferro, são necessários diariamente ao homem. Os teores de iodo e de flúor, porém, têm tomado a atenção dos sanitaristas, pois a deficiência em iodo nas águas de alimentação de certas regiões tem sido responsabilizada pela maior influência do bócio, e a presença de flúor tem se mostrado fator de redução da cárie dentária.

CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

Organismos vivos em suspensão, que também constituem impurezas, tais como: bactérias, algas, protozoários, fungos, vermes, etc.

Observação: Quando se quer conhecer as características físicas, químicas e biológicas da água, deve-se retirar amostras com técnica tal que represente o melhor possível o universo.

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4.6. PADRÕES DE POTABILIDADE

Para cada tipo de uso (doméstico, industrial, pecuária, etc) a água deverá ter sua qualidade caracterizada pelos valores dos parâmetros descritos no capítulo anterior, variando dentro de determinadas faixas. Assim as exigências para água de abastecimento são diferentes das para irrigação de jardins, por exemplo.

Padrões de potabilidade: são as quantidades limites dos diversos elementos, que podem ser tolerados nas águas de abastecimento. O padrão de Potabilidade da água é estabelecido pelo Ministério da Saúde, através da Portaria 1469, de 29 de dezembro de 2000. Ela define uma série de parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos, cujos níveis devem ser respeitados e controlados, sistematicamente. Toda a água destinada ao consumo humano deve obedecer ao padrão de potabilidade e está sujeita à vigilância da qualidade da água.

Esta norma não se aplica às águas envasadas e a outras, cujos usos e padrões de qualidade são estabelecidos em legislação específica.

Estabelece, também, as freqüências desses controles, a serem mantidos pelos sistemas públicos e particulares de abastecimento, para se ter garantida a qualidade da água.

Na verdade, segundo a SANEPAR (2.000), o Padrão de Potabilidade da água de consumo humano abrange cinco importantes aspectos da qualidade, como segue:

a) Padrão Microbiológico - este grupo de bactérias está presente em vários meios, tais como: solo, águas de rios, na pele humana, entre outros e, sempre presente em grandes quantidades, nas fezes de animais de sangue quente (homeotermos). São bons indicadores de poluição por sua manifestação em vários meios, pela facilidade de reprodução em laboratório e relativa resistência ao cloro. A ausência de homeotermos indica uma água bacteriologicamente potável.

ÁGUA TRATADA NO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO (Reservatório e Rede)

Coliformes Fecais Ausência em 100ml

Coliformes Totais

Apenas uma amostra positiva em 100ml/mês (Sistema acima de 40 amostras/mês)

Ausência de 100ml p/ 95% das amostras mensais. (Sistema com até 40 amostras/mês)

Quadro 4.1 – Presença de Coliformes na Água

b) Padrão de Turbidez – a turbidez refere-se a partículas sólidas maiores ou coloidais em suspensão na água. Estas partículas podem abrigar em seu interior microorganismos causadores de doenças, os quais, devido à barreira física da partícula, permanecem protegidos da ação desinfetante do cloro.

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TRATAMENTO DA ÁGUA VALOR MÁXIMO PERMITIDO (VPM)

Desinfecção (água subterrânea) 1,0 UT em 95% das amostras

Filtração rápida (tratamento completo ou filtração direta) 1,0 UT

Filtração lenta 2,0 UT em 95% das amostras

UT = Unidade de Turbidez

Quadro 4.2 – Valores da qualidade da água tratada

c) Padrão para Substâncias Químicas – as substâncias a seguir, metais, metais pesados, agrotóxicos e toxinas, agem prejudicando vários processos bioquímicos em organismos vivos. Os valores máximos permissíveis para estas substâncias foram determinados por estudos científicos e dados estatísticos e são constantemente revistos pelos órgãos competentes. As fontes destes poluentes são as atividades industriais, agropecuárias, poluição orgânica em rios e fontes de água, bem como, desequilíbrios ecológicos que resultem em grande proliferação de algas.

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS – (VPM)

Antimônio (0,005 mg/l). Arsênio (0,01 mg/l). Bário (0,7 mg/l). Cádmio (0,005 mg/l). Cianeto (0,07 mg/l). Chumbo (0,01 mg/l). Cobre (2 mg/l). Cromo (0,05 mg/l). Fluoreto (1,5 mg/l). Mercúrio (0,001 mg/l). Nitrato (como N) (10

mg/l). Nitrito (como N) (1 mg/l) e Selênio (0,01 mg/l)

SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS – (VPM)

Acrilamida (0,5 µg/l). Benzeno (5 µg/l). Benzo[a]pireno (0,7 µg/l). Cloreto de Vinila (5 µg/l). 1,2 Dicloroetano (10 µg/l). 1,1 Dicloroeteno (30 µg/l). Diclorometano (20 µg/l). Estireno (20 µg/l). Tetracloreto de Carbono (2 µg/l).

Tetracloroeteno (40 µg/l). Triclorobenzenos (20 µg/l). e Tricloroeteno (70 µg/l)

AGROTÓXICOS – (VPM)

Alaclor (20,0 µg/l). Aldrin e Dieldrin (0,03 µg/l). Atrazina (2 µg/l). Bemtazona (300 µg/l). Clordano (isômeros) (0,2 µg/l). 2,4 D (30 µg/l). DDT (isômeros) (2 µg/l). Endossulfan (20 µg/l). Endrin (0,6 µg/l). Glifosato (500 µg/l).

Heptacloro e Heptacloro epóxido (0,03 µg/l). Hexaclorobenzeno (1,0 µg/l). Lindano (g-BHC) (2,0 µg/l). Metacloro (10 µg/l). Metoxicloro (20 µg/l). Molinato (6 µg/l). Pendimetalina (20 µg/l). Pentaclorofenol (9 µg/l).

Permetrina (20 µg/l). Propanil (20,0 µg/l). Simazina (2 µg/l) e Trifluralina (20 µg/l)

CIANOTOXINAS – (VPM)

Microcistinas (1,0 µg/l)

DESINFETANTES E PRODUTOS SECUNDÁRIOS DA DESINFECÇÃO – (VPM)

Bromato (0,025 mg/l). Clorito (0,2 mg/l). Cloro livre (0,7 mg/l). Monocloramina (3 mg/l). 2,4,6 Triclorofenol (0,2 mg/l) e Trihalometanos Total (0,1 mg/l)

VPM: Valor Mais Provável

Quadro 4.3 – Quantidade de VPM de algumas substâncias

d) Padrão de radioatividade – a existência de radiação ionizante proveniente de fontes naturais ou artificiais é causa de incidência de câncer. Naquelas regiões onde ocorrem minerais radioativos ou existam indústrias que manipulem produtos emissores de radiação, a investigação é obrigatória.

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PARÂMETRO VMP

Radioatividade alfa global 0,1 Bq/l

Radioatividade beta global 1,0 Bq/l

Quadro 4.4 – Parâmetros radioativos para a água tratada

e) Padrão de Aceitação para o Consumo Humano – a presença de uma ou várias destas substâncias na água, em valores acima do estabelecido é causa de repulsa de aceitação, por conferirem gosto, odor ou cor à água. Por exemplo: sódio em excesso, sabor salgado. surfactantes, formação de espuma. ferro, cheiro de ferrugem e cor marrom.

PARÂMETRO VMP PARÂMETRO VMP

Alumínio Não objetável Odor 0,2 mg/l

Amônia (como NH3) Não objetável Gosto 1,5 mg/l

Monoclorobenzeno 500 mg/l Dureza 0,12 mg/l

Sódio 5 UT Turbidez 200 mg/l

Sulfato 15 uH Cor Aparente 250 mg/l

Sulfeto de Hidrogênio 1.000 mg/l Sólidos Dissolvidos totais 0,05 mg/l

Surfactantes 250 mg/l Cloreto 0,5 mg/l

Tolueno 0,2 mg/l Etilbenzeno 0,17 mg/l

Zinco 0,3 mg/l Ferro 5 mg/l

Xileno 0,1 mg/l Manganês 0,3 mg/l

Quadro 4.5 – Parâmetro x VPM

4.7. CONTROLE DA QUALIDADE DA ÁGUA

Há necessidade de uma constante observação da qualidade da água nos pontos estratégicos dos sistemas e mananciais, com isso garantir a saúde da população.

O controle da qualidade deverá abranger os corpos d’água aproveitados como mananciais. Qualquer irregularidade apontada pelo controle deverá ser imediatamente sanada.

Esse controle se traduz em um verdadeiro monitoramento da qualidade da água, feito por coletas de amostras nos locais estratégicos com determinadas freqüências, análises das amostras e comparação dos resultados com os padrões de qualidade da água.

Em um sistema de água, a principal obra para o controle de qualidade é a estação de tratamento, que tem por objetivo a modificação das características da água bruta de maneira a torná-la potável.

Existem diversos processos de tratamento para serem utilizados de acordo com as características da água bruta. O processo chamado convencional é o que deve ser utilizado para águas turvas e ou coloridas e consiste em uma decantação acelerada por um processo de floculação e precedida por filtração.

A desinfecção da água pelo cloro é obrigatória em qualquer caso, mesmo que não haja necessidade de nenhum tratamento.

A estação convencional reduz a cor, turbidez, ferro. os microorganismos são eliminados pela cloração, desde que a água efluente tenha baixa turbidez (< 1 mg/l). Hoje se sabe que para garantia contra a presença de vírus na água a turbidez deve ser menor que 0,1 mg/l. Tem pouca influência no que diz respeito à quantidade de sais e compostos orgânicos decorrentes de inseticidas e herbicidas.

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EXERCÍCIOS 1 ) Qual a diferença entre consumo, desperdício e vazamento? 2 ) Como saber se existem vazamentos internos registrados pelos hidrômetros? 3 ) Represente graficamente o quadro abaixo, no eixo das abscissas o uso da água no

domicílio (economia doméstica) e no eixo das ordenadas o consumo em litros por dia.

USOS COMUNS EM VOLUME

(litros/economia dia)

BAIXO MÉDIO ALTO

Bebidas 8 10 12

Outros Usos 5 17 56

Limpeza em Geral 14 24 35

Preparo de Alimentos 24 36 60

Lavagem Roupas 61 75 95

Vasos Sanitários 82 130 242

Higiene Pessoal 83 160 347

Lavagem Utensílios 40 173 373

Banho 100 209 447

4 ) Em relação ao exercício anterior (03), passe os dados em percentagem e responda

quem são os 4 principais vilões do consumo de água em uma residência. Juntos, qual a percentagem do total?

5 ) Se num vazamento a água não aflora, para onde ela pode estar indo? 6 ) Qual a explicação para uma água com aspecto esbranquiçado? 7 ) A água “encanada” (tratada) é confiável? Por quê? 8 ) A água sem tratamento, como por exemplos, poços, bicas em rodovias, etc. são

confiáveis? Por quê? 9 ) Ao abrir uma torneira, às vezes você percebe que uma água ficou turva. Qual a

explicação? 10 ) Que medidas devem ser adotadas para reduzir o consumo em torneiras, vasos

sanitários e chuveiros?

CONSULTA: Manual do Cliente - Mitos, verdades e informações úteis SANEPAR (2000).

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CAPÍTULO 5 - CONSUMO DE ÁGUA

5.1. INTRODUÇÃO

A vazão de dimensionamento de um sistema de abastecimento de água (Q) é determinada multiplicando-se a população atendida (P) por esse sistema, pela quantidade média de água consumida por cada habitante ( qm ).

mqPQ .=

Equação 5.1

A seguir se resume o estudo que devem ser elaborados para o cálculo das vazões de dimensionamento de cada parte do sistema de abastecimento:

5.2. CONSUMO MÉDIO POR HABITANTE

USOS DA ÁGUA NAS CIDADES, SEGUNDO A ESCOLA POLITÉCNICA (1996, p.41)

� Doméstica : (bebida, asseio corporal e das habitações, preparo de alimentos, lavagem de roupas, lavagem de utensílios, limpeza de bacias sanitárias, etc) 50 a 90 l/hab. dia.

� Comercial ou industrial : (escritórios, restaurantes, hotéis e pensões, pequenas indústrias disseminadas na cidade): cerca de 50 l/hab. dia;

� Público : irrigação de jardins, lavagem de ruas, fontes e edifícios públicos: cerca de 25 l/hab.dia;

� Perdas : água perdida por vazamentos e em problemas operacionais: cerca de 40 l/hab. dia;

O consumo médio anual por habitante dia, levando em conta todos esses fatores, é da ordem de 200 litros. Nas cidades do Norte e Nordeste do país, de renda “per capita” muito baixa, têm sido adotados valores de até 100 litros. Esse valor varia entretanto de região para região conforme os seguintes fatores:

• Clima : quanto mais quente e seca a região, maior o consumo;

• Hábitos e nível de vida da população : o consumo aumenta com a renda “per capita” e com a educação sanitária;

• Natureza da cidade : (comercial, industrial, turística): as cidades industriais são as que apresentam maior consumo:

• Tamanho da cidade : o consumo “per capita” tende a aumentar à medida que aumenta a população da cidade;

• Pressão da rede : quanto maior a pressão, maiores serão as perdas através de vazamentos e também o consumo direto.

• Custo da água .

• Sistema de medição e tarifa .

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• Disponibilidade de água : a demanda reprimida reduz o consumo por habitante.

• Qualidade da água : (sabor, odor, cor).

Um medidor instalado na saída do reservatório de distribuição que atende à rede de distribuição registra o volume consumido no ano. Esse volume, dividido pelo número de habitantes atendidos representa o consumo médio por habitante por dia qm , ou o consumo “per capita” por dia (qm) nesse período. É um número que engloba todos os tipos de consumo da cidade, menos os dos “grandes consumidores”.

abeneficiadPopulação

anualodistribuídVolumeqm .365

=

Equação 5.2

ALGUNS VALORES MÉDIOS DO CONSUMO ESPECÍFICO

A) Consumo Doméstico

Bebida: 1 l/hab.dia

Preparo de alimentos: 6 l/hab.dia

Lavagem de utensílios: 2 a 9 l/hab.dia

Higiene pessoal: 15 a 40 l/hab.dia

Lavagem de roupas: 10 a 15 l/hab.dia

Bacias sanitárias: 9 a 10 l/hab.dia

Perdas: 6 a 13 l/hab.dia Quadro 5.1 – Consumo Doméstico de água tratada

Obs: É bom lembrar que existe uma demanda de água relativa a rega de jardins, lavagem de veículos e limpeza em geral.

B) Consumo médio mensal, segundo a SANEPAR, (2003).

PRÉDIOS Consumo Mensal (m3/mês)

01 Alojamentos provisórios 2,4 m3/leito ou per capita

02 Casas populares ou rurais 10 m3/unidade

03 Conjunto de residências c/ apart. de até 70 m2 10 m3/unidade

04 Apartamento com área entre 71 e 100 m2 15 m3/unidade

05 Apartamento com área entre 101 e 200 m2 25 m3/unidade

06 Apartamento com área acima de 200 m2 25 m3/unidade

26

07 Residência com área entre 61 e 100 m2 20 m3/unidade

08 Residência com área entre 101 e 200 m2 25 m3/unidade

09 Residência com área acima de 200 m2 30 m3/unidade

10 Hotéis c/ apartamento, instal. água fria 6,0 m3/apartamento

11 Hotéis c/ apartamento, instal. água fria e lavanderia 7,0 m3/apartamento

12 Hotéis c/ apartamento, instal. água quente 7,5 m3/apartamento

13 Hotéis c/ apartamento, instal. água quente e lavanderia

8,5 m3/apartamento

14 Hotéis com banheiro coletivo 4,5 m3/quarto

15 Hotéis com banheiro coletivo e lavanderia 5,5 m3/quarto

16 Hospitais 8,5 m3/leito

17 Escolas internato 4,5 m3/capita

18 Escolas semi-internato 3,0 m3/capita

19 Escolas externato 1,0 m3/capita

20 Faculdades 1,5 m3/capita

21 Quartéis 4,5 m3/capita

22 Edifícios públicos ou comerciais 1,0 m3/capita

23 Escritórios, lojas comerciais 1,0 m3/capita

24 Cinemas, teatros 0,09 m3/lugar

25 Templos 0,06 m3/lugar

26 Restaurantes e similares 0,03 m3/lugar

27 Lavanderia 1,0 m3/kg de roupa seca

28 Mercados 0,15 m3/m2 de área

29 Matadouro - Animais de grande porte 1,0 m3/cabeça abatida

30 Matadouro - Animais de pequeno porte 0,75 m3/cabeça abatida

31 Fábricas em geral (apenas uso pessoal) 3,0 m3/capita

32 Cavalariças 1,5 m3/cavalo

33 Orfanatos, asilos e berçários 4,5 m3/capita

34 Ambulatórios 1,0 m3/capita

35 Creches 1,5 m3/capita

36 Postos de gasolina com lavagem de veículos 0,4 m3/lavagem de veículo incluindo pessoal

37 Postos de gasolina (uso pessoal) 2,0 m3/capita

38 Escritórios, lojas comerciais (onde seja possível a estimativa por ocupantes itens 22 e 23)

3,0 m3/unidade

39 Prédios especiais (clubes sociais, rodoviárias, lacticínios, motéis

São estimados por similaridade.

Quadro 5.2 – Consumo Médio

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C) Consumo médio das regiões brasileiras conforme SABESP, (2004).

Empresa Consumo médio

per capita de água (L/hab/dia)

Consumo médio per capita de água (L/hab/dia)

Região N Região SE

CAER/RR 138,22 CEDAE/RJ 219,21

CAERD/RO 110,74 CESAN/ES 194,03

CAESA/AP 163,03 COPASA/MG 141,61

COSAMA/AM 51,13 SABESP/SP 160,84

COSANPA/PA 99,98

DEAS/AC 101,08

Região S

CASAN/SC 127,59

Região NE SANEPAR/PR 125,17

AGESPISA/PI 74,45 CORSAN/RS 129,73

CAEMA/MA 114,62

CAERN/RN 118,10

CAGECE/CE 119,41 Região CO

CAGEPA/PB 108,51 CAESB/DF 193,29

CASAL/AL 113,81 SANEAGO/GO 120,79

COMPESA/PE 79,73 SANEMAT/MT 163,29

DESO/SE 109,44 SANESUL/MS 112,58

EMBASA/BA 115,30

Quadro 5.3 – Consumo Médio segundo SABESP, (2004).

5.3. VARIAÇÕES DE CONSUMO

INTRODUÇÃO

Em um mesmo local, o consumo por habitante não é constante no tempo. Varia conforme o clima e os hábitos de vida.

Assim, do inverno para o verão tem uma variação e considerando às 24 horas do dia, existem horas em que o consumo é grande e horas em que é muito reduzido.

No sistema de abastecimento de água ocorrem variações de consumo significativas, que podem ser anuais, mensais, diárias, horárias e instantâneas. No projeto do sistema de abastecimento de água, principalmente as variações diárias e horárias, são levadas em consideração no cálculo do volume a ser consumido.

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VARIAÇÕES DIÁRIAS

Ao longo do ano, haverá um dia em que se verifica o maior consumo. É utilizado o coeficiente do dia de maior consumo (K1), que é obtido da relação entre o máximo consumo diário verificado no período de um ano e o consumo médio diário.

A figura 5.1 apresenta uma curva de variação diária ao longo de um ano.

Coeficiente do dia de maior consumo ( K1 ):

EqEEquação 5.3

Gráfico 5.1 - Curva de variação diária.

O coeficiente K1:

1) É utilizado na determinação da vazão de dimensionamento, em obras de captação, casas de bombas, adutoras e estações de tratamento, em geral antes do reservatório, num sistema de abastecimento de água.

2) K1= 1,20 ou 1,25, quando for preciso adotar.

anonodiáriomédioConsumo

anonodiáriomédioconsumoMaiorK =1

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VARIAÇÕES HORÁRIAS

Ao longo do dia tem-se valores distintos de pique de vazões horária. Entretanto, haverá “uma determinada hora” do dia em que a vazão de consumo será máxima. É utilizado o coeficiente da hora de maior consumo (K2), que é a relação entre o máximo consumo horário verificado no dia de maior consumo e o consumo médio horário do dia de maior consumo. O consumo é maior nos horários de refeições e menores no início da madrugada.

A figura 5.2 apresenta uma curva de variação horária ao longo de um dia.

Coeficiente da hora de maior consumo ( K2 )

dianohoráriamédiaVazão

dianohoráriavazãoMaiorK =2

Equação 5.4

Gráfico 5.2. - Curva de variação horária.

O coeficiente K2:

1) Este coeficiente é utilizado quando se pretende dimensionar os condutos de distribuição propriamente ditos que partem dos reservatórios, pois permite conhecer as condições de maior solicitação nessas tubulações;

2) K2 = 1,5 (quando for preciso adotar).

30

VARIAÇÕES ACIDENTAIS

Decorrem de circunstâncias especiais imprevisíveis e não poderá ser transformada em coeficientes. A não ser que se conheçam quantitativamente essas variações ou que haja normas especiais estabelecendo critérios para levá-las em conta, não são geralmente consideradas nos cálculos.

5.4. GRANDES CONSUMIDORES, segundo a Escola Politéc nica, (1996).

Consideram-se grandes consumidores aqueles que consomem uma vazão significativa em relação ao consumo da cidade ou ao da área que está sendo estudada, não cabendo portanto sua inclusão no valor do consumo médio. Tal acontece, por exemplo, com uma grande indústria em uma pequena cidade. Esses consumos devem ser considerados à parte. Em geral são devido a indústrias, clubes, hospitais, grandes instituições de ensino, etc...

5.5. PERÍODO DE PROJETO

O projeto de um sistema de abastecimento de água, para uma cidade comum deve levar em consideração a demanda que se verificará numa determinada época em razão de sua população futura. Admitindo ser esta última variável e crescente, é fundamental fixar a época até a qual o sistema poderá funcionar satisfatoriamente, sem sobrecarga nas instalações ou deficiências na distribuição.

O tempo que decorre até atingir essa época define o período de projeto, ou horizonte de projeto.

O período de projeto pode estar relacionado à durabilidade ou vida útil das obras e equipamentos, ao período de amortização do capital investido na construção ou, ainda, a outras razões. Os problemas relativos às dificuldades de ampliação de determinadas estruturas ou partes do sistema, como também os custos do capital a ser investido e o ritmo de crescimento das populações são aspectos a serem igualmente considerados.

As obras que podem ser subdivididas tem a sua construção programada em etapas. Por exemplo, uma casa de bombas pode operar inicialmente com duas bombas (uma de reserva) e à medida da necessidade vão sendo instaladas mais bombas em paralelo; uma estação de tratamento pode ter a sua capacidade duplicada ou triplicada construindo-se mais unidades. A idéia é que a disponibilidade de obras acompanhe o mais próximo possível a curva de demanda da cidade.

Se, por exemplo, o crescimento populacional for muito rápido, os períodos longos de projeto acarretarão obras grandiosas que oneram demais a comunidade nos anos iniciais.

Obs.: No Brasil é comum adotar-se o período de 20 anos para instalações pequenas e médias, enquanto que para grandes sistemas ou dificuldades de ampliação, o período poderá ser maior.

5.6. CONSUMO POR HABITANTE (PER CAPITA)

Segundo a Escola Politécnica, (1996), temos:

31

A PARTIR DA LEITURA DOS HIDRÔMETROS

Quando existem hidrômetros nas ligações prediais, a concessionária, para efeito de cobrança e controle, processa periodicamente (bimensal, trimensal, etc) os dados das leituras. Uma ligação pode atender a uma ou mais economias. As informações resultantes são:

∗ Consumo no período por tipo de economia (domiciliar, industrial, comercial e público);

∗ Número de cada tipo de economia, o que permite avaliar o número de habitantes atendidos e o índice de atendimento.

A partir dessas informações avalia-se o consumo médio efetivo por habitante nesse

período, englobando os consumos doméstico, industrial, comercial e público.

a) Consumo médio efetivo “per capita” (qe)

)/.(.)º.()( lighabdiasdenn

Vq c

e =

Equação 5.5

Onde: Vc: volume consumido (leitura dos hidrômetros) no período;

n: número médio de economias no período

b) Índice de perdas (I)

p

cp

V

VVI

−=

Equação 5.6

Onde: Vp: volume produzido (medido na saída do reservatório).

Obs: Podemos fixar o índice de perdas (por exemplo, 30%) e a partir daí calcular o volume produzido.

QUANDO SE DISPÕE DE MEDIDOR NA SAÍDA DO RESERVATÓRIO

O medidor na saída do reservatório irá fornecer volumes consumidos a cada hora ou no intervalo de tempo escolhido para medida. Alguns modelos fornecem o gráfico tempo-vazão, que permitirá conhecer não só o consumo “per capita” médio anual, mas também os coeficientes de variação.

QUANDO NÃO EXISTE MEDIÇÃO

O consumo médio anual “per capita” e os seus coeficientes de variação devem ser adotados considerando valores que forem encontrados em medições de cidades com características semelhantes.

32

Observações:

1) Fixado os períodos de projeto e etapas de construção, deve-se estimar a população a ser abastecida nesses anos, devendo para isso ser feito um estudo do crescimento da população da cidade.

2) Levantar dados dos recenseamentos a cada 10 anos (o último foi em 2001) para estimar a população atual com as seguintes informações:

� emprego industrial no município;

� número de ligações de luz;

� cadastro de imposto predial que corresponde ao número de domicílios;

� contagem direta do número de domicílios;

� amostragem: para determinar hab/domicílio.

5.7. PREVISÃO DE POPULAÇÃO

É importante que a previsão de população seja feita de modo criterioso e racional, com base no desenvolvimento demográfico do passado, principalmente próximo, a fim de que a margem de erro seja a menor possível.

Vários métodos são usados no estudo do crescimento populacional, mas nenhum pode ser considerado ideal, podendo combinar alguns deles.

Os principais métodos são:

A) Considerando os fatores intervenientes no cresci mento populacional, conforme a CETESB (1978, p. 119).

)()()( 0 EIMNPtP −+−+= Equação 5.7

Onde: P(t): população na data t;

Po: população na data inicial to;

N: nascimentos (no período t - to);

M: óbitos (no período t - to);

I: imigrantes (no período t - to);

E: emigrantes (no período t - to);

N – M: crescimento vegetativo ou saldo vegetativo no período;

I – E: crescimento social ou saldo migratório no período

Obs: Este método só pode ser considerado satisfatório onde houver registros de nascimento e óbitos confiáveis e estatísticas fidedignas do movimento migratório num país, uma vez que não é considerado movimento migratório entre estados, municípios e cidades de um mesmo país.

33

B) Crescimento Aritmético

No processo aritmético admite-se que a população varia linearmente com o tempo.

No gráfico, representa-se as datas de vários censos no eixo das abscissas (x) e os correspondentes valores da população no eixo das ordenadas (y).

Admitindo-se duas populações conhecidas em épocas t1 e t0, temos:

Gráfico 5.3 - Representação gráfica do crescimento aritmético

� Taxa (razão) de crescimento no período (r)

Considerando o crescimento como taxa constante

∫∫∫ ==⇒= 111

0

..t

t

t

t

P

P oo

dtrdtrdPrdt

dP

logo: )( 11 oo ttrPP −=− =>

� População (P) numa época qualquer (t): P(t)

).( oo ttrPP −=−

portanto:

)()( 0ttrPtP o −+=

Equação 5.8

o

o

tt

PPr

−−

=1

1

34

C) Crescimento Geométrico

No processo geométrico considera-se que os logaritmos da população venham a variar linearmente com o tempo.

No gráfico da figura 5.4, em papel mono-logaritmo, representa-se as datas dos vários censos em abscissas e os logaritmos dos valores da população correspondente no eixo das ordenadas.

Gráfico 5.4. Representação gráfica do crescimento geométrico.

� Taxa (razão) de crescimento no período

Considerando para iguais períodos de tempo, crescimento constante.

Pqdt

dPq

dtP

dP

.=⇒=

logo

⇒= ∫∫1

0

1

.t

t

P

Pdtq

P

dPo o

o

tt

PPq

−−

=1

1 lnln

Equação 5.9

Obs:

=−

0

101 lnlnln

P

PPP

� População (P) numa época qualquer (t): P(t)

).(lnln oo ttqPP −=−

35

portanto:

)(.)( ottqo ePtP −=

Equação 5.10

CURVA LOGÍSTICA

A representação gráfica é uma curva em forma de S (figura 5.5), denominada logística, na qual as populações Po, P1 e P2 (três últimos censos, eqüidistantes no tempo – facilita a resolução do sistema), devem obedecer as condições 210 PPP << e 20

21 .PPP > .

Gráfico 5.5 - Traçado de uma curva logística.

Podemos considerar o crescimento logístico, pela expressão:

).( PPfdt

dPs=

Integrando vem:

btas

e

PP ++

=1

Equação 5.10

onde: (P): população num determinado ano.

(a e b): parâmetros da curva.

(e): 2,7182818

População

Ps2

Ps

Tempo ( ano)

36

212

202

1210 )(...2

PPP

PPPPPPP

os −

+−=

Obs: (a): a relação a/b é o tempo contado a partir da origem em que se dará a inflexão

da curva (mudança no sentido da curvatura). A população correspondente a esse tempo é sP /2.

−=o

os

P

PPa ln

Equação 5.10

(b): é a razão de crescimento da população

−−

=).(

).(ln.

1

1

1

os

so

PPP

PPP

db

Equação 5.10

onde d = t1-t0 = t2-t1;

Considerando:

t: época contada a partir de to, sendo:

t’: ano no qual devemos estimar a população;

to: ano do primeiro censo;

Temos: t = t’-to

TENDÊNCIA DA CURVA

Num sistema de coordenadas ortogonais, representa-se no eixo das abscissas os diversos anos para os quais se dispõe dos valores populacionais e estes no eixo das ordenadas, isto em escalas convenientes.

A curva traçada na figura 5.6, em linha contínua, caracteriza o crescimento populacional ocorrido até o último censo, e a linha tracejada corresponde ao prolongamento observando a tendência de crescimento.

Como se observa, é um processo simples, porém a estimativa pode variar de pessoa para pessoa.

37

Gráfico 5.6 - Curva de crescimento numa cidade.

COMPARAÇÃO GRÁFICA

O prolongamento do crescimento de uma determinada cidade pode ser utilizado como elemento auxiliar. As cidades escolhidas, além de possuírem características análogas, devem ter população superior à da cidade em estudo. Pressupõe que esta venha a ter um desenvolvimento semelhante às outras quando possuíam a mesma população.

Marcam-se em um mesmo gráfico (figura 5.7) a população da cidade em estudo (A) e das outras maiores que ela (B,C e D). A partir do ponto de “referência” (dado mais recente), translada-se (desloca-se paralelamente) às curvas das cidades maiores (B’,C’ e D’).

Através de várias curvas, traça-se uma média de previsão (A´) para a cidade em estudo.

Gráfico 5.7 - Previsão gráfica do crescimento de uma comunidade em comparação com o

crescimento de outras semelhantes maiores.

38

POPULAÇÃO FLUTUANTE

Em certas cidades, além da população residente, devem ser considerados os afluxos maciços de pessoas, em determinados períodos (curtos período), como por exemplo em período de férias ou de fins de semana, em cidades balneárias ou em estância climáticas e hidrominerais.

A estimativa da população flutuante futura é bem mais complicada, em face de fatores, tais como: potencial turístico, crescimento econômico das cidades cujos habitantes utilizam a localidade, etc.

Observação:

diahablqm ./100= (na falta de dados)

CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE A PREVISÃO DA POPULAÇÃO

♦ Não se deve procurar em certos domínios do conhecimento humano, maior

positividade do que a que esses domínios comportam (Aristóteles);

♦ Estes métodos são recomendados para períodos curtos de 1 a 20 anos;

♦ Os métodos estão sujeitos a desvios, e se isto acontecer, devemos reajustá-los;

♦ Ao invés de fazer previsões futuras em termos de pontos, podemos definir faixas de

valores;

♦ Recomenda-se que se seja verificado “periodicamente” qualquer método que tenha

sido usado e ajustando as informações mais recentes (se precisar), por exemplo,

fornecidas por um novo censo.

5.8. DISTRIBUIÇÃO DEMOGRÁFICA (HABITANTES / ÁREA)

Para as redes de água e esgoto é importante saber como as futuras populações se distribuirão sobre a área da cidade. Na ocupação da área urbana devemos considerar as áreas parciais, levando em conta as condições topográficas, facilidades de expansão, preço de terrenos, planos urbanísticos, zoneamento, facilidades de transporte e comunicações, hábitos e condições sócio-econômicas da população e infra-estruturas, etc.

Os Planos Diretores e Leis de Zoneamento disciplinam o desenvolvimento urbano e permitem que se avalie a ocupação máxima de cada setor (situação de saturação); pode-se a partir daí aplicar um modelo de crescimento adequado para se fazer à evolução da população.

39

5.9. ÁREA A SEREM ABASTECIDAS; EXPANSÃO URBANA

A medida que a população cresce, a área urbana também se expande, o que deve ser levado em conta nos projetos dos sistemas de água e que é um dos fatores da importância do planejamento da expansão urbana. Assim, o projeto do sistema de distribuição de água deverá prever a expansão da rede e do sistema de reservatórios.

5.10. VAZÕES DE DIMENSIONAMENTO DAS PARTES PRINCIPA IS DE UM SISTEMA DE ÁGUA

Um sistema de água é formado, em geral, pelas seguintes partes:

♦ Captação (superficial ou subterrânea);

♦ Estação de bombeamento;

♦ Estação de tratamento;

♦ Reservatórios de distribuição;

♦ Tubulações interligando essas obras, chamadas adutoras;

♦ Rede de distribuição;

A disposição apresenta-se segundo o esquema da figura 5.8.

Figura 5.1 - Esquema de abastecimento de uma cidade

O dimensionamento dessas diversas partes, deve ser feito para as condições de demanda máxima, para que o sistema não funcione com deficiência durante algumas horas do dia ou dias do ano.

As obras à montante do reservatório de distribuição devem ser dimensionadas para atender a vazão média do dia de maior consumo do ano. Obviamente a rede de distribuição deve ser dimensionada para maior vazão de demanda, que é a hora de maior consumo do dia de maior consumo. A função principal do reservatório de distribuição é receber uma vazão constante, que é a média do dia de maior consumo e servir de volante para as variações horárias.

40

EXERCÍCIOS

1 ) O gráfico a seguir descreve o crescimento populacional de certo vilarejo desde 1910 até 1990. No eixo das ordenadas, a população é dada em milhares de habitantes.

1.a) Determinar em que década a população atingiu a marca de 5.000 habitantes;

1.b) Observe que a partir de 1960 o crescimento da população em cada década tem se mantido constante. Suponha que esta taxa se mantenha inalterada no futuro, determine em que década o vilarejo terá 20.000 habitantes.

2 ) Uma cidade registrou uma população de 111.000 habitantes no censo de 1990 e 171.000 pessoas em 2000. Estimar a população no dia 1o de julho do 5o período intercensitário e no mesmo dia para o 9o ano do período pós-censitário pelos processos aritmético e geométrico. Admitir que os censos tenham sido realizados em 1o de abril.

3 ) Dados censitários de uma certa cidade

ANO POPULAÇÃO (HAB.)

1960 31.600

1970 36.900

1980 42.300

1990 58.500

2000 72.400

Estimar a população para o ano 2010, pelos métodos aritmético, geométrico e pela curva logística.

41

4 ) Estudo da população de uma certa cidade

Dados Censitários (população urbana)

ANO POPULAÇÃO (HAB.)

1970 4.500

1980 5.850

1990 10.490

2001 19.900

Estudar a tendência de crescimento da população (todos os métodos), para os anos 2005, 2010, 2015 e 2020, apresentando o resultado em tabela.

Fazer o gráfico população – tempo das tendências de crescimento num único “desenho” onde no eixo das abscissas marque o tempo (1cm = 10 anos) e nas ordenadas marque a população (1cm = 5.000 habitantes).

5 ) ESCOLA POLITÉCNICA (1996). Um sistema de abastecimento de água apresentou os seguintes resultados fornecidos por um medidor de vazão na saída do reservatório e das leituras dos hidrômetros domiciliares.

Mês Volumes em m 3

Números de economias m3 / econ.dia

Medidor mensal Hidrômetros bimensal

Janeiro 123.780 4.051

163.408

Fevereiro 123.808 4.070

Março 122.970 4.089

159.580

Abril 122.545 4.110

Maio 121.740 4.132

157.714

Junho 120.898 4.144

Julho 118.780 4.182

152.040

Agosto 115.128 4.198

Setembro 119.005 4.205

171.078

Outubro 121.950 4.252

Novembro 123.010 4.287

159.060

Dezembro 125.512 4.301

Produzido Consumido

42

Estudar o consumo “per capita” desse sistema:

* Número de hab./economia (amostragem): 4,3;

* Número médio de ligações elétricas (atual): 5.170

Determinar: 5.a) Número médio de econômias/mês; 5.b) População atendida (média)/mês; 5.c) População atual (em função do número de ligações elétricas); 5.d) Índice de atendimento; 5.e) Volume produzido (medido na saída do reservatório); 5.f) Volume consumido (leitura dos hidrômetros domiciliares); 5.g) Volume perdido em vazamentos; 5.h) Consumo “per capita”; 5.i) Índice de perdas.

Obs.: Completar a tabela (m3/economia.dia)

6) CETESB V.1 (1978). Uma cidade terá um sistema de abastecimento conforme esquematizado a seguir. Sua população futura, para fins de projeto, foi estimada em 45.000 habitantes. Uma indústria localizada entre o reservatório e a cidade terá um consumo diário regularizado de 2.200 m3.

Outros dados:

Consumo médio per capita anual _______200 l/dia

Coeficiente de variação diária _______ k1 =1,25

Coeficiente de variação horária _______ k2 =1,50

Água necessária para a lavagem dos filtros da estação de tratamento ___________ 4% do vol. tratado

Determinar: 6.a) A vazão média anual a ser distribuída na rede; 6.b) As vazões nos trechos: E, D, C, B e A; 6.c) As vazões em A e B, se a estação de tratamento tiver que funcionar 16 horas

por dia.

43

CAPÍTULO 6 - CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS

6.1. INTRODUÇÃO

Denomina-se captação de água de superfície para abastecimento público o conjunto de estruturas e dispositivos construídos ou montados junto a um manancial superficial, para a tomada de água destinada a um sistema de abastecimento. Entende-se por manancial superficial rio, córrego, lago e reservatório artificialmente formado onde normalmente visam assegurar a vazão necessária.

As obras de captação devem ser projetadas tendo em vista:

• o seu funcionamento ininterrupto durante qualquer época do ano;

• permitir a retirada de água para o sistema de abastecimento em quantidade suficiente ao abastecimento e com a melhor qualidade possível;

• permitir o acesso durante todo o tempo, para a operação e manutenção do sistema.

A maioria das vezes, o manancial encontra-se em cota inferior à da cidade, motivo pelo qual há necessidade do bombeamento da água. As obras de captação, nesses casos, são associadas às obras de uma estação elevatória, devendo o seu projeto dar condições ao bom funcionamento das bombas.

6.2. ALGUMAS MANEIRAS DE CAPTAÇÃO POR CISTERNAS

A cisterna tem sua aplicação em áreas de grande pluviosidade, ou em casos extremos, em áreas de seca onde se procura acumular a água de época chuvosa para a época de estiagem com o propósito de garantir pelo menos água para beber. Também podem ser utilizadas para lavagem de calçadas, pisos, veículos, regas de jardins, etc.

A cisterna consiste em um reservatório protegido (se enterrada, ter cuidado com as enxurradas), que acumula a água da chuva captada da superfície pelos telhados das edificações. A água que cai no telhado vai para as calhas, e destas, aos condutores verticais e, finalmente, ao reservatório (cisterna), Figura 6.1.

Para os locais onde há pouca mão-de-obra especializada, aconselham-se cisternas não enterradas. Deve-se abandonar as águas das primeiras chuvas, pois lavam os telhados onde se depositam a sujeira proveniente de pássaros, de animais e a poeira. Para evitar que essas águas caiam nas cisternas, pode-se desconectar os condutores de descida, que normalmente devem permanecer desligados para serem religados manualmente, pouco depois de iniciada a chuva.

Existem dispositivos automáticos que permitem o desvio, para fora das cisternas, das águas das primeiras chuvas e as das chuvas fracas, aproveitando-se, unicamente, as das chuvas fortes.

A cisterna deve sofrer desinfecção antes do uso (compostos de cloro, água sanitária, etc). A água armazenada, quando for usada para fins domésticos, deve ser previamente desinfetada (fervida ou clorada).

� Capacidade da Cisterna ( Cc )

Para se obter a capacidade da cisterna, deve-se considerar somente o consumo durante o período de estiagem.

44

Cc = n . qm . t . Onde: n => número de habitantes por família

Equação 6.1 qm => consumo por pessoa

t => tempo ( meses sem chuva )

� Superfície de Coleta

Para se determinar a água de superfície de coleta, deve-se conhecer a precipitação pluviométrica anual da região.

� Coeficiente de Aproveitamento

Para os casos de telhados, é recomendado 80 %, pois nem toda a área pode ser aproveitada.

Figura 6.1 – Corte de uma cisterna ( DACACH – 1979 ).

45

EM ENCOSTAS (SUPERFICIAL / SUBTERRÂNEA)

O aproveitamento da água de encosta é realizado através da captação em caixa de tomada. Para prevenir a poluição da água essa caixa deve ter as paredes impermeabilizadas, tampa, canaletas para afastamento das águas de chuvas, bomba para retirada da água, ser convenientemente afastada de currais, pocilgas, fossas e ter sua área protegida por uma cerca.

A caixa deve ter, além das proteções citadas: a) um ladrão telado; b) um cano de descarga de fundo provido de registro, para limpeza; c) uma abertura na tampa, que permita a entrada de um homem para fazer a limpeza. Essa abertura deve ser coberta com outra tampa e selada de preferência com argamassa fraca. Quando se constrói a proteção da fonte, deve-se ter o cuidado de aproveitar adequadamente as nascentes. É interessante que o fundo da caixa tenha uma camada de pedra britada grossa para diminuir a entrada de areia. A Figura 6.2 apresenta uma caixa de tomada por fonte de encosta.

Figura 6.2 - Caixa de tomada – Fonte de encosta ( DACACH – 1979 )

EM CURSOS D’ÁGUA COM PEQUENA VARIAÇÃO DE NÍVEL de acordo com a ESCOLA POLITÉCNICA, 1996, p.61 e 62 )

A) Partes Constitutivas

Quando a vazão a ser retirada é menor que a vazão mínima do manancial, a captação é feita a fio d’água. Quando existem períodos no ano em que essa vazão é maior, haverá necessidade da construção de um reservatório de regularização, devendo nesse caso, a vazão média do rio ser maior que a vazão a ser retirada, para permitir a regularização. Neste item, tratamos das captações à fio d’água.

46

Os esquemas das instalações são muito variáveis, dependendo das condições do rio, sua variação de nível, topografia, etc. Na maioria dos casos, as principais partes são:

� Barragem de elevação de nível: é uma barragem construída ao longo de toda a seção do curso d’água para manter o nível mínimo da água em cota tal que garanta a submergência adequada, principalmente das tomadas para as bombas, sem o que o funcionamento destas não é adequado. Esta construção, em geral de pequena altura, é muitas vezes feita com pedras (barragem de enrocamento) e algumas vezes de concreto ciclópico.

� Tomada d’água: é o conjunto de dispositivos destinados a desviar a água do manancial para os demais órgãos constituintes da captação. Pode ser uma tubulação no curso d’água ou um canal que desvia parte da água do rio para a captação.

� Dispositivos que evitam a entrada de corpos flutuan tes: os rios trazem sempre certa quantidade de corpos flutuantes como troncos de árvores, galhos, plantas aquáticas, peixes, etc. Para evitar a entrada desses materiais, é construído um gradeamento grosseiro, com estacas de madeira ou concreto à entrada das tomadas. O espaçamento entre as estacas é de 10 a 15 cm. Quando necessário, já dentro do canal são colocadas grades com menor espaçamento (5 a 2,5 cm), de ferro ou alumínio para a retenção de materiais menores ainda. Quando a tomada d’água é feita por tubos usa-se crivos na entrada.

� Dispositivos para a retenção de areia: muitos cursos d’água trazem uma quantidade muito grande de areia em suspensão, que não devem ir para o sistema. A retenção da areia é feita em decantadores, que são estruturas onde a água passa com velocidade reduzida havendo um processo de sedimentação, na qual fixa-se um diâmetro acima do qual deseja-se remover. Esses dispositivos são chamados de desarenadores ou simplesmente caixas de areia.

� Dispositivos de controle: para controlar o fluxo e permitir a operação do sistema, são utilizadas comportas e válvulas que permitem fechar a passagem da água.

� Canais e tubulações de interligação: as diversas partes da captação são ligadas por canais ou tubulações.

A Figura 6.3 mostra um esquema típico de captação superficial, com todas essas partes constitutivas.

47

Figura 6.3 – Captação superficial e suas partes constitutivas Fonte: Escola Politécnica

B) Fases do Projeto

1) Seleção do Manancial

A escolha do manancial se constitui na decisão mais importante na implantação de um sistema de abastecimento de água. Considerar:

∗ Garantia de fornecimento da água em quantidade (vazão mínima) e qualidade (condições de tratamento) desejadas. Deve ser feita retirada de amostras para exame físico-químico e bacteriológico.

∗ Proximidade de consumo.

∗ Ter locais favoráveis à construção da captação.

∗ Atenção especial deve ser dada ao problema de transporte de sólidos pelo rio.

A seleção é feita mediante o estudo técnico e econômico comparativo entre as diversas alternativas viáveis. Nem sempre o manancial mais próximo da cidade será a melhor solução.

2) Estudos Hidrológicos

É necessário conhecer o regime de vazões e a variação da cota do nível d’água, o que é feito com os estudos hidrológicos, que avaliará para o período de retorno adequado à garantia do fornecimento, a vazão mínima do manancial. Também as vazões de enchente deverão ser avaliadas, tendo em vista, a construção de barragem de elevação

Caixa

Caixa

48

de nível e o problema da inundação da área. Eventualmente, algumas medidas de vazão devem ser feitas.

3) Seleção do Local

Uma vez escolhido o manancial os possíveis locais são selecionados mediante uma criteriosa inspeção local para o exame da possibilidade da implantação da obra. Nesta fase, a tirada de fotografias ajuda muito a elaboração de projeto.

Alguns cuidados fundamentais devem ser observados, como por exemplo:

� Evitar locais sujeitos a formação de bancos de areia (recomenda-se locais em trechos retos ou em margens côncavas);

� Evitar locais com margens instáveis;

� Local à salvo de inundações, garantia de acesso todo o tempo;

� Condições topográficas e geotécnicas favoráveis.

4) Levantamento Topográfico e Sondagens do Terreno

Fazer o levantamento topográfico planialtimétrico e cadastral da área que permita selecionar o melhor local.

Deverão ser executadas sondagens à percussão, para se conhecer o subsolo e sua resistência, para o projeto das fundações.

5) Elaboração do Esquema Geral

Uma vez de posse da planta topográfica da área (escala 1:200 ou 1:100), deverá ser feito um esquema geral das instalações em escala, com planta e cortes longitudinais e transversais.

EM MANANCIAIS COM GRANDE VARIAÇÃO DE NÍVEL

A tomada d’água é feita por torres de tomada, ou poços de derivação, que possibilitam a coleta de água em diversas profundidades.

Em reservatórios e lagos a água de melhor qualidade se encontra afastada das margens, pois na superfície existe a possibilidade de formação de algas que conferem gosto e cheiro à água, devendo a tomada ser feita sempre a uma certa profundidade. Por outro lado, as camadas inferiores podem conter muita matéria orgânica em decomposição. Por esses motivos, nos reservatórios os dispositivos de tomada devem possibilitar a captação em diversas profundidades.

As figuras 6.4 Torre de tomada e poço de derivação situadas às margens do curso d’água, mostram a captação em diversos níveis de profundidade, segundo DACACH (1979).

Exemplos:

49

Figura 6.4 – Captação em diversos níveis de profundidade.

Observações:

A torre de tomada fica sempre envolvida pela água. O nível desta internamente acompanha as flutuações do nível externo.

A torre é provida de várias tomadas, no mínimo duas, situadas em níveis distintos. Fica aberta a mais próxima da superfície, a fim de dar acesso à água de melhor qualidade.

O ingresso da água no interior da torre através de cada tomado é permitido ou interrompido graças a uma válvula (registro) ou comporta, comandada por um volante ou pedestal de manobra situado no piso superior. Neste também podem ficar instalados os conjuntos elevatórios.

EM RESERVATÓRIOS DE REGULARIZAÇÃO São construídos quando a vazão média da demanda durante certos períodos de tempo

for superior à vazão do rio mas, a vazão média anual do rio é superior à esse valor. Em última análise o reservatório de acumulação acumula a água durante os períodos de chuvas para fornecer durante as estiagens.

50

As barragens que formam esses reservatórios são em geral, de grande porte e o seu dimensionamento é feito a partir do volume útil que deve ser armazenado. Esse volume é calculado a partir dos hidrogramas do curso d’água e da vazão de demanda.

EM CANAIS de acordo com DACACH (1979).

A) De Regularização

Há riachos de pequena largura que correm em leito de terra e que apresentam durante o estio uma lâmina d’água de altura reduzida.

Para o aproveitamento desses cursos d’água, pode-se empregar um canal de regularização. Sua finalidade, como o nome diz, é uniformizar o leito numa determinada extensão do curso d’água, através de um revestimento de alvenaria de pedra ou concreto, permitindo assim que se lance mão de um recurso para elevar o nível d’água (Figura 6.5 e 6.6).

Pedras à jusante para elevar o nível da água.

Figura 6.5 – Pedra à jusante para elevar o nível da água

Figura 6.6 - Parede à jusante para elevar o nível d’água

51

B) De Derivação

O canal de derivação nada mais é, como o nome diz, do que o desvio parcial das águas de um rio a fim de facilitar a tomada (Figura 6.7)

O excesso de água retorna ao rio pela parte oposta do canal.

Na entrada do canal geralmente é instalada uma grade para reter o material grosseiro em suspensão, pode ser provido de uma caixa de areia ( item 6.3 ).

Figura 6.7 – Captação com canal de derivação

6.3. DIMENSIONAMENTO CAIXA DE AREIA

A areia em suspensão, em quantidades excessivas, pode causar prejuízos às instalações – erosão, depósitos e entupimentos – e danificar bombas e instalações mecânicas.

52

As caixas de areia em geral são construídas junto a tomada de água, antes do bombeamento ou da adução, e em duas unidades, de maneira que uma delas possa ser isolada periodicamente para retirada da areia.

O que geralmente se deseja é que haja sedimentação de areia grossa, com diâmetro igual ou superior à 0,2mm e que a 10o C tem velocidade de sedimentação de 2cm/s.

Para que essa operação de limpeza sem a interrupção do funcionamento do sistema seja possível, deverão existir comportas na entrada e na saída de cada câmara.

Para se obter as dimensões da caixa de areia (comprimento C, largura L e altura H), deve-se considerar:

• Para evitar que curtos-circuitos reduzam a eficiência, as caixas de areia devem ser compridas; sugere-se a relação C/L ≥ 4.

• Sugere-se ainda que a velocidade (horizontal) seja V ≤ 0,3 m/s.

• A largura L deve ser tal que possibilite facilidades de construção e operação, no mínimo 0,5m.

• Finalmente, as dimensões devem ser compatíveis com o terreno disponível e com a topografia.

Para compensar a turbulência na entrada e na saída da caixa de areia, dá-se uma folga no comprimento entre 30% a 50%.

Recomenda-se que cada unidade seja dimensionada para a vazão total.

A velocidade de sedimentação crítica (Vc) da partícula nada mais é que a taxa de aplicação dada em m3/m2.dia.

POÇO DE SUCÇÃO – Segundo a ESCOLA POLITÉCNICA (1996).

Para o projeto do poço e tubulação de sucção deverão ser observadas as seguintes recomendações:

� No caso das bombas não trabalharem afogadas, deverá haver na extremidade inferior da tubulação de sucção, uma válvula de pé para evitar o retorno da água quando a bomba parar e, em qualquer caso, um crivo para evitar a entrada de materiais estranhos para dentro da bomba.

� A submergência mínima da entrada da água será de 3 vezes o diâmetro para evitar a formação de vórtice e a entrada de ar na bomba. Esse valor é medido acima da flange da válvula de pé e crivo.

� A tubulação deve ser ligada à bomba por meio de uma redução excêntrica, para evitar ponto alto onde possa haver acúmulo de ar.

� A velocidade na sucção não deverá ser superior a 1,5 m/s.

� A válvula de pé deve estar a uma distância mínima de 0,5D do fundo do poço. O afastamento das paredes em relação à tubulação deve ser de no mínimo 1,5D.

As figuras 6.8 e 6.9 representam essas recomendações:

53

Figura 6.8 – Planta de um poço de sucção.

Figura 6.9 – Corte de um poço de sucção.

54

NPSH (D) : NET POSITIVE SUCCION HEAD. D → DISPONÍVEL

É a energia disponível que possui o líquido (água) na boca de sucção da bomba. Depende da instalação.

hssHgpp

DNPSH va Σ−−−= )()(γγ

Equação 6.1

pa – pressão atmosférica (leitura barométrica no local): varia com a altitude em condições climáticas.

( )

−=1000

.081,07606,13

hpa

γ

Equação 6.2

Obs: A altitude da cidade de Maringá é de 555 metros.

onde: h é a altitude em m e Pa/γ é a pressão em m.c.a. (kgf/m² / kgf/m³)

pv – pressão de vapor (varia com a temperatura da água)

Temperatura (ºC) Pv/γ (m.c.a.)

15 0,17

20 0,24

25 0,32 Tabela 6.1 – Variação da Temperatura da água pela pressão de vapor

NPSH ( R ): R → REQUERIDO PELAS BOMBAS

É a energia do líquido (água) que a bomba necessita para funcionar satisfatoriamente (vencer as perdas dentro da bomba). Depende das características da bomba (fornecido pelo fabricante)

Condição para um bom funcionamento da bomba

NPSH ( D ) >>>> NPSH ( R )

Observações:

01) Se a pressão da água na sucção estiver abaixo da pressão de vapor, forma–se vapor (bolhas) que é arrastado pelo fluxo provocando ruído e vibração denominado de cavitação produzindo “pequenos buracos” nas pás do rotor.

55

02) Em geral a cavitação indica NPSH(D) insuficiente; perdas de carga excessiva na sucção, junto com baixa altura estática a redução da capacidade de bombeamento.

03) Na prática relaciona-se:

NPSH ( D ) ≥≥≥≥ NPSH ( R )+folga (mínimo=0,50 m.)

6.4. PERDAS DE CARGA NA CAPTAÇÃO

LOCALIZADAS

∑=g

Vkh

2

2

Equação 6.3

Onde: k é o coeficiente de perda localizada característica da singularidade, V é a velocidade do fluxo e g a aceleração da gravidade. Valores de k, aproximados:

Singularidade K

Redução Excêntrica 0,4

Curva de 90o 0,3

Registro de gaveta 0,3

Válvula borboleta aberta 0,3

Válvula de pé com crivo 2,0

Entrada na tubulação 0,5

Entrada no poço de sucção 1,0

Saída da caixa de areia 1,0

Comportas abertas 1,5 Quadro 6.1 – Valores da Perda de Carga Localizada em função da Singularidade

A perda de carga através das grades hg é dada por:

( )

−=g

VVChg 2

22

21

Equação 6.4

Onde: V1 é a velocidade através das grades 50% sujas e V2 é a velocidade à montante das grades, C é o coeficiente de perda de carga, que pode ser adotado como 0,7.

56

AO LONGO DAS TUBULAÇÕES

As perdas de carga ao longo das tubulações podem ser calculadas pelas seguintes fórmulas:

a) Fórmula de Hazen-Williams

87.485.1

85.1

65,10DC

QJ =

Equação 6.5

Em que J(m/m) é a perda de carga unitária, Q (m3/s) a vazão, D (m) o diâmetro e C (m0,367/s) é o coeficiente de rugosidade que depende da natureza e estado das paredes do tubo.

Recomendações:

� Escoamento turbulento de transição.

� Líquido: água a 20oC, pois não leva em conta o efeito viscoso.

� Diâmetro: em geral maior ou igual a 4”.

� Aplicação: redes de distribuição de água, adutoras, sistemas de recalque.

Alguns valores do coeficiente de rugosidade C:

Material Coeficiente de Rugosidade (C)

Ferro Fundido (usado) 100

Ferro Fundido (novo) 130

Concreto (acabamento comum) 120

PVC rígido 150

Aço Galvanizado 125

Quadro 6.2 – Valores do coeficiente de rugosidade em função do material

b) Fórmula Universal

=∆g

V

D

Lfh

2..

2

Equação 6.6

Em que ∆h (m) é a perda de carga, f é o fator de atrito, L (m) é o comprimento, v (m/s) a velocidade média, D (m) o diâmetro e g(m/s2) é a aceleração da gravidade.

57

Recomendações práticas:

• Aplicação: redes de distribuição de água, instalações hidráulico-sanitárias, sistema de bombeamento, etc.

• Velocidades: 0,50 m/s – 3,00 m/s

• Diâmetros: 50mm – 800mm.

• Número de Reynolds: 104 a 3x106.

• Fator de Atrito (f): obtido pelo diagrama de Moody ou pela fórmula de Swamee-Jain:

Equação 6.7

Para 10-6 ≤ ε/D ≤ 10-2 e 5x103 ≤ Re ≤ 108, onde ε é a rugosidade da parede

da tubulação.

Alguns valores da rugosidade absoluta equivalente ε:

Material εεεε (mm)

Ferro Fundido (velho) 3 a 5

Ferro Fundido (novo) 0,25 a 0,50

Aço Galvanizado 0,15 a 0,20

Concreto (acabamento comum) 1 a 3

PVC Rígido 0,0015 a 0,010

Quadro 6.3 – Valores da rugosidade absoluta em função do material

Exemplo:

Dados:

ε = 0,005 ( PVC )

D = 250 mm

Re = 105

Conclusão:

Pelo gráfico ( Diagrama de Moody ), temos que o fator de atrito f = 0,018.

2

9.0Re

74,5

7,3log

25.0

+

=

D

fε

58

Figura 6.10 – Diagrama de Moody

59

6.5. NÍVEIS DA ÁGUA

É feito do poço de sucção (nível de água desejável) para montante, até se chegar à cota mínima em que deve ficar o nível d’água no manancial, podendo então ser decidido se há ou não necessidade da construção de barragem de nível, por comparação com as cotas naturais do NA do rio.

No caso de condutos livres, a perda de carga pode ser calculada pela fórmula de Manning:

3

2. HM RA

I

nQ =

Equação 6.8

Onde: n é o coeficiente de rugosidade de Manning, AM a área molhada em m2 e RH o raio hidráulico em m e I é a declividade em m/m.

Alguns valores do coeficiente de Manning (n):

Material Coeficiente de Manning (n)

PVC 0,010

Manilha cerâmica 0,013

Manilha de concreto (acabamento bom) 0,013

Manilha de concreto (acabamento comum) 0,015

Quadro 6.4 – Valores do coeficiente de Manning em função do material

6.6. ASPECTOS CONSTRUTIVOS, Segundo a Escola Polité cnica (1996). TOMADA D’ÁGUA

Pode ser feita com um canal de tomada ou uma tubulação com crivo. Nesse caso, deverá haver uma lâmina d’água mínima de 3 vezes o diâmetro, acima da geratriz superior do crivo, para propiciar condições de entrada da água na tubulação (Figura 6.11).

Gradeamento Grosso: No caso do canal deverá haver na entrada um gradeamento grosso, construído de estacas de madeira ou concreto (Figura 6.12).

60

Figura 6.11 – Poço de derivação com captação em rios e lagos

Figura 6.12 - Canal de tomada

61

Figura 6.13 - Exemplo de uma captação completa

62

6.7. RIO PIRAPÓ BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO PIRAPÓ , de acordo com a SANEPAR (2003).

O rio Pirapó nasce em Apucarana e ao desembocar no rio Paranapanema apresenta um curso de 168 km. Seu maior afluente é o rio Bandeirantes, que nasce em Arapongas, e que, até sua foz, tem uma extensão de 106 km.

A bacia do rio Pirapó abrange os municípios de Maringá, Astorga, Sarandi, Marialva, Jandaia do Sul, Apucarana, Sabáudia e Mandaguari.

A bacia hidrográfica deste rio, utilizada para captação de água bruta abrange uma área de 1130 km2. As vazões do rio Pirapó até hoje, foram: mínima de 4 m3/s e máxima de 125 m3/s, portanto, suficientes, pois a demanda atual (2003) gira em torno de 1m3/s.

Dados de ocupação do solo de toda a bacia (2000):

Pastagem 7,6%

Agricultura 56%

Campo Sujo (não cultivado) 3,1%

Floresta 7,5%

Reflorestamento 0,2%

Urbano 3,4%

Outras 22,2%

Quadro 6.5 - Dados de ocupação do solo da bacia do rio Pirapó

Figura 6.14 - Localização da bacia do rio Pirapó no Estado do Paraná

Fonte: SANEPAR – 2003

63

Figura 6.15 - Bacia do Rio Pirapó

Figura 6.16 - Manancial de Captação da Cidade de Maringá:

64

DADOS DO LOCAL DE CAPTAÇÃO

• 1,5 km à montante da ponte na rodovia para a cidade de Astorga;

• 12,6 km de distância até a ETA (Maringá);

• 175 m de diferença de nível até a ETA;

• leito rochoso.

ESQUEMA DA CAPTAÇÃO

Figura 6.17 - Captação do Rio Pirapó.

Considerações:

� Paredes e abas de concreto / gabiões: devido a instabilidade das margens do rio;

� Entrada da água – contra fluxo: para evitar a entrada de galhos, troncos, etc;

� Sedimentação da entrada do poço de sucção: existe uma draga móvel para retirada do solo (lodo) e daí para o leito do rio.

Observações:

65

A falta de matas ciliares, onde áreas próximas ao rio são cultivadas com o uso indiscriminado de agrotóxicos, faz com que em épocas de chuvas mais intensas, as enxurradas “lavem” e levem o solo poluído para o rio.

Foi criado o Comitê da Bacia Hidrográfica do Rio Pirapó, composto pelos municípios da bacia, com o propósito de recuperar e preservar a mesma e assim evitar ações isoladas.

EXERCÍCIOS

1) Dada a figura do desarenador a seguir, onde v é a velocidade do fluxo (horizontal) e Q a vazão, determine:

1.a) A taxa de escoamento superficial (velocidade de sedimentação crítica – vsc) 1.b) Se as partículas (areia) que possuírem uma velocidade de sedimentação vs maior

que a velocidade de sedimentação crítica serão removidas, então determine as partículas que serão removidas, em função da entrada da partícula na caixa de areia na altura h.

2) Dados de uma caixa de areia:

Diâmetro das partículas que se desejam remover: 0,15 mm

Velocidade de sedimentação dessas partículas: 15 mm/s

Velocidade do fluxo ao longo da caixa de areia: 0,20 m/s

Comprimento = 4 x largura

Vazão = 90l/s (passando pelas duas câmaras)

Determinar: C (comprimento), L (largura) e H (altura),

66

3) Numa certa região a previsão é de 5 meses sem chuva, onde uma residência com área da projeção horizontal do telhado é igual a 70 m2 e a precipitação pluviométrica anual é de 750mm. Considerando uma família de 5 pessoas e um consumo por pessoa de 30l/dia. Determinar:

3.1-a capacidade da cisterna para atender toda a família; 3.2-a quantidade máxima de água a ser captada:

3.2.1 consumo anual de água; 3.2.2 volume captado em um ano; 3.2.3 volume aproveitado (disponível).

Obs: Verificar se a cisterna é suficiente ou não para atender a família.

67

Depósito

Torneirade bóia

Descarga

Calha

Condutor

Crivo

Cisterna

Condutor

Primeiras águas

4) A captação da água de um rio será constituída de uma canalização, destinada ao abastecimento de uma comunidade:

- População = 60.000 habitantes

- Consumo per capita diário = 150 litros

- Velocidade da água na tubulação = 0,63 m/s

- Distância do fundo do rio até a geratriz externa inferior do tubo = 0,20m

- Considerar o dia do ano de maior consumo = 1,20

- Cota do nível da água mínima do rio = 734,00 m

- Cota do fundo do rio = 733,50 m

- Espessura do tubo = 0,05 m

Verificar se existe ou não a necessidade de se construir uma barragem de nível no local da captação, calculando, se for o caso, a altura em relação ao fundo do rio, devendo a tubulação ficar totalmente submersa na água.

68

Observação:

i) Fazer o desenho (corte).

ii) Altura pedida (mínima).

5) Escola Politécnica (1996). Dimensionar a captação do esquema a seguir, considerando as seguintes condições:

Corte de um poço de sucção

69

- Cotas do rio do NA mínimo: 97,50 m; do fundo: 96,50 m; do NA máximo.: 99,50 m (evitar inundação- bomba);

- Vazão: 100 l/s;

- NPSHreq pelas bombas: 4,5 m;

- Cota do terreno: 100 m;

- Cota do eixo da bomba: 100,50 m;

- Extensão da adutora (ferro fundido novo) por gravidade: 100 m;

- Tubulação de sucção: material- ferro fundido novo e comprimento de 7,00m;

- Caixa de areia com 2 câmaras, cada uma para 100 l/s; comportas quadradas a serem dimensionadas.

Determinar: 5.a) Cota do nível da água mínimo no poço de sucção (NA4).

5.a.1) Perdas de carga na sucção (localizada e distribuída). 5.a.2) Altura geométrica de sucção.

5.b) Perdas de carga na adutora por gravidade. 5.b.1) Localizada. 5.b.2) Distribuída.

5.c) Nível da água na saída da caixa de areia (NA3). 5.d) Dimensões e perda de carga nas comportas da caixa de areia. 5.e) Nível da água na caixa de areia (NA2).

Caixa

Caixa

70

5.f) Nível da água à montante da caixa de areia. 5.g) A altura da lâmina d’água no canal de acesso. 5.h) A perda de carga na grade fina. 5.i) A cota do nível da água à montante da grade fina. 5.j) A perda de carga na grade grossa. 5.k) A cota do nível da água mínimo necessário no rio. 5.l) A altura da barragem. 5.m) As dimensões da caixa de areia.

5.m.1) Área da superfície de cada câmara. 5.m.2) Altura. 5.m.3) Comprimento da caixa.

5.n) Verificar a secção longitudinal do canal.

.

71

CAPÍTULO 7 - CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA

7.1. INTRODUÇÃO

IMPORTÂNCIA

Pode ser um manancial econômico para o abastecimento, apresentando em geral, três vantagens:

� Possibilidade de ocorrência próxima ao consumo.

� Qualidade da água, que em geral, dispensa o tratamento (menos cloração).

� Relativa facilidade de obtenção.

AS FORMAÇÕES AQÜÍFERAS

As formações aqüíferas podem ser do tipo lençol subterrâneo (aqüífero), que é uma formação permeável do terreno, cujos poros são totalmente preenchidos de água e suficientemente grandes para permitir que esta escoe através de si.

Pode ser classificado em dois tipos:

• Lençol freático: é o que se encontra sobre a primeira camada “impermeável” e cuja água fica sob a pressão atmosférica;

• Lençol artesiano: é o que se situa entre duas camadas “impermeáveis” (confinado) e cuja água sofre pressão superior à atmosférica.

Numa mesma região, pode haver mais de um lençol artesiano, todos eles situados abaixo do lençol freático.

Na maioria dos casos, as camadas que separam os lençóis subterrâneos não são estanques, a ponto de impedir totalmente a comunicação entre eles.

Nos lençóis a água percola até atingir um bolsão subterrâneo ou um curso de água, um lago ou o mar. Pode também aflorar no terreno para dar origem às fontes de encosta ou às fontes de fundo de vale.

Em síntese, as funções dos aqüíferos são:

� Reservação, e

� Condução da água.

O aqüífero GUARANI é o 2° reservatório sub terrâneo contínuo de água do mundo, estendendo-se por 4 países: Brasil (Goiás, Minas Gerais, São Paulo, Paraná , Santa Catarina e Rio Grande do Sul) Uruguai, Paraguai e Argentina.

72

Figura 7.1 – Perfil geológico mostrando os tipos de poços

ÁGUA SUBTERRÂNEA

A) Origem, segundo CETESB (1978, p.16)

A ocorrência das águas subterrâneas é conhecida através do estudo

da distribuição vertical da água nas formações geológicas situadas abaixo da superfície do solo (Figura 7.2).

A Figura 7.1 mostra um corte geológico dos diversos tipos de ocorrência de água subterrânea.

73

Figura 7.2 – Corte Geológico mostrando os tipos de zonas ocupadas pela água.

A parte superior do “solo” (normalmente porosa) onde as aberturas

estão só parcialmente ocupadas pela água é denominada de zona de aeração e a situada imediatamente abaixo, zona de saturação. A zona de saturação é a mais importante e pode ser considerada como sendo um único enorme reservatório ou um sistema de reservatórios naturais, cuja capacidade e volume total dos poros ou interstícios estão repletos de água.

A espessura da zona de saturação vai de vários decímetros a dezenas

ou centenas de metros. Os fatores que influem nessa espessura variável são: a geologia local, a porosidade e permeabilidade das formações, a recarga ou continuidade da impregnação e o movimento da água dentro da zona entre os locais de recarga e os pontos ou áreas de descarga.

B) Hidrogeologia

A avaliação da capacidade dos aqüíferos é feita através do mapeamento geológico e da sua capacidade de acumulação e de recarga, (o volume de água armazenada do aqüífero GUARANI equivale a 1609 lagos de Itaipu) que é função dos volumes precipitados que irão se infiltrar e da

74

característica do solo. Esse mapeamento é feito com o conhecimento dos perfis geológicos de poços perfurados, complementados com pesquisas de campo, exame de fotografias aéreas, etc.

Figura 7.3 - perfil geológico do Estado do Paraná.

75

7.2. FORMAÇÕES GEOLÓGICAS E SUAS POSSIBILIDADES AQÜ ÍFERAS

ROCHAS ÍGNEAS

Também conhecidas como rochas do cristalino, possuem estrutura maciça. A presença de água está condicionada à existência de falhas, fissuras ou fendas.

ROCHAS ERUPTIVAS

São de origem vulcânica, exemplo os basaltos.

ROCHAS SEDIMENTARES

� Calcáreos : são geralmente maciços e impermeáveis. Como são solúveis à ação da água, podem formar cavernas, condutos subterrâneos, que aflorando, produzem fontes.

� Folhelhos : resultam da consolidação de argilas, geralmente impermeáveis, e atuam como camada confinante de aqüíferos.

� Arenitos : proveniente da consolidação de areia por um cimento qualquer (sílica, carbonato, etc.).

� Conglomerados : são misturas heterogêneas de pedregulho consolidado. A capacidade aqüífera depende do material de cimentação e de enchimento.

ROCHAS METAMÓRFICAS:

Resultam da transformação de rochas ígneas e sedimentares devido principalmente à ação do calor e da pressão. Exemplo: gnaiss, mármore, etc...

7.3. PESQUISAS ANTES DE SE DECIDIR PELA ABERTURA DE UM POÇO

CONHECIMENTO DA REGIÃO, segundo a Escola Politécnica, (1996).

• Levantamento de poços, se existirem, na região, caracterizando: profundidade, testes de vazões, localização e características geológicas.

• Estudos existentes sobre a ocorrência de água subterrânea, gerais e específicas para a área.

• Mapas geológicos da área.

• Exame de fotografias aéreas.

• Para os trabalhos de maior porte e responsabilidade, podem ser feitos estudos sismográficos do sub-solo.

• Para maior certeza, deve ser aberto um ou mais poços piloto, que é um poço de pequeno diâmetro de menor custo. O objetivo e a identificação das camadas geológicas e avaliação da capacidade dos aqüíferos. Esse procedimento é feito quando o porte da demanda justificar este investimento.

• Para avaliação de recarga de mananciais subterrâneos: estudo das precipitações na área em que o aqüífero aflora.

76

7.4. HIDRÁULICA SUBTERRÂNEA, segundo CETESB, (1978) .

INTRODUÇÃO

A quantidade de água que um poço tubular profundo pode fornecer, depende das características geológicas do local que influenciam na capacidade de armazenamento . Esta, por sua vez, depende da porosidade e da vazão específica de circulação da água no aqüífero. Por isso, a produção de água só pode ser estimada a partir de estudos hidrogeológicos ou pela observação de registros operacionais de poços existentes na região.

A) Porosidade (p v)

Porosidade de uma formação aqüífera é a parte do seu volume ocupada pelas aberturas e poros, ou a percentagem do volume da rocha ocupado pelos vazios. É um índice da quantidade de água que pode ser armazenada no material saturado.

Equação 7.1

Observações:

01.) A porosidade é tanto maior quanto maior for o número e dimensões dos poros. Depende pois do tamanho, uniformidade e arrumação dos grãos que compõe o material;

02.) Quando a granulometria do material é uniforme, a porosidade é maior que em se tratando de partículas de tamanhos diferentes, pois neste caso, as menores ocupam os vazios deixados pelas maiores.

03.) Valores em percentagem da porosidade de alguns materiais:

Material pv Argila (50%)

Silte (45%)

Areia grossa (35%)

Areia fina (30%)

Arenito (15%)

Calcáreo (5%)

Quadro 7.1 – Porosidade de alguns materiais

Note que a argila e o silte possuem alta porosidade, portanto podem receber maior quantidade de água.

(%)100.totalVolume

vaziosdeVolumepv =

77

B) Produção Específica (Pe)

A ação da gravidade é incapaz de retirar de um material toda a sua água de saturação, já que uma parcela desta fica retida nos interstícios devido à atração molecular da película que envolve os grãos.

A produção específica de um material granular é justamente a percentagem de sua água de saturação que se liberta pela ação da gravidade.

Exemplos:

Equação 7.2

Material ep

Pedregulho (25%)

Areia (15%)

Argila e silte (4%)

Quadro 7.2 – Valores de produção específica em função do material

Observação: a argila tem grande porosidade (elevada percentagem de vazios), mas possui uma reduzida produção específica, portanto não é a melhor opção para poços.

C) Retenção Específica ( re)

A retenção específica, também expressa em percentagem, é a parcela de água de saturação que não consegue se libertar sob a ação da gravidade. É, portanto, a diferença entre a porosidade e a produção específica.

A retenção específica é tanto maior quanto menor for o tamanho das partículas, pois assim sendo será maior a superfície total das mesmas e, conseqüentemente, também maior será a ação molecular de retenção da água.

eve ppr −=

Equação 7.3

D) Permeabilidade

É a capacidade de um meio poroso de transmitir (circular) água.

� Coeficiente de Permeabilidade (K)

A grandeza da permeabilidade é dada pelo coeficiente de permeabilidade que, por definição, é a quantidade de água que

(%)100.totalVolume

drenadoVolumee

p =

78

passa por uma seção do material de área unitária quando a perda de carga unitária corresponde à unidade.

Para uma perda de carga unitária J, um coeficiente de permeabilidade K, uma área de seção transversal A perpendicular à direção do fluxo, uma vazão Q através da área A e considerando que o escoamento seja laminar, pela lei de Darcy, temos:

( )m/

hA

.J

A.

J

A.

J

A.

J

QQQQKKKK =

Equação 7.4

K ( cm/seg ) Material Característica de escoamento

1 a 100 Pedregulho limpo Aqüíferos bons

0,001 a 1 Areias limpas, misturas de areias limpas e pedregulhos Aqüíferos bons

10-7 a 10-3 Areias muito finas, siltes, mistura de

areia, silte e argila, “till”glacial, argilas estratificadas

Aqüíferos pobres

10-9 a 10-7 Argilas não alteradas Impermeáveis

Quadro 7.3 - Coeficientes de permeabilidade de materiais (k) segundo A. Casagrande

� Coeficiente de Transmissividade (T)

É a capacidade do aqüífero de transmitir água, ou seja, é a vazão de água que escoa numa faixa de espessura e.

/h)(m2K.eT =

Equação 7.5

7.5. CARACTERÍSTICAS DOS POÇOS PROFUNDOS

HIDRÁULICAS ( figura 7.4 ). Segundo a CETESB (1978).

Nível estático : é o nível de equilíbrio da água no poço quando não está sendo bombeada, nem sofrendo a alteração de um bombeamento anterior ou que se processe nas mediações.

Nos poços freáticos, o nível estático corresponde ao nível do lençol.

Nos poços artesianos, o nível estático situa-se sempre acima do nível do lençol e mesmo acima do nível do terreno quando o poço é jorrante.

79

Nível dinâmico : é o nível no poço quando está sendo bombeada, ou sofrendo a ação de um bombeamento anterior, ou que se processa nas mediações.

Em qualquer poço, o nível dinâmico fica abaixo do nível estático, portanto mais baixo quanto maior for a vazão de bombeamento.

O nível dinâmico de maior importância é o que corresponde à vazão a ser fornecida pelo poço (vazão de projeto). Sua determinação constitui um dos aspectos importantes da hidráulica dos poços.

Regime de equilíbrio : é aquele em que o nível dinâmico fica estacionário depois de determinado tempo de bombeamento, por tornar-se a vazão do poço igual à da bomba.

Abaixamento ou depressão de nível : é a diferença de cotas entre o nível estático e o nível dinâmico de um poço. Para determinada vazão de bombeamento, o abaixamento do nível dinâmico de equilíbrio é tanto maior quanto menor for a capacidade do poço, e vice-versa.

Cone de depressão ou superfície de depressão : nos poços freáticos é a superfície que resulta da depressão do nível do lençol em decorrência de bombeamento. Sua forma aproximada é a da superfície lateral de um troco de cone invertido, cuja base menor é a seção do poço na posição do nível dinâmico.

Nos poços artesianos, a curva de depressão é imaginária e constitui o lugar dos pontos piezométricos que sofrem depressão em decorrência de bombeamento.

A superfície de depressão é função da vazão de bombeamento.

Curva de depressão : é a curva resultante da intersecção da superfície de depressão com um plano vertical que passa pelo eixo do poço.

Zona de influência : é toda a zona abrangida pela superfície de depressão de um poço. É tanto maior quanto maior for a vazão de bombeamento.

Qualquer outro poço que seja aberto nessa zona de influência, ficará com seu nível d’água prejudicado, em decorrência do bombeamento do primeiro, depressão essa tanto maior quanto mais próximos ficarem um do outro.

Raio de influência : é a distância do centro do poço até o limite do cone de depressão. É maior para os poços artesianos que para os poços freáticos.

80

Figura 7.4 – Algumas características dos poços profundos

DO ESCOAMENTO DE ÁGUA PARA POÇOS, de acordo com a CETESB, V.1 (1978, p.151)

A) Considerações para a fórmula de G. THIEM

a) Camada aqüífera homogênea, isotrópica (mesmas propriedades físicas em todas as direções) e infinita;

b) O poço penetra em toda a espessura do aqüífero;

c) Coeficiente de permeabilidade constante (K);

d) Fluxo laminar;

e) Linhas de fluxos radiais;

f) Nível dinâmico equilibrado com bombeamento à vazão constante;

e) Existência de poços de observação, para medida dos abaixamentos do nível piezométrico ou do próprio lençol.

B) Poços Freáticos

A Figura 7.5 mostra um poço freático e dois poços de observação.

Sendo:

Qb: vazão de bombeamento (m3/h);

K: coeficiente de permeabilidade do aqüífero (m/h);

H: espessura do aqüífero (m);

h1 e h2: abaixamento verificado em poços de observação distanciados de r1 e r2, respectivamente, do poço de bombeamento (m);

81

ho: abaixamento do poço de bombeamento (m);

ro: raio do poço de bombeamento (m);

R: raio de influência (m).

Figura 7.5 – Um poço de bombeamento e dois poços de observação

Temos:

∗ Poço de bombeamento e dois poços de observação (1) e (2)

Equação 7.6

∗ Poço de bombeamento (0) e um poço de observação (2)

1

2

2

1

2

2

rr

log . 2,3

)h(H )h(H.π.bQ

−−−Κ=

82

Equação 7.7

Se (2H-h0)>h0, pode-se dizer que Q varia aproximadamente com ho. A relação entre a vazão Q e o abaixamento ho define a chamada vazão específica do poço, ou seja, a vazão por unidade de abaixamento (m3/h.m).

Devido às diferenças de permeabilidade, a vazão específica de um poço não pode ser aplicada a outros. Também não pode ser generalizada para qualquer abaixamento num mesmo poço.

Considerando a proporcionalidade entre o raio de influência e a vazão, isto é, R=cQ, a fórmula anterior, quando h2=0 e r2=R, exercício nº 02 proposto, pode ser escrita da seguinte maneira:

Equação 7.8

Esta fórmula permite resolver alguns problemas de poços freáticos, mediante medições de abaixamento e vazões diferentes realizadas no próprio poço, sem necessidade de perfurar poços de observação.

C) Poços Artesianos

A figura 7.6 mostra um poço artesiano e dois poços de observação.

∗ Poço de bombeamento e dois poços de observação (1) e (2)

Equação 7.9

∗ Poço de bombeamento (0) e um poço de observação (2)

Equação 7.10

0

2

2

0

2

2

rr

log . 2,3

)h(H )h(H.π.bQ

−−−Κ=

0

0

0

rcQ

log . 2,3

)h2H (h . π.

bQ −Κ=

1

2

21

rr

log . 2,3

)hh(H.2.π.bQ

−Κ=

0

2

20

rr

log . 2,3

)hh ( H . 2.π.bQ

−Κ=

83

Figura 7.6 – Um poço de bombeamento e dois poços de observação

CONSTRUTIVAS

� Métodos de Perfuração de Poços

� Por percussão, de acordo com a CETESB V.1 (1978).

É o mais simples. Requerem menos conhecimento técnico, aplicam-se em qualquer tipo de terreno (solo) e exigem pouca água durante a perfuração.

Consiste:

• Na suspensão e queda de um jogo de ferramentas com pequeno movimento giratório.

• Em romper ou esmagar a rocha com adição de um lubrificante (água), através de uma peça de impacto chamada trépano.

• Numa caçamba que contém uma válvula retentora na sua parte inferior, com a finalidade de retirar a lama.

• Numa haste com a função de comunicar um peso adicional ao trépano.

• Em revestir o poço com um tubo auxiliar de aço ou PVC com diâmetro maior que o diâmetro definitivo do poço, isto quando, o solo não é consolidado, como por exemplo, o síltico argiloso, com a finalidade de evitar desmoronamento.

• Na retirada da tubulação auxiliar (após a perfuração do poço), onde será adicionada no local uma argamassa de cimento e areia.

• A figura 7.7 mostra uma representação esquemática de uma perfuratriz percussora.

84

Figura 7.7 – Perfuratriz percussora ( CETESB – V1 1978 )

Obs.: A eficiência deste método é limitada, pois depende da resistência da rocha, do peso dos jogos das ferramentas, do número de batidas por minuto, do diâmetro do trépano e da espessura da camada de lodo acumulada.

� Hidráulico rotativo

Exigem maiores conhecimentos do operador; requerem muita água durante a operação; levam vantagens em terrenos de rocha mais branda, e são rápidos em terrenos sedimentares.

85

Consiste:

� Em perfurar por meio de brocas presas nas extremidades inferiores das hastes, que vão cortando o terreno.

� De uma haste quadrada vazada (oca), deslizável através do “carro” que imprime o movimento rotatório à haste, por onde o fluido (água) é injetado por uma bomba para sair pelas aberturas da broca, elevando-se a seguir pelo espaço anular que se forma entre a haste e as paredes do poço até chegar novamente na bomba.

� Em remover os fragmentos por meio de circulação de lama que ajuda a limpar e resfriar a broca contendo três grupos de rodas dentadas, chamada de tricone (um tipo de broca).

� Em provocar uma pressão pela lama ao longo do poço evitando um provável desmoronamento da parede do poço.

� Num peso adicional logo acima da broca com a finalidade de ajudar na verticalidade e alinhamento do poço.

� Em aumentar o comprimento do conjunto de hastes à medida que o poço vai sendo perfurado.

� Em observar durante a perfuração a camada mais permeável através da entrada de água no poço.

� Num filtro que deverá ser colocado na camada mais permeável com o objetivo de impedir ou dificultar a entrada de areia no poço.

� Num pré-filtro composto de uma camada de pedras colocadas ao longo do poço menos na cimentação (próximo da superfície). No mínimo esta camada deverá ficar entre o tubo-filtro e a parede do poço.

� Na retirada as ferramentas após a conclusão da perfuração e na instalação dos tubos e filtros.

� A figura 7.9 mostra uma representação esquemática de uma perfuratriz rotativa.

Figura 7.9 - Perfuratriz rotativa ( CETESB – 1978)

Obs.: O circuito do fluido renova-se continuamente no decorrer da perfuração. No seu movimento ascendente, a lama arrasta os fragmentos de rocha que irão sedimentar numa escavação feita ao nível do terreno.

E scavação (d epó s ito d e fragm en to s)

86

� Roto-pneumático

Utiliza o ar comprimido como fluido de perfuração em lugar da lama.

O ar circula através da haste de perfuração, sai pelos orifícios da broca e sobe pelo espaço anular.

A movimentação do ar em alta velocidade pelo espaço anular arrasta os fragmentos para a superfície ou os faz penetrar nas fendas das rochas.

As máquinas rotativas construídas para esse tipo de trabalho são normalmente equipadas com uma bomba convencional de lama, além de um compressor de ar de alta capacidade.

As brocas e roletes, como os utilizados na perfuração com lama, podem ser aplicados, também, neste caso.

A velocidade de penetração, em muitos tipos de rochas, é mais rápida que quando se empregam outros métodos.

A vantagem prática do método é que o sondador pode observar quanta água vem saindo junto com os fragmentos à medida que o poço se aprofunda.

Observações práticas:

1) A capacidade do poço é feita através de teste de bombeamento usando um tambor com capacidade conhecida. Exemplo: 220 litros e o tempo para enchê-lo.

2) Um poço rochoso não tem filtro. A água entra pelas fraturas da rocha.

3) O diâmetro do poço é em função da vazão e da bomba a ser acomodada.

INTERFERÊNCIA ENTRE POÇOS

Há interferência entre dois poços em bombeamento, quando as suas zonas de influência coincidem parcialmente.

Na prática, procura-se determinar a distância mínima (d) que deve existir entre dois poços fazendo:

� mesma vazão

� h2 = 0 (exercício 02)

� r2 = R (raio de influência)

87

Figura 7.10 – Interferência de Poços

Utilizando as fórmulas de Thiem, tanto para poços freáticos como artesianos, obtém-se os valores de R. Portanto:

d ≥ 2R

Equação 7.11 INSTALAÇÃO, MONTAGEM E DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO ELEVATÓRIO

Consiste em:

� Determinar a vazão em função da curva característica do poço: vazão – rebaixamento.

� Determinar o diâmetro do poço em função do diâmetro da tubulação a qual estará acoplada a bomba.

� Verificar a verticalidade e alinhamento do poço.

� Suspender a bomba e os tubos sobre o poço através de um tripé ou um caminhão-guincho.

� Rosquear a bomba à um tubo, normalmente de ferro galvanizado de 6m de comprimento, isto ao iniciar o descimento da bomba. À medida que a bomba vai descendo o poço, vai-se rosqueando os demais tubos.

� Posicionar a bomba a uns 10,00 metros abaixo do nível dinâmico. Quando houver filtro, esta deve estar logo acima do filtro, pois a água é de melhor qualidade e tem menos matéria em suspensão.

88

POSSÍVEIS MEIOS DE CONTAMINAÇÃO DE UM POÇO E AS RESPECTIVAS MEDIDAS DE PROTEÇÃO.

a) Infiltração de águas na superfície, através do terreno, atingindo a parede e o interior do poço.

• proteção: impermeabilizar a parede até a altura mínima de três metros e construir plataforma (calçada) de concreto com um metro de largura, em volta da boca do poço;

• sabe-se que, durante a infiltração das águas de superfície no terreno, suas impurezas ficam retidas numa faixa do solo, para segurança dos poços. A construção da calçada em volta do poço visa a evitar lamaçal e impedir, também, a infiltração das águas de superfície na área.

b) Escoamento de águas da superfície e enxurradas através da boca do poço, para seu interior.

� proteção: construir uma caixa sobre a boca do poço, feita de concreto ou alvenaria de tijolos. A referida caixa poderá ser construída, fazendo-se o prolongamento externo da parede de revestimento do poço. Deverá ter altura entre 50 e 80 centímetros, a partir da superfície do solo.

c) Entrada de objetos contaminados, animais, papéis, etc, através da boca do poço.

∗ proteção: fechar a caixa da boca do poço com cobertura de concreto, deixando abertura de inspeção com tampa de encaixe.

Observação: A cidade de Maringá conta com vários sistemas independentes de pequeno porte (Poços), distribuídos em diferentes regiões da cidade que abastecem bairros periféricos.

89

PERFIL DE SOLOS E POÇOS DA REGIÃO

� Maringá, Cascavel e Londrina

Figura 7.11 – Perfil do Solo de Maringá, Cascavel e Londrina

� Cianorte, Paranavaí, Nova Esperança, Cruzeiro do Sul e Astorga

Figura 7.12 – Perfil do Solo de Cianorte, Paranavaí, Nova Esperança, Cruzeiro do Sul e Astorga

90

� Umuarama

Figura 7.13 – Perfil do Solo de Umuarama

Observação: Em Santa Izabel do Ivaí existe um poço jorrante.

91

EXERCÍCIOS

01) CETESB, V.1 (1978) Um lençol freático esquematizado na figura a seguir, com espessura média de 2,00m, perfura-se dois poços situados a uma distância de 30m um do outro e ao longo da mesma linha de corrente. Sabendo-se que o desnível da superfície do lençol é de 1,10m, determine:

1.a) A vazão de escoamento, em m3/dia, do lençol por metro linear de largura, sendo o lençol constituído de areias limpas e pedregulho.

1.b) A vazão de escoamento, em m3/dia, do lençol por metro linear de largura, sendo o lençol constituído de uma mistura de areia, silte e argila.

1.c) O comprimento mínimo que se deveria dar a uma galeria de infiltração, a ser instalada em secção transversal as linhas de corrente, para se poder captar a vazão de 3 L/s, supondo um aproveitamento total da água em escoamento.

1.d) O coeficiente de transmissividade(T).

02) CETESB, V.1 (1978) Determine a fórmula da vazão de um poço freático para h2 = 0 e r2=R (raio de influência do poço), isto é, a vazão em função do raio de influência, do raio do poço, espessura do lençol d’água, do abaixamento do poço de bombeamento e do coeficiente de permeabilidade.

03) CETESB, V.1 (1978) Considerando que exista recarga na periferia do cone de depressão, mostre que a fórmula Q = 1,36.k ( H2 – h2 ) / ( log R/r0 ) é verdadeira para o poço freático da figura a seguir.

92

04) Considerando que exista recarga na periferia do cone de depressão, mostre que a fórmula Q = 2,72.k.e. ( H – h ) / ( log R/r0 ) é verdadeira para o poço artesiano da figura a seguir.

93

5) CETESB, V.1 (1978) Um poço freático de 300mm de diâmetro apresentou um abaixamento de 3m a uma vazão de 34m3/h. Quando bombeado a 113m3/h, o abaixamento foi de 15m. O nível estático inicial situava-se a 45m acima do fundo do poço (camada impermeável).

Determinar: 5.a) o coeficiente de permeabilidade médio do aqüífero 5.b) a vazão de bombeamento para um abaixamento de 6m. 5.c) o raio de influência para esta vazão.

H

94

CAPÍTULO 8 - SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA

8.1. INTRODUÇÃO

O tratamento de água consiste em melhorar suas características organolépticas, físicas, químicas e bacteriológicas, a fim de que se torne adequada ao consumo humano.

As águas de superfície são as que mais necessitam de tratamento, porque se apresentam com qualidades físicas e bacteriológicas impróprias, com exceção das águas de nascentes que, com uma simples proteção de cabeceiras e cloração, podem ser, muitas vezes, consumidas sem perigo.

De modo geral, a qualidade das águas de superfície varia ao longo do tempo, de acordo com a época do ano e o regime das chuvas.

As águas que possuem partículas finamente divididas em suspensão e partículas coloidais, necessitam de um tratamento químico capaz de propiciar sua deposição, com um baixo período de detenção. Este tratamento é realizado provocando-se a coagulação, floculação, decantação, filtração rápida e desinfecção (TRATAMENTO CONVENCIONAL).

Nem toda água pode ser utilizada, porque cada método de tratamento tem eficiência limitada. Sendo a poluição muito alta, a água tratada poderá não ser ainda satisfatória. Assim, por exemplo, não é possível, nem prático, tratar água de esgotos por métodos convencionais, a ponto de torna-las potável.

Convém ressaltar que existem tratamentos de esgoto onde a água resultante é usada secundariamente (reuso de água), por exemplo, em lavagem de ruas, desentupimento de galerias de águas pluviais, irrigação de jardins’, na agricultura, etc.

Um método seguro de tratamento de água para beber, onde não dispõe de outros recursos, e a água não mereça confiança é a fervura. A água fervida perde o ar nela dissolvido e, em conseqüência, torna-se de sabor desagradável. Para fazer desaparecer esse sabor, é necessário arejar (contato com o ar) a água.

Observação:

É bom lembrar que a água tem grande poder de dissolver e de carrear substâncias que é uma característica de cada região.

8.2. FINALIDADES DO TRATAMENTO DE ÁGUA

O tratamento de água visa melhorar a sua qualidade, enfocando três aspectos:

HIGIÊNICO: remoção ou redução de substâncias que prejudicam a saúde do consumidor (bactérias, vírus, protozoários, substâncias minerais e orgânicas em excesso, substâncias tóxicas ou nocivas).

ESTÉTICO: remoção ou redução de características físicas que tornam a água repulsiva ao consumidor (cor, turbidez, odor e sabor).

ECONÔMICO: remoção ou redução de substâncias que impedem a utilização da água para fins industriais (dureza, agentes corrosivos, ferro, manganês, etc).

95

8.3. AERAÇÃO E AREJAMENTO

INTRODUÇÃO

A água retirada de poços, fontes ou regiões profundas de grandes represas, pode ter ferro, manganês e outros elementos dissolvidos, ou ainda ter perdido o oxigênio em contato com as camadas que atravessou e, em conseqüência, seu gosto é desagradável. Torna-se necessário portanto, arejá-la para que melhore sua qualidade. A aeração das águas tem a finalidade de transferir substâncias voláteis da água para o ar e substâncias solúveis do ar para a água.

A aeração pode ser realizada com os seguintes objetivos:

a) Remoção de gases dissolvidos em excesso nas águas e também de substâncias voláteis, a saber:

- Gás carbônico em teores elevados que torna a água agressiva;

- Ácido sulfídrico que prejudica esteticamente a água;

- Substâncias aromáticas voláteis causadoras de odor e sabor;

- Excesso de cloro e metano, pelos mesmos motivos.

b) Introdução de gases nas águas:

- Oxigênio para oxidação de compostos ferrosos ou manganosos e;

- Aumento dos teores de oxigênio e nitrogênio dissolvidos na água.

ALGUNS TIPOS DE AERADORES segundo a CETESB, V. 2 (1 978).

A) Aeradores tipo cascata

Compreendem três ou quatro plataformas superpostas e com dimensões crescentes de cima para baixo, separadas de 0.30 a 0.50m, com uma queda total de até 2.0m.

Figura 8.1 – Aerador Tipo Cascata

96

B) Aeradores de tabuleiros

Compreendem de três a seis tabuleiros (bandejas) iguais superpostos de 0.30 a 0.70m de altura, através das quais a água percola. O primeiro tabuleiro (mais alto) serve apenas para distribuir uniformemente a água através das perfurações. Os demais tabuleiros são construídos com treliças sobre as quais são dispostos camadas de cascalho ou pedra britada que ajudam nas reações de oxidação.

Figura 8.2 – Aerador de Tabuleiros

C) Aeradores de Repuxo

Um aerador de repuxo compreende tubulações sobre um tanque de coleta de água, dotadas de uma série de bocais de aspersão. A água, distribuída uniformemente pelos bocais, sai através dos mesmos com uma velocidade alta em função da pressão inicial (carga hidráulica).

Para o caso de jato vertical, a água deixa o bocal, eleva-se até uma certa altura e cai para o tanque fazendo o percurso inverso.

D) Aeradores por Borbulhamento

Consistem, geralmente, de tanques retangulares, nos quais se instalam tubos perfurados, placas ou tubos porosos difusores que servem para distribuir ar em forma de pequenas bolhas. Essas bolhas tendem a flutuar e escapar pela superfície da água.

8.4. REMOÇÃO DE FERRO de acordo com a CETESB, V. 2 (1978, p. 38).

PRESENÇA DE FERRO

Teores elevados de ferro são encontrados com maior freqüência nos seguintes casos:

- Águas superficiais, com matéria orgânica, nas quais o ferro se apresenta ligado ou combinado com a matéria orgânica e, freqüentemente, em estado coloidal;

- Águas subterrâneas (poços, fontes e galerias de infiltração), agressivas (ph baixo), ricas em gás carbônico e sem oxigênio dissolvido, sob a forma de bicarbonato ferroso dissolvido;

- Águas poluídas por certos resíduos industriais ou algumas atividades de mineração.

97

INCONVENIENTES

Os teores excessivos de ferro nas águas apresentam vários inconvenientes:

- Mancham tecidos, roupas, utensílios, aparelhos sanitários, etc. - Causam sabor desagradável, “sabor metálico”. - Prejudicam a preparação de café e chá. - Interferem nos processos industriais (fabricação de papel, tecidos,

tinturarias e cervejarias) etc. - Podem causar depósitos e incrustações. - Podem possibilitar o desenvolvimento de bactérias ferruginosas.

PROCESSO DE REMOÇÃO

O processo utilizado para a remoção do ferro depende da forma como as impurezas de ferro se apresentam.

Para águas limpas que prescedem de tratamento químico, como águas de poços, fontes, galerias de infiltração, contendo bicarbonato ferroso dissolvido (na ausência de oxigênio), utiliza-se a simples aeração.

Se o ferro estiver presente junto com a matéria orgânica, as águas, em geral, não dispensarão o tratamento completo com aeração inicial (aeração, coagulação, floculação, decantação e filtração).

MANGANÊS

O manganês ocorre mais raramente do que o ferro, mas quando acontece, quase sempre ocorre juntamente com o ferro.

Causa inconvenientes, semelhantes ao ferro e o processo de remoção também é semelhante ao ferro, só não tão facilmente como o ferro.

8.5. TRATAMENTO DA ÁGUA

O processo de tratamento da água “in natura” ou água bruta, captada em mananciais superficiais (rios, lagos, etc) é conhecido como tratamento convencional, composto pelas etapas:

- Pré-cloração. - Coagulação / Floculação. - Decantação. - Filtração. - Desinfecção. - Fluoretação. - Correção do pH.

A) PRÉ-CLORAÇÃO

A água “in natura”, recebe ao chegar na estação de tratamento (ETA), a aplicação de produto químico (cloro), cuja função é combater a proliferação de algas, bactérias e oxidar ou reduzir a matéria orgânica.

B) COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO

98

a) COAGULAÇÃO

Geralmente as partículas coloidais presentes na água oferecem os maiores problemas quando se visa a remoção da cor e da turbidez. Isto se deve basicamente às propriedades eletrocinéticas dos colóides e também às características decorrentes da dimensão reduzida dessas partículas.

Esta fase consiste da adição do agente coagulante (primário), podendo ser: SULFATO DE ALUMÍNIO, SULFATO FERROSO, SULFATO FÉRRICO E CLORETO FÉRRICO. Estes quando aplicados na água in natura, reagem com a alcalinidade da água, formando hidróxidos e polímeros. Desta forma, as impurezas que se encontram finamente divididas e em suspensão, se transformam em flóculos que são removidos na decantação e filtração.

Observações: 1)A correção do pH é feita mediante a aplicação de composto ácido ou básico, conforme se deseja aumentar ou diminuir o valor do pH. Normalmente as águas são ácidas, devendo o pH ser elevado, o que se consegue com a aplicação de um álcalis (cal).

2) ) Costuma-se estimar o consumo de cal total igual à metade da do consumo de sulfato de alumínio.

3) A SANEPAR já utiliza a cal líquida numa dosagem variando de 10mg/l a 18mg/l.

SULFATO DE ALUMÍNIO

Introdução: É obtido pelo ataque do ácido sulfúrico sobre a bauxita, resultando um produto cuja

fórmula é Al2(SO4)3. Seu peso específico é de aproximadamente 0.95 t/m3, onde os produtos comerciais contém impurezas que são na maioria das vezes insolúveis.

O sulfato de alumínio é o produto mais utilizado por ser fácil de transportar e manejar. Seu custo é baixo e produz-se em várias regiões brasileiras.

Sulfato, Sólido É fornecido normalmente, em sacos multifolhados de papel. É britado com

fragmentos de até 4.0cm de espessura (diâmetro). O armazenamento deve ser feito em local seco, com sacos colocados sobre estrados de madeira (cuidados iguais ao sacos de cimento).

Dosagem por Via Úmida O sulfato deverá ser dissolvido em tanques, denominados tinas, que apresentam

no seu interior um cocho com paredes e fundos perfurados, destinados a conter o sulfato a ser dissolvido. Sobre o cocho é colocado um chuveiro (torneira) para provocar a diluição do mesmo.

É conveniente prever um agitador, tipo turbina, destinado a auxiliar na dissolução e sedimentação do sulfato.

EXERCÍCIO

1 ) Dimensionar o sistema de armazenamento, preparo e dissolução de sulfato de alumínio, para as seguintes condições:

- Vazão a ser tratada: 200l/s - Período de trabalho das instalações: 24h/dia - Dosagem do sulfato de alumínio: obtida em laboratório (puro)

� Máxima: 30 mg/l (épocas de chuva)

99

� Mínima: 15 mg/l (estiagens) - Qualidade do sulfato (teor de impurezas): 8%

Determinar:

(a) Consumo máximo e mínimo de sulfato, com 8% de impurezas;

(b) Volume de armazenamento trimestral;

(c) Dimensões (área) para armazenamento trimestral;

(d) Consumo máximo de solução a 9% (9 gramas de sulfato em um volume de 100 ml de solução);

(e) As dimensões do tanque e do cocho, sabendo que: � Número de compartimentos do tanque: n=3; � Base de cada compartimento é quadrada: l l l l =1.10m; � Altura livre: h1=0,20m; � Altura para o acúmulo de insolúveis: h2=0,12m

l

l

b) MISTURA RÁPIDA (MISTURA)

Introdução

Consiste em distribuir rápida, homogeneamente e intensamente coagulante na água a ser tratada.O produto químico (coagulante) deve ser aplicado à montante e bem próximo da turbulência criada.

O coagulante deve ser aplicado, se possível, em vários pontos com a finalidade de garantir uma boa dispersão do produto na água.À partir da aplicação do coagulante na água, o processo de reação é muito rápido, questão de segundos.

100

)s(dy

dVG 1−=

Fornecimento de energia

A energia introduzida na água, definiu-se gradiente de velocidade (G). Podemos dizer que (G) define a intensidade da agitação. (G) é a taxa de variação da velocidade V de escoamento, segundo uma direção perpendicular à direção de escoamento.

Considerando duas partículas em um certo volume de água com velocidades diferentes, temos:

Figura 8.3 – Gradiente Equação 8.1

Tipos de Agitações segundo a CETESB, V. 2 (1978).

� Agitação Hidráulica

Utiliza a própria energia hidráulica para produzir a dispersão dos reagentes, em conseqüência a perda de carga é elevada.

É prática no Brasil utilizar a calha Parshall, que contém um ressalto hidráulico, como misturador, onde a aplicação do coagulante se faz na superfície do fluxo, quando na realidade, o ideal seria distribuir o reagente em toda a seção molhada.

A seguir, temos um ressalto hidráulico mostrando o ponto de aplicação do coagulante.

Figura 8.4 – Local de aplicação de Coagulante em Calha

* Calha (medidor) Parshall

O seu emprego tem sido recomendado para medição de vazão em canais, estações de tratamento, entrada em reservatórios e para mistura rápida.

101

Seleção de tamanho: A tabela a seguir mostra os limites de aplicação para funcionamento em regime de escoamento livre.

Largura da

Garganta Capacidade (l/s)

w (cm) Mínima Máxima

7.6 0.85 53.8

15.2 1.52 110.4

22.9 2.55 251.9

30.5 3.11 455.6

45.7 4.25 696.2

61.0 11.89 936.7

91.5 17.26 1426.3

Tabela 8.1 – Limites da garganta da Calha Parshall para regime de Escoamento Livre

Dimensões: Sua forma consiste em uma seção convergente, uma seção estrangulada ou garganta e uma seção divergente, dispostas em planta e corte como mostra as figuras a seguir:

figura 8.5 – Calha Parshall

102

w A B C D E F G K N

2.5 36.3 35.6 9.3 16.8 22.9 7.6 20.3 1.9 2.9

7.6 46.6 45.7 17.8 25.9 38.1 15.2 60.5 2.5 5.7

15.2 62.1 61.0 39.4 40.3 45.7 30.5 61.0 7.6 11.4

22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.0 30.5 45.7 7.6 11.4

30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

91.5 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

Tabela 8.2 – Dimensões da Calha Parshall

Condições de descarga: O escoamento normalmente é feito através de descarga livre, como nos vertedores, onde a relação entre a carga à montante da garganta H e a carga na entrada da garganta H2 deve obedecer

HH 70.02 ≤

Equação 8.2

onde H pode ser obtida pela seguinte fórmula:

nHKQ '.=

Equação 8.3

onde os valores do expoente n e do coeficiente K’, dado no sistema métrico, podem ser obtidos pela tabela a seguir:

w (m) n K’

0.076 1.547 0.176

0.152 1.580 0.381

0.229 1.530 0.535

0.305 1.522 0.690

0.457 1.538 1.054

0.610 1.550 1.426

0.915 1.566 2.182

Tabela 8.3 – Valores de n e de k’ em função de W ( SI )

103

* Potência Dissipada

Em toda queda de água há uma dissipação de energia, que é dada pela seguinte fórmula:

fhQP ..γ= Equação 8.4

Onde: P: potência introduzida na água (kgf.m/s) γ : peso específico da água (1000 kgf/m3)

Q: vazão (m3/s)

hf: perda de carga (m)

Analisando duas camadas distintas de fluido em movimento (Newton):

Onde: F: força de atrito entre as lâminas

σ : Tensão de cisalhamento

µ : viscosidade absoluta do líquido

Figura 8.6 – Força de Atrito entre laminas de fluído Equação 8.5

Potência por unidade de volume:

Portanto a potência num certo volume V é:

Equação 8.6

2

2

...

.

Gdy

dv

dy

dv

dy

dvP

dy

dvP

µµµ

σ

=

=

=

=

2.GP µ= 2.. GVP µ=

dvdy

.

F A

σ =

σ =dy

F= .A.dvdyA

Av

v+dv

104

Substituindo tQV .= e fhQP ..γ= na equação acima, temos:

Equação 8.7

Onde: G: gradiente de velocidade (s-1) µ : viscosidade absoluta da água – função da temperatura da água

(kgf.s/m2). V: volume da câmara (m3) t: tempo teórico de permanência ou detenção (s)

� Agitação Mecânica

Utiliza a energia produzida por dispositivos eletromecânicos para produzir a dispersão dos coagulantes, onde as perdas de carga são desprezíveis.Constam de duas partes, uma o tanque, e a outra o agitador (pás, hélices ou turbinas), conforme a figura a seguir:

M M

Figura 8.7 – Agitadores Mecânicos

t

hG f

.

.

µγ

=

105

� Considerações para os dois tipos de agitações:

01) G>1000s-1

02) t ≤ 1 seg

03) 1 HP ≅≅≅≅ 0,986 cv ≅≅≅≅ 0.76 kgf.m / s

04) Alguns valores da viscosidade absoluta da água

Temperatura (ºC) )ms.kgf( 2µ

4º 0,0001589

5º 0,0001548

10º 0,0001335

15º 0,0001167

20º 0,0001029

Quadro 8.1 – Relação entre a temperatura e a Viscosidade Absoluta da água

EXERCÍCIO segundo LEME , (1979).

2 ) Dimensionar a calha Parshall adaptada para mistura rápida de uma ETA cuja vazão de

projeto é de 200 l/s, em funcionamento contínuo.

2.a Largura da garganta (w) 2.b Dimensões da calha Parshall 2.c Carga à montante da garganta (H) 2.d Velocidade da água na garganta (V>2.0m/s)

106

2.e Perdas de carga para escoamento livre (hf) 2.f Altura do degrau (x) 2.g Gradiente Hidráulico (G)

c) Floculação ou mistura lenta

Introdução

Os compostos químicos já completamente misturados anteriormente, vão reagir com a alcalinidade da água, ou se esta não é suficiente, com a cal adicionada, formando compostos que tenham propriedades de adsorção, isto é, aqueles cujas partículas sejam carregadas eletricamente na sua superfície, e que possam, assim, atrair cargas elétricas contrárias. Essas partículas são chamadas flocos e tem cargas elétricas superficiais positivas, enquanto que as impurezas presentes na água, como as matérias suspensas, as coloidais, alguns sais dissolvidos e bactérias, tem carga elétrica negativa, sendo, assim, retidas por aqueles flocos.

Sistemas de floculação

� Sistema Hidráulico

A mistura é feita aproveitando-se a própria energia da água.

Vantagens: - Fluxo quase totalmente de pistão, ou seja, o tempo real de

permanência igual ao teórico (t= V/Q). - Não requerem equipamentos. - Não consomem energia elétrica.

Desvantagens

- Não possuem meios simples e de fácil operação, para mudar o gradiente de velocidade segundo as necessidades.

- Funcionam às custas de uma perda de carga elevada.

107

Alguns tipos

- Câmaras com chicanas, onde o fluxo de água pode ser vertical ou horizontal.

- Câmaras com compartimentos denominadas de alabama “modificado”.

Considerações para dimensionamento

- Projetar o maior número possível (prática) de chicanas ou compartimento (evitar os curtos circuitos).

- Velocidades maiores que 0.10 m/s (evitam a deposição de flocos). - Velocidade menores que 0.50 m/s (evitam a quebra de flocos).

� Sistema Mecânico

Utilizam energia fornecida por agitadores acionados por sistemas eletromecânicos.

Vantagens - Perda de carga é praticamente nula. - Alteração rápida e fácil de intensidade de agitação (variação de

velocidades), mudando o tratamento de acordo com as variações da qualidade da água bruta.

- Agitação é mais homogênea, portanto, melhor.

Desvantagens - Dependência de equipamentos. - O consumo de energia. - Possibilidade de curto circuito (quando o fluxo segue um caminho

preferencialmente reto, não ficando o tempo necessário para o processo) é maior nos sistemas mecânicos do que nos sistemas hidráulicos.

Alguns Tipos - Agitador (hélice, turbinas, paletas). - Eixo (vertical ou horizontal) com acoplamento mecânico (motor-

eixo). - Redutor de velocidades. - Motor

Considerações para o Dimensionamento - Definir o número de compartimentos em função principalmente da

vazão. - Determinar as dimensões de cada compartimento e verificar as

dimensões dos agitadores em relação a cada compartimento. - Tempo de detenção maior que 20 minutos (t> 20 minutos). - Gradiente de velocidade (G) tal que: 10s-1 < G < 80s-1

Observações:

A estação de tratamento de Maringá, possui em série, dois tipos de floculadores:

108

- Hidráulico: a mistura é feita aproveitando-se a energia da água, providos de câmaras com chicanas, de movimento horizontal, vertical e giratório de água, ocasionando assim, o aparecimento de flocos.

- Mecânico: estes floculadores são providos de pás com eixo vertical e dotados de movimento de rotação, que promovem a homogeneização do(s) coagulante(s) com as partículas em suspensão, em mistura lenta, ocasionando assim, a formação final dos flóculos.

EXERCÍCIOS

3) Dimensionar um floculador hidráulico tipo Alabama modificado:

Dados: Vazão: 50l/s

Tempo de detenção: 30 minutos

Número de Compartimentos: 8

Velocidades Extremas: • Primeira: 0.60m/s • Última: 0.20m/s

3.a Decréscimo de velocidade e velocidade em cada abertura 3.b Áreas das aberturas (quadradas, retangulares, ...) 3.c Perda de carga 3.d Dimensões 3.e Declividade e descarga para limpeza 3.f Canaleta de Saída

4) Dimensionar um floculador mecanizado de eixo horizontal, sendo o fluxo normal ao eixo: Dados: Vazão: 50l/s Número de Compartimentos: 3 Profundidade Útil: 3.50m Largura: 2,90m. Tempo (total) de detenção teórico: 30 minutos Floculação escalonada graduada: G1=60 s-1 G2=40 s-1 G3=20 s-1

OBS: As áreas das paletas devem ser no máximo igual a 20% da área da seção transversal, para evitar a rotação da água envolta do eixo reduzindo a eficiência da agitação.

109

4.a Volume (teórico) de cada compartimento 4.b Dimensões de cada compartimento 4.c Área das paletas (cada compartimento) 4.d Número e dimensões das paletas 4.e Potência por unidade de volume

Equação 8.8 Onde:

Sendo:

ρ: massa específica

CD: coeficiente de arrasto das paletas, depende da relação entre o comprimento (b) e a largura (l) das paletas

l

b CD

1 1.10

2 1.15

4 1.19

10 1.29

18 1.40

∞ 2.01

Quadro 8.1 – Relação entre o Coeficiente de Arrasto e o comprimento ( b) e a largura ( l )

∑= 33 ..1

.. ii RAV

nP α

33

)1.(60

2.

2. K

gCD −

= πρα

110

• K: relação entre a velocidade na água e a velocidade nas paletas, varia com a rotação.

- K=0.24, para rotações de 2.0 a 5.2 rpm - K=0.32, para rotações de 1.1 a 2.9 rpm

OBS: Quando não se tem as rotações, recomenda-se adotar K=0.25.

e

4.f Potências necessárias para produzir em cada compartimento os gradientes desejados.

4.g Rotações/minuto ( n ), onde n é dado em rpm.

4.h Potência do motor.

5) Projetar um floculador mecânico do tipo turbina axial

Dados: Vazão: 200.0 l/s

Floculação escalonada:

G1=80.0s-1 G2=50.0s-1 G3=20.0s-1

Tempo de Detenção: 30 minutos

Profundidade: 3.00 metros

5.a Volume total e em cada compartimento

5.b Dimensões de cada compartimento

5.c Dimensões da Turbina

111

L

bh

D

B H

l

(Recomendações)

C) DECANTAÇÃO

a) CONCEITO A decantação ou sedimentação é um processo dinâmico de separação de

partículas sólidas suspensas nas águas. Essas partículas ou flocos (aglomeração de materiais finos, microorganismos e materiais em solução), sendo mais pesadas do que a água, tenderão a cair para o fundo com uma certa velocidade (velocidade de sedimentação).

Anulando-se ou diminuindo-se a velocidade de escoamento das águas reduzem-se os efeitos da turbulência, provocando-se a deposição de partículas.

b) VELOCIDADE DE SEDIMENTAÇÃO

Para remoção de partículas coloidais recorre-se a coagulação dessas partículas que ao sedimentarem, chocam-se com outras partículas, flocos e microorganismos, aumentando seu peso de sedimentação.

c) TIPOS DE DECANTADORES

8

4

12

1,19,0

9,37,2

6,60,2

=

=

≤≤

≤≤

≤≤

b

D

cortinasl

DD

hD

HD

L

112

Clássicos de escoamento horizontal

� Período de Detenção (t)

Os decantadores são projetados para assegurar um certo tempo de permanência para a água.

t = 2 a 3 horas

� Taxa de Escoamento Horizontal (T)

Para instalações projetadas com nova tecnologia e com operação boa, podemos adotar:

T= 35 a 45m3/m2.dia

� Relação entre o comprimento (L) e a largura (B)

L= (3 a 5).B

� Profundidade (H)

Normalmente as profundidades estão compreendidas entre

H = 3,50 a 4,50m

� Velocidade de Escoamento (V)

Deve ser bem inferior à velocidade que causaria o arrastamento das partículas depositadas no fundo.

V < 1,0 cm/seg

� Número de Decantadores

O mínimo é de 2, de maneira a possibilitar que um deles fique fora de serviço para realizar limpeza ou para reparo, continuando o outro a funcionar com sobrecarga.

� Canal de Alimentação dos Decantadores

A velocidade de escoamento nesse canal não deve ser inferior a 0,15m/s para evitar sedimentação, nem superior a 0,65m/s, para evitar prejuízos para os flocos constituídos.

� Dispositivos para Entrada da água nos Decantadores (Cortina Distribuidora)

Executadas na parte inicial dos tanques, com objetivo de distribuir o fluxo nas direções vertical e horizontal. A cortina (concreto ou madeira) fica entre 0,70 a 1,00m da parede frontal do decantador e a água passa pelos seus orifícios com uma velocidade entre 0,15m/s a 0,30m/s.

113

Figura 8.8 – Esquema de um Decantador convencional

� Dispositivos de Saída dos Decantadores

Para reduzir o arrastamento de flocos na parte final dos decantadores para fora do mesmo, é preciso limitar a lâmina d’água sobre a calha ou canaleta de saída.

Recomenda-se que a vazão por metro de vertedor (l/s. m) esteja compreendida entre 2 e 3.

A seguir, temos um corte transversal de um decantador mostrando as zonas de entrada e saída.

114

Figura 8.9 – Corte transversal de um decantador

A seguir, temos um exemplo de vertedor triangular (dentado).

CORTE LONGITUDINAL

Figura 8.10 – Vertedor Triangular

115

� Limpeza dos Decantadores

Não mecanizados (limpeza manual)

Devem ser postos fora de serviço e geralmente são dotados de descarga de fundo onde ocorre a maior concentração de lodo. Prever espaço adicional suficiente para acumulação do material decantado.

A declividade do fundo (3%) e da canaleta facilitam a limpeza, como também um sistema de água sob pressão para lavagem superficial com uso de mangueira.

Deve ser previsto espaço adicional para acumulação do material decantado na ordem de 10 a 20% na profundidade. Isto não significa que o lodo se distribua uniformemente no fundo, na realidade ele se concentra no início de decantador (convencional) aproximadamente no primeiro terço do seu comprimento.

Mecanizados (Hidráulicos ou Mecânicos)

São usados em casos de grande quantidade de material sedimentável ou se o lodo contiver material orgânico putrescível que poderá causar odor, sabor indesejáveis.

Os sistemas mecanizados de remoção de lodo tipo raspadores de fundo podem ser rotativos ou ponte raspadora. Ambos requerem investimentos consideráveis na sua aquisição e manutenção.

Fórmula para esgotamento através de comporta ou adufa de Fundo

A comporta ou adufa deve ser localizada considerando a concentração de lodo.

t

HAS

.4850

.=

Equação 8.9

Onde:

S: área da comporta ou adufa (m2)

A: área do decantador (m2)

H: altura da água sobre o eixo da comporta ou adufa (m)

t : tempo de esvaziamento (t < 2 horas)

116

EXERCÍCIOS

6) Decantador clássico (convencional) de escoamento horizontal.:

Dados: Número de decantadores n=2

Vazão de dimensionamento Q=100l/s

O lodo será removido mecanicamente através de uma ponte raspadora, que desloca-se lentamente e empurra o material sedimentado para dentro de uma canaleta e daí para o poço de lodo.

Determinar:

6.a) Volume de cada decantador. 6.b) Área de cada decantador. 6.c) Dimensões de cada decantador. 6.d) Taxa de escoamento superficial. 6.e) Velocidade horizontal de escoamento. 6.f) Canal de alimentação de decantadores. 6.g) Cortina distribuidora

• Área de cada orifício • Vazão por orifício • Número de orifícios

6.h) Calha coletora de água decantada. 6.i) Diâmetro da adufa de esgotamento. 6.j) 0 Esquema de limpeza (remoção de lodo).

07) Um decantador retangular possui 20,0m de comprimento, 6,0m de largura e 4,0m de profundidade com um período de detenção de 2 horas. Determinar o peso da matéria sólida que será sedimentada a cada 24 horas admitindo-se 70% de remoção como rendimento do tanque. Sabe-se que as partículas sólidas em suspensão representam uma media de 30 mg/l da água. Obs.: dar a resposta em kg/dia.

Sedimentadores de alta taxa

� Diferenças básicas entre os convencionais e os de alta taxa

- O fundo do decantador não é horizontal, mas sim inclinado (grande área).

- O trajeto onde ocorre a sedimentação é relativamente pequeno (alguns centímetros).

- O escoamento é laminar (número de Reynolds baixo), o que garante que as partículas sedimentadas não serão arrastadas.

- O período de detenção é baixo, questão de minutos.

117

Observe a seguir o fluxo da água e a sedimentação das partículas num decantador de placas paralelas inclinadas.

Figura 8.11 - Sedimentador de placas (lonas) paralelas inclinadas

� Placas Paralelas Inclinadas – Fórmulas

Analisando duas placas paralelas inclinadas, temos:

θθ cossen L

VV o

SC +=

Equação 8.10

Onde:

L: (comprimento relativo).

l: comprimento da placa (1,00 < l < 1,50m).

eh: espaçamento entre as placas (4,00 < e < 8,00cm).

Vsc: velocidade de sedimentação crítica ( m3 / m2 . dia ).

Vo: velocidade de escoamento (perpendicular a direção de escoamento)

Vo=10 a 25 cm/min.

θ : inclinação (evita que o lodo venha aderir nas placas) 45º < θ < 60º.

Figura 8.12 – Velocidade das partículas nas placas parelelas

peL

l=

118

� Velocidade de escoamento (Vo):

θsenA

Q

A

QV

HORIZPERPENDO .

==

Equação 8.13

� Área Total Horizontal (AT):

,HORIZPLACASHORIZONTALT AAA +=

Equação 8.12

Onde:

θsen

aenA p

HORIZPLACAS

.. '

. =

Equação 8.13

Sendo: n: número de placas

a: comprimento da placa

Figura 8.14 – Detalhe da Placa

Observações:

1. A velocidade junto às placas é igual a zero, portanto as partículas que caem sobre elas não sofrem nenhuma força e podem rodar livremente em sentido contrário ao fluxo;

2. O comprimento ( l ) da placa deve ser descontado, pois na zona inicial não ocorre fluxo laminar.

119

c) ASPECTOS DE PROJETO

Tempo de detenção (t) OV

tl=

Número de Reynolds (N R)

ϑO

R

VeN

p .= 80 < NR < 250

ϑ = viscosidade ( 20º = 0,01cm2/s ) Carga Superficial (V SC)

120 < VSC < 185 (m3/m2.dia) Materiais Empregados

Cimento Amianto (placas)

• Largura= 1,20m

• Comprimento= 2,40m

• Espessura= 6,00mm

Obs.: Quando empenam, recomenda-se colocar um separador entre as placas para evitar flecha.

Madeira

• Pode durar por muito tempo sob a água

Plástico • Material ideal, pois possui baixo peso (fácil manuseio).

Sistema de entrada

A água floculada deve entrar diretamente por baixo das placas.

Devemos evitar a entrada da água nos decantadores de placas pelo fundo,e no início, como o da figura a seguir. Tal método torna impossível o controle da distribuição de fluxo e permite que se criem zonas mortas e zonas de alta velocidade.

120

Figura 8.15 – Decantador de Placas Inclinadas

Zonas de lodos

∗ Existem duas zonas de lodo, a que se forma entre as placas e a que existe no fundo do tanque.

∗ Procura-se concentrar o lodo em setores de pequena área para extraí-lo por gravidade por meio de uma rede de tubos de drenagem. É importante não deixar compactar os lodos.

Sistema de saída

A uniformidade com a qual as massas de água sobem por entre as placas, depende tanto do sistema de saída como o de entrada.

A extração do lodo mais uniforme consiste num canal central de coleta e tubulações perfuradas laterais.

A figura a seguir mostra a entrada e saída da água no decantador e extração do lodo.

121

Figura 8.14 – Entrada e saída da água no decantador

Figura 8.15 – Corte transversal do Decantador

Quadro 8.3 – Relação entre L / D e CD

Obs: Valores de CD em função de L/D.

DL CD

300 0,33

200 0,39

100 0,47

90 0,49

80 0,52

70 0,54

60 0,56

50 0,58

40 0,64

30 0,70

20 0,73

122

Considerações:

� Distância máxima entre tubos vizinhos: 2,00m.

� Diâmetro mínimo: 38,0mm.

� Velocidade mínima de escoamento (tubos): 3,0m/s.

� Vazão nos tubos (curtos):

hgSCq D ..2..= Equação 8.14

� A carga hidráulica é a mesma em todos os tubos.

� Valores de CD em função de D

L

� L: comprimento do tubo (total + curvas)

A seguir, temos um esquema de uma unidade de decantação de placas paralelas inclinadas utilizada na ETA de Maringá.

Figura 8.16 – Perspectiva do Decantador

123

EXERCÍCIO

8) Decantador de placas paralelas inclinadas. Dados:

• Vazão: Q = 50 l/s • Velocidade do fluxo entre as placas: VO= 15cm/min. • Inclinação das placas: θ =50o. • Espaçamento entre as placas: ep= 0,05m. • Dimensões das placas

DETALHES

l

Determinar:

8.a Área horizontal útil. 8.b Área total que as placas devem cobrir. 8.c Dimensões do decantador. 8.d Número total de placas. 8.e Número de Reynolds. 8.f Carga superficial equivalente. 8.g Tempo de detenção.

D) FILTRAÇÃO

INTRODUÇÃO

A filtração tem como objetivo reter ou remover as impurezas da água como as partículas coloidais ou em suspensão e até mesmo microorganismos (bactérias) que não foram retidas nos processos de coagulação e decantação.

A filtração consiste em fazer água passar por camadas filtrantes como a areia e o antracito (carvão mineral). O mecanismo da filtração, compreende a:

124

1-Coagem

-Tamanho maior que os poros

2-Floculação e sedimentação

-Ocorre no interior dos poros

3-Adsorção

-Impurezas aderem as superfícies

4-Difusão

-Partículas retidas onde V=0

5-Interceptação

-Força um contato maior entre as partículas

Figura 8.17 – Detalhe do Solo

Com relação as camadas filtrantes, podemos ter um filtro com uma só camada, por exemplo areia ou com dupla camada areia e antracito.

TIPOS DE FILTROS

a) Filtros lentos de areia

� Tipos de Camadas

de Areia: Altura: H ≈ 1,00 m

Tamanho efetivo: 0,25 < T.E.< 0,35m

Coeficiente de Uniformidade: Cu < 3

Suporte: Altura: H ≈ 0,30 m” Seixo rolado: 2” – 3/8

Lâmina de água sobre a areia: Altura: H ≈ 1,00 m

A seguir temos o corte de um filtro lento.

Figura 8.18 – Filtro lento

125

� Aspectos Operacionais

A entrada e saída da água nos filtros é controlada por meio de registros, devendo-se ter o cuidado de manter uma camada de água sobre a areia.

No início da filtração, com a areia ainda limpa, a formação da camada gelatinosa só se processará após alguns dias de operação. Portanto, durante este período, maiores cuidados deverão ser tomados quanto a desinfecção da água filtrada.

Com o prosseguimento da filtração, a camada superior da areia vai se sujando cada vez mais, diminuindo, em conseqüência, a vazão da água filtrada.

Quando esta vazão cai consideravelmente, deve-se proceder a limpeza do filtro. Faz-se a limpeza do filtro, removendo-se uma camada de dois a três centímetros da areia. Quando a camada de areia nos filtros atingir em torno de 0,70m de altura, recoloca-se a areia retirada, depois de totalmente lavada.

A figura a seguir mostra a limpeza de um filtro lento.

Figura 8.19 – Limpeza do Filtro

� Vantagens dos Filtros Lentos:

• Operação simples.

• Custos operacionais baixos.

• Boa eficiência na remoção de microorganismos patogênicos.

• Boa eficiência na remoção de turbides, quando esta é baixa.

Obs.:A remoção de bactérias é alto, em torno de 96% e a remoção de ferro é de aproximadamente 60%.

126

� Desvantagens dos Filtros Lentos:

• Possuem baixa taxa de filtração (2,5 a 5,5 m3/m2.dia).

• Ocupam grandes áreas ( 20 a 30 vezes maior que a área de um filtro rápido).

• Necessidade periódica de remoção e lavagem da areia.

• Possibilidade de degradação do manancial com o tempo, alterando as características físico-químicas iniciais da água (aumento excessivo da turbidez).

• Não apresentam rendimento elevado na remoção de cor (remoção de 20 a 30%).

b) Filtros de fluxo ascendente

Fazer a filtração no sentido favorável, isto é, a água impura encontra primeiro o material mais grosseiro (maior porosidade) e a medida que a água vai avançando para as camadas de menor porosidade ela vai se livrando das impurezas.

Normalmente são aplicados como unidades completas de clarificação, isto é, sem unidades anteriores ou posteriores de tratamento.

Obs.: Esses filtros devem ser cobertos, pois sendo a última unidade de tratamento físico e por a água sair por cima (superfície), esta não deve ficar exposta.

C) Filtros rápidos de gravidade (NOSSO ESTUDO)

� Taxa de Filtração (Máxima)

• Para filtro de camada simples: 180 m3/m2.dia;

• Para filtro de camada dupla: 360 m3/m2.dia;

Obs: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração deve ser de 120 m3/m2.dia.

� Número de Unidades Filtrantes

• Considera o tamanho da ETA, as taxas de filtração, o número de etapas, o arranjo e disposição das unidades, etc.

• Azevedo Netto, recomenda a seguinte inequação:

Qn .04,0≥ , onde Q = m3/dia

127

� Forma e Dimensões dos Filtros

Para várias unidades contíguas retangulares, pode ser usada a seguinte relação:

n

n

L

B

2

1+=

Equação 8.15

Em que: B: largura de uma câmara

L: comprimento de uma câmara

n: número de unidades filtrantes

� Espessura das Camadas e Altura da Caixa do Filtro

Figura 8.20 - Camadas e Altura da Caixa do Filtro

� Granulometria das Camadas Filtrantes

• Areia

- Tamanho efetivo, de 0,35mm a 0,45mm.

- Coeficientes de uniformidade, de 1,4 a 1,6.

• Antracito

- Tamanho efetivo, de 0,8mm a 1,0mm.

- Coeficiente de uniformidade, inferior ou igual a 1,8.

Considerar a seguinte relação:

1,8 T.E. (areia) ≤ T.E. (antracito)≤ 2,1 T.E. (areia)

128

� Camada Suporte

A camada de pedregulho (seixos rolados) geralmente é composta de 5 (cinco) subcamadas, que ajudam na distribuição da água para lavagem.

Tamanhos Espessuras (cm)

4,8 - 2,4 mm (3/16” –3/32”) 7,5

12,5 – 4,8 mm (1/2” a 3/16”) 7,5

19,0 – 12,5 mm (3/4” a 1/2”) 10,0

38,0 – 19,0 mm (1 1/2” a 2/6”) 10,0

63,0 – 38,0 mm (2 1/2” a 1 1/2”) 15,0

50,0

Quadro 8.4 – Tamanhos e Espessuras da Camada Suporte

� Fundo dos Filtros

Há quatro tipos usuais:

Canalizações Perfuradas: O sistema de canalizações perfuradas é constituído de um duto principal de onde partem canalizações secundárias, denominadas de laterais com o objetivo de melhorar as condições de distribuição de água para lavagem.

Figura 8.21 – Fundo dos Filtros

129

Blocos Leopold:

Figura 8.22 – Perspectivas dos Blocos Leopold

Fundo falso com Bocais (plástico): Em função do método de lavagem, os bocais podem ser só para lavagem com água e para lavagem com ar e água (figura a seguir).

A vazão por bocal (Qo) e a perda de carga (hf) são fornecidas pelo fabricante.

Figura 8.23 – Detalhe dos Bocais de plástico

Exemplos:

Qo = 0,35 l/s ........................... hf = 0,75m

Qo = 0,60 l/s ........................... hf = 0,85m

130

Vigas Pré-fabricadas: O sistema de drenagem pode ser executado através de vigas pré-fabricadas de concreto, providas de orifícios, conforme figura a seguir:

Viga voltada para cima para melhor visualização

Figura 8.24 – Vigas Pré-fabricadas

Figura 8.25 – Vigas Pré-fabricadas invertidas

131

� Controle dos Filtros:

São exigidos dois controles:

Controle de nível de água: Pode ser feito por uma válvula instalada na canalização de saída de água filtrada, e acionada por um dispositivo de flutuador ou de detector de nível, instalado na superfície do filtro.

Controle de vazão: O controle da vazão pode ser realizado na entrada de água decantada para os filtros (todos os filtros recebem praticamente a mesma vazão) e na saída de água filtrada.

� Lavagem dos Filtros

Há duas condições para se determinar a hora de lavagem de um filtro:

- Quando o nível de água atingir um certo limite, lava-se o filtro que estiver operando há mais tempo.

- Se houver controle de turbidez no efluente de cada filtro, lava-se o filtro que apresentar pior resultado.

� Tubulações Imediatas

As tubulações imediatas dos filtros são dimensionadas com base em regras estabelecidas pela experiência que levam em conta as velocidades da água e as perdas de carga.

� Lavagem dos Filtros: Expansão do Material Filtrante

Os filtros rápidos são lavados com água ou ar e água, a contracorrente (por inversão do fluxo), com uma vazão capaz de assegurar uma expansão adequada para o meio filtrante.

Para possibilitar uma boa limpeza essa expansão não poderá ser muito pequena e também não deverá ser muito grande. Expansões acima de 50% são indesejáveis, porque reduzem o roçamento dos grãos e facilitam a perda de material.

Na prática consideram-se expansões entre 25 e 50% como satisfatórias, sendo 40% um valor comum.

Nos filtros com duas camadas, determina-se a expansão para a areia e verifica-se a expansão para o antracito.

Recomenda-se que a velocidade ascencional da água esteja compreendida entre 0,80 m/min e 0,90 m/min.

A seguir temos as vantagens de lavagem dos filtros com ar e água. Primeiro injeta-se o ar durante uns 5 minutos e em seguida a água durante uns 10 minutos.

132

Vantagens:

- Lavagem mais uniforme.

- Lavagem mais completa, com melhor conservação do material filtrante.

- Menos consumo de água para lavagem.

- Eliminação do problema de localização ou de duplicidade de lavagem superficial nos filtros de dupla camada.

- Redução da altura da camada suporte, quando existente.

� Perdas de carga.

As perdas de cargas nas Camadas Expandidas tanto na areia como no antracito pode ser usada a fórmula do Azevedo Netto.

100/1].').1).(100[( Leh −−= λ Onde: e - % de vazios

Equação 8.16 λ - peso específico do material.

L’ – altura da camada expandida.

Já as perdas de carga na Camada Suporte pode ser adotado ≤h 10 cm e até mesmo desprezar.

� Quantidade de Água de Lavagem

Uma vez determinada a vazão de lavagem, calcula-se a quantidade de água necessária para a lavagem de um filtro, tomando-se o tempo (total) entre 6 a 10 minutos.

� Calhas para Coletar a Água de Lavagem

Recomenda-se a colocação de calhas para receber a água de lavagem com espaçamento máximo de 2,00 m entre bordos e de 1,00 m entre os bordos das calhas extremas e as paredes dos filtros.

A altura mínima da extremidade inferior das calhas, sobre a superfície do leito filtrante em repouso, depende da expansão máxima prevista para o material

filtrante. Figura 8.26 – Calha para coletar a água de lavagem

133

� Altura do Reservatório de Água para Lavagem

Através da derivação de um canal de água tratada, realiza-se o bombeamento da água para um reservatório elevado, de onde a mesma será utilizada para a lavagem dos filtros.

O fundo do reservatório de água para lavagem deverá estar em cota que permita a lavagem, com a vazão máxima prevista, do filtro situado em posição mais desfavorável.

Para a fixação dessa cota será necessário calcular todas as perdas de carga existentes, desde a saída do reservatório até os bordos das calhas do filtro.

Observação: A água para lavagem pode ser por bombeamento direto (Maringá).

Figura 8.27 – Tratamento de Água

134

EXERCÍCIOS

9) Dado o esquema de um filtro rápido a seguir, ( DACACH – 1979 ). Determine:

Reservatórioágua filtrada

Controlador de vazãoA

Canaleta paraágua de lavagem

Planta do filtro

Câm

ara

late

ral

Fundo falso

Nível da água

Filtro

Reservatório ( água de lavagem )

Dec

anta

dor

Nível da água

2

A4

5

Câm

ara

Late

ral

3

N. máx. da água

N. min. da água

Corte transversal do filtro

Areia

1

Nível da água

9.a - Os registros que deverão ficar abertos durante a filtração. 9.b - Os registros que deverão ficar fechados durante a lavagem.

10) Um filtro rápido de uma ETA possui 4,0 m de largura, 6,0 m de comprimento e 3,8 m de profundidade. Após filtrar 7.500 m3/dia, o filtro é lavado com uma taxa de 893 m3/m2.dia durante 10 minutos. Determinar a porcentagem de água tratada usada em cada lavagem, sabendo-se que o filtro é lavado de 24 em 24 horas.

135

11) Dimensionar um filtro rápido de uma ETA com capacidade para tratar uma vazão de 250l/s.

1 - Tipo de filtro. 2 - Taxa de filtração (todas unidades em funcionamento). 3 - Tempo de funcionamento. 4 - Número de unidades filtrantes. 5 - Dimensões de cada unidade filtrante. 6 - Espessura das camadas e altura da caixa do filtro. 7 - Expansão das camadas filtrantes. 8 - Granulometria das camadas. 9 - Camada suporte. 10 - Velocidade ascensional; 11 - Vazão da água de lavagem – uma unidade; 12 - Volume de água para lavagem de uma unidade;. 13 - Volume do reservatório de água para lavagem; 14 - Fundo do filtro; 15 - Alimentação do reservatório de lavagem; 16 - Moto-bomba de recalque para R.A.L.; 17 - Calhas para água de lavagem; 18 - Perdas de carga nas camadas expandidas e na camada suporte; 19 - Diâmetros nas tubulações imediatas.

E) DESINFECÇÃO

DEFINIÇÃO

Entende-se por desinfecção a destruição ou inativação de organismos patogênicos, capazes de produzir doenças, ou de outros organismos indesejáveis.

Atributos para os desinfetantes

Fair, Geyer e Okun indicam os seguintes atributos para os desinfetantes utilizados no tratamento da água:

- Poder destruir, em um tempo razoável, os organismos patogênicos a serem eliminados, na quantidade em que se apresentam e nas condições encontradas nas águas.

- Não devem ser tóxicos para o homem e para os animais domésticos e, nas dosagens usuais, nem causar à água cheiro e gosto que prejudiquem o seu consumo.

- Estar disponíveis a custo razoável, apresentar facilidade e segurança no transporte, armazenamento, manuseio e aplicação.

- Concentração na água tratada fácil e rapidamente determinável, de preferência, automática.

- Produzir residuais resistentes na água, de maneira a constituir uma barreira sanitária contra eventual recontaminação antes do uso.

136

TIPOS DE DESINFECÇÃO

a) Pela ozona (ozônio)

A ozona é muito instável, pouco solúvel em água, muito volátil e se decompõe com rapidez, principalmente em temperaturas relativamente elevadas. Mantém-se na água apenas durante alguns minutos. Na sua aplicação perde-se cerca de 10% por volatização.

* Vantagens: - Redução de odor, gosto e cor. - Poderoso oxidante. - Ação desinfetante para uma ampla gama de pH. - Ação Bactericida 300 a 3000 vezes mais rápida que o cloro, para o mesmo

tempo de contato. - Tempo de contato pequeno (t ≅ 8 minutos). - Não há perigo quando uma superdosagem.

* Desvantagens:

- Não tem ação residual. - Gasto com energia elétrica, de 10 a 15 vezes maior que o gasto com cloro.

b) Pela radiação ultra violeta

O método da desinfecção por ultravioleta (ação bactericida) é produzido por lâmpadas de vapores de mercúrio com bulbo de quartzo, em um canal com água.

* Vantagens: - Não se introduz material na água, portanto, suas características físico-

químicas não se alteram; - Período de contato ou tempo de exposição pequeno; - A superdosagem não possui efeito nocivo.

* Desvantagem: - Esporos, cistos e vírus são menos suscetíveis que as bactérias. - Não há ação residual. - Material e energia de custo elevado. - Problemas de manutenção. - Não se determina rapidamente a eficiência do processo.

c) Pelo cloro

A desinfecção da água pelo cloro é sempre recomendada: a água in natura (pré-cloração) e na água potável (pós-cloração ou cloração).

� Finalidades do uso do Cloro:

Desinfetante

Para destruir ou dificultar o desenvolvimento de microorganismos de significado sanitário como, por exemplo, a ação contra microorganismos patogênicos, algas e bactérias ferro-redutoras.

137

Oxidante

Com a finalidade de modificar a característica química da água na qual é aplicado como, por exemplo, na remoção de:

- Amônia e seus compostos. - Compostos orgânicos causadores de gosto e odor. - Compostos inorgânicos oxidáveis. - Ferro e manganês.

Observação: Deve-se lembrar que em determinadas águas, parte do cloro será consumida na ação oxidante e parte na ação desinfetante.

� Métodos de Cloração

Com residual combinado:

Para que se forme cloro residual combinado é necessário que o cloro seja introduzido em água contendo amônia ou compostos amoniacais existentes naturalmente na água ou previamente dosados.

Da reação do cloro com amônia ou com compostos amoniacais resultam as cloraminas que possuem poder bactericida.

Com residual livre

Para que a cloração possa ser feita com residual livre, é necessário que a quantidade de cloro dosado seja suficiente para satisfazer toda a demanda de cloro, restando, após as reações entre o cloro e as impurezas presentes, apenas ácido hipocloroso. Se a água contiver amônia, o cloro residual livre disponível será obtido com dosagens superiores à correspondente ao ponto crítico (BREAK POINT).

Cloração ao break point

Com a adição de cloro (figura a seguir), observa-se que o cloro residual inicialmente aumenta com o aumento do cloro dosado, passando por um máximo (quando toda a amônia disponível se combinou com o cloro para formação das cloraminas), e, a seguir diminui até um mínimo (quando se dá a destruição total das cloraminas), a partir do qual passa novamente a aumentar. Nesse ponto (BREAK POINT) para cada aumento do cloro dosado corresponde igual aumento de cloro residual livre.

Observe (pela figura) que antes do BREAK POINT temos o cloro residual combinado. A demanda de cloro a uma dada dosagem é medida pela distância vertical entre as linhas correspondentes ao aplicado e ao residual.

138

2

Cloro residual combinado

6Res

idua

l de

clor

o m

g/l

0 1

4

2

18

12

8

10

14

16

20

24

9Cloro aplicado mg/l

3 4 5 6 7 8

Cloro residual livre

1110 12 13

Deman

da d

e clo

ro n

ula

Ponto deinflexão

Destruição daamônia

Demanda de cloro

Gráfico 8.1 – Residual de cloro x Cloro aplicado

Considerações:

A cloração com residual livre apresenta tantas vantagens que substitui praticamente a cloração com residual combinado. São elas:

• A ação bactericida do cloro residual livre é bem superior que do cloro combinado.

• A desinfecção pelo cloro residual livre é mais segura por ser feita por tipo de residual mais ativo.

• Destrói compostos orgânicos causadores de odor, sabor e cor.

• Reduz o crescimento de microorganismos nas diversas partes do sistema.

Observação: A desvantagem está relacionada com o consumo mais elevado de cloro.

� Cloro e seus Compostos

Cloro gasoso

O cloro é mais pesado que o ar (tende ir para o piso), de cor verde-amarelo, gás tóxico mas não é explosível.

139

Apresenta-se comercialmente em cilindros verticais de 68 kg e horizontais de 940 a 1080 kg com as seguintes taras, respectivamente: 52, 710 e 800 kg, com válvulas de saída e de segurança constituídas de um plug fusível à temperatura de 70 a 75oC. Os cilindros de 68 kg possuem diâmetro de 0,27 m e altura 1,37 m; enquanto que os horizontais (containers) possuem aproximadamente um diâmetro de 0,80 m e comprimento de 2,10m.

A figura a seguir mostra como pode ser feita a dosagem do cloro que é recebido na forma líquida e ao sair do cilindro pela válvula, a pressão é aliviada e o líquido passa para a forma gasosa.

As instalações devem separar os cilindros (prever movimentação dos cilindros) dos aparelhos cloradores.

Figura 8.28 – Dosador de Cloro Líquido

A sala dos cloradores não deverá comunicar-se diretamente com os demais compartimentos da estação de tratamento.

A porta do compartimento dos cloradores deverá abrir para fora e junto desta, na parte externa, deverão estar à disposição máscaras contra gás (materiais de primeiros socorros).

Os compartimentos deverão possuir ventilação forçada através de exaustores localizados junto ao piso.

140

Hipoclorito de cálcio

Também chamado de HTH, Percloron, é um pó branco com cerca de 70% de cloro ativo. Possui alta solubilidade em água e boa estabilidade (até um ano), quando protegido da umidade. É fornecido em recipientes de plástico de 1,5 kg e em tambores de 45 e 360 kg.

Cal clorada

Também chamada cloreto de sal, é um pó branco com cerca de 35% de cloro ativo, solúvel em água, deixando resíduos calcáreos. Possui fraca estabilidade, perdendo cerca de 10% do cloro disponível ao mês. É encontrado em embalagem de 1 a 50 kg, sacos de polipropileno.

Hipoclorito de sódio

Encontra-se sob a forma de solução de cor amarelada, límpida a 10 – 15% de cloro ativo, embalado em bombonas plásticas com 50 kg de capacidade. É estável durante algumas semanas até um mês. Decompõe-se pela luz e calor e por esta razão deve ser estocado em locais frios e ao abrigo da luz.

Água sanitária

Solução de hipoclorito de sódio, 2 a 3% de cloro ativo, encontrada em litros de plástico opaco no comércio. É um produto bastante difundido em todo o país.

� Pontos de Aplicação do Cloro Gasoso e Dosagens

O tempo de contato e o grau de mistura do desinfetante com a água a ser desinfetada é importante, logo devemos projetar um tanque de contato com um número de chicanas suficientes para uma boa dispersão. O ponto de aplicação do cloro geralmente é feito na entrada da água no tanque, de acordo com a figura a seguir.

Não dispondo de dados sobre a demanda de cloro, recomenda-se iniciar com uma dosagem de 1 mg/l de cloro, sendo 0,3 mg/l de residual livre.

� Considerações Finais

- O M.S. (Ministério da Saúde) recomenda uma dosagem de cloro entre 0,2 a 0,5 ppm (partes por milhão = mg/l) em qualquer ponto da rede de distribuição;

- O cloro nessa concentração é incolor, portanto jamais alguém irá enxergá-lo a olho nu.

141

Vem doFiltro

Vai paraReservatório

Duto de aplicação PLANTA

Chicanas

Figura 8.29 – Chicanas

d) Salmoura

� Sistema Semi Automático

Composição de equipamentos:

01 – Hidrogerox HG 250

02 – Bomba dosadora Hidrogeron

03 – Caixa de salmoura

Primeiramente prepara-se uma solução de salmoura a uma concentração conhecida que pode variar de 1 a 3% dependendo do modelo de equipamento utilizado, por gravidade a salmoura vai até o reator, o mesmo está conectado a fonte de corrente que envia energia para os eletrodos que estão no reato, ocorre a eletrólise o produto gerado é o Hipoclorito de Sódio, que é dosado por bomba dosadora ou hidroejetor tipo venturi. A dosagem pode ser feita dentro do poço, no reservatório ou acumulado em um tanque de armazenagem.

� Sistema automático com autonomia de até 15 dias

Composição de equipamentos:

01 – Hidrogerox HG 250.

02 – Bomba dosadora Hidrogeron para hipoclorito.

03 – Saturador de salmoura.

04 – Bomba dosadora hidrogeron para sal.

05 – Controlador de vazão para água de diluição.

142

Primeiramente prepara-se uma solução de salmoura a uma concentração de 30%, a salmoura será dosada através de uma bomba dosadora e diluída na água através de um controlador de vazão. A solução de salmoura vai até o reator, o mesmo está conectado a fonte de corrente que envia energia para os eletrodos, onde ocorre a eletrólise. O produto gerado é o hipoclorito de sódio que dosado por bomba dosadora ou hidroejetor tipo venturi. A dosagem pode ser feita dentro do poço, no reservatório ou acumulado em um tanque de armazenagem.

� Como funciona

Os saturadores HIDROSAT deverão ser instalados próximos algum ponto de sucção como hidroejetor ou bomba dosadora, para que a solução saturada seja conduzida até o ponto de aplicação; a entrada de deve ser no mínimo 10 m.c.a.; a alimentação de energia deverá vir de algum ponto com proteção de (5A).

A entrada de água e a alimentação de energia deverão ser constantes, pois o sensor de nível e a válvula solenóide trabalham em série, de forma que, quando o nível da solução saturada atinge o sensor de nível a alimentação de energia é interrompida e a solenóide se fecha.

A medida que a solução saturada vai sendo consumida, o nível dessa solução vai baixando gradativamente ( no controlador de nível e no saturador). Quando o sensor de nível fica descoberto ele fecha o contato elétrico e a válvula solenóide se abre.

Desta forma a água é liberada para o saturador por bateladas e de acordo com o consumo de solução saturada. Os saturadores HIDROSAT possuem um visor transparente e adesivos para a visualização do nível máximo e mínimo, facilitando a reposição dos produtos.

� Vantagens:

• Elimina os problemas freqüentes com manutenção de dosadores além de um alto consumo de peças de reposição.

• Maior autonomia calculada de acordo com a solução do cliente.

• Espaço reduzido (devido a seu formato ele pode ser instalado em 1 m².)

• Reposição do produto químico pode ser feito a qualquer momento sem a necessidade de regras ou medidas;

• Linearidade na concentração do produto saturado.

143

EXERCÍCIOS 12) Num sistema de abastecimento de água de uma população, foi utilizado como

desinfetante o cloro-gás, com controle automático, isto é, o clorador aumenta ou diminui a vazão de cloro, conforme a vazão da água. Considerando uma vazão média de 50 l/s e uma dosagem de 1 mg/l de cloro sendo 0,3 mg/l residual, determinar:

12.a - A quantidade de cloro por dia. 12.b - O número de cilindros de cloro por trimestre (cilindro adotado: 68 kg). 12.c - Um esquema da instalação (clorador, cilindros, portas, exaustores, etc.). 12.d - Ponto de aplicação.

13) O cloro usado no tratamento de 20000 m3/dia, de água é igual a 8,0 kg/dia. O residual, após 10 minutos de contato, é 0,20 mg/l. Calcular a dosagem em mg/l e a demanda de cloro na água.

F) FLUORETAÇÃO

INTRODUÇÃO

A fluoretação da água de um sistema de abastecimento, destina-se a suprir a deficiência natural de flúor na maioria das águas (superficiais, praticamente todas e poços) no sentido da prevenção da cárie dentária. A ingestão de uma água fluoretada, com adequada quantidade de flúor, vão beneficiar em especial as crianças (até 12 anos) durante a “formação” dentária.

Entretanto, é importante salientar que, dosagens elevadas poderão ocasionar a fluorose dentária, responsável pelo aparecimento de manchas nos dentes e tornando-os quebradiços.

LIMITES RECOMENDADOS

Tabela 8.4 - Limites recomendados para a concentração do íon fluoreto

Observação: A OMS recomenda um limite máximo de 1,5 mg/l.

Média anual das temperaturas

máximas diária do ar

°C

Limites recomendados para a concentração do íon fluoreto

(mg/l)

Inferior Ótimo Superior

10,0 a 12,1

12,2 a 14,6

14,7 a 17,7

17,8 a 21,4

21,5 a 26,3

26,4 a 32,5

0,9

0,8

0,8

0,7

0,7

0,6

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

1,7

1,5

1,3

1,2

1,0

0,8

144

COMPOSTOS DE FLÚOR

Fluossilicato de sódio (Na2SiF6)

Ácido fluossilícico (H2SiF6) - SANEPAR

Fluoreto de sódio (NaF)

Fluoreto de cálcio (CaF2)

Observação: Um dos compostos mais utilizados é o fluossilicato de sódio (pó) pois apresenta facilidade de aquisição, manuseio e aplicação, baixo custo, podendo ser empregado em instalações de todo tipo e porte. Apresenta baixa solubilidade.

CONSUMO

Considerando o percentual de impurezas Pi, a dosagem pretendida D, a vazão a tratar Q, o consumo C com as unidades compatíveis, podemos usar a seguinte fórmula, para se determinar o consumo em Kg/dia:

Equação 8.17

APLICAÇÃO

São aplicados tanto a seco como em solução. O nosso mercado dispõe de aparelhos para ambos os casos.

No ponto de aplicação do produto, a água deve apresentar certa agitação para permitir uma melhor dispersão possível. Recomenda-se a sua aplicação na fase final do processo.

EXERCÍCIO

14) Dosar 0,8 mg/l de flúor (íon de flúor) em uma vazão de 300 litros de água por minuto, utilizando o fluoreto de sódio (NaF).

Características do composto: - Apresenta-se na forma de pó. - Peso atômico do sódio: 23. - Peso atômico do flúor: 19. - Teor de impurezas: 4%

Determinar:

14.a) A dosagem de fluoreto de sódio em g/m3, a fim de obter 0,8 mg de íon de flúor.

14.b) O consumo diário de fluoreto de sódio em kg/dia.

Qp

Ci

⋅−⋅== )

100

D 100(

145

G) CONTROLE DE CORROSÃO (CORREÇÃO DE PH)

Após o tratamento (coagulação, decantação e filtração) as águas ficam mais agressivas e geralmente mais corrosivas do que as águas naturais. As águas tratadas, antes de serem distribuídas, deverão ser alcalinizadas, isto é, deverão receber uma certa quantidade de cal (cal hidratada – hidróxido de cálcio), para elevação do pH em torno de 8,3.

Com esta elevação procura-se eliminar o gás carbônico – CO2 (reduzindo agressividade da água) e formar uma película de carbonato na superfície interna da tubulação, protegendo-a contra acidez.

Observação: O ponto de aplicação para desinfecção, fluoretação e controle de corrosão é indicado após a filtração na entrada do tanque antes da primeira chicana.

8.6. CONTROLE DE QUALIDADE

A água no seu trajeto desde a Estação de Tratamento até o consumidor, deverá, para preservação da saúde da população conservar as qualidades dentro dos padrões regulamentados por órgãos controladores da potabilidade (O.M.S e M.S.). Mas existe sempre a possibilidade da água não se enquadrar dentro dos limites de potabilidade exigidos, pois, a rede de distribuição em toda sua extensão poderá estar sujeita a reparos, remanejamento e mesmo infiltrações de substancias estranhas que viriam a ocasionar focos de contaminação e prejuízo ao consumidor.

Pelos motivos apresentados, se faz necessário o controle de qualidade da água distribuída à população, eliminando assim possíveis pontos de contaminação.

São coletadas amostras de água em vários pontos da cidade para análises Físico-Química, Bacteriológicas, Hidrobiológicas, Metais Pesados e Pesticidas. Estes exames são realizados pelos laboratórios da Sanepar.

8.7. SISTEMAS INDEPENDENTES

Os sistemas independentes, são constituídos de captação subterrânea, poços tubulares profundos, elevatórias, unidades de tratamento (simples cloração), adutora, reservatórios e redes de distribuição.

Os sistemas independentes, apresentam sua rede de abastecimento interligados ao sistema central, de forma a permitir maior flexibilidade no sistema de abastecimento.

A seguir estão relacionados alguns sistemas independentes da cidade de Maringá.

Jardim Alvorada ................................................................. 1 poço

Conjunto Residencial Itatiaia ............................................. 1 poço

Conjunto Residencial Aeroporto......................................... 1 poço

Parque Residencial Itaipú ................................................... 1 poço

Conjunto Residencial Higienópolis e Borba Gato .............. 1 poço

Conjunto Residencial Ney Braga ........................................ 2 poços

Conjunto Residencial Oásis ................................................ 1 poço

Conjunto Residencial Itaparica ........................................... 1 poço

146

EXERCÍCIO

15) Fazer o perfil hidráulico das unidades do sistema (desde a entrada da água

na ETA até a saída do filtro).

Orientação:

147

PROJETO Nº 01 (ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA)

01...................... Introdução

02...................... Objetivos e finalidades

03...................... Memorial descritivo

3.1................. Pré-cloração

3.2................. Mistura rápida

3.3................. Mistura lenta

3.4................. Decantação

3.5................. Filtração

3.6................. Desinfecção

3.7................. Fluoretação

3.8................. Correção final do pH

04...................... Memorial de cálculo

4.1................. Caixas de chegada

4.2................. Mistura rápida e canal adjacente

4.3................. Mistura lenta e canal adjacente

4.4................. Decantação

4.5................. Filtro rápido e tubulações adjacentes

4.6................. Desinfecção

4.7................. Fluoretação

4.8................. Correção final do pH

4.9................. Perfil hidráulico

05...................... Conclusão

06...................... Referências

07...................... Anexos

148

CAPÍTULO 9 - RESERVATÓRIOS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

9.1. DEFINIÇÃO

É o elemento do sistema de distribuição de águas destinado a regularizar as

diferenças entre o abastecimento e o consumo que se verificam em um dia, a promover

condições de abastecimento contínuo durante períodos curtos de paralisação do

abastecimento e a condicionar as pressões disponíveis nas redes de distribuição.

9.2. FINALIDADES, segundo a ESCOLA POLITÉCNICA, (19 96, p.10.1)

• Receber uma vazão constante, igual à demanda média diária do dia

de maior consumo de sua área de influência, acumular água

durante as horas em que a demanda é inferior à média e

fornecer as vazões complementares quando a vazão de

demanda for superior à média (atender as variações de consumo

ao longo do dia);

• Fornecer água por ocasião de emergências, tais como: consertos

em adutoras, paralisação da captação ou estação de tratamento

(dar continuidade no abastecimento);

• Suprir vazões extras para combate a incêndios (reserva estratégica

em caso de incêndio);

• Se a estação elevatória recalcar diretamente na rede, ficará sujeita à

grande variação da altura manométrica devido à variação das

vazões de demanda. Recalcando para o reservatório, a partir de

onde será feita a distribuição de água, a altura manométrica das

bombas será constante (pressões adequadas na rede);

O reservatório define o plano de pressões estáticas da rede de distribuição em função

do nível de água no reservatório, de maneira que, a pressão dinâmica em um determinado

ponto da rede será definida por essa pressão estática menos a perda de carga do

149

reservatório até esse ponto. Assim, o reservatório pode ser posicionado conforme as

necessidades de pressão da rede.

9.3. TIPOS E FORMAS DE RESERVATÓRIOS

É em função das condições topográficas, e podem ser:

ENTERRADO, SEMI-ENTERRADO E APOIADO

Reservatório enterrado é o reservatório que se situa inteiramente em cota

inferior à do terreno em que está localizado.

Reservatório semi-enterrado é aquele que apresenta pelo menos um terço de

sua altura total situada abaixo do nível do terreno onde se encontra

localizado.

Reservatório apoiado é o reservatório cujo fundo se encontra a uma

profundidade correspondente a menos que um terço de sua altura total

abaixo do nível do terreno em que se localiza.

Os mais utilizados são os de forma em planta retangular e circular, divididos em dois

compartimentos por uma parede interna. Exemplo:

Figura 9.1 - Reservatório retangular Figura 9.2 - Reservatório circular

1 2 1 2

150

ELEVADOS (TORRES)

É o reservatório cuja cota de fundo é superior à cota do terreno onde se localiza.

O reservatório mais comumente encontrado é o de forma cilíndrica sobre pilares e

suportado por estrutura cilíndrica de igual ou menor diâmetro.

Figura 9.3 - Exemplos de reservatórios elevados

Os reservatórios elevados, devido ao seu custo, só é utilizado quando houver

necessidade de aumentar a pressão em conseqüência de condições topográficas, em geral

são associados a reservatórios apoiados ou enterrados, que tem a maior parte do volume a

ser distribuído.

A seguir temos uma foto mostrando os reservatórios elevado e enterrado da ETA

de Maringá.

151

Figura 9.4 - Reservatórios elevado e enterrado.

RESERVATÓRIO À MONTANTE DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO

L.P. Mínimo consumo (nulo) - Estática

L.P. Máximo consumo - Dinâmica

RESERVATÓRIO DEMONTANTE (ENTERRADO)

Figura 9.5 – Reservatório de Montante ( Enterrado )

É aquele cuja posição relativa é tal que sempre será fornecedor de água à rede de

distribuição.

A tubulação deve atender à cidade no dia e hora de maior consumo. O seu

dimensionamento deve ser feito para a vazão máxima da rede de distribuição.

152

86400

.. 21 mmáx

qPKKQ =

Equação 9.1

RESERVATÓRIO À JUSANTE DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO, segundo a CETESB (1978).

Figura 9.6 – Reservatório à jusante do Sistema de Distribuição

O reservatório de jusante ou de sobra é o reservatório cuja posição relativa é

tal que pode fornecer ou receber água da rede de distribuição.

Considerações

O reservatório recebe água durante horas de menor consumo e auxilia o abastecimento da cidade durante as horas de maior consumo.

Quando o consumo for nulo, ou próximo de nulo, a altura manométrica

da bomba deverá ser aquela correspondente à vazão média do dia de maior

consumo, sendo recalcada para o reservatório.

Quando o consumo for máximo, como a bomba recalca a vazão média

do dia de maior consumo, a rede é abastecida pela bomba e pelo

reservatório. A altura manométrica será menor neste caso do que no caso

anterior.

Dimensionamento

a.) Trecho AB (Adutora)

É dimensionado para a vazão média do dia de maior consumo.

86400

..1 mqPKQ =

Equação 9.2

AdutoraRede

Bomba

Reservatóriode jusantesemi-enterrado

B C

A

D

153

b.) Trecho BC (rede de distribuição)

c.) Trecho CD

É o conduto ligado ao reservatório de jusante, e funcionará com vazões bastante variáveis, e em dois sentidos de escoamento.

� Sentido de C para D (horas de menor consumo)

)(1

)1( 86400

..redemín

mmáx Q

qPKQ −=

Equação 9.3

� Sentido de D para C (horas de maior consumo)

86400

..

86400

... 121)1(

mmmáx

qPKqPKKQ −=

Equação 9.4

Obs.: A canalização CD deverá ser dimensionada para o maior desses valores de vazão.

CENTROS DE RESERVAÇÃO, segundo a ESCOLA POLITÉCNICA, (1996, p. 10.5)

É o local onde se reúne as obras dos reservatórios e outras instalações necessárias ao seu funcionamento.

A seguir temos, em planta, dois exemplos de centro de reservação:

Figura 9.7 - Dois reservatórios circulares

154

Figura 9.8 - Um reservatório retangular dividido em dois compartimentos

9.4. CAPACIDADE DOS RESERVATÓRIOS

PARA ATENDER AS VARIAÇÕES DE DEMANDA

� Quando dispões da curva de consumo (dia mais desfav orável), segundo a CETESB (1978).

a.1 O reservatório recebe durante 24h/dia a vazão necessária

Os gráficos a seguir, servem para determinar a capacidade do reservatório em adução contínua.

Gráfico 9.1 – Dia x Vazão ( 24 h/dia )

Esvaziando

Adução

Volume(consumo)

Consumo

Enchendo

0 6 t 12 18 241

t 2

Q-

155

Gráfico 9.2 – Dia x Volume Acumulado ( 24 h/dia )

Considerações:

01) Para determinar a capacidade do reservatório, desenha-se a curva de

consumo acumulado e a reta de consumo médio acumulado, a partir da

origem. Em seguida, tiram-se as tangentes à curva, paralelas à reta

supracitada. A distância vertical entre as tangentes que se situam uma

acima e outra abaixo da reta de consumo médio acumulado dará a

capacidade do reservatório (C);

Na curva de variação horária, (vazão média aduzida) divide as áreas igualmente

acima e abaixo da reta, onde cada uma delas é a capacidade do reservatório (outra maneira

para determinar a capacidade);

a.2. O reservatório recebe vazão constante durante um período t (t<24h/dia)

Os gráficos a seguir, servem para determinar a capacidade do reservatório em adução intermitente.

0 6 12 18 24

C

Consumo Acumulado

Volume (consumo)

Horas

Con

sum

o m

édio

acu

mul

ado

Q

156

Gráfico 9.3 – Dia x Volume ( t < 24h/dia )

Gráfico 9.4 – Dia x Volume Acumulado ( t < 24h/dia )

Volume (consumo)

Enchendo

0

Esvaziando

t 16 12 18

2t Horas24

Consumo

Adução

2t t 1 24181260

Funcionamento daAdução

Consumo Acumulado

Vol

umes

acu

mul

ados

Adução Acumulada

Horas

C2

C1

157

Considerações:

01) Na curva de consumo acumulado, as ordenadas C1 e C2 representam

os consumos da cidade nos intervalos de tempo 24 a t1 e t2 a 24,

respectivamente, quando a adução não está funcionando. A

capacidade C do reservatório é: C = C1 + C2;

02) Na curva de variação horária, as áreas são iguais (idem para 24h/dia),

onde cada uma delas representa a capacidade do reservatório (outra

maneira);

� Quando não se dispõe de curva de consumo

Curva Senoidal de Consumo

Caso não se disponha de dados de consumo horário, o que ocorre sempre

quando se vai projetar o primeiro sistema de abastecimento de água de uma

cidade, pode-se adotar uma curva senoidal de consumo.

Neste caso, deve-se ser definido o coeficiente de variação horária K2, o

qual vai dizer de quanto a demanda máxima superará a média.

Observe no Gráfico 9.5 que as áreas A1 e A2 são iguais, onde a área A1

corresponde ao volume de água em déficit relativo à adução nas horas de maior

consumo e a área A2 ao volume de água em excesso nas horas de menor

consumo.

Gráfico 9.5 – Vazão Horária x Hora

A1

A2

158

24V

Sendo V o volume de água consumido em 24 horas no dia de maior

consumo, representará a vazão média horária nesse dia (vazão de

adução).

A equação da senóide pode ser representada por:

( )2412

sen.24

.12

Vt

VKQ +−= π

A capacidade do reservatório de distribuição C, representado por uma das

áreas hachuradas é:

12.24

.12

0

VdtQC −= ∫

Aplicada ao período de tempo (t) em que a vazão de consumo é superior à vazão de adução e simplificando, têm-se:

VK

C .12

−=π

Equação 9.5

Observação:

Fazendo K2 = 1,50, temos C=0,16V, isto é, a capacidade útil deve ser

aproximadamente 16% do volume consumido durante o dia de “maior consumo”.

VOLUME NECESSÁRIO PARA EMERGÊNCIAS

Entende-se por emergências as paralisações do sistema de produção de água

(captação, estação elevatória, tratamento) por acidentes de curta duração e relativamente

freqüentes.

A concessionária do serviço de água deverá dar instruções ao projetista com relação

ao volume a ser adotado, de acordo com a segurança que deseja para o sistema. Essa

segurança é função da eficiência do sistema de operação e manutenção, isto é, da

velocidade com que habitualmente conseguem resolver os problemas de emergência.

Alguns países usam uma reserva de 25% do consumo máximo diário previsto.

VOLUME NECESSÁRIO PARA COMBATE A INCÊNDIOS

Sendo os incêndios um evento de freqüência relativamente baixa no Brasil,

principalmente nas cidades de médio e pequeno porte, não é comum se destinar um volume

de reserva para essa finalidade.

159

As concessionárias preferem ter uma rede de distribuição malhada, que apresente

grande flexibilidade de manobra para possibilitar o desvio da água para os hidrantes, em

caso de necessidade. Entretanto, nas áreas de grandes riscos pode ser adotado reserva

para incêndio.

VOLUME A SER ADOTADO QUANDO NÃO SE DISPÕE DA CURVA DE CONSUMO

As Normas Brasileiras, fixam em 10% o consumo total do dia de maior consumo como

o mínimo admissível para a reservação. É comum entre nós utilizar 1/3 do volume do dia de

maior consumo. Esse valor decorre do valor de 16% desse volume, deduzido para a curva

de consumo na forma de senóide, acrescido de 15% para eventuais emergências.

CAPACIDADE DE RESERVATÓRIOS ENTERRADOS E RESERVATÓRIOS ELEVADOS

Devido ao maior custo do reservatório elevado, em relação ao enterrado, a sua

capacidade costuma ser bem menor do que 1/3 do volume consumido no dia de maior

consumo em sua área de influência. Essa capacidade é completada pelo reservatório

enterrado e pelas bombas de recalque. É comum adotar-se entre 10 e 20% do valor total da

capacidade de reservação necessária. Os reservatórios elevados, em geral, têm sua

capacidade limitada a 1.000m³, por problemas econômicos e estéticos, sendo mais comum

o máximo de 500m³.

Observação: Os reservatórios da SANEPAR junto da ETA de Maringá possuem as

seguintes capacidades:

Elevado ___________________ 600 m3

Enterrado__________________ R1: 11.000 m3

Enterrado__________________ R2: 7.000 m3 Quadro 9.1 – Dados dos Reservatórios da SANEPAR em Maringá

9.5. DETALHES DOS RESERVATÓRIOS

MATERIAIS

O mais comum entre nós, é a utilização do concreto armado, embora se encontre

muitos reservatórios em concreto e alvenaria de tijolos ou pedras, de pequena capacidade.

Uma possibilidade muito utilizada, principalmente em indústrias, são os reservatórios

de chapas de aço. Tem como vantagem a rápida execução e, como desvantagem, exigir

pinturas periódicas para evitar a ferrugem.

160

Outro material que vem sendo largamente utilizado, principalmente em indústrias, é a

fibra de vidro. Os reservatórios são pré-fabricados com capacidades padronizadas.

As tubulações podem ser de ferro fundido, aço ou PVC (diâmetros menores).

RESERVATÓRIOS DE CONCRETO ARMADO ( APOIADOS, SEMI-ENTERRADOS OU ENTERRADOS

Fundações e laje de fundo

Dependendo do tipo de solo e de sua capacidade de suporte, os

reservatórios são construídos sobre estacas ou com fundações diretas.

No primeiro caso, a laje de fundo se apóia sobre o vigamento construído

sobre as estacas, e no segundo caso, apóia-se diretamente sobre o solo, que

deve ser removida a camada de terra orgânica, e aplicar uma camada de

pedra apiloada sobre a qual será construída a laje.

Recomenda-se uma declividade em torno de 1% na laje de fundo na

direção da descarga, para facilitar a limpeza.

Válvula para controle de nível

O sistema de controle de nível da água num reservatório pode ser

fornecido por uma válvula automática comandada pelo nível d’água do

reservatório, através de um flutuador (bóia).

Figura 9.9 - Controle da água com válvula e bóia

161

Paredes e cobertura

As paredes dos reservatórios enterradas são calculadas para a hipótese

mais desfavorável do reservatório funcionar vazio e cheio, com e sem terra no

lado externo.

As paredes dos reservatórios de forma circular em planta, podem ser

calculadas com concreto protendido, diminuindo consideravelmente a

espessura necessária.

A cobertura, nos reservatórios circular, pode ser uma laje comum,

apoiada sobre pilares ou uma cúpula.

As águas que precipitam sobre a cobertura deverão escoar

naturalmente pela sua superfície até sua periferia, sem a formação de poças.

A abertura de inspeção é uma passagem que se deixa na cobertura

para permitir a visita ao interior do reservatório.

Cada reservatório deverá contar pelo menos com uma abertura para

inspeção situada em sua cobertura, com dimensão mínima igual a 0,60m ou

igual à necessária para possibilitar a passagem de equipamentos ou

dispositivos previstos em seu interior.

As aberturas de inspeção deverão ficar situadas junto a uma das paredes verticais e, de preferência, na mesma vertical da área onde se situarem os equipamentos ou

dispositivos existentes no interior do reservatório.

Devido à oscilação da lâmina d’água, é necessária abertura de ventilação na cobertura abertura de ventilação na cobertura para a saída de ar quando a lâmina sobe e a entrada de ar quando a lâmina desce, isto para evitar os esforços devido ao aumento e diminuição de pressão interna.

Figura 9.10 - Abertura para inspeção

162

A ventilação deverá se processar através de tubos verticais que terminarão em curvas

de 180o figura 9.11 (a) ou disporá na sua parte superior de uma cobertura que impedirá a

entrada de poeira e água de chuva, ou ainda de uma simples abertura lateral próxima à

cobertura, protegida da água da chuva, figura 9.11 (b).

A tubulação para ventilação deverá ser protegida com tela para evitar a penetração de

insetos e de pequenos animais.

A ventilação será dimensionada para uma vazão de ar igual à máxima vazão de

fornecimento de água. As aberturas deverão ter capacidade para esgotar o ar no mínimo na

velocidade de subida da água.

Figura 9.11 (a) - Ventilação com curva de 180º Figura 9.11 (b) - Ventilação com abertura lateral

Fundo do reservatório (drenagem)

Sob o fundo do reservatório de distribuição deverá ser constituído um sistema drenante destinado a acusar a ocorrência de vazamento através de seu fundo e de outras partes de sua estrutura não exposta.

O sistema drenante descarregará livremente em uma ou mais caixas de coleta visitáveis onde será possível visualizar a ocorrência de vazamentos.

O sistema drenante será constituído por uma tubulação coletora principal à qual poderão se juntar tubulações coletoras secundárias, fazendo-se nesse caso a conexão entre ambas mediante a utilização de peças especiais, como três ou junções ou mediante caixas.

Os tubos do sistema drenante serão envoltos por pedras com granulometria decrescente no sentido do centro para a periferia.

Se o lençol freático estiver muito alto, as Normas Brasileiras exigem que o mesmo seja rebaixado.

Abertura

Proteção Metálica

163

TUBULAÇÕES, SEGUNDO A ESCOLA POLITÉCNICA (1996)

As figuras a seguir mostram tubulações, conexões e registros de entrada e saída de

água dos reservatórios.

Entrada d’água no Reservatório:

Figura 9.12 - Conexões e registros

Adutora por Gravidade

A entrada d’água pode ser feita em qualquer posição da altura do reservatório. Quando este fica cheio, a entrada deve ser fechada por meio de válvula automática comandada pelo nível d’água do reservatório (válvula de bóia, por exemplo).

164

Figura 9.13 - Entrada d’água com uma só câmara Figura 9.14 - Entrada d’água com duas câmaras

A entrada de água em cada uma das unidades, quando independente da saída, deverá ser dimensionada para a vazão máxima que alimenta o conjunto de reservatórios, dividida pelo número de unidades menos uma.

O dimensionamento da entrada e da tubulação de entrada será feito de modo que a velocidade seja no máximo igual ao dobro da velocidade na tubulação que alimenta os reservatórios.

A entrada de água deverá ser dotada de sistema de fechamento mediante válvula, comporta ou adufa e será manobrada mediante dispositivo situado na parte externa do reservatório.

Quando a entrada de água se fizer acima do nível de água mínimo do reservatório, cuidados deverão ser tomados para absorver ou evitar o impacto decorrente da queda da água até o fundo do reservatório vazio.

Observação:

As tubulações e peças com flanges devem ficar dentro de um poço com acesso para a manobra dos registros.

Adutora por recalque

A entrada é feita acima do nível máximo d’água. Se as bombas não tiverem problemas com a variação da altura manométrica, a entrada pode ser feita com qualquer posição na altura do reservatório, menos para reservatório de jusante.

165

O esquema é semelhante ao anterior, não havendo as válvulas de bóia. O controle da entrada é feito por meio de bóia que aciona chave elétrica que faz com que as bombas desliguem quando o nível d’água atinge o máximo e liguem quando atinge o valor mínimo.

Tubulação de Saída

É comum se fazer a tubulação de saída abaixo da laje de fundo, conforme mostra a figura a seguir.

Figura 9.15 - Saída d’água do reservatório ( Politécnica -1996 )

A saída de água do reservatório poderá ser independente da entrada ou

poderá haver uma abertura comum para entrada e saída de água.

O dimensionamento da tubulação de saída será feito de modo que a

velocidade máxima através dos elementos que a constituem não ultrapasse uma

vez e meia a velocidade na tubulação que se segue à mesma.

A saída de água deverá ser dotada de sistema de fechamento mediante

válvula, comporta ou adufa que deverá ser manobrada mediante dispositivo

situado na parte externa do reservatório.

máximoNível de água

Corte AA

AA

AA

Válvula de bóia

Refistro de

Curva 90

Caixa de proteção

o

Válvula de bóia

gaveta

Câmara 2 Câmara 1

Tê

166

A saída de água será implantada de modo a impedir a formação de vórtex,

mesmo quando a água tiver atingido o nível mínimo útil. A figura anterior (corte)

mostra a altura mínima de água para evitar a formação de vórtex, que poderia ser

um rebaixo formado no fundo do reservatório. Observação: Nos reservatórios de jusante ou de sobras, a entrada e a saída se

fazem sempre por uma única tubulação.

Extravasor

Conceitos e Generalidades

Extravasor é o dispositivo destinado a impedir que o nível d’água no

reservatório ultrapasse uma cota pré-determinada, descarregando o eventual

excesso para destino conveniente. O nível máximo de água no reservatório é

dado pela posição do extravasor.

Para pequenos reservatórios, utiliza-se um simples tubo com diâmetro igual

ou imediatamente superior ao de chegada, colocado horizontalmente, com sua

geratriz inferior à altura do nível máximo da água no reservatório, Figura 9.16. A

maior vantagem é ser de baixo custo e colocar à vista a água que está sendo

desperdiçada.

Nos grandes reservatórios, sobretudo nos elevados que se situam dentro

da área urbana, muitas vezes decorando uma praça ou jardim, sem dúvida

alguma o extravasor considerado não é recomendável pelas inconveniências de

seu jato d’água.

Figura 9.16 - Pequeno reservatório utilizando um tubo como extravasor

Figura 9.17 - Extravasor com conexão do tubo vertical com outro horizontal

167

A situação é contornada desde que se faça a conexão do tubo vertical

com outro horizontal para terminar num ponto conveniente de descarga

(Figura 9.17). Essa medida pode ser complementada por outra, destinada a

evitar que o nível máximo d’água, quando o extravasor estiver em uso, cresça

sensivelmente no reservatório, a ponto de justificar maior altura livre

adicional.

Dimensionamento do Extravasor

Considerando que o extravasor funcione como um vertedor retangular

de parede fina e “sem” contrações, temos:

23

..2..3

2HLgCQ d=

Fazendo Cd = 1,62, vem

23

..83,1 HLQ = Equação 9.6

Onde:

L – Largura do vertedor em (m);

H – Carga d’água medida antes da curvatura da lâmina, em (m);

Q – Vazão, em m3/s;

Dimensionamento da Tubulação

HgACQ ..2..= Equação 9.7

Onde:

C = 0,60;

4

D.A

2π=

168

Canalização de Descarga

A tubulação de descarga (limpeza) destina-se a esvaziar o reservatório, quando necessário e será feita através de uma descarga de fundo com controle através de registro e situada abaixo do seu nível mínimo de água.

É dimensionada de modo que o mesmo seja totalmente esvaziado durante

um tempo pré-estabelecido, de algumas horas. O tempo depende,

principalmente, do tamanho do reservatório e pode ser dimensionada pela

seguinte fórmula:

Ht

AS .

.4850=

Equação 9.8

Onde:

A: área do decantador (m2).

S: área da comporta ou adufa (m2).

H: altura da água sobre o eixo da comporta ou adufa(m). Considerar que a altura vai diminuindo a medida que o reservatório vai esvaziando.

t: tempo de esvaziamento (horas).

169

Apresentação em corte de um reservatório

Figura 9.18 – Reservatório em concreto armado do tipo enterrado.

170

RESERVATÓRIOS ELEVADOS (TORRES)

Figura 9.19 – Reservatório em concreto armado do tipo elevado.

Além do funcional, a arquitetura da

torre é um dos aspectos mais importantes

no seu projeto, considerando que é uma

das estruturas que mais se destaca na

paisagem urbana. Muitas vezes, se

constitui em um cartão de visitas ou

símbolo da cidade.

O aspecto estético das torres, vem

sendo considerado desde o aparecimento

dos sistemas de água.

O esquema de tubulações são

semelhantes ao dos reservatórios

enterrados.

A tubulação de saída encontra-se na

laje de fundo, situando-se o nível mínimo

pouco acima. Muitas vezes, é necessária

a utilização de dispositivos “quebra-

vórtice” por ser difícil projetar a saída com

uma lâmina d’água mínima de 3 diâmetros

da tubulação de saída.

A entrada d’água é usualmente feita acima do nível máximo, mas pode ser feito

também na laje de fundo, desde que as curvas características das bombas permitam essa

variação de altura manométrica.

Uma torre deve conter acima de sua cobertura, pára-raios e, em alguns casos, sinalização para proteção da navegação aérea.

171

9.6. IMPERMEABILIZAÇÃO

O principal objetivo da impermeabilização é o de proteger uma obra contra passagem

e penetração de água e umidade (Instituto Brasileiro de Impermeabilização – IBI).

A estrutura deve ser impermeável, devendo para isso o concreto obedecer às

especificações especiais para evitar o fissuramento da estrutura.

O fundo e as paredes do reservatório deverão ser impermeáveis, independentemente

de qualquer tratamento especial, como pintura ou revestimento.

Quando for pretendido proceder à pintura ou revestimento do fundo ou das paredes,

deverá ser verificado mediante ensaio adequado que aquelas partes já se apresentam

impermeáveis. Somente depois será procedido a pintura ou o revestimento.

A cobertura do reservatório será impermeável, opaca e contínua, sendo considerada

contínua a cobertura constituída por elementos unidos por juntas flexíveis embutidas nos

elementos formadores da cobertura.

Além de impermeabilidade intrínseca de cobertura, sua superfície superior deverá ser

revestida com camadas de material asfáltico ou de outro material impermeabilizante que

seja capaz de aderir sobre a cobertura.

Acima do revestimento deverá ser colocada uma proteção com a finalidade de impedir

sua deterioração e sua danificação.

Os impermeabilizantes mais utilizados são:

HIDROFULGANTES

São sistemas rígidos de impermeabilização, pois são indicados para

estruturas rígidas, sendo adicionados à massa de cimento. Exemplo:

Vedacit, Sika 1.

MANTA ASFÁLTICA

A aderência e fixação são conseguidas através do calor e, para isso,

deve ser usado o maçarico para aquecer as mantas e também lacrar todas

as bordas.

EMULSÕES ASFÁLTICAS

Mesma funcionalidade das mantas, só que mais práticas e rápidas de

serem aplicadas, pois sendo líquido é aplicado como pintura,

transformando-se em manta depois de seco. Exemplo: Vedapren.

172

PINTURA ASFÁLTICA

Assim como a emulsão, esse tipo é prático e rápido de ser aplicado.

Exemplo: Neutrol.

ARGAMASSAS POLIMÉRICAS

Após aplicar a argamassa convencional, encharca-se os locais para

que a água penetre nos poros e em seguida, com uma desempenadeira ou

uma brocha, aplica-se o produto que juntamente com a água, torna a

argamassa impermeável.

9.7. NÚMERO DE RESERVATÓRIOS

Nas cidades é comum a existência de vários reservatórios, pois dependendo da

topografia (acidentada) um só reservatório, localizado em um ponto dominante para atender

toda a área abastecida, os pontos mais baixos terão pressões superiores aos limites

recomendados. A divisão da cidade em zonas de pressão, conforme figura a seguir, cada

uma provida de rede e reservatórios independentes, é a solução do problema.

Figura 9.20 – Zonas de Pressão.

173

9.8 RECOMENDAÇÕES FINAIS

Os dispositivos para fechamento das tubulações de entrada e saída ou de descarga de

fundo deverão ser instalados de modo a poderem ser reparados mesmo quando o

reservatório se encontrar cheio de água e deverão ser instalados de modo que sua remoção

possa ser feita sem que se torne necessário cortar ou destruir parte das instalações.

Deve ser previsto um sistema (dispositivo) para indicar o nível da água no reservatório.

Sempre que possível prever etapas, principalmente para os reservatórios não

elevados.

Lembrar que os reservatórios são sempre um ponto fraco quanto a contaminação num

sistema de distribuição de água.

174

EXERCÍCIOS

1 ) DACACH (1979) Dados de uma variação horária de consumo (dia de maior consumo).

Adução contínua ( 24 horas por dia ).

Horas do Dia

Consumo (m3)

Consumos acumulados

(m3)

Água Aduzida (m3) 24h

Diferenças

( + ) ( - )

0 à 1 58

1 às 2 49

2 às 3 62

3 às 4 106

4 às 5 168

5 às 6 277

6 às 7 341

7 às 8 312

8 às 9 254

9 às 10 230

10 às 11 216

11 às 12 221

12 às 13 238

13 às 14 253

14 às 15 272

15 às 16 331

16 às 17 346

17 às 18 327

18 às 19 250

19 às 20 189

20 às 21 146

21 às 22 134

22 às 23 94

23 às 24 70

175

Curva de variação de consumo.

Curva dos consumos acumulados

176

Determinar:

a) A vazão da adutora (adução contínua). b) Traçar a curva do consumo (horária e acumulada) e indicar através das áreas,

quando o reservatório esta esvaziando e enchendo. c) O coeficiente da hora do dia de maior consumo (K2). d) A capacidade mínima do reservatório (volume útil) para atender o consumo normal

da cidade do dia de consumo extremo (duas maneiras).

2 ) DACACH (1979) Os dados são os mesmos do exercício nº01. Agora a adução é

intermitente (12 horas por dia).

Horas

do Dia

Consumo

(m3)

Consumos Acumulados

(m3)

Água Aduzida

(m3) 12 h

Diferenças

( + ) ( - )

0 à 1 58

1 às 2 49

2 às 3 62

3 às 4 106

4 às 5 168

5 às 6 277

6 às 7 341

7 às 8 312

8 às 9 254

9 às 10 230

10 às 11 216

11 às 12 221

12 às 13 238

13 às 14 253

14 às 15 272

15 às 16 331

16 às 17 346

17 às 18 327

18 às 19 250

19 às 20 189

20 às 21 146

21 às 22 134

22 às 23 94

23 às 24 70

177

Curva de variação de consumo.

Curva dos consumos acumulados

178

Determinar:

a) A vazão da adutora b) Traçar a curva do consumo ( horário e acumulada ) e indicar através de

áreas quando o reservatório está esvaziando e enchendo. c) A capacidade mínima do reservatório (duas maneiras).

3 ) Sabendo que a cidade da figura sempre terá consumo de água e que H (altura do

reservatório) é grande (considerável). Trace as linhas piezométricas ( Estática e

Dinâmica ) e indique as pressões, sabendo que o reservatório atende as pressões

mínimas e máximas.

RESERVATÓRIO

CIDADE

4 ) Admitindo como curva de consumo de água de uma cidade a figura a seguir, uma

senóide. Sendo 10.000m3 o volume de água consumido em 24 horas no dia de maior

consumo, determine:

179

a) A vazão média horária (vazão de adução); b) O consumo máximo, em função de k2. c) A capacidade do reservatório (indique no gráfico);

5 ) ESCOLA POLITÉCNICA (1996) Considere os volumes de água consumidos por uma

cidade, abaixo indicados, durante um período de 24h consecutivas. Esses volumes

podem ser fornecidos por um medidor de vazão instalado na saída do reservatório.

CONSUMO (m3)

PERÍODO CONSUMO MÉDIO NO

PERÍODO PERÍODO

CONSUMO MÉDIO NO

PERÍODO

0 - 2 220 12 - 14 612

2 – 4 208 14 – 16 624

4 – 6 216 16 – 18 560

6 – 8 260 18 – 20 520

8 – 10 320 20 – 22 440

10 - 12 500 22 - 24 300

Determinar:

a) A vazão média em m3/h. b) O gráfico das vazões consumidas em m3/h no eixo das ordenadas contra o

tempo, em horas, no eixo das abscissa. c) O volume útil do reservatório pelo histograma, e represente em percentagem do

volume diário consumido. d) A vazão média que o reservatório deverá receber e o volume necessário,

admitindo que o fornecimento de água seja intermitente das 8 às 24 horas.

180

6 ) Dados de um centro de reservação:

- Zona baixa a ser atendida por um reservatório enterrado, com uma população de 30.000 habitantes e zona alta a ser atendida por uma torre, com 12.000 habitantes.

- Quota “per capita” 250l/hab.dia; coeficiente do dia de maior consumo 1,25; coeficiente da hora de maior consumo 1,5.

- O terreno do centro de reservação é plano, na cota 100,0m.

- Estudadas as necessidades de pressão nas redes alta e baixa, conclui-se que o reservatório enterrado deverá ter o NA máximo na cota 101,00 e o NA mínimo na cota 97,00 e a torre o NA máximo na cota 119,00m e o NA mínimo na cota 115,50m.

- O volume de reservação deve ser adotado 1/3 do volume consumido no dia de maior consumo.

- Estudos e definições dos reservatórios:

Determinar:

a) As vazões do dia de maior consumo, para as zonas baixa e alta. b) As capacidades necessárias para as duas zonas da cidade. c) Os volumes dos reservatórios para atender as duas zonas. d) As alturas e os diâmetros dos reservatórios bem como os diâmetros das tubulações

de entrada e saída. e) Todas as dimensões com desenho dos reservatórios e da torre.

181

CAPÍTULO 10 - REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

10.1. INTRODUÇÃO

É a parte do sistema de abastecimento constituída por um conjunto de tubulações, pelas quais a água é conduzida aos seus pontos de tomada para as instalações prediais ou para os pontos de consumo público. Essas tubulações apresentam distribuição de água em marcha e se dispõem formando uma rede, chamada rede de distribuição.

A rede de distribuição é, em geral, a parte de maior custo do sistema. Compreende, em média, cerca de 50 a 75% do custo total de todas as obras do abastecimento. Entretanto, é o órgão menos cuidado do sistema porque é constituída de condutos enterrados, onde as perdas de água podem chegar até 90% do total (EE, adutoras, ETA, reservatório).

Por outro lado, a rede de distribuição deve conservar a potabilidade da água que será entregue à população e isto deve ser conseguido com um bom projeto, além de bem construída, operada e administrada.

10.2. TRAÇADO DOS CONDUTOS

CONDUTOS PRINCIPAIS (TRONCOS OU MESTRES) São as tubulações de maior diâmetro da rede de distribuição através das quais, por

hipótese de cálculo, a água alcançará toda a rede de distribuição e são responsáveis pela alimentação dos condutos secundários.

CONDUTOS SECUNDÁRIOS

São as demais canalizações e de menor diâmetro, que tem a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema e estão ligadas aos condutos principais.

TIPOS PRINCIPAIS DE REDES (TRAÇADOS)

a) REDES EM ESPINHA DE PEIXE: os condutos principais são traçados a partir de um conduto principal central com uma disposição ramificada (Figura 10.1). Pode ser adotado em cidades que apresentam desenvolvimento linear.

b) REDES “EM GRELHA”: os condutos principais são dispostos mais ou menos paralelos entre si, ligam-se em uma extremidade a um outro conduto principal e têm os seus diâmetros decrescendo para outra extremidade.

c) REDES MALHADAS: os condutos principais formam “circuitos” ou anéis lembrando a disposição de malhas (Figura 10. 3 e 10.4).

182

Em cidades de topografia acidentada, apresentando áreas com excessivas diferenças de cotas, é muitas vezes conveniente dividir a rede de distribuição em dois ou mais sistemas independentes. Cada um é destinado a servir uma zona de pressão (item 9.7), definida por um determinado intervalo de cotas topográficas.

10.3. CLASSIFICAÇÃO DAS REDES segundo DACACH (1979 ).

REDE RAMIFICADA

Proporciona, a cada canalização distribuidora, um único sentido possível de alimentação e uma única tubulação principal (Figura 10. 1). Um acidente que interrompa o escoamento em um ponto da tubulação faz comprometer, portanto, todo o abastecimento nas tubulações situadas à jusante da mesma. A adoção de rede ramificada só é admissível em casos muito excepcionais: pequenas comunidades, condomínios, com disposição linear dos pontos a serem abastecidos.

Figura 10.1 – Rede ramificada

183

REDE MALHADA

São aquelas cujos condutos formam verdadeiras malhas (Figura 10. 2) nos quais a água se desloca ora num sentido, ora em outro, em função das solicitações de consumo. Essa reversibilidade no sentido das vazões é vantajosa, permitindo inclusive que uma tubulação seja reparada sem prejudicar o abastecimento de maior número de prédios.

Figura 10. 2 – Rede malhada

As redes malhadas constituem a maioria, já que na quase totalidade dos centros urbanos, o sistema viário estende-se em várias direções, o que não ocorre com as de traçado linear.

Os condutos principais podem formar um anel (Figura 10. 3) ou vários anéis (Figura 10. 4), a depender da conformação e sobretudo do tamanho da cidade.

Figura 10. 3 – Rede malhada com um anel

184

Figura 10. 4 – Rede malhada com três anéis

Observações:

1) Qualquer que seja o tipo da rede, malhada ou ramificada, o projeto deve satisfazer algumas condições hidráulicas limitantes, como pressões, velocidades e diâmetros.

2) Quase sempre a topografia do terreno é o fator determinante num projeto de redes.

10.4. REDE DUPLA E REDE ÚNICA

REDE DUPLA Consiste de uma rede de distribuição de água potável, cobrindo toda a área a ser

servida, e de outra rede, independente da primeira, destinada à distribuição de água não potável para certos usos públicos, industriais e comerciais, cobrindo apenas uma parte da área urbana.

Vantagens:

a) Menores diâmetros para as canalizações de água potável.

b) Maior facilidade de obtenção de mananciais de quantidade e qualidade adequados.

c) Menor custo de construção e operação da estação de tratamento de água, quando esta é necessária.

Desvantagens:

a) Péssimos resultados sanitários, pela possibilidade de enganos por partes dos consumidores, utilizando água potável como tal, e pela ocorrência de interligações perigosas entre os dois sistemas.

b) Resultados econômicos duvidosos quando muitas indústrias necessitam de água de boa qualidade (indústrias de papel e de bebidas, por exemplo).

185

A rede dupla só é admissível em casos especiais e desde que sejam tomadas as medidas necessárias à prevenção de contaminações: previsão de dispositivos que garantam a separação efetiva entre as duas redes e vigilância permanente do sistema. Exemplo de rede dupla, é a que foi instalada em Paris: a rede de água não potável, totalmente externa aos edifícios, destinada a irrigação de campos de cultura e limpeza de vias públicas.

REDE ÚNICA Tem trazido melhores resultados. Deve ser aplicada nos casos gerais.

10.5. PARTES CONSTITUTIVAS DAS REDES segundo a SANE PAR (1979).

MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES E CONEXÕES (CURVAS, TÊS, CRUZETAS)

A) Ferro Fundido Dúctil (FFD)

Tubos (barras) de comprimento útil médio, Lu = 6,00m, e utilizam em suas bolsas anéis de borracha, tanto nos tubos como nas conexões (JE ou JE2GS).

a) FD 1 Mpa

DN: 100, 150, 200, 250 e 300

Pressão interna: até 1 Mpa = 10 kgf/cm2 = 100 m.c.a.

b) FD K7

DN: 100, 150, 200,...,1200

Pressão interna: até 20 kgf/ cm²

c) FD K9

DN: 50, 75, 100, 150,..., 1200

Pressão interna: até acima de 20 kgf/ cm²

B) PVC – PBA

Tubos de PVC rígido com PONTA, BOLSA E ANEL de borracha (PBA) e conexões com junta elástica (JE).

Tubos (barras) de comprimento 6,00 m onde o comprimento útil é em função do diâmetro e é menor que 6,00 m (exemplo: DN 100 – Lu = 5,83 m).

São fabricados nos seguintes diâmetros nominais: DN 50, 65, 75, 100, 125, 140, 180, 220 e 270.

As classes de pressão interna são:

• CL 12...até 7 kgf/ cm2

• CL 15...até 8 kgf/ cm2

• CL 20...até 10 kgf/ cm2

186

C) VINILFER – DEFoFo

- O PVC rígido DEFoFo (diâmetro equivalente ao ferro fundido) tem os diâmetros externos idênticos aos de ferro fundido, portanto é possível o acoplamento direto, por exemplo, dos tubos de PVC às bolsas de ferro fundido.

- A linha Vinilfer é constituída de tubos (ponta e bolsa e anéis de borracha) de PVC rígido, fabricados nos diâmetro nominais DN 100, 150, 200, 250 e 300; com comprimento de 6,00m e útil com comprimento menor (ex.: DN 200 – Lu = 5,78m).

- Atende as pressões exigidas pela norma brasileira que é de 10 kgf/ cm2.

D) PEAD

- Polietileno de Alta Densidade. Material plástico de cor preta com pressão interna de até 10 kgf/ cm2.

- Fornecido em bobinas com comprimento de 100m até 200m nos diâmetros nominais DN 50, 63, 75, 90, 110 e 125.

- Fabricados também nos diâmetros nominais DN 140, 160, 180, 200, 250, 315 e 400 com barras medindo 6, 12 e 18m. Sob pedido.

- Existem os DN 20, 25 e 32 que podem ser utilizados em ramais prediais.

E) RPVC

- Suas propriedades variam muito conforme a relação resina de poliéster / fibra de vidro.

- Os tubos e conexões Interfibra mais as juntas elásticas ou rígidas quando necessitam de pressões entre 10 e 20 kgf/ cm2 devem ser reforçados com fibras de vidro e resina de poliéster.

- Fabricados nos diâmetros nominais DN 50, 75, 100, 150, 200, 250,...,700 e comprimento útil de 6,00m.

PEÇAS ESPECIAIS

A) Registro de Gaveta

São utilizados para possíveis isolamentos de partes da rede (sub-setores).

B) Hidrantes

São utilizados para retirada d´água em pontos estratégicos no combate a incêndios (devem ser capazes de fornecer água em quantidade e com pressão satisfatória). Serão definidos mediante consulta ao corpo de bombeiros local. Existem dois tipos de hidrantes:

- Hidrante subterrâneo: normalmente fica abaixo do passeio e tem a vantagem de não estar exposto.

187

- Hidrante de coluna: é o mais utilizado, pois é fácil a sua localização e uso.

Figura 10. 5 – Hidrante de coluna

C) Registro de Descarga

São utilizados em pontos de cotas baixas com a finalidade de esgotar os trechos para limpeza e desinfecção. Um hidrante pode ser utilizado em seu lugar.

A Figura 10.6 a seguir mostra um exemplo de localização de registros e hidrantes.

Figura 10. 6 – Localização de registros e hidrantes

D) Válvulas Redutoras de Pressão

Podem ser utilizadas para evitar pressões excessivas nos pontos baixos da rede.

E) Ventosas (vários tipos)

Normalmente são instaladas nos pontos altos da rede com a finalidade de controlar o fluxo de ar principalmente durante o enchimento (ar vai se encaminhando para os pontos altos) e esvaziando.

188

APRESENTAÇÃO PARA PROJETOS (EXEMPLOS)

1) Relação de Materiais

Discriminação Quantidade Unidade

TUBO PVC JE PBA CL12 DN50 100 m

TUBO PVC JE DEFOFO DN100 42 m

TUBO FD JE K7 DN150 18 m

CURVA 90º PVC JE DN50 05 Pç

TÊ PVC JE DN50 12 Pç

REDUÇÃO PVC JE DN100x50 01 Pç

REGISTRO DE GAVETA FG JE DN100 03 Pç

Quadro 10.1 – Relação de material e sua unidade

2) Peças especiais

2.1 - Registro

2.2 - Registro de descarga

2.3 - Hidrante

2.4 - Ventosa

2.5 - Válvula redutora de pressão

2.6 - Extremidade – Ponta seca (CAPs)

Quadro 10.2 – Representação das peças especiais

189

3) Apresentação em planta de tubulações.

Figura 10. 7 – Planta de tubulação

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE MATERIAIS, JUNTAS E ASSENTAMENTO.

a) Em geral, quanto maior o diâmetro de uma tubulação, menor a resistência a pressão interna.

b) Estudos indicam que o custo final de uma rede em ferro fundido nos DN: 100, 150, e 200 é de 40% a 60% mais cara que uma rede em “plástico” (PVC/PEAD).

c) Os materiais PEAD, RPVC, podem ser dimensionados para a classe exata de pressão necessária.

d) As juntas possuem a finalidade de vedar e com isso garantir a estanqueidade do conjunto.

e) Os diâmetros externos são diferentes em alguns materiais, dificultando qualquer interligação.

f) A junta elástica permite formar curvas de grande raio, instalando apenas tubos (deflexão do tubo).

Figura 10 .8 - Junta elástica

g) Não é recomendável a utilização de junta soldável para tubulações com DN a partir de 100mm, quando isto ocorrer, poderá ser substituída por outra elástica.

h) No assentamento da tubulação de água, a bolsa preferencialmente deve ficar voltada contra o fluxo do líquido.

i) No assentamento, sempre que o trabalho for interrompido o último tubo deverá ser tamponado, a fim de evitar a entrada de elementos estranhos.

190

10.6. VAZÃO DE DISTRIBUIÇÃO

A vazão de distribuição é calculada para a situação mais desfavorável, aquela que corresponde à hora do dia e o dia do ano de maior consumo, de acordo com PORTO (1999, p. 171).

PqkkQ mD ... 21=

Equação 10.1

onde:

QD: vazão de distribuição

qm: quota “per capita” (l/hab.dia)

k1: coeficiente do dia de maior consumo

k2 : coeficiente da hora de maior consumo

P: população prevista para a área a abastecer no fim do plano (hab)

As vazões específicas, a partir da qual são determinadas as vazões de dimensionamento, podem ser relacionadas a:

a) Extensão da rede

L

PqkkQ

mE

.21 ..=

ou seja,

L

QQ

DE =

Equação 10.2

onde:

L: extensão (comprimento) total da rede (m)

QE: vazão de distribuição em marcha (l/s.m)

b) Área da cidade

A

PqkkQ

me

..2.1=

ou seja,

dqkkQ me ... 21=

Equação 10.3

onde:

Q e : vazão específica de distribuição (l/s.ha);

A: área abrangida pela rede (ha);

d: densidade populacional P/A (hab/ha).

191

10.7. PERDAS DE CARGA

As perdas de carga ao longo de um trecho, podem ser calculadas pelas seguintes fórmulas:

FÓRMULA UNIVERSAL

g

v

D

Lfh

2

2

=

Equação 10.4

onde:

h: perda de carga em m;

f: fator de atrito;

L: comprimento do trecho em m;

D: diâmetro do trecho em m ( mmD 80050 ≤≤ );

v: velocidade do trecho em m/s ( smv /00,350,0 ≤≤ );

g: aceleração da gravidade em m/s2.

FÓRMULA DE HAZEN-WILLIAMS

87,485,1

85,1

65,10DC

QJ = onde

L

hJ =

Equação 10.5

Onde:

J: perda de carga unitária em m/m;

Q: vazão do trecho em m3/s;

D: diâmetro do trecho em m;

C: coeficiente de rugosidade, que depende da natureza e estado das paredes do tubo. Exemplos:

192

Quadro 10.3 – Relação de material e seu Coeficiente de Rugosidade

10.8. PRESSÃO EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO de acordo co m ABNT (1977).

A rede de distribuição poderá ser subdividida em tantas zonas de pressão quanto for necessário para atender as condições de pressões.

Zona de pressão é uma das partes em que a rede é subdividida, visando impedir que as pressões mínima dinâmica e máxima estática, ultrapassem limites pré-fixados.

Pressão dinâmica é a pressão que se verifica na rede de distribuição, sob certa condição de consumo. Essa pressão é referida ao nível onde a rede está implantada.

Pressão estática em um ponto da rede é a pressão que seria verificada nesse ponto na condição de ocorrência de consumo nulo em toda a rede. Essa pressão é referida ao nível onde a rede está implantada.

A pressão estática máxima é da ordem de 60 mca, o que ajuda nas perdas por vazamento, no consumo de água, na resistência das tubulações (custo) e a pressão dinâmica mínima é da ordem de 10mca, o que ajuda a impedir a contaminação da água através da rede.

As pressões estáticas se referem ao N.A. máximo do reservatório enquanto que as pressões dinâmicas ao N.A. mínimo do reservatório de distribuição, portanto as pressões na rede serão condicionadas pelo posicionamento dos reservatórios de distribuição.

10.9. DIMENSIONAMENTO DAS REDES DE DISTRIBUIÇÃO

ANÁLISE HIDRÁULICA E PROBLEMAS

Dois são os problemas que normalmente aparecem:

- Problema de verificação, que consiste em determinar as vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós, para uma rede com diâmetros e comprimentos conhecidos. Este problema é determinado e tem solução única.

MATERIAL COEFICIENTE DE RUGOSIDADE (C)

Ferro fundido (usado) 100

Ferro fundido (novo) 130

Aço galvanizado 125

Concreto (acabamento comum) 120

PVC 140

193

- Problema de determinação das vazões nos trechos dos diâmetros e cotas piezométricas nos nós, com condicionamentos nas velocidades e pressões. Este problema admite várias soluções, podendo, porém, procurar-se a solução de mínimo custo (caso normal de dimensionamento das redes).

REDES RAMIFICADAS segundo PORTO ( 1999, p. 173 )

Como o valor das vazões e o sentido do fluxo são conhecidos, estabelecem-se os diâmetros com base na tabela a seguir. Tendo-se, assim, as vazões, os diâmetros, os comprimentos dos trechos e os coeficientes de rugosidade, pode-se calcular as perdas de carga nos vários trechos e conseqüentemente as pressões nos “nós”, partindo-se de um ponto de pressão conhecida que normalmente é o N.A. do reservatório que alimenta a rede. Se as pressões obtidas forem satisfatórias, o dimensionamento da rede primária estará completo. Caso não o sejam, ou altera-se a cota do N.A. (altura do reservatório), ou estabelecem-se novos diâmetros para a rede e recalculam-se as pressões, até torná-las satisfatórias.

As redes secundárias devem, em princípio, ter diâmetros mínimos. Para estas verificam-se as pressões nos pontos críticos. Se estas forem satisfatórias, a rede secundária será de diâmetro mínimo. Estes diâmetros devem ser aumentados apenas para alimentarem os pontos nos quais as pressões resultantes não estejam satisfatórias.

O quadro a seguir fornece os diâmetros em função das velocidades e vazões máximas em rede de distribuição de água.

D (mm) Vmáx (m/s) Q máx (l/s)

50 0,68 1,34

60 0,69 1,95

75 0,71 3,14

100 0,75 5,89

125 0,79 9,69

150 0,83 14,67

200 0,90 28,27

250 0,98 47,86

300 1,05 74,22

350 1,13 108,72

400 1,20 150,80

500 1,35 265,10

Quadro 10.4 – Relação do Diâmetro, Velocidade Máxima e Vazão Máxima

O processo de cálculo pode ser elaborado com auxílio de uma planilha, que obedecerá a seguinte seqüência:

194

- Coluna 1: Número do trecho – os trechos da rede ou os nós devem ser numerados, com um critério racional, partindo do trecho mais afastado do reservatório, que recebe o número 1.

- Coluna 2: Extensão L do trecho, em metros, medido na planta topográfica ou aerofotogramétrica.

- Coluna 3: Vazão de jusante Qj, se na extremidade de um ramal (ponta seca) Qj=0. Na extremidade de jusante de um certo trecho qualquer, Qj=Σ Qm dos trechos abastecidos pelo anterior.

- Coluna 4: Vazão em marcha igual a q.L, na qual q é a vazão unitária de distribuição em marcha (l/(s.m)). O valor de q é constante para todos os trechos da rede e igual à relação entre a vazão de distribuição e o comprimento total da rede (L).

- Coluna 5: Vazão a montante do trecho Qm = Qj + q.L.

- Coluna 6: Vazão fictícia, 2

jmm

QQQ

+= se 0≠jQ ou 3

mf

QQ = se Qj =0, isto é, se a

extremidade de jusante for uma ponta seca.

- Coluna 7: Diâmetro D, determinado pela vazão de montante do trecho, obedecendo aos limites da tabela mostrada anteriormente.

- Coluna 8: Perda de carga total no trecho h, determinada para o diâmetro D e a vazão fictícia Qf .

- Coluna 9: Perda de carga unitária J (m/m) onde LhJ = .

- Coluna 10: Cotas topográficas do terreno, obtidas na planta e relativas aos nós de montante e jusante do trecho.

- Coluna 11: Cotas piezométricas de montante e jusante de cada trecho, determinadas a partir da cota piezométrica fixada para o ponto mais alto da rede ou mais distante do reservatório (mais desfavorável) uma carga de pressão mínima que será sua cota piezométrica e as demais cotas serão determinadas subtraindo ou somando as perdas de carga em cada trecho conforme se ande no sentido ou não da vazão.

- Coluna 12: Cargas de pressão disponíveis em cada nó que será obtida fazendo a diferença entre a cota piezométrica e a cota do terreno.

EXERCÍCIOS

1 ) Escola Politécnica (1996) Dados de um reservatório e tubulação de uma rede de distribuição de água. (figura 10.9)

- Cota do N.A. no reservatório: máxima 100,00 e mínima 95,00 m.

- Cota do ponto A: 60m.

- Vazão no ponto A: 5 l/s.

- Comprimento da tubulação: 1000m.

- Pressão mínima em A: 15m.

- Tubos de PVC rígido.

195

Determinar: 1.a ) As linhas piezométricas (estática e dinâmica) no desenho. 1.b ) A cota piezométrica mínima em A. 1.c ) A perda de carga unitária na tubulação em função da pressão mínima. 1.d ) O diâmetro da tubulação

2 ) Dimensionar os trechos RB e BA da tubulação do exercício anterior (1), porém com uma tomada em B intermediária.

Dados:

- Vazão em B: 4 l/s.

- Distância RB: 400m.

3 ) Dados de uma área a ser abastecida.

- Densidade demográfica: 200 hab/ha.

- Consumo “per capita”: 150 l/hab.dia.

- Área a ser abastecida: 5 ha.

- K1=1,25

- K2=1,50

196

Determinar a vazão concentrada em A relativa a área

4 ) Determinar as pressões máxima (estática) e mínima (dinâmica) no ponto A.

Dados:

- Comprimento do trecho: L=572,44m.

- Vazão no ponto A: Q(A)=16 l/s.

- N.A. máximo e mínimo do reservatório: 100,00 e 90,00m.

- Tubulação em PVC: C=140 e D=100mm.

Obs.: Mostrar as pressões fazendo o perfil do trecho e indicar as linhas piezométricas.

197

5 ) Escola Politécnica (1996) Dados de uma rede em PVC ramificada ( Politécnica – 1996).

- Cota dos trechos: Figura a seguir.

- População a ser atendida: 5000 hab (uniformemente distribuída).

- Pressão mínima de serviço: 10 mca.

- Pressão máxima: 50 mca.

- Quota “per capita”: 200 l/hab.dia.

- K1=1,25.

- K2=1,50.

- C=130

Obs.: Despreze as perdas de carga localizadas e as cargas cinéticas.

Determinar: 5.a) A vazão de distribuição. 5.b) A taxa de consumo linear. 5.c) As vazões nos trechos. 5.d) Os diâmetros. 5.e) As perdas de carga. 5.f) As cotas piezométricas. 5.g) As pressões. 5.h) O nível mínimo e máximo da água no reservatório. 5.i) Preencher a planilha que segue.

198

Trecho Comp.

(m)

Vazões (l/s) D

(mm)

J

(m/m)

h

(m)

C. Terreno C. Piezométrica Pressões

J M Média M J M J M J

1

2

3

4

5

6

7

8

6 ) Porto (1999) Dimensionar a rede de distribuição de água de uma pequena comunidade, cuja planta e topografia do terreno são mostradas na Figura 10.13 Determinar a cota do nível d´água no reservatório para que a mínima carga de pressão estática e a máxima carga de pressão dinâmica na rede seja 15 m.c.a. Determine a máxima carga de pressão estática e a máxima carga de pressão dinâmica na rede.

Dados:

- População a ser abastecida, P = 29000 hab

- Cota de consumo per capita média, qm = 150 l/hab/dia.

199

- Coeficiente do dia de maior consumo, k1 = 1,25.

- Coeficiente da hora de maior demanda, k2 = 1,50.

- Horas de funcionamento diário do sistema, h = 24h.

- Material das tubulações: aço galvanizado novo, fator de atrito f=0,026.

- O trecho entre o reservatório e o ponto A, onde inicia a rede, não terá distribuição em marcha.

- Despreze as perdas de carga localizadas e as cargas cinéticas e preencha a planilha.

Trecho

Ext.

(m)

Vazão (l/s) Diâm.

(mm)

J

(m/m)

H

(m)

C. terreno (m) C. piezom. (m) Pressão (mca)

Jus. Marc. Mont. Fict. M J M J M J

1

2 – 1

2

3 – 1

3 – 2

3

4 – 1

4

5

200

REDES MALHADAS

Trata-se de um problema complexo, porque o sentido do fluxo e o valor das vazões nos trechos não são conhecidos, pois há sempre mais de um caminho para a água atingir os “nós”. Desse modo, as vazões e o sentido do fluxo nos trechos devem ser estabelecidos através de tentativas, observando-se que a vazão que aflui a um “nó” deve ser igual a vazão efluente do mesmo.

Por tentativas (soluções aproximadas) chega-se à precisão desejada.

Seccionamento Fictício

O método baseia-se na transformação da rede malhada em outra ramificada fictícia, através de pontos de seccionamento que dão origem a extremidades livres, na realidade inexistentes.

A escolha dos pontos de seccionamento deve ser feita de modo que o percurso da água até eles, a partir do ponto de alimentação, seja o menor possível.

A Figura 10.9 a seguir mostra uma rede malhada transformada em rede ramificada.

Figura 10.9 – Transformação de Rede Malhada em Rede Ramificada

201

No dimensionamento da rede ramificada fictícia verifica-se a hipótese dos seccionamentos adotados, confrontando os valores calculados com a seguinte condição real: as pressões resultantes nos pontos de seccionamento pelos trajetos possíveis da água na rede ramificada fictícia, devem ser aproximadamente iguais. Na prática, consideram-se toleráveis as diferenças que não excedam 5% do valor médio desses próprios valores calculados.

Altera-se o traçado da rede ou o seccionamento inicialmente adotado ou os diâmetros de alguns trechos, caso resulte uma distribuição insatisfatória de pressão na rede ou uma altura exagerada para o reservatório de distribuição. Idem no caso de, em alguns pontos de seccionamento, encontrarem-se diferenças acima do limite tolerável.

Feita a alteração, recalcula-se a rede e assim procede-se sucessivamente até chegar-se a uma solução satisfatória.

Método de Hardy-Cross, segundo PORTO (1999).

a) Aplicação

O método de Hardy-Cross apresenta duas modalidades de aplicação:

• Por compensação das perdas de carga.

• Por compensação das vazões.

No primeiro caso, que é o menos aplicado, se admite uma distribuição de pressões (ou perdas de carga por trecho) e calculam-se as vazões.

No segundo caso, que é o mais aplicado, se admite uma distribuição de vazões e determinam-se as perdas de carga.

O método de Hardy-Cross é aplicado aos condutos principais (anéis principais) de uma rede malhada, enquanto que os condutos secundários são dimensionados normalmente pelos mínimos estabelecidos por normas, que são da ordem de 50 mm.

b) Hidráulica do Método

A solução está baseada nas mesmas equações e princípios aplicados às redes ramificadas.

Considerações:

1) Substitui-se a distribuição em marcha da rede por tomadas localizadas em pontos convenientes: A, B, C, D, E e F, chamados de nós (Figura 10.9 a seguir), onde cada nó corresponde a uma área de atendimento (área de influência do nó).

202

Figura 10.10 – Redes de Distribuição

Supõe-se que as vazões sejam uniformes em cada trecho dos anéis.

O processo “por compensação de vazões” prevê a admissão inicial de vazões em cada trecho dos anéis, a partir das vazões concentradas nos nós.

2) As condições necessárias e suficientes para que a distribuição de vazões admitidas seja correta são as seguintes:

� Em um nó qualquer da rede, a soma algébrica das vazões é nula. Convenciona-se:

• Positivas (+) as vazões afluentes.

• Negativas (-) as vazões efluentes.

Exemplo:

Figura 10.11 – Nó de Rede

∑ −−−+= dQQQQQQ 4321

Equação 10.6

Sendo dQ a vazão de distribuição.

203

� Em circuito fechado (ou anel) qualquer, a soma algébrica das perdas de carga é nula. Convenciona-se:

• Positivas (+) as perdas de carga coincidentes.

• Negativas (-) as perdas de carga contrárias a um prefixado sentido de caminhamento do fluxo do anel.

Exemplo: sentido de caminhamento fixado (sentido horário).

Figura 10.11 – Rede em circuito fechado (anel)

∑ =−−+= 03421 hhhhh

Equação 10.7

� O Método

Partindo-se dos pontos de alimentação da rede, atribui-se uma vazão de escoamento a cada um dos trechos consecutivos dos anéis da rede. Faz-se essa distribuição, respeitando-se em cada “nó”, a condição: ∑ = 0Q .

Fixa-se para efeito de cálculo, um sentido de caminhamento nos anéis. Calcula-se a perda de carga em cada trecho do anel. Faz-se em cada anel a somatória algébrica,

∑ .h

204

Se em todos os anéis, for obtido∑ = 0h , então a rede posta

em funcionamento terá realmente uma circulação de vazões, nos seus diversos trechos, coincidente com o que foi de início imaginado.

Geralmente, a primeira tentativa conduz ∑ ≠ 0h . Deverá

ser feita uma compensação de vazões, somando-se algebricamente um valor correção ,Q∆ à vazão de cada trecho. Para este efeito, consideram-se valores de Q adotados de sinais iguais aos correspondentes a h.

3) Cálculo do valor de correção .

Dada a fórmula geral

nQrh .=

Equação 10.8

fazendo ∑ = 0h , temos

∑ =∆+ 0).( nQQr

onde Q é a vazão inicialmente adotada.

Desenvolvendo o binômio, vem:

...)..2.1

)1(..()( 221

0 +∆−+∆+=∆+ −− QQnn

QQnQrQQr nnnn

Como o valor de Q∆ é pequeno, comparado a Q , todos os

termos que contenham Q∆ , elevados a uma potência igual ou

superior à segunda ( Q∆ )2, podem ser desprezados.

0.... 1 =∆+∑∑− QQnrQr nn

∑

∑−−=∆1. n

n

Qrn

rQQ

ou

∑

∑−=∆

Q

rQn

rQQ

n

n

Como nQrh .= , temos:

∑

∑−=∆

Q

hn

hQ

Equação 10.10

onde n = 1,85 (Hazen-Williams).

Q∆

205

Com as vazões compensadas assim obtidas, recalcula-se o valor de ∑ h . Deste resulta uma nova vazão de compensação, Q∆

e, conseqüentemente, uma nova distribuição de vazão nos trechos. Repetem-se sucessivamente as tentativas até se obter ∑ h satisfatoriamente próximo de zero.

4) Correções (trechos comuns)

Em uma rede, geralmente existem vários anéis, fazendo com que existam trechos que pertencem simultaneamente a dois anéis. A correção nesse trecho é feita por superposição das correções parciais referentes aos dois anéis.

Exemplo:

Figura 10.12 – Redes com dois anéis e um trecho comum BC.

Considerando que a correção Q∆ em cada anel é:

Q∆ (I) = -1,50l/s

Q∆ (II) = +1,30l/s

Obs: Com exceção no trecho comum (BC).

• TRECHO BC – ANEL (I)

Q∆ = -1,50 – (+1,30) = -2,80l/s

Q∆ (I) = -2,80l/s

• TRECHO CB – ANEL (II)

Q∆ = +1,30 – (-1,50) = +2,80l/s

Q∆ (II) = +2,80l/s

206

Conhecidos os diâmetros e vazões de cada trecho, resultam imediatamente as velocidades de escoamento.

Se, em algum trecho, a velocidade resultante for excessiva, faz-se uma modificação criteriosa do diâmetro na rede e recalcula-se as vazões.

Conhecidas as cotas piezométricas da água nos pontos de alimentação da rede (cotas piezométricas nos reservatórios ou na chegada das adutoras), resultam as cotas piezométricas e as pressões disponíveis nos diversos pontos da rede. Se estas pressões forem inadequadas, modifica-se o sistema:

• ou alterando-se as cotas piezométricas nos pontos de alimentação (por exemplo, a altura dos reservatórios);

• ou fazendo-se a alteração de diâmetro em trechos da rede. Neste caso, tem-se que recalcular a rede.

c) Roteiro Básico para Projetos de Rede de Distribuição de Água, segundo a ESCOLA POLITÉCNICA (1996, p. 12.16).

O roteiro básico a ser seguido pode ser o seguinte:

1) Delimitação da área a ser atendida. Esta área pode confundir-se com a própria área urbanizada, mas pode

também referir-se a uma parte desta, ou ainda prever áreas de futura expansão.

2) Estudo demográfico da área a ser atendida. Delimitação das áreas homogêneas, de acordo com o tipo de ocupação e

densidades demográficas.

3) Concepção do sistema de distribuição. � Estudo das zonas de pressão: Quando na área a ser atendida

diferenças de cotas entre as regiões mais altas e as mais baixas superarem a pressão estática máxima recomendada pelas normas, torna-se necessário subdividir a área em zonas de pressão, surgindo as zonas baixas, as zonas médias e as zonas altas. Cada uma destas zonas deve ter uma rede de distribuição independente. As interligações entre as zonas de pressão podem ser feitas apenas para atender emergências. Normalmente estas interligações possuem registros que devem permanecer fechados.

� Estudo de setorização: Dependendo da extensão da área a ser atendida, pode tornar-se econômico criar-se vários centros de reservação, cada um deles abastecendo uma rede independente, cuja área de atendimento convenientemente o mais próximo possível do centro da área que irão servir. As interligações entre os setores através da rede de distribuição obedecem a mesma finalidade supra descrita (atender situações de emergência). De modo geral cada setor funciona de forma independente.

207

� Traçado da rede de distribuição: A rede cujo traçado deve ser concebido convenientemente é a rede principal, pois esta é implantada apenas em algumas ruas. As redes secundárias são alimentadas a partir das redes principais e devem ser lançadas em todas as ruas da área a ser atendida. As redes principais, por outro lado, são aquelas a serem dimensionadas inicialmente. Somente após o seu dimensionamento é que se estabelecem os diâmetros e se faz a verificação das redes secundárias.

As redes principais, partindo dos reservatórios de distribuição, devem ser traçadas obedecendo as recomendações expostas e mais as seguintes recomendações práticas, válidas para as condições das cidades brasileiras:

∗ estarem o mais próximo possível dos locais onde haja necessidade de maiores vazões;

∗ serem dispostos aproveitando passagens existentes quando se tiver que cruzar ferrovias, rodovias ou curso d´água;

∗ preferência às ruas sem pavimentação, de trânsito não intenso ou de trânsito leve;

∗ preferência às ruas onde não haja outras utilidades públicas subterrâneas;

∗ preferência às ruas onde as condições geotécnicas sejam favoráveis.

4) Seleção dos pontos de concentração de vazões. Ao longo das redes principais, as vazões são distribuídas em

marcha. Entretanto, para efeito de cálculo, sem prejuízo do dimensionamento, estas vazões são substituídas por vazões concentradas em determinados pontos, convenientemente localizados, denominados “nós” da rede de distribuição. A cada “nó” corresponde uma área de atendimento denominada área de influência do “nó”; devem obrigatoriamente ser localizados onde há uma ramificação da rede principal. Outros “nós” devem ser dispostos, especialmente junto a grandes consumidores. A rede principal entre dois “nós” consecutivos constitui-se em um trecho da rede. Nos trechos, para fins de dimensionamento, as vazões veiculadas são consideradas constantes.

5) Extensão dos trechos. Uma vez definidos os “nós” pode-se medir em escala a extensão

dos vários trechos que constituem a rede principal de distribuição.

6) Áreas de influência nos “nós”. Como já visto, a cada “nó” corresponde uma área de influência

que deve ser adequadamente delimitada e medida.

7) Vazões específicas. Com base nas densidades demográficas, consumos “per capita” e

coeficientes de variação diária e horária de vazão, determina-se para cada área homogênea sua vazão específica. É mais comum determinar-se a vazão específica por unidade de área.

208

8) Vazões concentradas nos “nós”. Obtém-se estas vazões multiplicando-se a extensão da área de

influência dos “nós” pela vazão específica efetiva.

9) Vazões nos trechos. A determinação das vazões nos trechos depende do tipo de rede a

ser implantada.

∗ Redes ramificadas: Nestas redes, o sentido de caminhamento das vazões para efeito de dimensionamento é único e pré-definido, tornando-se imediato o estabelecimento das vazões nos vários trechos.

∗ Redes malhadas: Nestas, o sentido do fluxo e o valor das vazões nos trechos não são conhecidos, pois há sempre mais de um caminho para a água atingir os nós.

Recomendações para Projetos de Rede

a) Dispor os condutos principais de modo que os condutos secundários possam ser alimentados pelas duas extremidades: para maior garantia de continuidade do abastecimento em cada conduto secundário, e para que a capacidade do suprimento duplique quando necessária uma grande solicitação de água num ponto de um conduto secundário.

b) Procurar obter sistemas formando circuitos fechados e evitar, ao máximo, segmento de canalização com uma extremidade tapada (pontas mortas).

Essas condições (a) e (b) podem ser conseguidas desde que o sistema viário (traçado do arruamento e da forma de ocupação) e a topografia da cidade assim o permitam.

c) Os condutos principais deverão ser localizados em vias existentes onde deverá ser previsto o abastecimento de águas para combate a incêndio e tão próximo quanto possível aos consumidores especiais (aquele que o consumo influi diretamente no dimensionamento).

d) Os condutos principais deverão formar circuitos fechados sempre que:

� A área a ser atendida for superior a 1 km2.

� A distância máxima entre dois condutos dispostos segundo um traçado sensivelmente paralelos for na ordem de 400 a 600m.

e) Na rua, a rede de água deve ficar sempre em nível superior à rede de esgoto, e, quanto à localização é comum localizar a rede de água em um terço da rua e a rede de esgoto em outro.

209

f) A rede de distribuição deverá ser dupla, com a colocação de um conduto em cada passeio, quando ocorrer qualquer dos seguintes casos:

� Em ruas principais em que o tráfego é ou poderá ser intenso.

� Quando a largura da rua for superior a 18m.

� Quando um estudo econômico, considerando o custo da pavimentação, o custo dos trabalhos para instalação do ramal predial e o custo desse ramal, demonstrar que será mais econômica a instalação de rede dupla.

Figura 10.14 – Perfil de uma rua

Considerações Finais

� O teste de pressão hidráulica, antes do reaterro da vala, constitui o exame final da canalização. Entre outras coisas, ele permite a certificação da montagem correta de todas as juntas e, por conseguinte, da estanqueidade (não de resistência) de toda a tubulação. A norma brasileira (ABNT) NBR 9656 fixa os valores da pressão de ensaio em função da pressão máxima que o trecho (máximo de 500 m) irá suportar em serviço.

� Quando uma tubulação é rompida, o movimento preferencial da água é no sentido de sair e não de entrar na canalização, uma vez que a água se encontra sob pressão. Após os reparos são dadas descargas nas redes para a “limpeza” da água e além disso o cloro residual garante a desinfecção mesmo que a água permaneça turva por algum tempo.

210

EXERCÍCIOS

7 ) DACACH (1979) Considerando que as vazões sejam uniformes em cada trecho da Figura 10.20 a seguir. Através do método de Hardy-Cross, determinar:

Dados:

Material: ferro fundido usado (C=100).

K1 = 1,25 K2 = 1,50 d = 150 hab/ha qm = 200 l/hab.dia

Área de atendimento:

Nó A B C D E F

Área (ha) 21,50 27,65 15,36 38,40 26,11 24,58

7.a) A vazão distribuída. 7.b) As vazões concentradas – nós da rede. 7.c) As vazões nos trechos. 7.d) Os diâmetros. 7.e) As perdas de carga. 7.f) A correção das vazões.

Tre

cho Comp.

(m)

Vazão

(l/s)

Diâm.

(mm)

ho

(m) 0

085,1Q

h

Q∆ 0

(l/s)

Vazão corrigida

(l/s)

Diâm. Corrigido

(mm)

h1

(m) 1

185,1Q

h 1Q∆

(l/s)

AB

BC

CD

DE

EF

FA

Σ

211

8 ) Os retângulos da figura a seguir representam quadras ( quarteirões ) de uma cidade.

8.1) Após estudos, decidiu-se por uma rede malhada constituída de tubulações secundárias (linhas finas) e de tubulações principais ( linhas grossas ), formando anéis.

8.2) Área de atendimento de cada nó e comprimento dos trechos.

212

ANEL I

Tre

cho Comp.

(m)

Vazão

(l/s)

Diâm.

(mm)

ho

(m) 0

085,1Q

h

Q∆ 0

(l/s)

Vazão corrigida

(l/s)

Diâm. Corrigido

(mm)

h 1

(m) 1

185,1Q

h 1Q∆

(l/s)

AB

BC

CD

DE

EA

Σ

ANEL II

CARACTERÍSTICAS URBANAS DOS BAIRROS d

Hab/ha

L

m/ha

Bairros residenciais de luxo com lote padrão de 800 m2 100 150

Bairros residenciais médios com lotes padrão de 450 m2 120 180

Bairros residenciais populares com lote padrão de 250 m2 150 200

Bairros mistos residencial-comercial da zona central, com predominância de edifícios de 3 a 4 pavimentos300

300 150

Bairros residenciais da zona central com predominância de edifícios de apartamentos com 10 a 12 pavimentos

450 150

Tre

cho Comp.

(m)

Vazão

(l/s)

Diâm.

(mm)

ho

(m) 0

085,1Q

h

Q∆ 0

(l/s)

Vazão corrigida

(l/s)

Diâm. Corrigido

(mm)

h 1

(m) 1

185,1Q

h 1Q∆

(l/s)

CF

FG

GD

DC

Σ

213

9 ) Porto (1999) Determine a cota do nível d`água no reservatório da Figura 10.23 a seguir para que a mínima carga de pressão dinâmica na rede de distribuição de água seja de 15 mH2O. Despreze as perdas localizadas e considere o nó 5 o ponto mais alto da rede em PVC.

10 ) Escola Politécnica (1996 ) Estudo de uma rede de distribuição de água.

Para a localidade apresentada na planta anexa, após os devidos estudos populacionais e de consumo “per capita” foram determinados os seguintes elementos:

- Densidades demográficas: atual � 150 hab/ha de projeto � 300 hab/ha - Consumo “per capita” de projeto: 200 l/hab.dia. - K1 = 1,2. - K2 = 1,5. - Coeficiente de perda de carga: C = 130 ( Hazen-Williams ).

Deverão ser desenvolvidos os seguintes itens: 10.a) Área de atendimento total (demarcar na planta). 10.b) Estudar as zonas de pressão e a setorização da rede. 10.c) Cálculo das vazões totais e específicas de projeto. 10.d) Selecionar o local mais conveniente para o reservatório. 10.e) Traçar as linhas tronco de distribuição (redes malhadas com 3 anéis). 10.f) Selecionar os nós de distribuição e determinar as vazões concentradas em cada

nó, indicando na planta a área correspondente. 10.g) Dimensionar os anéis de distribuição. 10.h) Determinar a cota do NA mínimo no reservatório e as correspondentes pressões

nos nós.

214ESCALA : 1:5000

215

11 ) DACACH (1979 ) Exemplo de uma rede de água com três anéis, pelo processo de Hardy-Cross.

216

Planilha de cálculo pelo método de Hardy-Cross dos três anéis da rede de água:

AN

EL

I

Trecho Diâm. (mm) Comp. (m) Vazão Q0 (l/s) h0 0

085,1Q

h Correção

∆ Q0

*AB 250 124 30,98 0,32 20 +2,04

*BC 250 184 29,07 0,43 28 +2,04

*CD 150 206 8,47 0,59 131 +0,57

*DE 150 103 7,07 0,22 57 +0,57

EF 150 202 -7,40 -0,45 113 +0,70

FG 150 134 -10,91 -0,65 107 +0,70

GH 200 227 -14,35 -0,43 56 +0,70

HA 200 167 -16,83 -0,42 47 +0,70

Σ -0,39 559

Vazão Corrigida Q1

h1 1

185,1Q

h Correção

∆Q1 Q2 h2

2

285,1Q

h ∆ Q2 Q3

33,02 0,36 21 0,00 33,02 0,36 21 +0,03 33,05

31,11 0,48 30 0,00 31,11 0,48 30 +0,03 31,14

9,04 0,67 138 -0,13 8,91 0,65 134 +0,07 8,98

7,64 0,25 61 -0,13 7,51 0,24 59 +0,07 7,58

-6,70 -0,37 104 -0,05 -6,75 -0,37 106 +0,02 -6,73

-10,21 -0,57 102 -0,05 -10,26 -0,58 103 +0,02 -10,24

-13,65 -0,39 55 -0,05 -13,70 -0,39 54 +0,02 -13,68

-16,13 -0,40 46 -0,05 -16,18 -0,40 46 +0,02 -16,16

Σ +0,03 557 Σ -0,01 553

slQ /70,0599,0

39,00 +=+=∆

slQ /05,0557,0

03,01 −=−=∆

slQ /02,0553,0

01,02 +=+=∆

217

AN

EL

Ii

Trecho Diâm. (mm) Comp. (m) Comp. Equiv. a

φ200mm Vazão Q0 (l/s) hf0

0

085,1Q

h Correção

∆0

AI 125 166 1643 9,64 1,50 290 -1,34

IJ 125 152 1505 6,58 0,69 193 -1,34

JK 100 168 4872 5,47 1,52 530 -1,34

KL 100 177 5133 2,61 0,39 290 -1,34

LC 100 225 6525 -3,50 -0,91 476 -1,34

*CB 250 184 63 -29,07 -0,43 28 -2,04

*BA 250 124 42 -30,98 -0,32 20 -2,04

Σ +2,44 1827

Vazão Corrigida Q1

hf1 1

185,1Q

h f Correção

∆Q1 Q2 hf2

2

285,1Q

h f ∆2 Q3

8,30 1,12 230 -0,05 8,25 1,10 250 -0,01 8,24

5,24 0,43 155 -0,05 5,19 0,42 152 -0,01 3,18

4,13 0,92 420 -0,05 4,08 0,89 420 -0,01 4,07

1,27 0,11 160 -0,05 1,22 0,10 158 -0,01 1,21

-4,84 -1,65 640 -0,05 -4,89 -1,68 640 -0,01 4,90

-31,11 -0,48 30 0,00 -31,11 -0,48 30 -0,03 -31,14

-33,02 -0,36 21 0,00 -33,02 -0,36 21 -0,03 -33,05

Σ +0,09 1676 Σ +0,01 1671

slQ /34,1827,1

44,20 −=−=∆

slQ /05,0676,1

09,01 −=−=∆

slQ /01,0671,1

01,02 −=−=∆

218

AN

EL

III

Trecho Diâm. (mm) Comp. (m) Comp. Equiv. a

φ200mm Vazão Q0 (l/s) hf0

0

085,1Q

h Correção

∆0

CM 150 254 1031 13,29 1,64 240 +0,13

MN 125 263 2604 8,20 1,74 400 +0,13

NO 100 133 3851 3,60 0,57 295 +0,13

OP 100 321 9309 -4,45 -1,98 845 +0,13

PQ 125 105 1040 -8,71 -0,76 166 +0,13

QE 150 169 686 -9,94 -0,68 125 +0,13

*ED 150 103 418 -7,07 -0,22 57 +0,57

*DC 150 206 836 −8,47 -0,59 131 +0,57

Σ -0,30 2259

Vazão Corrigida Q1

hf1 1

185,1Q

h f Correção

∆Q1 Q2 hf2

2

285,1Q

h f ∆2 Q3

13,42 1,74 244 +0,08 13,50 1,74 242 -0,05 13,45

8,33 1,77 400 +0,08 8,41 1,80 400 -0,05 8,36

3,73 0,59 295 +0,08 3,81 0,65 304 -0,05 3,76

-4,32 -1,90 825 +0,08 -4,24 -1,80 800 -0,05 -4,29

-8,56 -0,78 168 +0,08 -8,50 -0,74 160 -0,05 -8,55

-9,81 -0,67 124 +0,08 -9,73 -0,64 120 -0,05 -9,78

-7,64 -0,25 61 +0,13 -7,51 -0,24 59 -0,07 -7,58

-9,04 -0,67 138 +0,13 -8,91 -0,65 134 -0,07 -6,98

Σ -0,17 2255 Σ +0,12 2219

slQ /13,0259,2

30,00 +=+=∆

slQ /08,0255,2

17,01 +=+=∆

slQ /05,0219,2

12,02 −=−=∆

219

PROJETO Nº 02 (RESERVATÓRIO E REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA) 01..................... Introdução 02..................... Objetivos e finalidades 03..................... Reservatório de distribuição

3.1............... Memorial Descritivo 3.1.1........ Zonas de pressão 3.1.2........ Local mais conveniente 3.3.3........ Volume 3.3.4........ Extravasor 3.3.5........ Ventilação 3.3.6........ Tubulações de entrada e da saída 3.3.7........ Acesso para inspeção 3.3.8........ Material /impermeabilização

3.2.............. Memorial de Cálculo ( Relativo aos itens anteriores ) 04..................... Rede de distribuição

4.1.............. Memorial Descritivo 4.1.1........ Delimitação de área á ser atendida 4.1.2........ Estudo Demográfico 4.1.3........ Concepção do sistema de distribuição 4.1.4........ Zonas de pressão e setorização 4.1.5........ Traçado da rede de distribuição

- Ponto de concentração da vazão (nós) - Área de atendimento (influência) - Extensão dos trechos e vazões - Vazão (Total/específica) - Pressões nos nós - Cota no N.A. no reservatório

4.1.6........ Materiais utilizados na rede 4.1.7........ Registros e hidrantes

4.2.............. Memorial de Cálculo ( Relativo aos itens anteriores ) 05..................... Conclusão 06..................... Referências 07..................... Anexos