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I - ABASTECIMENTO DE GUA 1 ADUO / ADUTORAS

1.1 - Definio Aduo o conjunto de encanamentos, peas especiais e obras de arte destinadas a promover a circulao da gua entre: a) a captao e o reservatrio de distribuio ou diretamente rede de distribuio; b) a captao e a ETA; c) a ETA e o reservatrio ou a rede de distribuio; d) o reservatrio e a rede de distribuio; As adutoras geralmente no apresentam distribuio em marcha; s vezes h sangrias para abastecimento em pontos intermedirios. Sub-adutoras: so adutoras secundrias que derivam de uma principal. 1.2 - Classificao 1.2.1 - De acordo com a energia de movimentao da gua: a) aduo por gravidade;

b) aduo por recalque; c) aduo mista ( parte por gravidade e parte por recalque). 1.2.2 - De acordo com o modo de escoamento: a) aduo em conduto livre; b) aduo em conduto forado; c) aduo mista (parte em conduto forado e parte em conduto livre). 1.3 Vazo de Dimensionamento 1.3.1 - Sistema sem reservatrio de distribuio (adutora dimensionada para atender a hora de maior consumo) a) Q = K1. K2. q . P (l/dia) K1 e K2 = coeficientes de variao do consumo q = consumo mdio per capita P = populao a ser abastecida b) Q = K1. K2. q. P (l/s) 86.400 1.3.2 - Sistema com reservatrio de distribuio (adutora dimensionada para atender vazo mdia do dia de maior consumo) a) aduo contnua: Q = K1. q. P (l/s) 86.400

6 b) aduo intermitente: Q = K1. q. P (l/s) 3600. n n: horas de funcionamento 1.4 Aduo Por Gravidade 1.4.1 Aduo Por Gravidade em Conduto Livre 1.4.1.1 - Caractersticas Gerais: Linha piezomtrica efetiva coincide com a superfcie livre em todo o trajeto. Desenvolvimento muito grande em terrenos acidentados ou construo de obras de arte para transposio. 1.4.1.2 - Tipos de Condutos Livres: a) Canais a Cu Aberto: Canais abertos em terra, com ou sem revestimento; geralmente em seo trapezoidal ou retangular. Calhas construdas de madeira, concreto ou ao, sobre a superfcie do terreno ou sobre estruturas de sustentao. b) Aquedutos: So canais fechados, construdos em alvenaria, concreto armado, perfis metlicos ou madeira. Quando a seo pequena, prefere-se a circular, nas grandes so adotadas outras formas (retangulares, ovides, ferradura, etc...), com melhores caractersticas construtivas e estruturais. 1.4.1.3 - Dimensionamento: a) Elementos Conhecidos: - Vazo Q; - Desnvel H e distncia L entre os pontos de partida e chegada da adutora; - Caracterstica de resistncia ao escoamento (paredes do conduto); - Custo unitrio de construo. b) Elemento Adotado: - Velocidade mdia de escoamento (escolhida entre um limite inferior, aproximadamente 0,30 m/s, para evitar sedimentao e limite superior contra desgaste excessivo). - Velocidades mximas admitidas: - canais em areia: 0,30 a 0,60 m/s - canais em terra comum: 0,75 a 1,0 m/s - tubulao de ao e Ferro Fundido: 3,60 a 6,0 m/s - concreto: 3,0 a 4,5 m/s c) Clculo:

7- Emprega-se como equao de resistncia ao escoamento a frmula de Chezy:

I.Rh.C=v

onde: v = velocidade mdia (m/s); Rh = raio hidrulico (m); I = declividade do conduto (m/m); C = coeficiente. Observao: Para o clculo do coeficiente C usam-se as frmulas de Bazin, Kutter e Manning. 1.4.2 Aduo Por Gravidade em Conduto Forado 1.4.2.1 - Caractersticas Gerais: Presso interna diferente da presso atmosfrica. 1.4.2.2 - Traado: Acompanha aproximadamente a superfcie do terreno de forma a garantir: a) presses internas no muito elevadas. b) presses efetivas sempre positivas (facilidade de sada de ar pelas ventosas e diminuio da possibilidade de penetrao de gua externa). 1.4.2.3 - Materiais Empregados: O mais difundido o ferro fundido dctil. Para presses mais altas e acima de certos dimetros so mais usados os tubos de ao. Os tubos de PVC rgido, o PEAD e o PRFV, so materiais tambm empregados. A escolha depender de uma srie de fatores ligados a custos do material, de seu transporte, do assentamento da adutora, da confeco das juntas e de caractersticas da prpria aduo (resistncia mecnica necessria, problemas de corroso, agressividade do ambiente, proteo necessria, etc). 1.4.2.4 - Dimensionamento: Frmula Universal:

g2

v.

D

L.f=hp

2

Frmula de Hazen-Williams:

L.D

Q.

C

643,10=hp 87,4

85,1

85,1

1.4.2.5 - Cuidados Especiais em Projeto: Prever: a) Registros de parada, de trechos em trechos, nas depresses e elevaes significativas (permitir reparos e inspees rpidas); b) Ventosas para expulso do ar nos trechos altos (abaixo da linha piezomtrica);

8 c) Registros de descarga nos pontos baixos (limpeza); d) Vlvulas de reteno em pontos que evitem grandes perdas de gua em caso de acidente. 1.5 Aduo Por Recalque 1.5.1 - Caractersticas Gerais: Uma linha de recalque funciona sempre como conduto forado, sendo a energia para o escoamento fornecida por um conjunto elevatrio (motor - bomba). 1.5.2 - Materiais Empregados: Os mesmos das adutoras por gravidade em conduto forado. 1.5.3 - Dimensionamento: Simultneo com o conjunto elevatrio, procurando-se o mnimo custo do sistema. a) Dados do Problema: - Vazo Q - Desnvel Geomtrico Hg - Comprimento da adutora L b) Incgnitas: - Dimetro D da adutora - Potncia N do conjunto elevatrio c) Clculo do Dimetro D : Problema indeterminado sob o ponto de vista hidrulico. Escolhido o material da adutora, h muitos valores do par ( D , N ) que resolvem o problema. H a necessidade de se introduzir condio de mnimo custo do sistema (frmula de Bresse).

Q.K=D

onde: Q em (m3 /s) e D em ( m ) K - Coeficiente que tem dimenses de uma velocidade elevada potncia 0,5; depende do peso especfico da gua, do regime de trabalho e rendimento do conjunto elevatrio, da natureza do material da tubulao e dos preos unitrios vigentes. d) Clculo da Potncia do Conjunto Elevatrio ( N ): Conhecido D, calcula-se a perda de carga total do sistema ht: ht = hs + hr

9 hs = perda de carga na canalizao de suco; hr = perda de carga na canalizao de recalque. A altura manomtrica do recalque ser: Hm = Hg + ht A potncia ser:

.75

Hm.Q.=N

sendo: N = potncia (cv) = peso especfico do lquido ( Kgf/m3 ) Q = vazo ( m3 /s ) Hm = altura manomtrica ( m ) = rendimento do conjunto motor - bomba (produto dos rendimentos da bomba e do motor). 1.6 Peas Especiais e rgos Acessrios das Adutoras

Fig 1.1 Posicionamento das Peas Especiais na Adutora 1.6.1 - Peas Especiais: Registros de Parada Registros de Descarga Adutoras por Adutoras por Ventosas Gravidade Recalque Vlvula de Reteno Vlvula de Alvio de Presso Registros de Parada: (R)

10 Colocados: No incio e no fim dos condutos Pontos intermedirios (pontos altos) Derivaes de linhas secundrias Na sada de reservatrios Antes de vlvulas de reteno. Servem: Colocar o sistema em carga Manuteno (reparos, limpeza) Controlar a vazo. Registros de Descarga: (D) Colocados: Nos pontos baixos Servem: Sada do ar quando do enchimento da adutora Sada da gua quando do esvaziamento para reparos/limpeza Recomenda-se: d D/6 onde d = dimetro da descarga D = dimetro da adutora

Fig. 1.2 Posicionamento do Registro de Descarga nas Adutoras Ventosas: (V) Colocadas: Pontos altos Na extremidade de um trecho horizontal Em pontos de reduo da declividade de trechos ascendentes Em pontos de aumento da declividade de trechos descendentes A montante de registros de parada A montante de redues de dimetro.

mn= 0,003 (declividade mnima nos trechos ascendentes)

11 mn= 0,005 (declividade mnima nos trechos descendentes) Servem: Entrada e Sada do ar FF Sada de Ar dvent D/12 Ao Entrada e Sada de Ar dvent D/8 Tabela 1.1 - Dimenses sugeridas das Ventosas:

Tubulaes (D) Ventosas (d) At DN 200 DN 50 DN 250 A DN 500 DN 100 DN 600 A DN 900 DN 150 DN 950 A DN 1200 2 x DN 150

Vlvulas de Reteno: Colocadas: No incio das adutoras por recalque, imediatamente a jusante das Bombas. Em pontos intermedirios para atenuar os efeitos do golpe. Usadas: Impedir o retorno brusco da gua contra as bombas Atenuar o golpe de ariete.

Fig. 1.3 Posicionamento da Vlvula de Reteno e Alvio de Presso Vlvulas de Alvio de Presso: Colocadas: No incio das adutoras por recalque, imediatamente a jusante da Vlvula de reteno.

12 Usadas: Reduzir a presso interna das tubulaes, quando estas sofrerem a ao do Golpe de Ariete. 1.6.2 Ancoragens de Peas e Conexes: Nas tubulaes sob presso necessrio que as curvas, ts, redues, etc, sejam ancoradas por meio de um bloco de alvenaria ou de concreto, para se evitar que se desloquem sob ao do empuxo. Clculo do Empuxo: )2/sen(.p.S.2=E S = Seo transversal do tubo (cm2) p = presso interna (Kgf/cm2) = ngulo de deflexo E = empuxo (kgf)

E = S.p E = S.p Clculo do Bloco de Ancoragem: Sempre que possvel, procura-se transmitir o Empuxo ao solo, seja horizontalmente parede da vala, ou verticalmente ao fundo da vala, atravs de um bloco de alvenaria ou de concreto, que tenha rea de contato tal que haja distribuio suficiente.

adm

E=A

A = rea de transmisso do esforo ao solo (cm2) E = Empuxo (Kgf) adm = Taxa admissvel do terreno (Kgf/cm2)

13No caso de ancoragem horizontal conveniente que o bloco esteja, no mnimo, a 60 cm abaixo da superfcie do terreno.

Tabela 1.2 - Taxa admissvel do terreno

Taxa Admissvel na Vertical Kgf/cm2

Rocha Dura Rocha Alterada, c/ martelete pneumtico para desmonte Rocha Alterada, necessitando de Picareta para escavao Argila Rgida, que no pode ser moldada com os dedos Argila Dura, dificilmente moldada com os dedos Areia Grossa, compacidade mdia Areia Fina Compacta Areia Fofa ou Argila Mole, escavao p

20 10 3 4 2 2 2 < 1

A tabela acima d os valores da taxa admissvel na Vertical recomendada pelo IPT de So Paulo. A Taxa admissvel na horizontal praticamente a metade daquela admissvel na vertical.

2

vert.adm=hor.adm

Ancoragem Por Atrito: No caso anterior foi desprezada a reao por atrito. Existem casos, como de tubulaes no enterradas, em que necessrio recorrer-se a ela. Em vez da rea do Bloco, teremos que verificar o Peso do Bloco de ancoragem. P Eh + Ev tg

P = Peso do Bloco (kgf) Eh = Componente do Empuxo na Horizontal Ev = Componente do Empuxo na Vertical Tg = Corresponde ao Coeficiente de Atrito Tabela 1.3 - Valores de Tg

Tipo de Terreno Tg Areia e Pedregulho sem silte e sem argila Areia Argilosa Argila Dura Argila mida

0,50 0,40 0,35 0,30

141.7 Golpe de Arete em Adutoras 1.7.1 Conceito: Denomina-se Golpe de Ariete ao choque violento que se produz sobre as paredes de um conduto forado quando o movimento do lquido modificado bruscamente. 1.7.2 Mecanismo do Fenmeno: Fechamento Instantneo de Vlvula. 1.7.3 Celeridade: A velocidade de propagao da onda pode ser calculada pela conhecida frmula de Allieve:

e/D.k+3,48

9900=a

onde: a = Celeridade da onda (m/s) D = Dimetro Interno do tubo (m) e = espessura do tubo (m) k = Coeficiente que leva em conta o mdulo de elasticidade do tubo.

E

10=k

10

sendo: E = mdulo de elasticidade do material Ao k = 0,5 Fibrocimento k = 4,4 Ferro Fundido Dctil k = 1,0 PVC k = 18,0 1.7.4 Perodo da Canalizao. Classificao e Durao das Manobras de Fechamento:

a

L.2=f

onde: f = Fase ou Perodo da Canalizao L = Comprimento da Canalizao a = Velocidade de propagao da onda (celeridade) Classificao das Manobras de Fechamento: Sendo: t = tempo de fechamento do registro ou vlvula

15

Se: a

L.2t Manobra Lenta

A sobrepresso mxima ocorre quando a manobra Rpida, isto , quando t < 2L/a (ainda no atuou a onda de depresso). Fechamento Rpido - Clculo da Sobrepresso Mxima: A sobrepresso mxima pode ser calculada pela expresso:

g

v.a=ha

onde: a = Celeridade (m/s) v = Velocidade Mdia de escoamento (m/s) g = Acelerao da gravidade (m/s2) Fechamento Lento - Clculo da Sobrepresso Mxima: No caso de manobra lenta, em que t > 2L/a

g

v.a.t

f=ha

sendo:

a

L.2=f

g

v.a.

t.a

L.2=ha

t.g

v.L.2=ha

Presso total devido ao Golpe de Ariete: Ht = hg ha onde: Ht = Presso total hg = Desnvel geomtrico ha = Sobrepresso devido ao golpe de ariete. 1.7.5 Medidas Gerais Contra o Golpe de Ariete: O Golpe de Ariete combatido na prtica, por vrias medidas: Limitao da Velocidade de Escoamento.

16 Fechamento lento de vlvulas ou registros. Fabricao de tubos capazes de resistir a presso total. Utilizao de dispositivos de proteo (vlvulas anti-golpe, chamin de equilbrio, tanques alimentao unidirecional, etc.) 2 - BOMBAS E SISTEMAS DE RECALQUE 2.1 - Introduo Os Sistemas de Recalque ou de Bombeamento so, praticamente, aplicados em todas as etapas de um sistema de abastecimento de gua, desde a captao de gua, seja ela superficial ou subterrnea, no reforo de adutoras de gua bruta ou tratada, na estao de tratamento de gua (bombas dosadoras, bombas de remoo de lodo, bombas para lavagem dos filtros, etc) e na interligao da reservao com a rede de distribuio. Os sistemas de bombeamento tambm so utilizados nos sistemas de esgotos domsticos e industriais, na fase de coleta e transporte, tratamento e no lanamento final. A irrigao das reas de plantio pode ser feita por bombeamento da gua de um manancial existente nas proximidades do cultivo. Os projetos de sistemas de bombeamento de gua para abastecimento pblico devem ser desenvolvidos segundo a norma NBR-12214 (abril/1992), da ABNT. 2.2 Classificao Geral das Bombas Hidrulicas As bombas hidrulicas, tambm conhecidas como mquinas hidrulicas geratrizes so caracterizadas por receberem trabalho mecnico de uma mquina motriz e transform-lo em energia hidrulica, comunicando ao lquido um acrscimo de energia na forma de energia cintica e de energia de presso (piezomtrica). As bombas hidrulicas produzem o escoamento de lquidos por deslocamento. 2.3 Parmetros de Clculo nos Sistemas de Bombeamento O objetivo dos sistemas de recalque deslocar a vazo de um lquido desde uma cota esttica at outra situada numa posio mais elevada, devendo vencer no percurso, alm da altura topogrfica, as resistncias ao escoamento. H situaes em que o bombeamento utilizado exclusivamente para vencer estas resistncias, representadas pelas perdas de carga em trechos planos. A figura 2.1, mostrada a seguir, apresenta esquematicamente, um sistema de bombeamento, onde uma certa vazo (Q) de lquido recalcada desde a cota mais baixa (N1), no poo de suco, at uma cota topograficamente mais alta (N2), no reservatrio elevado.

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Figura 2.1 - Esquema de um Sistema de Bombeamento A bomba hidrulica B deve fornecer energia suficiente ao lquido para que seja vencido o desnvel geomtrico total (hg) e, tambm, a perda de carga total hpt, representada pela soma das perdas de carga localizadas ( hpl) e da perda de carga por atrito ao escoamento do lquido (hpa). A soma do desnvel geomtrico com as perdas de carga totais (hg+hpt) d-se o nome de altura manomtrica total (Hmt), que representa a presso de trabalho da bomba, dada em metros de coluna do lquido bombeado. Pela lei de Stevin/Pascal h = p/, representa a presso de sada da bomba. Na figura 2.1, observa-se que, h dois trechos distintos: Trecho de Suco, que vai desde o poo de suco, onde est o nvel N1, at a bomba hidrulica B; Trecho de Recalque, que vai desde a bomba hidrulica B at o nvel N2, no reservatrio elevado. 2.3.1 Trecho de Suco O desnvel geomtrico de suco pode ocorrer de duas formas: a) hgs Positivo: o caso da Bomba Afogada, mostrado na figura 2.2. O desnvel geomtrico total hg calculado pela diferena hgr - hgs. b) hgs Negativo: o caso de Bomba No-Afogada, quando o desnvel geomtrico total hg calculado pela soma hgr + hgs, conforme mostrado na figura 2.1. Na situao em que a bomba funciona Afogada, a mesma funciona mais folgada devido ao da fora gravitacional que encaminha o lquido at a bomba, sendo a situao ideal de ser usada, devido a remota possibilidade da presena de ar (bolhas) no trecho de suco, fato que pode causar srios transtornos ao desempenho das bombas devido ao fenmeno da Cavitao.

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Figura 2.2 - Esquema de um Sistema de Bombeamento com Suco Afogada. 2.3.2 Trecho de Recalque No trecho de recalque, o lquido faz o percurso desde a sada da bomba hidrulica B at N2, vencendo o desnvel, quando h, entre o eixo da bomba e o ponto de chegada. O conduto de chegada no reservatrio final pode apresentar duas situaes: Chegada por Cima: Neste caso o lquido lanado no ambiente, sob presso atmosfrica.

Figura 2.3 - Recalque com Chegada por Cima (descarga livre) b) Chegada por Baixo: Neste caso o lquido sofre a contra-presso causada pela coluna do lquido contido no reservatrio de chegada.

Figura 2.4 - Recalque com Chegada por Baixo (descarga afogada) A presso de sada na bomba ser: Hmr = hgr + hpr

19onde: Hmr = Altura Manomtrica de recalque hgr = Desnvel Geomtrico de recalque hpr = Perdas de Carga no recalque Observa-se que, no caso em que a descarga afogada, h uma presso no bocal de chegada do conduto igual a H. 2.3.3 Altura Manomtrica Total (Hmt) A altura manomtrica total representa, no bombeamento, a energia total que a bomba deve fornecer ao lquido, em metros de coluna lquida, para que o mesmo vena o desnvel geomtrico total e as perdas de carga da instalao. Hmt = Hms + Hmr sendo: Hms = hgs + hps (Altura Manomtrica na Suco) Hmr = hgr + hpr (Altura Manomtrica no Recalque) 2.3.4 Potncia no Bombeamento As bombas hidrulicas, conforme foi visto, realizam um trabalho ao deslocar o lquido entre dois pontos de um sistema. A potncia consumida pelo lquido para que seja realizado o trabalho no bombeamento calculada por:

P

Q=

. .Hmt

.75 onde: P = Potncia (CV) = Peso especfico do lquido (Kgf/m3) Q = Vazo (m3/s) Hmt = Altura Manomtrica Total (m) = Rendimento global do grupo motor-bomba. 2.3.5 Seleo das tubulaes de Suco e Recalque O dimetro da tubulao de suco dever ser tal que a velocidade de escoamento no exceda os valores constantes na tabela 2.1 e no seja inferior aos valores constantes na tabela 2.2. Tabela 2.1 - Velocidade mxima de suco.

Dimetro Nominal (DN)

Velocidade (m/s)

Dimetro Nominal (DN)

Velocidade (m/s)

50 0,70 200 1,10 75 0,80 250 1,20 100 0,90 300 1,40 150 1,00 400 1,50

20 Tabela 2.2 - Velocidade mnima de suco.

Tipo de material transportado Velocidade (m/s) Matria orgnica 0,35 Suspenses siltosas 0,30 Suspenses arenosas 0,45

No barrilete da linha de recalque, quando de ao ou ferro fundido, a velocidade mxima recomendada de 3,0 m/s. Para outros materiais, as velocidades mximas so as recomendadas pelos fabricantes de tubos. No barrilete, a velocidade mnima de 0,60 m/s. 2.4 Dimensionamento do Poo de Suco A forma e as dimenses do poo de suco no devero prejudicar o funcionamento das bombas e nem permitir a formao de vrtices. Sendo d o dimetro interno da tubulao de suco, devem ser obedecidas as seguintes especificaes, conforme figura 2.5: a) A submergncia mnima na seo de entrada da tubulao deve ser maior que 2,5d e nunca inferior a 0,50 m; b) A folga entre o fundo do poo e a parte inferior do crivo ou da seo de entrada, na ausncia deste, deve ser fixada de 1,0d a 1,5d e nunca inferior a 0,20m; c) A distncia mnima entre a parede da tubulao de suco e qualquer parede lateral do poo de suco deve ser de 1,0d e nunca inferior a 0,30 m; d) A velocidade de escoamento na entrada do poo no deve exceder 0,60 m/s.

Figura 2.5 - Detalhes do Poo de Suco

212.5 Dimensionamento da Sala de Bombas A sala de bombas dever abrigar os conjuntos elevatrios, elementos de montagem e acessrios e permitir a facilidade de locomoo, manuteno, montagem, desmontagem, entrada e sada de equipamentos. O acesso sala de bombas deve estar situado acima da cota de mxima enchente para no comprometer a operao. No caso do piso da sala de bombas se situar abaixo do nvel mximo de gua no poo de suco, devero ser previstas bombas de drenagem. 2.6 Bombas Centrfugas - Caractersticas As bombas centrfugas aceleram a massa lquida atravs da fora centrfuga fornecida pelo giro do rotor, cedendo energia cintica massa lquida em movimento e transformando a energia cintica internamente em energia de presso, ou piezomtrica, na sada do rotor, atravs da voluta da bomba. A figura 2.6 mostra os componentes bsicos de uma bomba centrfuga do tipo radial (conhecida como centrfuga pura).

Figura 2.6 - Bomba radial (centrfuga pura) O rotor da bomba (pea 1), que contm ps presas a um disco, gira, acionado por um motor, normalmente eltrico, dentro de uma carcaa estanque (pea 2). No giro, o rotor impulsiona o lquido para a periferia, criando uma presso maior na sada e uma menor na entrada do rotor, gerando um gradiente hidrulico entre a entrada e a sada da bomba. A massa lquida acelerada pelo rotor ganha velocidade e presso e alcana a voluta da bomba que possui seo gradualmente crescente. Nesta fase, h a transformao de energia cintica em energia de presso. O gradiente hidrulico formado no interior da bomba faz com que o lquido que est no interior do conduto de suco chegue at o rotor. 2.7 Instalaes de Recalque 2.7.1 Curva do Conduto de Recalque a representao grfica do comportamento hidrodinmico da canalizao de recalque. a curva da funo Hmt = f (Q), onde: Hmt = hg + hp

22sendo: Hmt = altura manomtrica total (presso na sada da bomba) hg = desnvel geomtrico hp = perda de carga A curva do conduto de recalque associada com a curva caracterstica da bomba hidrulica permitem determinar as condies operacionais do bombeamento. O traado da curva da canalizao de recalque, mostrado na figura 2.7, pode ser determinado com o auxlio da planilha a seguir, para um determinado coeficiente de atrito, sendo hp = hpa + hpl. onde: hpa = perda de carga por atrito hpl = perdas de carga localizadas

Q

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5... Qn

Hpa hpl Hp Hg Hmt

Obs.: Dividir a vazo total de projeto em n intervalos (5 ou mais).

Figura 2.7 - Curva do Conduto de Recalque A curva do conduto de recalque pode mudar de posio em funo dos seguintes fatores: variao do coeficiente C (rugosidade), com o passar do tempo; variao do desnvel geomtrico.

23O envelhecimento do conduto tem como conseqncia o aumento da rugosidade interna da parede, o que acarreta o aumento da perda de carga por atrito, devido s incrustaes. Por sua vez, o aumento da perda de carga por atrito faz a curva da canalizao de recalque subir, para um mesmo desnvel geomtrico, como pode ser visto na figura 2.8. Sob o ponto de vista operacional, a elevao da curva da canalizao de recalque com o envelhecimento traz, como conseqncia no bombeamento, o aumento da altura manomtrica total e a queda da vazo. Nos sistemas de bombeamento o nvel de suco ou de recalque, ou ambos, podem variar durante a operao. Nestes casos, a curva da canalizao de recalque deslocada, para cima ou para baixo, como pode ser visto na figura 2.8. Esta variao da curva do conduto de recalque deve ser levada em conta na escolha da bomba adequada para evitar problemas operacionais para o sistema. O conjunto motor-bomba deve atender, com bom rendimento, os pontos limites operacionais e as situaes intermedirias.

Figura 2.8 - Variaes da Curva do Conduto de Recalque 1) Incio de operao, hgmn. 2) Incio de operao, hgmx. 3) Final de plano, hgmn. 4) Final de plano, hgmx. 2.7.2 Curva Caracterstica da Bomba Curva caracterstica de uma bomba a representao grfica do desempenho operacional onde, para uma certa velocidade angular de giro (n), de um determinado rotor, registra-se a variao da altura manomtrica total (Hmt) em funo da vazo de bombeamento (Q). A curva caracterstica, em termos comerciais, como pode ser visto na figura 2.9, fornece ainda: potncia consumida; rendimento operacional; velocidade de rotao; rotores disponveis (intercambiveis). Obs.: A curva caracterstica fornecida pelo fabricante, ou obtida por teste de operao. 2.7.3 Ponto de Operao

24A verificao das condies de operao de uma instalao de recalque obtida pelo confronto e anlise conjunta das duas curvas (do conduto de recalque e caracterstica da bomba). O ponto de trabalho de um sistema determinado pela interseco das duas curvas. Em operao, a instalao funciona em um determinado ponto de trabalho, que pode mudar de posio, caso mudem as condies operacionais. A figura 2.10 mostra o ponto de operao, para um certo valor C (rugosidade) e para um determinado rotor. No Ponto de Operao (o), a bomba fornece a vazo Qo, com uma presso de sada Hmto.

Fig 2.9 Curva Caracterstica da Bomba

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Figura 2.10 - Ponto de Operao 2.7.4 Faixa de Operao O ponto de trabalho pode mudar de posio; quando varia a posio da curva do Conduto de Recalque e/ou a curva Caracterstica da Bomba. A figura 2.11 mostra os vrios pontos de operao possveis.

Figura 2.11 - Pontos de Operao para diferentes situaes Curvas do Conduto de Recalque: 1) Incio de Operao, hgmn 2) Incio de Operao, hgmx 3) Final de Plano, hgmn 4) Final de Plano, hgmx Curvas Caractersticas da Bomba: a) Para o Rotor 1 b) Para o Rotor 2 c) Para o Rotor 3 Verifica-se que, para cada rotor, h quatro pontos de operao possveis. Para os trs rotores oferecidos, h doze pontos de operao possveis (pelo menos teoricamente). Na prtica, escolhe-se um certo rotor.

26Com relao variao da curva do Conduto de Recalque, leva-se em considerao as situaes crticas de operao, mostradas na figura 2.12, que so: 1) Incio de Operao, hgmn; e 4) Final de Plano, hgmx.

Figura 2.12 - Faixa de Operao A faixa de operao para um certo rotor, mostrada na figura 2.12, ser o trecho da curva situada entre os pontos de operao 01 e 02, ou seja, entre (Qi,Hmti) e (Qf,Hmtf). Obs.: A moto-bomba deve operar em condies aceitveis em todos os pontos da faixa de operao. 2.7.5 Potncia Consumida Rendimento Operacional A potncia terica consumida pela bomba, para rendimento de 100 %, calculada pela frmula: Hmt.Q.=Pb (kgf.m/s) onde: = peso especfico (Kgf/m3) Q = vazo (m3/s) Hmt = altura manomtrica total (m) Para um certo rendimento real b a potncia consumida pela bomba, em cavalos-vapor (CV), ser:

b.75

Hmt.Q.=Pb

Para obter a potncia eltrica consumida pela bomba, faz-se: 1 CV = 0,736 KW

27A potncia mecnica consumida pelo motor obtida atravs de:

m

Pb=Pm

onde: m = rendimento do motor Para determinao da potncia comercial (de placa) do motor, necessrio dar-se um acrscimo potncia calculada e fazer-se o ajuste disponibilidade comercial. Esta folga acrescida , em geral, recomendada pelo fabricante da bomba. Acrscimos recomendados:

Potncia Calculada Acrscimo at 2 CV mais 50 %

2 CV a 5 CV 30 % 5 CV a 10 CV 20 % 10 CV a 20 CV 15 % acima de 20 CV 10 %

2.8 Linha Piezomtrica no Bombeamento A linha piezomtrica o lugar geomtrico imaginrio das somas z + p/ (energia de posio mais energia de presso). Para bombas no-afogadas:

Figura 2.13 - Linha Piezomtrica para bombas no-afogadas Para bombas afogadas:

28

Figura 2.14 - Linha Piezomtrica para bombas afogadas Lps = Linha piezomtrica de suco Lpr = Linha piezomtrica de recalque EB = Fase de energizao (dentro da bomba) hps = perda de carga na suco hpr = perda de carga no recalque 2.9 Associao de Bombas 2.9.1 Associao em Srie Nos sistemas de bombeamento pode ocorrer que as exigncias operacionais, tanto em termos de vazo como de presso de descarga, no possam ser satisfeitas por apenas uma bomba. Nestes casos, comum a associao das bombas, em srie ou em paralelo. Associam-se duas ou mais bombas em srie quando as alturas a serem vencidas no podem ser atendidas por uma nica unidade. As figuras 2.15 e 2.16 mostram o caso tpico de duas bombas iguais associadas em srie.

Figura 2.15 - Desnvel geomtrico vencido por duas bombas em srie

29

Figura 2.16 - Curva caracterstica conjunta de duas bombas em srie 2.9.2 Associao em Paralelo Usam-se bombas associadas em paralelo para aumentar a vazo de bombeamento, mantendo-se, aproximadamente constante, a presso de operao (Hmt). a) Bombas Iguais:

Figura 2.17 - Bombas iguais, associadas em paralelo Q1B = vazo de uma bomba, operando isoladamente Q2B = vazo de duas bombas operando em paralelo Q2B/2 = vazo de cada bomba, quando as duas operam em paralelo Obs.: A partir da posio do ponto 2, pode-se determinar, sobre a curva caracterstica da bomba, todas as condies operacionais como: potncia consumida, rendimento, NPSHr. Para bombas iguais, quando operando em paralelo, as mesmas dividem, igualmente, a vazo total bombeada pelo sistema. b) Bombas diferentes: Embora no muito recomendvel, em alguns casos, associam-se bombas diferentes em paralelo. Um dos inconvenientes a possibilidade do refluxo na direo da bomba mais potente para a menos potente.

30

Figura 2.18 - Bombas diferentes, associadas em paralelo QB1 = vazo da bomba B1, operando isoladamente QB2 = vazo da bomba B2, operando isoladamente QB1+QB2 = vazo das duas bombas, operando em paralelo QB1 = vazo da bomba B1, operando em paralelo com B2 QB2 = vazo da bomba B2, operando em paralelo com B1 Obs.: Os pontos 1 e 2 do todas as caractersticas individuais para cada bomba, na operao conjunta. 2.10 Suco no Bombeamento 2.10.1 - Generalidades No projeto de um sistema de bombeamento, ateno especial deve ser dado ao trecho de suco das bombas. necessrio evitar a entrada de ar atravs do conduto de suco. Um dos procedimentos adotados manter suficiente submergncia no bocal de entrada do conduto de tomada, para evitar o fenmeno do vrtice (redemoinho, vrtex). Para bombas no afogadas, a altura entre o eixo da bomba e o nvel do lquido no poo de suco deve ser a mnima possvel. O ideal a operao com a bomba afogada. Em bombas auto-escorvantes, a queda de presso (suco) pode levar vaporizao parcial do lquido bombeado, causando o fenmeno conhecido como CAVITAO. A cavitao ocorre quando a bomba recalca gua misturada com ar (ou outro lquido qualquer misturado com ar, ou qualquer gs, ou vapor). Para o caso da gua, teoricamente, seria possvel succionar e elevar desde uma altura de 10 metros. Na realidade, difcil elevar de mais de 8 metros. Na prtica, procura-se limitar a 4 metros a altura de suco. 2.10.2 - NPSH (Net Pressure Suction Head) a) NPSH requerido (NPSHr) Para um razovel desempenho, toda a bomba rotodinmica exige, no bocal de suco, uma presso positiva mnima (em metros de coluna do lquido bombeado), para a garantia de

31operao segura, sem risco de cavitao. Esta presso (carga) conhecida como NPSHr e fornecida pelo fabricante. b) NPSH disponvel (NPSHd) Para cada projeto, as condies locais e peculiares situao, h uma carga (presso) disponvel, que fornecida bomba. O NPSHd depende do desnvel geomtrico de suco, da altitude (presso atmosfrica), presso de vapor do lquido e da perda de carga na suco. A condio para que uma bomba no cavite dada pela por: NPSHd > NPSHr Calcula-se o NPSHd da seguinte forma:

hpshgs

pvpatmNPSHd

=

Para bomba afogada, usar + hgs Para bomba no-afogada, usar - hgs Obs.: recomendvel usar uma folga de 20%, na condio acima mostrada (para o ponto mais desfavorvel da faixa de operao), ou seja: NPSHd = 1,2 NPSHr 3 RESERVAO / RESERVATRIOS 3.1 Finalidades Armazenar gua nos perodos em que a vazo de aduo supera a de consumo, para libert-la nos outros perodos (reserva de equilbrio). Armazenar gua para ser utilizada quando a aduo for anormalmente interrompida (reserva de emergncia). Armazenar gua para dar combate ao fogo (reserva de incndio).

3.2 Nmero Depende do porte da cidade e da topografia.

Exemplo: Cidades Pequenas e Planas: um reservatrio, que determine no sistema de

distribuio, presses dinmicas superiores a 10 m.c.a. e estticas inferiores a 50 m.c.a.

3.3 Tipos

Costuma-se classificar os reservatrios em apoiados (ao nvel do terreno), enterrados, semi-enterrados e elevados. Nos reservatrios elevados, o fundo situa-se acima do solo, merc de uma estrutura de sustentao.

32Os reservatrios Standpipes, em sua funcionalidade, constituem uma alternativa do reservatrio elevado, embora tenham o aspecto de reservatrio apoiado de grande altura.

Fig. 3.1 Esquema dos Reservatrios Elevados e Standpipe

3.4 Funcionamento

Quanto ao funcionamento, os reservatrios podem ser de montante, jusante ou intermedirios.

Reservatrios de montante so aqueles pelos quais passa, antes de atingir a rede, toda a gua destinada ao consumo. Para tanto, possuem uma tubulao de entrada de gua e outra de sada. Como geralmente precedem as redes, levam o nome de reservatrios de montante. Quanto aos reservatrios de jusante, somente recebem gua nos perodos em que a vazo de alimentao da rede de distribuio supera a de consumo. Da serem tambm denominados reservatrios de sobras. Neles, uma s tubulao, que parte do fundo, serve para entrada e sada da gua. Por ficarem situados aps a rede de distribuio, levam o nome de reservatrio de jusante. Os reservatrios intermedirios, so unidades de reservao que se situam no centro de gravidade (consumo) da cidade.

3.5 Formato Os reservatrios semi-enterrados e os enterrados tem o seu formato ditado pela economia. So geralmente de base retangular ou circular. Dimenses econmicas:

Cilndricas: 2

1

D

H=

sendo: H = altura D = dimetro

Retangulares: 4

3

Y

X=

33 sendo: X = comprimento Y = largura 3.6 Materiais de Construo Utilizados Concreto Armado: Cilndrico Capacidade 5000 m3

Retangular Capacidade > 5000 m3 Concreto Protendido: Cilndrico Capacidade > 5000 m3 Metlicos: Chapas de ao rebitadas ou soldadas Vrias Capacidades Fibra de Vidro: Cilndrico (30, 50 e 100 m3) 3.7 Clculo da Reserva de Equilbrio A reserva de equilbrio pode ser definida, desde que se disponha de dados referentes variao horria do consumo. Curva Senoidal do Consumo: Caso no se disponha de dados de consumo horrio, pode-se adotar uma curva senoidal de consumo.

sendo: V.12K

Cpi

=

onde: C = capacidade (m3) K2 = Coeficiente da hora de maior consumo V = K1.q. Pop (m3/dia) Curva do consumo: Suponhamos, por exemplo, que os dados apresentados na tabela 3.1, representem a variao horria da demanda no dia de consumo mximo. Tabela 3.1 Variao Horria do Consumo de uma Cidade X

34Horas Consumo

(m3) Suprim. Horrio

Saldo Horrio

Saldo Acum.

Dficit Horrio

Dficit Acum.

0 1 58 206 148 148 1 s 2 49 206 157 305 2 s 3 62 206 144 449 3 s 4 106 206 100 549 4 s 5 168 206 38 587 5 s 6 277 206 - 71 - 71 6 s 7 341 206 - 135 - 206 7 s 8 312 206 - 106 - 312 8 s 9 254 206 - 48 - 360 9 s 10 230 206 - 24 - 384 10 s 11 216 206 - 10 - 394 11 s 12 221 206 - 15 - 409 12 s 13 238 206 - 32 - 441 13 s 14 253 206 - 47 - 488 14 s 15 272 206 - 66 - 554 15 s 16 331 206 - 125 - 679 16 s 17 346 206 - 140 - 819 17 s 18 327 206 - 121 - 940 18 s 19 250 206 - 44 - 984 19 s 20 189 206 17 604 20 s 21 146 206 60 664 21 s 22 134 206 72 736 22 s 23 94 206 112 848 23 s 24 70 206 136 984 Total 4944 m3 4944 Consumo no dia de maior Consumo: 4944 m3/hora Vazo de aduo: Q = 4944/24 horas = 206 m3/hora Capacidade Mnima do Reservatrio: 984 m3 ( dficit acumulado) K1 = 346/206 = 1,68 3.8 Clculo da Reserva de Incndio No Brasil, considera-se geralmente anti-econmico o super-dimensionamento do sistema de abastecimento de gua para que possa atender s demandas requeridas pelos incndios. Nos EUA, pelo contrrio, a Junta Americana de Companhias de Seguros contra o Fogo (N.B.F.U.), em suas recomendaes, estabelece uma reserva de gua suficiente para combater um incndio com cinco horas de durao, em cidades com mais de 2500 habitantes e com dez horas de durao, em cidades menores. No Brasil, adota-se gua em quantidade suficiente para suprir a vazo de 10 a 100 l/s por hidrante, durante 3 a 6 horas. 3.9 Clculo da Reserva de Emergncia Entre ns, no dimensionamento dos reservatrios, a reserva de emergncia corresponde ao consumo de algumas horas, quando no negligenciada. Nos EUA, adota-se para ela, 25% do volume total do reservatrio.

35Sendo R1 a reserva de equilbrio, R2 a reserva de incndio , R3 a reserva de emergncia e Rt a reserva total, encontramos as seguintes relaes:

R3 = 1/4 Rt R1 + R2 = 3/4 Rt Rt = 4/3 (R1 + R2) R3 = 1/3 (R1 + R2)

3.10 Clculo da Reserva Total A Reserva total Rt a soma de suas reservas parciais R1, R2 e R3, que constituem, respectivamente, as reservas de equilbrio, de incndio e de emergncia. No Brasil, o reservatrio geralmente dimensionado para atender s variaes horrias do consumo (cerca de 20% do consumo mximo dirio), mais certa folga para a demanda de emergncia. Critrio Prtico de Frhling: Define a reserva total (Rt), como sendo 1/3 do consumo mximo dirio. Rt = 1/3 V

Sendo: V = K1.q. Pop (m3/dia) V = Consumo mximo dirio K1 = Coeficiente do dia de maior consumo q = per capita (m3/hab.dia) Pop = Populao atendida

Exemplo: Uma cidade com 20.000 habitantes (Pop. de Projeto) est projetando o seu Sistema de Abastecimento de gua. Calcular as reservas de equilbrio, emergncia e de incndio (20 l/s para o hidrante e 4 horas de durao), com os seguintes dados: q = 200 l/hab.dia k1 = 1,25 k2 =1,6 Comparar o valor da Reserva Total com a capacidade obtida pelo critrio de Fhhling.

Res. de Equilbrio: REQ = k2 -1 . V 19 %V pi

V = k1. q . Pop. = 1,25 . 200 . 20.000 = 5.000 m3

REQ = (19 %) . 5.000 = 950 m

3 Res. de Incndio: RINC = 20 . 3600 . 4 horas = 288.000 l = 288 m

3

36

Res. de Emergncia:

REM = 1 ( REQ + RINC) = 1 ( 950 + 288) = 412 m3

3 3 Reserva Total: RTOTAL = REQ + RINC + REM = 950 + 288 + 412 = 1.650 m

3

Critrio Prtico de Frhling: RTOTAL = 1 . V = 1 . 5.000 = 1.666 m

3 3 3 3.11 Reservatrios Enterrados e Elevados Capacidade:

Quando h necessidade de um reservatrio elevado para garantir presses adequadas na rede de distribuio, pode-se dividir o volume de gua entre ele e um reservatrio enterrado. Uma estao elevatria recalcar a gua do reservatrio enterrado para o elevado. As vazes extremas de dimensionamento do recalque seriam: a) Recalque com capacidade suficiente para atender vazo do dia e hora de maior consumo da rede de distribuio.

400.86

P.q.2K.1K=Q

O reservatrio elevado teria uma capacidade pequena, apenas o suficiente para manter um nvel dgua que permitisse presses adequadas na rede de distribuio. Todo o volume dgua para o consumo da cidade estaria no reservatrio enterrado.

b) Recalque com a vazo mdia do dia de maior consumo.

400.86

P.q.1K=Q

O reservatrio elevado deveria ter a capacidade necessria para atender cidade. O reservatrio enterrado seria o receptor da gua aduzida e poo de suco do sistema de recalque. A capacidade de cada um dos reservatrios poderia ser determinada pelo estudo de diversas solues: A medida que cresce a capacidade do reservatrio elevado, decresce a do enterrado, sendo constante a capacidade total. O custo total aumenta com o crescimento da capacidade do reservatrio elevado.

37 A vazo de recalque decresce quando aumenta a capacidade do reservatrio elevado, diminuindo em conseqncia o custo do sistema de recalque. O custo total, incluindo reservatrio e sistema de recalque, varivel. A soluo tima a que corresponde soluo de menor custo. comum entre ns, fixar-se, nestes casos, a capacidade para o reservatrio elevado entre 10 e 20% da capacidade total necessria para a cidade.

3.12 Influncia da Posio do Reservatrio no Dimensionamento dos Condutos Principais da Rede de Distribuio

a) Reservatrio Montante: O conduto principal RA deve atender cidade no dia e hora de maior consumo. O seu dimensionamento deve ser feito para a vazo mxima da rede de distribuio.

Fig. 3.2 Esquema de um reservatrio posicionado montante da rede QRA = K1.K2. q. P 86.400 b) Reservatrio Jusante: Na figura 3.3 esto indicados esquematicamente: AB conduto adutor BC rede de distribuio CD conduto ligado ao reservatrio de jusante.

38

Fig. 3.3 Esquema de um reservatrio posicionado jusante da rede

O conduto AB dimensionado para a vazo mdia do dia de maior consumo:

QAB = K1. q. P 86.400

O conduto CD funcionar com vazes bastante variveis. No dia de maior consumo, no final do plano estudado para a cidade, o escoamento se realizar da seguinte forma: No intervalo de tempo correspondente s horas de menor consumo, o sentido do escoamento ser de C para D. A vazo mxima, neste perodo, ser:

QCD = k1.q.P . Qmn 86.400

Sendo Qmn, a vazo mnima da rede de distribuio durante s horas de menor consumo. No intervalo de tempo correspondente s horas de maior consumo, o sentido de escoamento ser de D para C. A vazo mxima, neste perodo, ser:

QDC = k1.k2.q.P K1.q.P . 86.400 86.400

A canalizao CD dever ser dimensionada para o maior desses dois valores de vazo.

3.13 Posio do Reservatrio de Distribuio em Cota

A determinao da posio do reservatrio de distribuio em cota, conhecida a sua

localizao em planta e as perdas de carga nos diversos trechos da rede de distribuio realizada a partir dos pontos mais desfavorveis do terreno. Esses pontos devero ser escolhidos entre os mais afastados do reservatrio e os situados em cotas mais elevadas.

39

Fig. 3.4 Posio do Reservatrio em cota

O nvel dgua ser fixado a partir da expresso:

NA = Z + h + hmn

onde:

Z = cota do terreno em um ponto desfavorvel; h = perda de carga no escoamento da gua desde o reservatrio at o ponto mais

desfavorvel; hmn = presso disponvel mnima requerida na rede de distribuio

3.14 Detalhes Tcnico-construtivos a) Diviso do Reservatrio (enterrado ou apoiado) em pelo menos dois compartimentos, cada um podendo funcionar independentemente do outro para as ocasies de limpeza e reparo.

b) Canalizaes de Entrada: Reservatrio Enterrado ou Apoiado: Uma para cada compartimento dotada de vlvula para isolamento e, se for o caso, vlvula para fechamento automtico ao se atingir o nvel de gua mximo. Reservatrio Elevado: Os reservatrios elevados, normalmente, apresentam um nico compartimento, sendo constitudos de uma nica canalizao de entrada, com vlvula de fechamento automtico ou comando eltrico de nvel quando ligados a uma estao elevatria. c) Canalizaes de Sada: Reservatrio Enterrado ou Apoiado: Uma para cada compartimento dotada de vlvula para isolamento. Sada pelo fundo, com um rebaixamento de um trecho da laje de fundo. Derivao para descarga (limpeza do reservatrio). Reservatrio Elevado:

40 Canalizao de sada partindo do local mais baixo, constituda de vlvula para isolamento e derivao para limpeza. d) Canalizao de Extravaso: Reservatrio Enterrado ou Apoiado: Uma para cada compartimento, descarregando livremente na atmosfera. Vertedor de extravasamento em forma de calha (canaleta) localizado na parede vertical do reservatrio. Reservatrio Elevado: Canalizao de extravasamento descarregando livremente na atmosfera. Vertedor em forma de boca de sino. e) Aberturas para inspeo do reservatrio convenientemente localizadas e protegidas contra a poluio.

f) Escadas de acesso oferecendo apropriada segurana para os operadores.

g) Cobertura adequada do reservatrio, visando impedir ao mximo a iluminao natural, evitando o desenvolvimento de algas. h) Indicador de nvel dgua (sistema de flutuador) e/ou sistema de indicao distncia, para o servio de operao poder controlar os volumes armazenados. i) Dispositivos para ventilao, de modo a evitar presses diferenciais perigosas na estrutura do reservatrio. J) Sinalizao dos reservatrios elevados, para proteo da navegao area. k) Instalao de para-raios nos reservatrios elevados. 4 REDES DE DISTRIBUIO DE GUA 4.1 Introduo A rede de distribuio o conjunto de tubulaes e peas especiais destinadas a conduzir a gua at os pontos de consumo. As tubulaes distribuem em marcha e se dispe formando uma rede. Em geral, a parte de maior custo do Sistema de Abastecimento de gua. 4.2 Partes Constitutivas composta por: a) Canalizaes principais e secundrias, com suas peas especiais (ts, curvas, cruzetas, etc...). b) rgos acessrios: registros, hidrantes, etc...

414.3 Tipos de traado Esto basicamente condicionados ao traado urbano das cidades e s condies topogrficas. Esquematicamente, temos:

4.3.1 Espinha de Peixe Traado comum em cidades de desenvolvimento linear. A linha tronco passa pelo eixo da cidade e dela derivam em ramificao os outros condutos principais.

Fig. 4.1 Esquema de uma Rede em Espinha de Peixe 4.3.2 Grelha So condutos principais dispostos mais ou menos paralelamente e ligados a uma canalizao tronco alimentadora.

Fig. 4.2 Esquema de uma Rede em Grelha 4.3.3 Malha So canalizaes principais que formam circuitos fechados.

42

Fig. 4.3 - Esquema de uma Rede em Malha 4.4 Tipos de Traado 4.4.1 Rede Ramificada

Possui um nico sentido de alimentao. Uma interrupo no escoamento compromete todo o abastecimento jusante da mesma.

4.4.2 Rede Malhada

O escoamento pode se efetuar por sentidos diferentes, dependendo das solicitaes na rede.

4.5 Elementos Bsicos para o Dimensionamento 4.5.1 Elementos Conhecidos Topografia plani-altimtrica em escala 1:2000 Coeficientes de variao do consumo:

K1 coeficiente do dia de maior consumo K2 coeficiente da hora de maior consumo

q per capita de abastecimento de gua, em l/hab.dia P Populao total abastecida 4.5.2 Elementos a serem Determinados Vazes que escoaro nos diversos trechos de canalizao Dimetro das canalizaes Presses disponveis nos ns 4.5.3 Condies Tcnicas a serem Satisfeitas

43a) Vazo de Dimensionamento: a mxima provvel em cada trecho, sendo dimensionada para o dia e hora de maior consumo. Esta vazo de distribuio em marcha calculada em l/s.m ou l/s.ha, tomando-se por base a quota per capita e a densidade populacional.

b) Velocidades e Vazes Limites: Estes dois parmetros esto relacionados s condies de bom funcionamento (limitao da perda de carga, controle da corroso, desgaste das tubulaes e acessrios, etc...) e custo mnimo do sistema. So estabelecidos atravs das equaes: Vmx = 0,6 + 1,5.D onde:

Vmx = velocidade mxima na canalizao (m/s) D = dimetro interno da canalizao (m) Qmx = A.Vmx

sendo: A = rea da seo transversal da canalizao (m2) A tabela 4.1mostra o relacionamento entre estes parmetros: Tabela 4.1 Velocidades/Vazes Mximas em funo do Dimetro

Dimetro Nominal DN

Velocidade Mxima (m/s)

Vazo Mxima (l/s)

DN 50 0,68 1,33 DN 75 0,71 3,14 DN 100 0,75 5,89 DN 150 0,83 14,65 DN 200 0,90 28,27 DN 250 0,98 47,86 DN 300 1,05 74,22 DN 350 1,13 108,24 DN 400 1,20 150,80

c) Dimetro das Canalizaes: Conhecida a vazo, escolhe-se o dimetro do trecho, com base na tabela 4.1. Limita-se inferiormente o dimetro (DN 50), para se precaver do mau funcionamento futuro, devido s incrustaes, bem como para a garantia de certas demandas de emergncia.

d) Presses Disponveis:

44Em qualquer ponto da rede de distribuio, a presso deve estar acima de um mnimo, para garantir o adequado funcionamento dos aparelhos domiciliares, e abaixo de um mximo, para se evitar o desperdcio e o rompimento das canalizaes. A Norma Brasileira estabelece os seguintes limites:

Presso Dinmica Mnima: 10 mca Presso Esttica Mxima: 50 mca

4.6 Roteiro para o Dimensionamento 4.6.1 Determinao da Vazo Total A vazo total utilizada para o dimensionamento da rede de distribuio de gua estabelecida para o dia e hora de maior consumo.

86400

P.q.2K.1K=Qt (l/s)

4.6.2 Determinao da Vazo Unitria A vazo unitria pode ser determinada por metro linear de canalizao ou por rea de abastecimento. Pela Vazo Total:

L

Qt=qu (l/s.m)

onde: L = comprimento total de rede projetada (m) Pela Testada Mdia dos Lotes:

2

T.400.86

n.q.2K.1K=qu (l/s.m)

onde: n = nmero de habitantes por economia T = testada mdia dos lotes (m)

Nota: No caso em que o abastecimento atingir apenas um lado da via pblica, utiliza-se a seguinte expresso:

T.400.86

n.q.2K.1K=qu (l/s.m)

Pela Vazo por Economia:

45

400.86

n.q.2K.1K=qu (l/s.economia)

onde: n = nmero de habitantes por economia Pela rea Total a ser Abastecida:

A.400.86

P.q.2K.1K=qu (l/s.ha)

onde: A = rea total a ser abastecida pela rede de distribuio (ha) 4.6.3 Tomada de gua A tomada de gua ou ponto de origem da rede de distribuio de gua a partir de um reservatrio. H casos em que a rede de distribuio projetada tem como origem uma rede j existente, particularmente, tratando-se de ampliaes de rede. Nestes casos, o ponto de tomada de gua o ponto de interseo na rede existente.

4.6.4 Cota Piezomtrica no Ponto de Tomada de gua A cota piezomtrica ou nvel piezomtrico, est relacionada cota altimtrica do nvel dgua do reservatrio que dever atender a rede de distribuio. Normalmente, para fins de dimensionamento, utiliza-se a Cota do Nvel Mdio do Reservatrio. Particularmente, tratando-se de ampliaes de rede j existente, a cota piezomtrica estabelecida pelo somatrio da cota altimtrica conhecida no Ponto de Tomada e da Presso disponvel no mesmo local. A presso disponvel, neste caso, medida atravs de aparelhos apropriados de medio de presso (manmetros).

4.6.5 Determinao das Perdas de Carga Normalmente, utiliza-se a frmula de Hazen-Williams, atravs da seguinte expresso:

L.D.C

Q.643,10=hp

87,485,1

85,1

onde: hp = perda de carga total (m) Q = vazo (m3/s) D = dimetro interno da canalizao (m) L = comprimento do trecho (m) C = coeficiente de rugosidade

C = 130 (tubos de Ferro Fundido Novo) C = 150 (tubos de PVC, PEAD e PRFV)

4.6.6 Planilha de Clculo das Presses Disponveis Conhecendo-se as vazes nos trechos, o dimetro das canalizaes e a cota piezomtrica no ponto de tomada, nos possvel determinar as presses disponveis nos diversos ns da rede de distribuio em estudo.

46Partindo do ponto de tomada, determinamos a perda de carga entre dois ns consecutivos. Subtraindo-se esta perda de carga da cota piezomtrica do n de montante, temos a cota piezomtrica do n de jusante. Subtraindo-se a cota do terreno do n de jusante, temos a presso disponvel (dinmica) neste n. A presso esttica no n determinada subtraindo-se da cota do nvel dgua mdio do reservatrio abastecedor do sistema, a cota do terreno do referido n. Este caminhamento de clculo feito com a utilizao das planilhas, cobrindo todos os ns da rede de distribuio em estudo. No final, devemos verificar se as presses disponveis nos diversos ns da rede, obedecem os limites de presso estabelecidos por norma:

Presso Dinmica Mnima: 10 mca Presso Esttica Mxima: 50 mca

4.7 Dimensionamento de Redes Malhadas

Fig. 4.4 - Balanceamento de Vazes em Redes Malhadas 4.7.1 Marcha de Clculo 1) Define-se os diversos consumos (Q1, Q2, etc..), que devem ser atendidos pela vazo global de alimentao (Q); 2) Escolhe-se criteriosamente o Ponto Morto ou de Equilbrio (recebe contribuies dos dois ramos da malha). A escolha recai no n da malha que apresente comprimentos semelhantes a partir do n de alimentao (A), tanto no sentido horrio como no sentido anti-horrio de abastecimento (trecho ABCD trecho AFED); 3) Fixamos as vazes nos trechos, de maneira que a equao da continuidade seja obedecida em todos os ns da malha (a soma das vazes que entram no n deve ser igual a soma das vazes que saem do mesmo n); 4) Arbitramos as convenes de sinal: As vazes sero consideradas positivas quando se deslocarem no sentido horrio, caso contrrio, sero negativas;

475) Com as vazes fixadas, estabelecemos os dimetros, de maneira que as velocidades estejam dentro dos limites apresentados na Tabela 4.1; 6) Levando-se em conta o comprimento do trecho, a vazo, o dimetro e o material da canalizao, calcula-se a perda de carga para cada trecho, considerando-a com o mesmo sinal da vazo anteriormente estabelecido. Essa perda de carga pode ser expressa pela frmula de Hazen-Williams:

L.D.C

Q.643,10=hp

87,485,1

85,1

7) Somam-se as perdas de carga calculadas para todos os trechos da malha: hp = hp1+hp2+.... Se a distribuio inicial de vazes da malha estiver correta (fixadas conforme apresentado nos itens anteriores): hp = ZERO Se hp ZERO, deve ser introduzida uma correo nos valores pr-estabelecidos para as vazes, a fim de ser obtida a somatria NULA. Esta correo das vazes pode ser calculada, considerando-se a utilizao da frmula de Hazen-Williams para o clculo da perda de carga, utilizando-se a seguinte expresso:

Qhp.85,1

hp=

onde: = correo das vazes (l/s) Q = vazo no trecho (l/s) hp = Somatria das perdas de carga (m) 8) Corrigidas as vazes, repete-se o processo, at que o valor da correo seja desprezvel. 4.8 Materiais Empregados nas Redes de Distribuio 4.8.1 Padronizao dos Materiais Em 1980 o BNH, juntamente com as Companhias Estaduais de Saneamento, realizou um encontro com a participao dos fabricantes de tubos e conexes e empresas ligadas engenharia sanitria, onde foi estabelecido a Padronizao de Materiais de Redes de Distribuio de gua. Os resultados foram significativos, pois registrou-se uma reduo global de 66,3 % na variedade de conexes e 62,6 % nas tubulaes.

4.8.2 Terminologia

48 Dimetro Nominal ou DN: um simples nmero que serve para classificar em dimenso os elementos de canalizao e

que corresponde aproximadamente ao dimetro interno da tubulao em milmetros (mm). O dimetro nominal (DN=N) no deve ser objeto de medio e nem ser utilizado para fins de

clculos. Conexes: AD = Adaptador K = Cap T = T X = Cruzeta C = Curva RD = Reduo LS = Luva Simples LCR = Luva de Correr RGC = Registro Chato HS = Hidrante Subterrneo HC = Hidrante de Coluna E = Extremidade Natureza: FF = Ferro Fundido PVC = PVC Rgido PVC DEFF = PVC com dimetro equivalente ao Ferro Fundido PEAD = Polietileno de alta densidade Tipos de Extremidade: P = Ponta B = Bolsa F = Flange Tipos de Junta: JE = Junta Elstica JS = Junta Soldada JF = Junta Flangeada 4.8.3 Tubos e Conexes PVC RGIDO: Especificaes: Tubo de PVC Rgido de Ponta e Bolsa com junta elstica (com anel de borracha); Conexes de PVC Rgido de Ponta e Bolsa com junta elstica;

49 Registro chato com bolsas e cabeote para tubos de PVC Rgido. Caractersticas: Os tubos de PVC Rgido so fabricados com 6 metros de comprimento; Classe dos tubos: classe 12, 15 e 20; Dimetros Comerciais: DN 50, DN 75 e DN 100; Deflexo mxima na junta: 2 Presso Mxima de Servio: corresponde a metade da presso interna mxima de ensaio. Assim:

Classe 15 : Presso de ensaio = 15 Kgf/cm2 ou 150 mca Presso mxima de servio = 7,5 Kgf/cm2 ou 75 mca

PVC DEFF(PVC com dimetro equivalente ao Ferro Fundido): Especificaes: Tubo de PVC DEFF de Ponta e Bolsa com junta elstica (com anel de borracha); Conexes de Ferro Fundido de Ponta e Bolsa com junta elstica; Registro chato com bolsas e cabeote de Ferro Fundido e junta elstica para tubos de PVC DEFF. Caractersticas: Os tubos de PVC DEFF so fabricados com 6 metros de comprimento; Classe dos tubos: classe 1 Mpa; Presso Mxima de Servio: 1 Mpa =10 Kgf/cm2 =100 mca Dimetros Comerciais: DN 100, DN 150, DN 200, DN250 e DN300; Tipo de Junta: Elstica com anel de borracha; FERRO FUNDIDO: Especificaes: Tubo de Ferro Fundido Dctil de Ponta e Bolsa com junta elstica (com anel de borracha); Conexes de Ferro Fundido de Ponta e Bolsa com junta elstica; Registro chato com bolsas e cabeote de Ferro Fundido e junta elstica para tubos de Ferro Fundido. Caractersticas: Os tubos de FF so fabricados com 6 metros de comprimento; Classe dos tubos: classe K-7, K-9 e 1 Mpa; Presso Mxima de Servio: varivel de acordo com o tipo de classe e com o dimetro do tubo; Tipos de junta: Elstica, mecnica e flangeada. PEAD (Polietileno de Alta Densidade): Especificaes: Tubo de PEAD com junta soldvel;

50 Conexes de PEAD com pontas e junta soldvel; Caractersticas: Os tubos de PEAD ponta - ponta, so produzidos em diversas classes e dimetros; Classe dos tubos: PN 6, PN 8, PN 10 e PN 16; Dimetros Comerciais: So produzidos nos dimetros externos de 20 a 400 mm, sendo fabricados segundo Normas DIN 8074 ou ISO 4427. Os dimetros menores (at 125 mm) so fornecidos em bobinas de 100m. A partir de 125 mm os tubos so necessariamente fornecidos em barras de 6 ou 12 metros. Presso Mxima de Servio: corresponde a classe dos tubos Assim:

Classe PN 10 : Presso mxima de servio = 10 Kgf/cm2 ou 100 mca

As conexes podem ser injetadas ou produzidas a partir de segmentos de tubo. As injetadas podem ser: eletrofuso - junta soldvel ponta ponta ponta junta soldvel compresso junta mecnica As conexes produzidas a partir de segmentos de tubo so necessariamente ponta ponta. 4.8.4 Relao de Materiais Tubulaes: Tubo de ................, ponta e bolsa, junta elstica com anel de borracha, classe..... QUANTIDADE CLASSE DIMETRO 200 m 1 Mpa DN 150 Conexes: Conexes de ....., de ponta e bolsa com junta elstica para tubos de .......... QUANTIDADE TIPO DIMETRO 04 T JE BBB 100 x 100 Elementos Especiais: Caixa de alvenaria para registro com tampo articulvel de ferro fundido, tipoT9.........................................................................................................................03 unidades Hidrante subterrneo com curva longa, caixa e bolsa de ligao para tubos de PVC JE PBA HS DN 75 ..................................................................................................................02 unidades

51

II ESGOTOS SANITRIOS 1 - REDES COLETORAS DE ESGOTOS SANITRIOS 1.1 - Generalidades

Entende-se por esgotos sanitrios as guas residurias domsticas e despejos industriais, e certa parcela de gua do subsolo e da chuva, pois estas podem infiltrar-se por juntas defeituosas, entrarem pelas bordas dos tampes de poos de visita, etc. A determinao deste tipo de contribuio difcil de ser medida, sendo a mesma estimada criteriosamente.

No projeto das redes cloacais a tarefa mais difcil a correta avaliao das vazes que sero empregadas no dimensionamento da rede, a fim de que o projeto satisfaa s condies tcnicas com o menor custo de investimento possvel, e no esteja hipo ou hiper dimensionado (fora da realidade).

Com o decorrer do projeto ao longo do tempo existem possibilidades de modificao nos ndices de ocupao da rea urbana, na densidade populacional e na taxa de crescimento populacional, ocasionando uma mudana nos limites urbanos em maior ou menor grau. Todas estas possibilidades de modificaes exigem uma maior coleta de dados, afim de elaborarmos um estudo criterioso da dinmica do ncleo urbano considerado. Partindo-se de dados inconsistentes, de hiptese mal formuladas, ou de estudos incompletos chega-se, invariavelmente, ao projeto e construo de sistemas tecnicamente insatisfatrios e/ou economicamente inviveis aps implantados.

Dentre as principais causas de dificuldades e erros de previso est a falta de planejamento urbano nas cidades brasileiras, sendo que poucas delas dispem de Plano Diretor. Mesmo em cidades que dispem destes as dificuldades so grandes, uma vez que os mesmos dificilmente so seguidos, no havendo continuidade no trabalho administrativo aps cada mandato, ficando na maioria das vezes entregue aos interesses polticos e econmicos imediatos, gerando o crescimento catico, desregrado e imprevisvel.

Embora o planejamento dos sistemas de esgotos no deva ser feito independente do planejamento urbano, a inexistncia deste, devemos tomar todos os cuidados necessrios para adequada aplicao das tcnicas de planejamento, evitando-se improvisaes que conduzem a caminhos inadequados que exigem retificaes e retrocessos futuros.

Nos sistemas primitivos de coleta de esgotos, os mesmos no eram separados, o nico interesse era o recolhimento rpido dos dejetos; com o comprometimento gradativos dos mananciais superficiais, houve a necessidade da proteo ambiental, aumentando a complexibilidade dos sistemas existentes, aos quais foram anexadas novas funes. A utilizao de corpos hdricos como receptores de esgotos afetam as comunidades localizadas a jusante do lanamento, tornando a gua, na maioria das vezes, imprpria para o consumo humano, provocando o abandono do mesmo como manancial.

Os sistemas de esgotos devem possuir no s uma rede coletora, mas, tambm, um conjunto de rgos destinados a condicionar e lanar as guas residurias de maneira a no colocar em risco a sade da populao, dos corpos receptores e do meio ambiente.

Hoje, grande parte da populao do pas no atendida e nem dispem de sistemas adequados, com isso a proteo do meio ambiente torna-se difcil de ser atingida, exigindo investimentos vultuosos, na construo de sistemas cada vez mais complexos.

521.2 - Definies 1.2.1 - Tipos de Sistemas de Esgotos: 1.2.1.1 Sistema Unitrio ou Combinado Neste sistema a rede projetada e construda para coletar e conduzir as guas pluviais juntamente com os esgotos sanitrios e despejos industriais. As dimenses dos condutos principais so relativamente grandes exigindo maior volume de obras e consequentemente, maiores investimentos iniciais, o que torna difcil a implantao em regies de poucos recursos financeiros. 1.2.1.2 Sistema Separador Parcial ou Misto No sistema misto ou separador parcial, no so admitidas as guas pluviais provenientes de ruas e avenidas, praas, jardins, quintais e reas no pavimentadas, podendo serem lanadas nos coletores, somente as de telhados, ptios internos e sacadas dos edifcios. 1.2.1.3 Sistema Separador Absoluto Este sistema concebido para receber exclusivamente, esgotos sanitrios e despejos industriais. As guas pluviais so esgotadas em outro sistema independente.

Algumas vantagens:

- as tubulaes so menores favorecendo o emprego de tubos pr-moldados;

- pode-se fazer a implantao do sistema por partes, construindo-se inicialmente a rede de maior importncia, e ampliando-a posteriormente;

- as condies de operao das elevatrias e estaes de tratamento so melhores, no sofrendo alterao significativa de vazo por ocasio dos perodos chuvosos;

- o afastamento das guas pluviais facilitado, admitindo-se lanamentos mltiplos em locais mais prximos. 1.2.2 - Partes Constituintes dos Sistemas de Esgotos 1.2.2.1 Coletor Predial o coletor de propriedade particular, que conduz os esgotos de um ou mais edifcios rede coletora. 1.2.2.2 Coletor de Esgoto ou Coletor a tubulao que, funcionando como conduto livre, recebe contribuio em qualquer ponto ao longo de seu comprimento. 1.2.2.3 Coletor Principal

53 todo coletor cujo dimetro superior ao mnimo estabelecido para a rede. 1.2.2.4 Coletor Tronco todo coletor que recebe a contribuio dos coletores prediais e de vrios coletores de esgotos. 1.2.2.5 Interceptor a canalizao que recebe a contribuio de coletores tronco e de alguns emissrios. 1.2.2.6 Emissrio a canalizao que recebe contribuio apenas em sua extremidade de montante. 1.2.2.7 Rede Coletora Conjunto constitudo por ligaes prediais, coletores de esgoto, e seus rgos coletores. 1.2.2.8 Trecho Segmento de coletor, coletor tronco, interceptor ou emissrio, compreendido entre singularidades sucessivas. Entende-se por singularidades qualquer rgo acessrio, mudana de direo e variaes de seo, de declividade e de vazo quando significativa. 1.2.2.9 Dimetro Nominal (DN) Simples nmero que serve para classificar em dimenso os elementos de tubulao e acessrios. 1.2.2.10 rgos Acessrios: Dispositivos fixos desprovidos de equipamentos mecnicos. 1.2.2.10.1 Poo de Visita (PV) uma cmara visitvel, atravs de abertura em sua parte superior, que permite a reunio de duas ou mais canalizaes, e a realizao de servios de manuteno e limpeza dessas canalizaes. Na figura 1.1 pode-se ver o detalhe de um poo de visita utilizado em rede coletoras de esgoto sanitrio. 1.2.2.10.2 Tubo de Inspeo e Limpeza (TIL) Dispositivo no visitvel que permite inspeo e introduo de equipamentos de limpeza. Na figura 1.2 pode-se ver o detalhe de um tubo de inspeo e limpeza utilizado em redes coletoras de esgoto sanitrio.

54

Figura 1.1 - Poo de Visita 1.2.2.10.3 Terminal de Limpeza (TL) Dispositivo que permite introduo de equipamentos de limpeza, localizado na cabeceira de qualquer coletor. Na figura 1.3 pode-se ver o detalhe de um terminal de limpeza. 1.2.2.10.4 Caixa de Passagem (CP) Cmara sem acesso localizada em pontos singulares por necessidade construtiva. 1.2.2.10.5 Sifo Invertido Trecho rebaixado com escoamento sob presso, cuja finalidade transpor obstculos, depresses do terreno ou cursos dgua. 1.2.2.10.6 Passagem Forada Trecho com escoamento sob presso, sem rebaixamento.

551.2.2.11 Profundidade Diferena de nvel entre a superfcie do terreno e a geratriz inferior interna do coletor.

Figura 1.2 - Tubo de Inspeo e Limpeza (TIL) 1.2.2.12 Recobrimento Diferena de nvel entre a superfcie do terreno e a geratriz superior externa do coletor.

1.2.2.13 Tubo de Queda Dispositivo instalado no poo de visita (PV), ligando um coletor afluente ao fundo do poo. 1.2.2.14 Coeficiente de Retorno Relao mdia entre os volumes de esgoto produzido e de gua efetivamente consumida.

56

Figura 1.3 - Terminal de Limpeza (TL) 1.2.2.15 Estao Elevatria

57 toda instalao construda e equipada de forma a poder transportar o esgoto do nvel de suco ou de chegada, ao nvel de recalque ou de sada, acompanhado aproximadamente as variaes das vazes afluentes. 1.2.2.16 Estao de Tratamento de esgotos (ETE) Conjunto de unidades destinadas remoo de slidos grosseiros e matria orgnica em suspenso ou em soluo, nveis suficientes para evitar a poluio de cursos dgua, lagos e oceanos. 1.2.2.17 Obras de Lanamento Final Canalizaes destinadas a conduzir o efluente final das estaes de tratamento de esgotos, ou o esgoto bruto, ao ponto de lanamento em rios, oceanos ou lagos. 1.2.3 - Conceitos 1.2..3.1 Tenso Trativa: A tenso trativa definida como uma tenso tangencial exercida sobre a parede do conduto pelo lquido escoado.

Tem-se a tenso trativa mdia para escoamento uniforme como sendo:

= = = =

=

P

pl

P

pl

A l

plR

R I

pois para

tH

H

. sen . . . sen. .sen

. .

pequeno, sen tg e tg = I

onde: = tenso trativa mdia, Pa; P = peso de um trecho l do lquido que escoa, N; Pt = componente tangencial de P, N; = ngulo de inclinao do conduto, grau; = peso especfico do lquido, 104 N/m3 para o esgoto; RH = raio hidrulico, m;

58I = declividade da tubulao, m/m;

Ela calculada pela equao acima, e representa um valor mdio da tenso ao longo do permetro molhado do conduto. 1.3 - Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitrio 1.3.1 Elementos Necessrios 1.3.1.1 Consumo mdio Per Capita (q): O consumo mdio per capita o volume dirio mdio anual que fornecido, pelo sistema pblico de abastecimento de gua, a cada habitante. Conceitualmente constitui-se no volume anual distribudo, dividido pelo nmero de dias e pelo nmero de habitantes servidos. Assim,

q =

V

P x 365 (l / hab.dia)

onde: V= volume distribudo anualmente, em l; P= populao abastecida. O consumo mdio per capita largamente influenciado por grande nmero de fatores, dentre os quais: * hbitos higinicos da populao; * nvel scio-econmico da populao; * clima da regio; * tipo de sistema de distribuio e tarifrio; * estado de conservao do sistema de abastecimento de gua. Para cidades pequenas e porte mdio, os valores mais comumente aceitos variam entre 150 a 300 l/hab.dia, sendo o valor de 250 l/hab.dia o mais usado no Brasil. Para grandes cidades so adotadas valores superiores a 400 l/hab.dia. 1.3.1.2 Coeficiente de Retorno (C): Entende-se por coeficiente de retorno relao mdia entre os volumes de esgoto produzido e de gua efetivamente consumida. O valor de C est compreendido entre 0,7 e 1,2, e depende de vrios fatores, dentre os quais: * estado de conservao das redes de gua e esgotos; * existncia de fontes particulares de abastecimento. O valor de C igual a 0,8 utilizado pela maioria dos projetistas, em situaes normais de projeto. 1.3.1.3 Variaes do Consumo Mdio (K1 , K2 ): O consumo de gua pela populao est sujeito a variaes sensveis, durante os dias do ano e durante as horas do dia. Essas variaes devem ser levadas em considerao

59para efeito de projeto de sistemas de esgotos, j que as canalizaes e outros rgos devem atender s condies extremas de funcionamento e, portanto, s vazes de pico. Pode-se definir:

K1 - coeficiente do dia de maior consumo, que a relao entre a mxima do dia de maior vazo, e a vazo mdia diria anual.

O valor de K1 mais usado o de 1,25. K2 - coeficiente da hora de maior consumo, que a relao entre a vazo da hora de maior consumo e a vazo mdia do dia ocorrido.

O valor de K2 mais usual o de 1,50. Admitindo-se as variaes horrias e dirias, a vazo mxima de projeto o produto da vazo mdia diria anual pelos coeficientes K1 e K2 . 1.3.1.4 rea Esgotada por Bacia (a): Durante a elaborao dos estudos preliminares devero ser delimitadas as reas com as mesmas caractersticas de ocupao, em cada bacia hidrogrfica. evidente que durante o perodo de projeto as reas podero ser ampliadas, o que deve ser levado em considerao na concepo do projeto. Pode-se definir ai e af como sendo as reas de incio e final de plano, respectivamente, em hectares. 1.3.1.5 Densidade Demogrficas (d): A previso de populao fornece a estimativa da populao at o final do plano, constituindo-se em dado til para os estudos de viabilidade econmica e para algumas partes constituintes do sistema. Os estudos da distribuio da populao na rea urbana, por bacia hidrogrfica, por rea caracterstica e por tipo de ocupao, constitui-se em atividade indispensvel para o dimensionamento da rede coletora e outros rgos do sistema. os valores mais freqentemente encontrados de densidades populacional em reas urbanas so mostrados na Tabela a seguir. Tipo de rea Densidade (hab/ha) reas perifricas, casas isoladas, lotes grandes 25 - 50 Casa isoladas, lotes mdios e pequenos 50 - 75 Casas geminadas, predominando um pavimento 75 - 100 Casas geminadas, predominando dois pavimentos 100 - 150 Prdios de apartamentos, pequenos 150 - 250 Prdios de apartamentos, altos 250 - 750 reas comerciais 50 - 100 reas industriais 25 - 50 Densidade global mdia 50 - 150

1.3.1.6 Vazes Concentradas (Qc):

60 As vazes concentradas, principalmente devidas s indstrias localizadas nos centros urbanos, devero ser levantadas com o mximo rigor, obtendo-se os valores das vazes mdia, mxima e mnima atuais. Pode-se definir Qci e Qcf como sendo as vazes concentradas, em litros por segundo, para incio e fim de plano, respectivamente. 1.3.1.7 Vazo de Infiltrao (I): A contribuio de infiltrao, segundo a NBR-9649, a parcela das guas do lenol sub-superficial que penetra nas canalizaes de esgotos, somada a certa quantidade de gua que penetra pelas juntas dos tampes dos poos de visita. Essa parcela admitida compulsoriamente pela rede, no sendo possvel sua avaliao precisa, pois depende de condies locais tais como: NA do lenol fretico, natureza do sub-solo, qualidade da execuo da rede, material da tubulao e tipo de junta utilizado. O valor adotado deve ser justificado. Normalmente se estabelece entre 0,05 e 1,0 l/s.Km. 1.3.1.8 Comprimento do Coletor (L): O desenvolvimento dos clculos de vazo em coletores de esgotos exige que se conhea o comprimento inicial e final de coletor para bacia hidrogrfica, e por reas caractersticas em cada bacia. Pode-se definir Li e Lf como sendo, respectivamente, os comprimentos de coletores inicial e final, expressos em metros ou quilmetros. Esses dados so obtidos medindo-se em planta os comprimentos das vias pblicas onde sero instalados os coletores. 1.3.1.9 Comprimento do Trecho de Coletor (l): O trecho de coletor definido como a parte do mesmo compreendida entre dois poos de visita consecutivos.

Seu comprimento obtido a partir da planta e fornecido em metros. 1.3.2 - Vazes de Dimensionamento de Coletores A NBR-9649 - Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitrio fixa as condies para o dimensionamento de sistemas de coleta e afastamento, com funcionamento em lmina livre, observada a regulamentao especfica das entidades responsveis pelo planejamento e desenvolvimento do sistema de esgoto sanitrio. Admite-se que a vazo em coletores de esgotos origina-se por metro de coletor, sendo a soma de duas parcelas: a de esgotos propriamente dita somada de infiltrao. Quanto s vazes concentradas, elas devem ser somadas do trecho onde ocorrem. Inexistindo dados pesquisados e comprovados, com validade estatstica, recomenda-se como o menor valor de vazo, 1,5 l/s em qualquer trecho. 1.3.2.1 Vazes Mximas de contribuio (Qi,,f ):

61 Definida uma rea, com caractersticas prprias em uma bacia hidrogrfica, as vazes mximas de incio e final de plano, sero, respectivamente:

)s/l(86400

q.d.a.K.C=Q iii2i

)s/l(86400

q.d.a.KK.C=Q fff2.1f

onde os ndices i e f indicam os valores admitidos para incio e final de plano. No clculo de coletores admiti-se que df seja a densidade de saturao urbanstica. 1.3.2.2 Vazes por metro de coletor (Txi , f ): As vazes por metro de coletor para reas caractersticas de bacias de drenagem so calculadas pelas expresses:

TQ

LI

TQ

LI

xii

i

xff

f

= +

= +

(em l / s.m)

(em l / s.m)

1.3.2.3 Vazes no trecho: Um trecho de coletor deve ser calculado para as vazes mximas inicial e final. No clculo dessas vazes admite-se a soma de tr6es parcelas: a vazo concentradas no trecho. Assim:

Q T l Q Q

Q T l Q Q

ti xi ci mon te

tf xf cf mon te

= + + +

= + + +

( )

( )

tan

tan

i

f

Para qualquer trecho de coletor, a vazo mnima de clculo deve ser igual a 1,5 l/s. 1.3.3 - Vazes em Interceptores A NBR-9649 - Projetos de Redes Coletoras de Esgotos Sanitrios, aplica-se a Interceptores em cuja rede coletora existam canalizaes com dimetro superior a um metro (1,0 m), ou cuja soma do comprimento de um coletor tronco qualquer com o comprimento do interceptor a jusante do ponto de encontro com esse coletor tronco seja superior a cinco quilmetros (5,0 km). Devido s restries impostas pelas normas, os pequenos interceptores so calculados como coletores. 1.4 - Dimensionamento de Redes Coletoras 1.4.1 - Dados De Entrada

62 Os dados de entrada so aqueles relativos a populao que ser atendida pelo projeto de sistemas de esgotos e as condies especficas do local de implantao da rede, sendo eles:

- Nmero de economias atendidas;

- Nmero de pessoas por economia;

- Comprimento total da rede;

- Cotas de nveis a montante e a jusante do trecho considerado; - Bem como valores normatizados como: K1, K2, g, n, , entre outros que sero

citados no transcorrer do dimensionamento. 1.4.2 - Condies de Contorno que devem ser Verificadas Estas condies so as seguintes:

y

D max

0 75, ;

y

DV Vf c

>0 50,

Vc = 6.(g.RH)

Sendo que Vc dado em m/s, g acelerao da gravidade igual a 9,81 m/s2 e o RH

(raio hidrulico) dado em m.

Qmn = 1,5 l/s. 1.4.3 - Equaes que sero Utilizadas So elas: Vazo Inicial:

cIiii2

i Q+L.q+400.86

P.q.K.C=Q

onde: C = coeficiente de retorno; qi = per capita de abastecimento de gua inicial (l/hab.dia); Pi = n. de habitantes; qI.i = vazo de infiltrao (l/s.m); Qc= somatrio das vazes concentradas; Pi = DHi . n. lotes;

63DHi = densidade (hab/lote).

Vazo Final:

QC K K q P

q L Qff f

If c= + +. . . .

..

1 2

86 400

agora os dados so todos para o perodo final. Declividade (tubos cermicos e concreto novo n = 0,013) I Qimin =

0 0055 0 47, . , onde:

Imn dado em (m/m) e Qi em l/s; I V m smax f = 5 /

Velocidade (Frmula de Manning):

vn

R IH=1 2

312. .

onde: v = velocidade (m/s); RH = raio hidrulico (m); I = declividade (m/m); n = coeficiente de rugosidade das tubulaes;

para: tubos cermicos: n = 0,013 0,015, tubos de concreto novo: n = 0,013, tubos de concreto velho: n = 0,015, tubos de PVC: n = 0,010. Tenso Trativa: = . .R IH onde:

= tenso trativa em (kgf/m2) 1,0Pa ou 0,1kgf/m2; = peso especfico do lquido transportado = 1000 kgf/m3.

ndice FH :

FQ n

D IH =

.

.83

12

onde: FH = valor tabelado (adimensional)(Tabela nos Anexos) ; Q = vazo de projeto (m3 / s); D= dimetro pr-determinado (m); I = declividade do trecho considerado (m/m); n= coeficiente de Manning, varia conforme o material.

64 1.4.4 - Roteiro para o Clculo Para iniciarmos o clculo primeiramente pr-determinamos um valor para o dimetro D.

Com os valores da vazo Q, coeficiente de Manning n e a declividade I, calculamos FH e procuramos seu valor na tabela.

J conhecendo FH encontramos os valores de (RH / D) e (y/D) e assim calcula-se

os valores da velocidade de escoamento (v) e do raio hidrulico (RH). Calcula-se ento a tenso trativa (), que deve ser 1,0Pa, para que no ocorra a gerao de sulfetos e nem a obstruo do conduto. 1.4.5 - Exemplos a) Verificar se a tenso trativa para o conduto abaixo atendida. Condio 1Pa. D y Dados:

D = 200 mm I = 0,01 m/m y = D/2 Resoluo:

RA

P

D

Dm

R I

H

H

= = =

=

D

4

1000 . 0,05 . 0,01 = 0,5 kgf

m (OK) > 0,1 kgf

m2 2

pi

pi

.

.

,,

. .

2

4 0 2

40 05

b) Para y< D/2 temos:

65

Q A

vn

R IH

=

=

. v v = Q

A

1 23

12. .

pi

pi =

=

=

2 1

2

4 360 2 41

360

2

2

. cos .. sen

..sen

. .ar

y

DA

DR

DH , ,

Qn

R I AQ n

IR AH H= =

1 23

12

12

23. . .

..

Q n

ID D

Q n

D I

.. .

.sen

. .. . .

. sen

.

..

.sen

. .. .

. sen

12

23

23

2

83

12

23

1

41

360

2

1

4 360 2

1

41

360

2

1

4 360 2

=

=

pi

pi

pi

pi

Como sabemos:

FQ n

D IH =

.

.83

12 Tabela

F de 0,01 - 1

calcula - se

H =

=

fy

D

RH

Seguindo assim os passos anteriores. 1.5 - Apresentao do Projeto O projeto hidrulico das canalizaes de redes de esgotos deve ser elaborado de maneira a atender a dois objetivos principais: veicular a vazo mxima para o qual foi projetado; carrear os slidos suspensos de maneira eficiente, reduzindo ao mnimo possvel os depsitos nos coletores e odores ofensivos.

1.5.1 - Escoamento em Coletores Os coletores so os primeiros rgos da rede coletora a receber os esgotos desde seu primeiro ponto de origem que so as economias servidas, atravs dos coletores prediais.

66No incio de coletores o fluxo irregular e descontnuo, durante as horas do dia. medida, no entanto, que os coletores se desenvolvem a jusante, o fluxo torna-se contnuo, podendo-se considerar, para intervalos de tempo limitados, que seja constante em cada seo. A necessidade de se dimensionar com segurana faz com que os coletores sejam calculados para suportar a vazo mxima. Funcionando como condutos livres, e prevendo-se as possveis variaes de vazo, os coletores so dimensionados para a lmina mxima de 0,75 do dimetro do conduto. 1.5.2 - Escoamento em Interceptores Nos interceptores o escoamento menos irregular que em coletores, uma vez que as contribuies ocorrem apenas nos poos de visita, e no ao longo do trecho. Os interceptores funcionam como condutos livres, sendo a lmina mxima, em canalizaes de pequeno porte, fixada em 0,75 do dimetro. 1.5.3 - Hidrulica Aplicada s Canalizaes De Sistemas De Esgotos 1.5.3.1 Formulao Geral: No dimensionamento das redes, onde admite-se que o escoamento permanente e uniforme, so aceitas duas equaes gerais que so: Equao de Bernoulli

zV

gz

V

gh1

12

222

2 2+ = + +

. . (1)

Equao da Continuidade Q V a V a= =1 1 2 2. . (2) onde:

z1 e z2 = carga potencial nos pontos 1 e 2 respectivamente V1 e V2 = velocidade nas seces 1 e 2 a1 e a2 = rea do escoamento nas seces 1 e 2 g = acelerao da gravidade h = perda de carga entre as seces 1 e 2

Na equao (1), h representa as perdas de carga por atrito no trecho 1-2 e V1 = V2 , no caso de movimento permanente uniforme. A linha piezomtrica de um conduto livre coincide com o perfil longitudinal da superfcie lquida, uma vez que a mesma se encontra, em todos os pontos, presso atmosfrica.

67

Definida a declividade I do trecho, em m/m, a velocidade calculada atravs da frmula de CHEZY:

V C R I= . . onde:

C = um coeficiente; R = o raio; V = a velocidade, em m/s

Os valores de C podem ser calculados atravs das seguintes expresses: Bazin:

C

R

=+

87

1 com = 0,16

Manning:

Cn

R=1 1

6. com n = 0,013

ou Vn

R I=1 2

3. .

1.5.3.2 Condies Especficas: 1.5.3.2.1 Velocidades Limites (V): Para uma lmina mxima de y/D = 0,75, temos Vf = 5m/s. Quando Vf > Vc a lmina mxima de y/D = 0,50.

V g Rc H= 6. .

onde, g = acelerao da gravidade 1.5.3.2.2 Declividades Limites (I):

68 A declividade mnima calculada para a vazo inicial Qi pela expresso:

I Qmin i=

0 005523, .

para Qi em l/s e I em m/m, com n = 0,013 e = 1,0 Pa. A mxima declividade admissvel; aquela para a qual se tenha Vf = 5 m/s. 1.5.3.2.3 Lminas: As tubulaes sero sempre calculadas em lmina livre, sendo yi e yf as lminas correspondentes s vazes inicial e final de dimensionamento, respectivamente.

y

Df

0 75,

1.5.3.2.4 Perda de carga localizada: Admite-se que em poos de visita ocorram perdas de crgas localizadas, que podem provocar o afogamento dos coletores a montante, com conseqente diminuio da velocidade e formao de depsitos indesejveis nos coletores. Nas passagens retas, admite-se:

h = 0,03 m Nas passagens curvas, admite-se:

hV

=2

40 quando r< 2.D

hV

=2

80 quando 2.D < r < 8.D

onde: h expressa em metros; V a velocidade na canalizao; r o raio da curva em metros; D o dimetro da canalizao.

1.5.3.2.5 Condio de controle de Remanso: Sempre que a cota do nvel dgua na sada de qualquer PV ou TIL est acima de qualquer das cotas dos nveis dgua e entrada, deve ser verificada a influncia do remanso no trecho de montante. 1.5.4 - Consideraes Gerais

69 O projeto de uma rede coletora envolve as seguintes atividades: Estudo do Traado em Planta; Dimensionamento dos Coletores e demais rgos Constituintes da Rede; Apresentao em Planta, Perfis e Detalhes dos coletores e demais rgos Constituintes; Especificaes Tcnicas de Materiais, Tubos, e etc. O principal objetivo do projeto da rede coletora o de atender s necessidades sanitrias com o mximo de economia no investimento inicial e na operao do sistema. Uma vez que o lquido movimentado pela sua energia prpria, ela deve ser utilizada da melhor maneira possvel, evitando-se seu desperdcio em quedas livres, voltas abruptas, e junes turbulentas, j que o desnvel total entre a cabeceira e os pontos de lanamento, limitado. Assim, a dimenso dos condutos poder ser desnecessariamente aumentada para compensar perdas que poderiam ser dispensadas atravs de projeto cuidadoso. O traado adequado de redes coletoras pode ser fator relevante na economia da obra, uma vez que define no apenas a localizao, em planta, dos rgos que compem como, de certo modo, a profundidade da mesma. Sempre que possvel, o traado dever ser feito de maneira que os trechos de maior declividade recebam as maiores contribuies. evidente, no entanto, que no possvel a fixao de regras gerais aplicveis a todos os casos, ficando a critrio do projetista o estudo da melhor soluo, em cada caso particular. As consideraes apresentadas nesse captulo referem-se orientao de carter geral, de acordo com as normas brasileiras para elaborao de projetos de redes coletoras de esgotos sanitrios. 1.5.4.1 Elementos Necessrios:

- Relatrio do estudo de concepo elaborado conforme a NBR 9648.

- Levantamento planialtimtrico da rea de projeto e de suas zonas de expanso em escala mnima de 1:2000, com curvas de nvel de metro em metro e ponto cotados onde necessrios.

- Planta em escala mnima de 1:10000, onde estejam representadas em conjunto as reas das bacias de esgotamento de interesse para o projeto.

- Levantamento de obstculos superficiais e subterrneos nos logradouros onde, provavelmente, deve ser traada a rede coletora.

- Levantamento cadastral de rede existente.

-Sondagens de reconhecimento para a determinao da natureza do terreno dos nveis do lenol fretico. 1.5.4.2 Atividades Necessrias:

70- Complementao das prescries da NBR 9649 pelas disposies constantes das

instrues tcnicas especficas relativas localidade ou rea em estudo.

- Delimitao das bacias e sub-bacias de esgotamento cujas contribuies podem influir no dimensionamento da rede, inclusive as zonas de expanso previstas, desconsiderando os li