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Saneamento Ambiental I
1
Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental
Aula 04 – Sistema de Captação Subterrânea, Adução e Estações Elevatórias
Profª Heloise G. Knapik
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Aula passada:
• Vazões de dimensionamento em sistemas de abastecimento de água
• Captação de águas superficiais
• Requisitos
• Dispositivos
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Objetivos da presente aula:
• Captação Subterrânea
• Sistema de Adução
• Estações Elevatórias
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CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEAS
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Captação de Águas Subterrâneas
Água subterrânea: água presente no subsolo, ocupando os interstícios, fendas e canais existentes nas diferentes camadas geológicas, e em condição de escoar,
obedecendo aos princípios da hidráulica.
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Aquíferos
Aquíferos – formação geológica que contém água e permite que quantidade significativas dessa água se movimentem no seu interior em condições naturais
Aquitardes – formações de baixa permeabilidade, que armazenam e transmitem água muito lentamente de um aquífero a outro, mas não em quantidade suficiente para suprir poços de bombeamento.
Aquiclude – é uma formação que pode conter água (até mesmo em quantidades significativas), mas é incapaz de transmiti-la em condições naturais
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Tipos de Aquíferos
Aquíferos livres – são aqueles cujo topo é demarcado pelo nível freático, estando em contato com a atmosfera
Aquíferos confinados – ocorrem quando um estrato permeável está confinado entre duas unidades pouco permeáveis
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Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento
Teste de aquífero
• Objetivo de definir os parâmetros hidrodinâmicos de um sistema aquífero como transmissividade, coeficiente de armazenamento e condutividade hidráulica
Teste de produção
• Têm a finalidade de determinar a vazão ótima de bombeamento, as perdas de carga e a eficiência do poço
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Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento
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Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento
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Águas Subterrâneas
Vantagens
• Menor impacto de variações externas
• Água com melhor qualidade
• Não há a necessidade de grandes adutoras
• Dispensam investimentos em grandes ETAs
Desvantagens
• Necessidade de bombeamento
• Vazões individuais dos poços são relativamente pequenas (limitadas pelas características geológicas)
• Podem apresentar alto teor salino
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ADUTORAS
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Adutoras
São canalizações dos sistemas de abastecimento de água que conduzem
a água para as unidades que precedem a rede de distribuição.
Interligam captação, ETA e reservatórios (não distribuem a água
aos consumidores)
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Adutoras
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Adutoras
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Adutoras
Quanto à natureza da água transportada:
- Adutoras de água bruta
- Adutoras de água tratada
Quanto à energia para movimentação da água
- Adutoras por gravidade (conduto livre ou forçado)
- Adutoras por recalque
- Adutoras mistas
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Adutoras por Gravidade
Situações ideais (sanitárias e estabilidade): 1 (escoamento forçado) e 2 (escoamento livre)
Situações desfavoráveis (acúmulo de ar, sucção, contaminação): 3 e 4 (escoamento só é possível após o enchimento da tubulação - sifão)
Situações críticas (não é possível escoamento por gravidade): 5
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Adutoras por Gravidade
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Adutoras por Recalque
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Adutoras por Recalque e Gravidade (Mistas)
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Vazão de Adução
DISTRIBUIÇÃO PRODUÇÃO
𝑄𝐴𝐴𝑇 =𝑄 . 𝐾1. 24
𝑡+ 𝑄𝐸𝑠𝑝
𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡 = 𝑄 . 𝐾1. 𝐾2 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑑 =𝑄 . 𝐾1. 24
𝑡1 + 𝐶𝐸𝑇𝐴 + 𝑄𝐸𝑠𝑝
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Período de funcionamento da adução
Adutoras por Gravidade: podem funcionar durante 24 horas
Adutoras por Recalque: funcionamento de 16 a 20 horas (manutenção de equipamentos e consumo de energia – fora dos horários de pico)
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Dimensionamento de Adutoras
Adutora por Gravidade:
• Vazão (Q)
• Velocidade (V)
• Perda de Carga Unitária (J)
• Diâmetro (D)
Parâmetro conhecido
Parâmetro a determinar
Fixa-se V ou J para determinar D
Pequenas velocidades: favorecem a formação de depósitos de materiais sedimentáveis Velocidades elevadas: aumentam as perdas de carga Valor mínimo usual: 0,5 m/s Valor máximo usual: 2,5 a 5,0 m/s em conduto livre e de 4,0 a 6,0 m/s em conduto forçado
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Dimensionamento de Adutoras
Adutora por Recalque:
Valores conhecidos
• Vazão (Q)
• Comprimento da Adutora (L)
• Desnível a ser Vencido
• Material da Adutora
Valores a determinar:
• Diâmetro (D): quanto menor o diâmetro, maior a potência do equipamento de recalque (vários pares disponíveis)
Velocidade econômica em adutoras por recalque: 1,0 a 1,5 m/s
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Hidráulica para Adutoras
Escoamento em Regime Permanente e Uniforme
Equação da Energia – Bernoulli (verifica-se o escoamento por gravidade ou a necessidade de recalque e o diâmetro)
Equação da Continuidade
𝑄 = 𝑉1𝐴1 = 𝑉2𝐴2 = 𝑉𝐴
𝑧1 +𝑝1
𝛾+
𝑉1²
2𝑔= 𝑧2 +
𝑝2
𝛾+
𝑉2²
2𝑔+ ∆ℎ
Z: carga de posição (cota, m); p/γ = carga de pressão (m)/ V²/2g= carga cinética (m), ∆ℎ= perda de carga (m); Q = vazão (m²/s); V=velocidade (m/s) e A = área da seção de escoamento (m²)
Linha Piezométrica
Linha de carga
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Hidráulica para Adutoras
Equações para dimensionamento:
Condutos livres
- Equação de Chézy
- Equação de Manning
Condutos Forçados
- Fórmula Universal
- Fórmula de Hazen-Williams
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Perda de Carga
1) Natureza do fluido
2) Material do tubo e conexões
3) Diâmetro da tubulação
Quanto maior a vazão, maior deverá ser o diâmetro interno a fim de diminuir a velocidade e reduzir a perda de carga
4) Comprimento dos tubos e quantidade de conexões e acessórios
Quanto maior o comprimento e o nº de conexões, maior a perda de carga
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Traçado da Adutora
• Função do projeto do SAA e da topografia
• Tipo de solo, existência de rochas, várzeas
• Interferências e travessias (rodovias, ferrovias, rios, linhas de força)
• Faixas de servidão ou desapropriação (depende do diâmetro do tubo)
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Materiais das Adutoras
Com relação ao material:
• Não ser prejudicial à qualidade da água
• Alteração da rugosidade com o tempo (incrustração)
• Resistência química e mecânica
• Resistência a pressão da água
• Economia
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Materiais das Adutoras
Materiais metálicos
• Aço
• Ferro fundido dúctil
Materiais não metálicos
• Polietileno de alta densidade e polipropiletno
• PVC
• Poliéster reforçado com fibra de vidro
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Tubulação de Aço
Vantagens
• Alta resistência às pressões internas e externas
• Vários diâmetros e tipos de juntas
• Competitivo principalmente em maiores diâmetros e pressões
Desvantagens
• Pouca resistência à corrosão externa
• Cuidados com dilatação térmica
• Dimensionamento das paredes dos tubos quanto ao colapso
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Tubulação de Aço
Vantagens
• Leve e flexível
• Resistência química e à abrasão, menor rugosidade
• Diâmetros de 16 a 1600 mm
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Operação das Adutoras
Condições operacionais:
• Condição normal
• Condição emergencial (falha operacional de dispositivos)
• Condição catastrófica (acidente operacional/ rupturas)
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Travessia aereas em cursos d’água
• Necessitam de outorga
• Estudo hidrológico
• Não devem interferir no corpo hídrico
• Aproveitamento de pontes
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Travessia enterradas em cursos d’água
Necessitam de outorga
Não devem interferir no corpo hídrico (gerar obstáculo de fundo)
Utilizar tubos de maior resistência
Envelopamento dos tubos com concreto
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ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS
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Estações Elevatórias
São componentes essenciais dos sistemas, utilizadas na captação, adução, tratamento e distribuição de água
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Estações Elevatórias
Elevatórias de água bruta: destinada a conduzir água não tratada
Elevatórias de água tratada: destinada a conduzir água tratada
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Estações Elevatórias – Principais componentes
• Bomba
• Motor
Equipamento eletro-mecânico
• Sucção
• Barrilete
• Recalque
Tubulações
• Poço de sucção
• Casa de bomba
Construção civil
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Quantidade de Estações Elevatórias
Função das vazões envolvidas e de suas variações
Equipamentos disponíveis
Análise econômica (custos de obras civis, equipamentos e operação)
Pequenas instalações:
• Mínimo de duas unidades (uma reserva)
Médias instalações:
• Mínimo de três unidades (uma reserva)
Grande porte:
• Várias unidades de recalque (dispositivos de reserva)
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Estações Elevatórias - Localização
Próximas ao manancial
No meio do manancial
Junto ou próximas às estações de tratamento de água
Junto ou próximas aos reservatórios de distribuição de água
Para reforço na adução ou na rede de distribuição de água
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Estações Elevatórias – Escolha do local
Condições do terreno (aquisição, área)
Disponibilidade de energia elétrica
Topografia da área
Facilidade de acesso
Estabilidade do terreno
Trajeto mais curto da tubulação de recalque
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Estações Elevatórias – Vazões de Projeto
Determinadas a partir da concepção básica do sistema de abastecimento, das etapas para a implantação das obras e do
regime de operação.
• Vida útil • Tubulações: 50 anos • Equipamentos de bombeamento: 25 anos • Edificações: 50 anos
• Maior ou menor dificuldade de ampliação • População futura • Critérios econômicos de instalação e operação
Período de projeto para estações elevatórias: 20 anos
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Estações Elevatórias – Tipos de estações
Estação elevatória de água bruta
Estação elevatória de água tratada
Elevatórias de reforço na adução na rede de distribuição: “booster” ou estação pressurizadora (aumentar a pressão)
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Estação elevatória Santa Inês – Sistema Cantareira
4 conjunto de moto bombas (3 operantes e 1 reserva) Vazão nominal de produção de 33 m³/s
Construção: 1967 a 1972
Capacidade de cada moto bomba:
• Bombeamento: 11 m³/s
• Altura manométrica: 120 metros
• Potência de 20.000 hp
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Saneamento Ambiental I
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Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental
Muito obrigada
http://people.ufpr.br/~heloise.dhs/th018.html