Redes de esgoto sanitários Unidade 1 Saneamento Básico Professor André Valladão

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Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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SANEAMENTO BÁSICO II
A disciplina de Saneamento Básico II possui os seguintes objetivos
específicos :
· Projetar, especificar e construir redes de esgoto sanitários.
· Projetar e especificar sistemas de tratamento de águas residuárias.
· Projetar e especificar sistemas simplificados para limpeza urbana e para
tratamento de resíduos sólidos.
· Conhecer a legislação de proteção ambiental e os procedimentos para
execução de Estudos de Impactos Ambientais.
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UNIDADE I - REDES DE ESGOTO SANITÁRIO
1. Introdução
Os processos de consumo da água, na sua maioria geram vazões de águas residuárias que,
por não disporem de condições de reutilização, devem ser coletadas e transportadas para
locais afastados da comunidade, de modo mais rápido e seguro, onde, de acordo com as
circunstâncias, deverão passar por processos de depuração adequados antes de serem lançadas
nos corpos receptores naturais. Este condicionamento é necessário para preservar o equilíbrio
ecológico no ambiente atingido direta ou indiretamente pelo lançamento. Este serviço é
executado pelo Sistema de Esgotos Sanitários.
Nas cidades beneficiadas por um sistema público de abastecimento de água e ainda
carentes de sistemas de esgoto sanitário, as águas servidas acabam poluindo o solo,
contaminando as águas superficiais e freáticas e freqüentemente passam a escoar pelas valas e
sarjetas, constituindo-se em perigosos focos de disseminação de doenças.
Com a construção de um sistema de esgoto sanitário numa comunidade, procura-se atingir
os seguintes objetivos mais importantes :
· melhoria das condições higiênicas locais e conseqüente aumento da produtividade;
· conservação de recursos naturais, das águas em especial;
· coleta e afastamento rápido e seguro do esgoto sanitário;
· disposição sanitariamente adequada do efluente;
· eliminação de focos de poluição e contaminação, assim como de aspectos estéticos
desagradáveis (por exemplo, odores agressivos);
· proteção de comunidades e estabelecimentos de jusante;
· diminuição dos custos no tratamento de águas para abastecimento, que seriam ocasionadas
pela poluição dos mananciais;
· redução de gastos públicos com campanhas de imunização e/ ou erradicação de moléstias
endêmicas ou epidêmicas.
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Logo, entende-se como Sistema de Esgotos Sanitários o conjunto de obras e instalações
destinadas a propiciar a coleta, o transporte e o afastamento, o tratamento e a disposição final
das águas residuárias da comunidade, de uma forma adequada do ponto de vista sanitário.
O conjunto de condutos e obras destinados a coletar e transportar as vazões para um
determinado local de convergência dessas vazões é denominado de Rede Coletora de Esgotos.
Portanto, por definição, a Rede Coletora é apenas uma componente de um Sistema de
Esgotamento Sanitário.
2. Classificação dos Sistemas de Esgoto
Na Antigüidade as preocupações voltavam-se para as obras de esgotamento pluvial,
devido ao fato da inexistência de peças sanitárias com descarga hídrica e pela ignorância dos
povos sobre a periculosidade dos resíduos domésticos.
Os primeiros sistemas de esgotamento executados pelo homem tinham como objetivo
protegê-lo das vazões pluviais, devendo-se isto, principalmente, a inexistência de redes de
distribuição de água potável e de peças sanitárias com descargas hídricas, fazendo com que
não houvesse, a primeira vista, vazões de esgotos tipicamente domésticas.
O aparecimento da água encanada e das peças sanitárias com descarga hídrica, fizeram
com que a água passasse a servir com uma nova finalidade: afastar propositadamente dejetos
e outras impurezas indesejáveis ao ambiente de vivência. A evolução dos conhecimentos
científicos, principalmente na área de saúde pública, tornou imprescindível a necessidade de
canalizar as vazões de esgoto de origem doméstica. Essas vazões passaram, então, a serem
conduzidas para as galerias de águas pluviais existentes originando, assim, o denominado
Sistema Unitário de Esgotos (Figura 2). No início do século XVIII, a construção dos
sistemas unitários propagou-se pelas principais cidades do mundo na época, como Londres,
Paris, Amsterdam, Hamburgo, Viena, Chicago, Bueno Aires, etc. A adoção de Sistemas
Unitários de Esgotos em cidades situadas em regiões com alto índice pluviométrico tornou-se
inviável devido ao elevado custo das obras, em virtude da necessidade da construção das
avantajadas galerias transportadoras das vazões máximas.
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No Brasil, foram contratados pelo imperador D. Pedro II, projetistas ingleses para
elaborarem e implantarem sistemas de esgotamento para o Rio de Janeiro e São Paulo, na
época, as principais cidades brasileiras. Ao estudarem a situação, os projetistas depararam-se
com situações peculiares e diferentes das encontradas na Europa, principalmente as condições
climáticas (clima tropical) e a urbanização (lotes grandes e ruas largas). Após criteriosos
estudos e justificativas foi adotado na ocasião, um inédito sistema no qual eram coletadas e
conduzidas às galerias, além das águas residuárias domésticas, apenas as vazões pluviais
provenientes das áreas pavimentadas interiores aos lotes (telhados, pátios e etc). Criava-se,
então, o Sistema Separador Parcial, cujo objetivo básico era reduzir os custos de
implantação e, consequentemente, as tarifas a serem pagas pelos usuários.
Logo após, em 1879, o engenheiro George Waring foi contratado para projetar um sistema
de esgotos para a cidade de Memphis, na Geórgia, EUA, onde predominava uma economia
rural e relativamente pobre, praticamente incapaz de custear a implantação de um sistema
convencional à época. Waring projetou então um sistema exclusivamente para coleta e
remoção das águas residuárias domésticas, excluindo, portanto, as vazões pluviais no cálculo
dos condutos, surgindo o Sistema Separador Absoluto (Figura 1) de esgotos sanitários e
uma outra exclusiva para águas pluviais. Rapidamente o sistema separador absoluto foi
difundido-se pelo resto do mundo a partir das idéias de Waring e de suas publicações. No
Brasil destacou-se na divulgação do novo sistema, Francisco Saturnino de Brito, engenheiro
civil e o mais notável sanitarista nacional, cujos estudos, trabalhos e sistemas reformados pelo
mesmo, fizeram com que, a partir de 1912, fosse adotado obrigatoriamente no país, os sistema
separador.
Figura 1 – Sistema Separador Absoluto Figura 2 – Sistema Unitário ou Combinado
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2.1 Comparação entre os Sistemas de Esgotamento
Uma comparação entre os Sistemas Unitário e Separador Absoluto permite entender os
motivos pelos quais este último é o mais empregado atualmente :
Desvantagens do Sistema Unitário :
· dificulta o controle da poluição a jusante onerando o tratamento, em virtude do grande
volume de esgotos coletados e transportados em épocas de cheia e, consequentemente, o
alto grau de diluição em contraste com as pequenas vazões escoadas nos períodos de
estiagem, acarretando problemas hidráulicos nos condutos e encarecendo a manutenção do
sistema;
· exige altos investimentos iniciais na construção de grandes galerias necessárias ao
transporte das vazõesmáximas do projeto;
· tem funcionamento precário em ruas sem pavimentação, principalmente de pequenas
declividades longitudinais, em função da sedimentação interna de parte do material sólido
oriundo dos leitos das vias públicas;
· implicam em construções mais difíceis e demoradas em conseqüência das suas dimensões,
criando maiores dificuldades físicas e no cotidiano da população da área atingida.
Vantagens do Sistema Separador Absoluto :
· permite a implantação independente dos sistemas (pluvial e sanitário) possibilitando a
construção por etapas e em separado de ambos, inclusive desobrigando a construção de
galerias pluviais em maior número de ruas;
· permite a instalação de coletores de esgotos sanitários em vias sem pavimentação, pois
esta situação não interfere na qualidade dos esgotos coletados;
· permite a utilização de peças pré-moldadas denominadas de tubos, na execução das
canalizações em função da redução nas dimensões necessárias ao escoamento das vazões,
reduzindo custos e prazos na implantação dos sistemas;
· acarreta maior flexibilidade para a disposição final das águas de origem pluvial, pois estes
efluentes poderão ser lançados nos corpos receptores naturais da área (córrego, rios, lagos,
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etc) sem necessidade prévia de tratamento o que acarreta redução da seções e da extensão
das galerias pluviais;
· reduz as dimensões das estações de tratamento facilitando, consequentemente, a operação
e manutenção destas em função da constância na qualidade e na quantidade das vazões a
serem tratadas.
Diante destas circunstâncias é quase inconcebível nos dias de hoje, projetarem-se sistemas
unitários de esgotamento, sendo que em vários países (entre estes o Brasil) tornou-se
obrigatório o emprego do Sistema Separador Absoluto.
2.2 Sistemas Alternativos para Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário
As redes de esgotos representam cerca de 75 % do custo de implantação de um sistema de
esgoto sanitário, os coletores tronco 10 %, as elevatórias 1 %, e as estações de tratamento 14
%. Devido ao alto custo da construção das redes, têm sido apresentadas, por alguns autores,
sistemas alternativos para coleta e transporte, visando a diminuição dos custos das redes de
esgotos. Dentre estes podem ser citados :
· Sistema Condominial de Esgoto;
· Rede Coletora de Baixa Declividade com utilização do dispositivo gerador de
descarga.
2.2.1 Sistema Condominial
O condominial foi desenvolvido no Rio Grande do Norte, espalhando-se para outros
estados brasileiros com pequenas adaptações. Esse sistema é uma forma de concepção de
traçados de redes, onde a idéia central de sua implementação é a formação de condomínios,
em grupos de usuários, a nível de quadra urbana, como unidade de esgotamento.
No aspecto físico, o ramal condominial, constitui uma rede de tubulações que passa
quase sempre, entre os quintais no interior dos lotes, cortando-os, no sentido transversal.
Intercalada nesta rede interna à quadra, de pequena profundidade, encontra-se em cada
quintal, uma caixa de inspeção à qual se conectam as instalações sanitárias prediais,
independentemente, constituindo um ramal multifamiliar.
No aspecto social, resulta da formação de um condomínio, ou de condomínios, na
quadra urbana, abrangendo o conjunto de usuários interligados pelo ramal multifamiliar. O
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condomínio, informal, é alcançado através de pacto entre vizinhos, o qual possibilita o
assentamento dos ramais em lotes particulares e disciplina a participação dos condôminos no
desenvolvimento dos trabalhos. A execução das obras é realizada pelos usuários do sistema
com a ajuda do município ou empresa saneamento básico.
O traçado mais racional é discutido com os usuários e apresentado como padrão do
serviço, permitindo modificações, desde que sejam assumidos os ônus adicionais por quem
assim desejar.
A operação e manutenção desse ramal é de responsabilidade do próprio condomínio a
que serve, cada condômino assumindo a parcela dos sistema situado em seu lote.
No local mais conveniente, por exemplo, um ponto baixo da quadra, de preferência
onde existe espaço livre entre duas casas, o ramal sai da quadra e lança os esgotos em uma
caixa de passagem, localizada no passeio, que integra a rede coletora do sistema.
A Figura 3 a seguir ilustra o traçado da rede coletora de esgotos de um Sistema
Condominial.
Figura 3 – Exemplo de Sistema Condominial de Coleta de Esgotos
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Comparação entre o Sistema Condominial e o Convencional
As principais vantagens do sistema condominial são :
· Menor extensão das ligações prediais e coletores públicos;
· Baixo custo de construção de coletores, cerca de 57,5 % mais econômicos que os
sistemas convencionais;
· Custo menor de operação;
· Maior participação dos usuários;
· A qualquer tempo, sem quebras do asfalto ou tumultos no trânsito, podem ser
feitas as ligações domiciliares ou desobstruções nas linhas.
As principais desvantagens do sistema condominial são :
· Sem uma política de aceitação condominial, poderão surgir conflitos entre os
usuários do sistema, visto que o êxito deste sistema depende fundamentalmente da
atitude dos usuários, sendo imprescindíveis uma boa comunicação, explicação,
persuasão e treinamento;
· Menor atenção na operação e manutenção dos coletores;
· Pode ocorrer o uso indevido dos coletores de esgoto, tais como, lançamento de
águas pluviais e resíduos sólidos;
· Com os coletores assentados em lotes particulares, pode haver dificuldade na
inspeção, operação e manutenção pelas empresas que operam o sistema;
· Menor extensão das ligações prediais e coletores públicos.
Para efeito de comparação são apresentadas nas Figuras 4 e 5 as ligações prediais do
sistema convencional e do sistema condominial, para o esgotamento das quadras. Pelo que se
observa na Figura 4, haverá necessidade de 80 ligações prediais ao coletor público, para o
atendimento das quadras, considerando o sistema convencional. Para o sistema condominial
as ligações ao coletor público serão de apenas 4, conforme apresentado na Figura 5.
Além da diminuição do número de ligações, haverá uma sensível diminuição da
extensão dessas ligações, e também, poderá haver uma diminuição de comprimento da rede
pública, conforme se observa nas Figuras 4 e 5.
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Figura 4 – Sistema Convencional
Figura 5 – Sistema Condominial
Para o dimensionamento do sistema condominial podem ser utilizadas as técnicas
convencionais, conforme será visto mais adiante, entretanto, tem sido apresentado por alguns
autores, as seguintes recomendações :
· Diâmetro da ligação ao ramal condominial : 100 mm, com declividade mínima de
1 %;
· Diâmetro mínimo do ramal condominial : 100 mm, com declividade mínima de
0,006 m/m;
· Utilização das caixas de inspeção no interior das quadras, com recobrimento
mínimo de 0,30 m.
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2.2.2 Rede Coletora de Baixa Declividade com a Utilização do Dispositivo
Gerador de Descarga (DGD)
Em áreas planas ou onde o terreno apresenta baixas declividades, a implantação e
operação de redes coletoras de esgoto sanitário pode tornar-se bastante onerosa. Estas
condições estão presentes,por exemplo, em um grande número de cidades litorâneas da costa
brasileira. Nestes locais tem-se, não raramente, uma situação de áreas planas, solos moles e
lençol freático alto exigindo disposições construtivas especiais, tais como: escoramento
contínuo de valas, rebaixamento do lençol, fundações especiais para a tubulação e etc. Em
consequência a incidência dos custos relativos à escavação, escoramento, reaterro e
recomposição da via se situa na faixa dos 80 a 90 % do custo total de implantação.
O custo de implantação e operação em áreas planas eleva-se também pelo emprego de
estações elevatórias de esgoto nestes locais.
A busca de soluções de menor custo de implantação e operação de redes coletoras de
esgotos para as situações antes descritas, levou ao desenvolvimento das redes coletoras de
baixa declividade. Trata-se de solução onde a rede é assentada a declividades drasticamente
reduzidas, bem menores que as resultantes dos cálculos propostos na normalização com as
vazões originas de dimensionamento. Para um coletor atendendo ao mesmo trecho, porém
com uma declividade muitíssimo menor, observa-se a montante do trecho a presença de um
dispositivo gerador de descargas (DGD) que através de suas descargas de esgoto origina o
escoamento requerido para o transporte da carga sólida depositada (Figura 6).
Esta tecnologia conta com patente em nome do IPT e da FAPESP e seu desempenho
acha-se em fase comprobatória em trecho piloto implantado na rede coletora da SABESP
(ano de 1999), na cidade de Guarujá, Estado de São Paulo.
Figura 6 – Concepção básica de funcionamento de redes coletoras de baixa declividade, com
a utilização do DGD.
DGD
Dispositivo Gerador de Descarga (DGD)
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3. Classificação e Composição dos Esgotos
De acordo com a origem o esgoto pode ser :
· Sanitário, Comum ou Doméstico : são aqueles provenientes de áreas comerciais e
residenciais (aparelhos sanitários, cozinhas, lavagem de roupas, etc.). Tecnicamente esses
despejos são denominados de águas residuárias domésticas, esgotos domésticos ou
esgotos sanitários.
· Industrial : são aqueles provenientes de processos industriais. Tem características
próprias em função da matéria-prima, do processo de industrialização utilizado e do
produto industrializado. Ela apresenta uma contribuição localizada de grande volume,
com composição variando de orgânica a mineral, sendo geralmente rico em sólidos
dissolvidos minerais.
· Pluvial : decorrente da coleta da precipitação atmosférica e da lavagem das ruas. É
tipicamente intermitente ou sazonal, dependendo essencialmente das precipitações
atmosféricas.
3.1 Composição dos Esgotos Sanitários
Os esgotos sanitários têm em sua composição cerca de 0,1 % de material sólido,
compondo-se o restante essencialmente de água (99,9 %). Essa parcela, numericamente tão
pequena, é, no entanto, causadora dos mais desagradáveis transtornos, pois a mesma possui
em seu meio microorganismos, na maioria unicelulares, consumidores de matéria orgânica e
de oxigênio e, muito provavelmente, a ocorrência de microorganismos patogênicos a vida
micro animal em geral.
O esgoto doméstico chega à rede coletora com oxigênio dissolvido, resultante em parte
pela água que deu origem e parte inserido através de turbulência normalmente ocorrida na sua
formação.
O esgoto fresco, ou de produção recente, apresenta água com aspecto original, quase sem
cheiro, em virtude da presença de oxigênio dissolvido e partículas sólidas transportadas ainda
intactas.
O esgoto velho é o que apresenta uma certa homogeneidade pela desintegração do
material transportado, provocada pela movimentação demorada; a coloração é cinza escuro e
há início de odores desagradáveis pela depressão de oxigênio. Com a movimentação
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turbulenta através dos condutos de transporte a parte sólida sofre desintegração formando uma
“vazão líquida” de coloração cinza-escura, com liberação de pequenas quantidades de gases
mal cheirosos, oriundos da atividade metabólica dos microorganismos presentes em seu meio.
O aumento da lâmina líquida nos condutos originado do acréscimo das vazões para
jusante e da redução das declividades, dificulta a entrada de oxigênio atmosférico, enquanto
que o oxigênio livre no meio aquoso é consumido pelos microorganismos aeróbios. Se a
capacidade de reaeração da massa líquida não for suficiente para abastecimento das
necessidades das bactérias, a quantidade de oxigênio livre tende a zero, provocando o
desaparecimento de toda a vida aquática aeróbia, constituindo-se o esgoto séptico de cor
preta, com exalação intensa de odores ofensivos decorrentes de forte ação anaeróbia.
Denominam-se bactérias aeróbicas aquelas que consomem em sua atividade vital o
oxigênio livre presente no interior da massa líquida, originando o processo de decomposição
biológica aeróbica do esgoto também chamado de oxidação. Na ausência de oxigênio livre ou
presença em quantidade insuficiente para a realização do processo citado, desenvolve-se o
processo de decomposição anaeróbica ou putrefação que é realizado pelas bactérias
anaeróbicas as quais consomem o oxigênio dos compostos orgânicos e inorgânicos em sua
atividade metabólica como, por exemplo, dos sulfatos.
Sempre que possível a decomposição aeróbia é preferível à anaeróbia. Para efeito de
comparação pode-se afirmar que o processo aeróbio desenvolve-se com maior rapidez e seus
produtos, gás carbônico, nitratos, sulfatos e água, são mais facilmente assimilados pelos
macrosseres, principalmente os vegetais, enquanto que do anaeróbio resultam metano,
amoníaco e gás sulfídrico entre outros, que são gases nocivos a saúde humana e de odor
bastante desagradável.
3.2 Principais contaminantes dos Esgotos Sanitários
As principais substâncias contaminantes existentes nos esgotos sanitários são :
§ Sólidos em suspensão: podem levar ao desenvolvimento de depósitos de lodo e condições
anaeróbias quando despejos de esgotos não tratados são lançados no ambiente aquático.
§ Materiais orgânicos biodegradáveis: compostos principalmente de proteínas,
carboidratos e gorduras, sendo medidos comumente em termos de DBO (Demanda
Bioquímica de Oxigênio) e DQO (Demanda Química de Oxigênio). Se lançados sem
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tratamento no ambiente, sua estabilização biológica pode levar ao esvaziamento das fontes
de oxigênio natural e ao desenvolvimento de condições sépticas.
§ Microorganismos Patogênicos: doenças epidêmicas e endêmicas podem ser transmitidas
pelos organismos patogênicos existentes nos despejos de esgotos.
§ Nutrientes : tanto o nitrogênio e fósforo aliados ao carbono, são nutrientes essenciais para
o crescimento. Quando lançados no ambiente aquático, estes nutrientes podem levar ao
crescimento de vida aquática indesejável. Quando lançados em grandes áreas de terra,
podem também poluir o subsolo.
§ Matéria Orgânica Refratária: estes materiais tendem a resistir a métodos convencionais
de tratamento de esgotos. Exemplos típicos incluem detergentes e seus derivados, fenóis e
pesticidas agrícolas.
§ Sólidos Inorgânicos Dissolvidos: constituintes inorgânicos como cálcio, sódio e sulfato
são adicionados aos sistemas de abastecimento de água domésticos como um resultados
do uso da água, devendo serem removidos se houver necessidade de reuso do despejo.
3.3 Composição Físico-Química Típica de Esgoto Bruto Doméstico
As principais características observadasem laboratório do esgoto são :
§ Características Físicas: cor, turbidez, odor, sólidos totais (suspensos e dissolvidos);
§ Características Químicas: acidez livre, alcalinidade, cloretos, nitrogênio, fósforo, pH,
oxigênio dissolvido (geralmente inexistente), oxigênio consumido pelo permanganato
(DQO - matéria orgânica oxidável quimicamente), demanda bioquímica de oxigênio
(DBO – matéria orgânica oxidável poe ação de bactérias – principal característica do
esgoto sanitário, atingindo em média 300 mg/O2/l em 5 dias a 20º C).
A principal característica dos esgotos sanitários é a Demanda Bioquímica de Oxigênio
conhecida como DBO. O consumo concomitante de oxigênio nos processos de estabilização
biológica da matéria presente nos volumes de esgotos sanitários, implica na necessidade de
quantificar-se esse consumo de oxigênio tendo em vista que a sua determinação é um
indicador do teor da matéria orgânica biodegradável diluída. A DBO pode ser definida como
“a quantidade de oxigênio livre necessária para estabilizar bioquimicamente a matéria
orgânica através da ação de bactérias aeróbias”, e é expresso normalmente em miligramas
de oxigênio por litro de esgoto (mg/O2/l). O ensaios são realizados a uma temperatura 20º C e
com uma incubação da amostra durante 5 dias. Em condições naturais, a oxidação bioquímica
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da matéria orgânica é desacelerada com o decorrer dos dias e, para completar-se, teoricamente
requer um tempo infinito. A temperatura de 20º C, 5 dias já são suficientes para a oxidação de
60 a 70 % da matéria orgânica biodegradável, e em 20 dias essa oxidação atinge 95 a 99 %.
Um outro parâmetro para determinação do teor de matéria orgânica é a Demanda
Química de Oxigênio – DQO. A DQO consiste na oxidação energética de uma amostra de
esgoto pelo dicromato de potássio, em meio ácido, à elevada temperatura. No final do teste,
com duração aproximada de 3 horas, é medido o consumo do reagente, a fim de ser
determinada, em miligrama, a quantidade de oxigênio consumido na oxidação de 1 litro de
esgoto, que corresponde, assim como a DBO, a medida da matéria orgânica presente no
esgoto. Normalmente o valor da DQO supera o da DBO, por ser oxidada pelo dicromato
tanto a matéria orgânica biodegradável (putrescível) como a não biodegradável.
O processo da DBO, apesar de largamente utilizado, apresenta dois principais
incovenientes : a necessidade de vários dias para a sua realização e o fato de ser imune à
presença de matéria orgânica não biodegradável, como a de certos detergentes e inseticidas.
Esses detergentes conferem gosto à água e comprometem-lhes a estética pela formação de
espuma em sua superfície, enquanto os inseticidas provocam a morte de peixes. A tabela a
seguir apresenta os principais contaminantes do esgoto sanitário.
Tabela 1 – Principais Contaminantes do Esgoto Sanitário
Concentração no Esgoto (mg/l)Constituinte
Forte Média Fraca
Sólidos Totais 1200 700 350
Sólidos Dissolvidos Totais 850 500 250
Sólidos Dissolvidos Fixos 525 300 145
Sólidos Dissolvidos Voláteis 325 200 105
Sólidos em Suspensão 350 200 100
Sólidos em Suspensão Não Voláteis 75 50 30
Sólidos em Suspensão Voláteis 275 150 70
Sólidos Sedimentáveis (ml/l) 20 10 5
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO520) 300 200 100
Demanda Química de Oxigênio (DQO) 1000 500 250
Carbono Orgânico Total (COT) 300 200 100
Nitrogênio Total 85 40 20
Fósforo Total 20 10 6
Cloretos 100 50 30
Graxa, Gordura 150 100 50
Alcalinidade em CaCO3 200 100 50
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Em geral, para efeitos práticos, consideram-se os Sólidos Suspensos Sedimentáveis
correspondentes a 25 % do total, os Sólidos Suspensos Não Sedimentáveis a 25 % e os
Sólidos Dissolvidos incluindo os próprios da água de abastecimento a 50 % do total. No
entanto devem ser realizados ensaios para uma caracterização precisa dos esgotos sanitários.
4 Principais Normas Brasileiras de Sistemas de Esgoto Sanitário
§ Estudo de Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário – NB 566 / NBR 9648
§ Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitário – NB 567 / NBR 9649
§ Execução de Rede Coletora de Esgoto Sanitário – NB 37 / NBR 9814
§ Projeto de Estações Elevatórias de Esgoto Sanitário – NB 569 / NBR 12208
§ Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário – NB 570 / NBR 12209
§ Projeto de Interceptores de Esgoto Sanitário – NB 568 / NBR 12207
§ Projeto e Assentamento de Tubulações de PVC Rígido para Sistemas de Esgoto Sanitário
– NBR 281 / NBR 7367
5 Estudo de Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário
Para o estudo de concepção de sistemas esgoto sanitário, são necessários o
desenvolvimento de uma série de atividades, sendo as principais listadas a seguir :
· Dados e características da comunidade (localização; infra-estrutura existente; cadastro
do sistemas existentes : abastecimento de água, esgoto sanitário, galerias de águas
pluviais, pavimentação, telefone, energia e etc.; e condições sanitárias atuais.);
· Análise do sistema de esgoto sanitário existente;
· Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo (dados censitários, pesquisas de
campo, análise sócio-econômica do município, plano diretor da cidade, projeção da
população da cidade, e etc.);
· Critérios e parâmetros de projeto (consumo efetivo “per capita”, coeficientes de
variação de vazão – k1, k2 e k3, coeficientes de contribuição industrial, coeficiente de
retorno esgoto/água, vazão de infiltração e etc.). Estes parâmetros serão detalhados
mais adiante;
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· Cálculo das contribuições (doméstica, industrial e de infiltração ano a ano, e por bacia
ou sub-bacia, quando pertinente);
· Formulação criteriosa das alternativas de concepção (estimativa de custo das
alternativas estudadas e comparação técnico-econômica e ambiental das
alternativas);
· Estudo de corpos receptores (vazões características, cota de inundação, condições
sanitárias e usos de montante e jusante atuais e futuros, aspectos legais da Resolução
20/90 do CONAMA e das legislações estaduais e municipais.).
6 Componentes dos Sistemas de Esgotos Sanitários
A coleta e o transporte das águas residuárias desde a origem até o lançamento final
constituem o fundamento básico do saneamento de uma população. Os condutos que
recolhem e transportam essas vazões são denominados de coletores e o conjunto dos mesmos
compõem a rede coletora. A rede coletora, os emissários, as unidades de tratamento, etc,
compõem o que é denominado de sistema de esgotos sanitários. Os sistemas de esgotos
sanitários são geralmente constituídos de canalizações enterradas, geralmente assentadas com
declividades suficientes para permitir o escoamento livre por gravidade. Estes sistemas,
normalmente projetados como canais (condutos livres), exceto quando existe a necessidade de
elevatórias e sifões invertidos, têm seus problemas hidráulicos solucionados
convenientemente para as condições do escoamento uniforme.
As unidades básicas que podem compor um sistema convencional de esgotamento
sanitário são (Figura 7):
§ Canalizações: coletores, interceptores, emissários, sifões invertidos e passagens forçadas;
§ Estações elevatórias;
§ Órgãos complementares e acessórios: poços de visita, caixas de passagem, tubos de
inspeção e limpeza e terminais de limpeza;
§ Estações de tratamento;
§ Obras de lançamento final e corpo receptor.
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ETE
EEE
INTERCEPTOR MARGEM ESQUERDA
INTERCEPTOR MARGEM DIREITA
RAMAIS
PREDIAIS
EMISSÁRIO
COLETORES
SECUNDÁRIOS
COLETORES TRONCOS
DESTINO
FINAL
CÓRREGO
RIO
PV
LOTES
Figura 7 – Partes Constitutivas de um Sistema Convencional de Esgoto
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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A seguir são apresentados conceitos e definições de componentes e acessórios diversos
dos sistemas de esgotos sanitários :
§ Bacia de Drenagem: área delimitada pelos coletores que contribuem para um
determinado ponto de reunião das vazões finais coletadas nessa área.
§ Corpo Receptor: curso ou massa d’água onde é lançado o efluente final do sistema de
esgotos.
§ Coletor Predial: canalização que conduz o esgoto sanitário dos edifícios até a rede
coletora de esgoto.
§ Ligação predial: trecho do coletor predial compreendido entre o limite do lote e o coletor
público.
§ Coletor de Esgoto: canalização de pequeno diâmetro que recebe os efluentes dos
coletores prediais em qualquer ponto ao longo de sua extensão. Os de maior extensão
numa bacia denominam-se principais (coletores principais).
§ Coletor Tronco: Canalização de maior diâmetro, que recebe apenas as contribuições de
outros coletores, conduzindo os esgotos a um interceptor ou a um emissário.
§ Interceptor: canalização de grande porte que intercepta o fluxo de coletores-tronco de
modo a evitar que desaguem em uma localidade a proteger como uma praia, um lago, um
rio, etc. Normalmente correm nos fundos de vale, margeando cursos d’água ou canais. São
responsáveis pelo transporte dos esgotos gerados em uma sub-bacia. Em função das
maiores vazões transportadas, os diâmetros são usualmente maiores que os dos coletores-
tronco.
§ Emissário: conduto final de um sistema de esgoto sanitário, que recebe esgoto
exclusivamente em sua extremidade de montante, destinado ao afastamento dos efluentes
da rede para o ponto de lançamento (descarga) ou de tratamento.
§ Estação Elevatória de Esgoto (EEE): instalações eletromecânicas e obras civis
destinadas ao transporte do esgoto sanitário do poço de sucção das bombas ao nível de
descarga do recalque. Promove recalque das vazões de esgotos coletadas a montante.
§ Estação de Tratamento de Esgotos (ETE): unidade destinada a dar condições ao esgoto
recolhido de ser devolvido a natureza sem prejuízo ao meio ambiente, através da
realização de processos de tratamento dos esgotos.
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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§ Caixa de Passagem (CP): câmara subterrânea sem acesso, localizada em pontos
singulares nas mudanças de direção, declividade, material e diâmetro, desde que seja
possível a introdução de equipamento de limpeza a jusante - PV ou TIL. (Figura 11)
§ Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado no Poço de Visita (PV) de modo a permitir
que o trecho de coletor a montante deságüe no fundo do poço, ou seja, liga um coletor
afluente em cota mais alta (³ 0,50 m) ao fundo do poço de visita.
§ Poço de Visita (PV): câmara visitável através de abertura existente em sua parte superior,
destinada à execução de trabalhos de manutenção preventiva ou corretiva nas
canalizações. Os poços de visita são obrigatórios nas seguintes situações: quando for
necessário tubo de queda, na reunião com mais de 3 entradas, nas extremidades de sifão
invertido e passagem forçada e quando a profundidade for superior a 3 metros. (Figura 10)
§ Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL): dispositivo não visitável que permite a inspeção
visual e introdução de equipamentos de limpeza. Pode ser construído nas reuniões de
coletores (até 3 entradas e uma saída), quando não há degraus que exigem tubos de queda,
em profundidades até 3,0 metros e a jusante de ligações prediais que podem acarretar
problemas de manutenção. (Figura 8)
§ Terminal de Limpeza (TL): dispositivo que permite apenas a introdução de
equipamentos de limpeza, localizado na extremidade de montante dos coletores (no início
de coletores). (Figura 9)
§ Sifão Invertido: trecho rebaixado com escoamento sob pressão, com a finalidade de
transpor obstáculos, depressões ou cursos d’água. (Figura 12)
§ Passagem Forçada: trecho com escoamento sob pressão, sem rebaixamento.
§ Profundidade do Coletor: corresponde a diferença de nível entre a superfície do terreno
e a geratriz inferior interna do coletor.
§ Recobrimento: diferença de nível entre a superfície do terreno e a geratriz superior
externa do coletor.
§ Trecho: segmento de coletor, interceptor ou emissário compreendido entre duas
singularidades consecutivas, por exemplo, dois poços de visita.
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Figura 9 – Terminais de Limpeza (TL)
Figura 8 – Tubos de Inspeção e Limpeza comum e
radial de PVC (TIL)
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Figura 10 – Poço de Visita (PV) c/ Tubo
de Queda (TQ)
Figura 11 – Caixa de Passagem (CP)
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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6.1 Observações Gerais
§ Dependendo da ocorrência de áreas onde os coletores não possam continuar ou mesmo
desaguar o esgoto bruto, deverão ser projetados interceptores, assim como a de transporte
de vazões finais para pontos distantes da área de coleta forçará a construção de um
emissário.
§ As estações de tratamento de esgotos (ETE) ocorrerão quando os corpos receptores das
vazões esgotáveis não possuírem capacidade de absorção da carga orgânica total. A
capacidade das ETE será dimensionada de modo que o efluente contenha em seu meio
uma carga orgânica suportável pelo corpo receptor, ou seja, que não lhe cause alterações
danosas ao seu equilíbrio com o ambiente natural.
§ A ocorrência de estações elevatórias de esgotos (EEE) é freqüente em cidades de grande
porte, situadas em áreas planas ou mesmo com declividades superficiais inferiores as
mínimas requeridas pelos coletores para seu funcionamento normal. Nestas ocorre que no
desenvolvimento das tubulações coletoras, estas vão continuamente afastando-se da
superfície até atingirem profundidades inaceitáveis em termos práticos, requerendo assim
Figura 12 – Sifão Invertido
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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que se elevem as cotas dos coletores a profundidades mínimas ou racionais, sendo isto
somente possível através de instalações de recalque de cujo efluente partirá um novo
coletor que poderá, eventualmente, até terminar em outra unidade de recalque. A
ocorrência de estações elevatórias é freqüente também em interceptores extensos,
principalmente aqueles que protegem margens aquáticas, nos emissários e nas entradas das
ETE, visto serem estas normalmente estruturas a céu aberto (lagoas de estabilização,
filtros biológicos e valos de oxidação) ou fechadas mais apoiadas na superfície
(biodigestores).
§ Os sifões invertidos e as tubulações de recalque das elevatórias são as únicas unidades
convencionais a funcionarem sob pressão nos sistemas de esgotos sanitários. Nos sifões
invertidos, embora sob pressão, o escoamento dar-se-á por gravidade, evitando assim o
consumo de energia elétrica.
6.2 Materiais Empregados nas Redes Coletoras de Esgotos
Normalmente são utilizados para os coletores de esgotos os seguintes materiais :
§ Tubos Cerâmicos e/ou Manilhas Cerâmicas de Barro Vidrado: construídosunicamente
com ponta e bolsa nos seguintes diâmetros nominais : 75, 100, 150, 200, 250, 375, 450,
525 e 600 mm. As manilhas cerâmicas vidradas quase não são afetadas pelos ácidos ou
produtos de decomposição oriundos da matéria orgânica dos esgotos.
§ Tubos de Concreto (simples ou armados): construídos com diâmetros a partir de 150 mm,
passam a substituir as manilhas cerâmicas acima de 350 mm. Cuidados especiais devem
ser tomados quando se utilizam tubos de concreto, pois se o esgoto que estiver sendo
veiculado possuir temperaturas elevadas e havendo quantidades consideráveis de matéria
orgânica e sulfatos, ocorre a formação de gás sulfídrico, que ataca o concreto dando
origem a formação do enxofre. O enxofre por sua vez é utilizado por determinadas
bactérias aeróbias em seus processos respiratórios, dando origem a formação de ácido
sulfúrico que ataca o cimento do concreto reduzindo sua resistência. Os tubos de concreto
simples são fabricados nos diâmetros nominais : 150, 200, 225, 250, 300, 375, 400, 450,
500 e 600 mm. Para grandes diâmetros é necessário o emprego de concreto armado que
pode ser fabricado nos seguintes diâmetros : 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900,
1000, 1100, 1200, 1300, 1500, 1750 e 2000 mm. Os tubos de concreto são muito
empregados em sistemas de águas pluviais, devido a sua resistência à abrasão,
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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disponibilidade em grandes diâmetros, grande resistência aos impactos e geralmente baixo
custo em relação aos demais.
§ Tubos de Cimento-Amianto: é durável e possui uma superfície lisa, mesmo sem
revestimento. Tubos para coletores por gravidade são fabricados em diâmetros, variando
entre 100 mm e 400 mm.
§ Tubos de Ferro Fundido: são tubos de ponta e bolsa, acoplados com juntas elásticas ou
não elásticas. São disponíveis nos diâmetros : 50, 60, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225,
250, 275, 300, 350, 400, 450, 500, 550 e 600 mm. Possuem elevada resistência às cargas
externas. São empregados principalmente nas seguintes situações: instalações elevatórias e
linhas de recalque de esgoto, passagem sob rios, onde haja pequeno recobrimento (em
zonas de trânsito pesado), em grandes profundidades e em passagens sob estruturas
sujeitas a trepidação (pontes ferroviárias ou rodoviárias). Os tubos de ferro fundido estão
sujeitos à corrosão pelos esgotos ácidos ou em estado séptico e por solos ácidos, devendo
ser previstos revestimentos internos e/ou externos de cimento ou de asfalto.
§ Tubos de Aço: são recomendados nos casos em que ocorrem esforços elevados sobre a
linha, como nos casos de travessias diretas de grandes vãos, pois devido à sua grande
flexibilidade resistem ao efeito de choques, deslocamentos e pressões externas.
§ Tubos de Plástico: os tubos plásticos mais usados nas redes coletoras são os de PVC. Os
tubos de PVC são fabricados em duas classes e principalmente nos seguintes diâmetros :
75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400. Alguns fabricantes o produzem em diâmetros
maiores. O comprimento padrão é de 6 metros. São empregados principalmente em
ligações prediais e coletores secundários.
6.3 Traçados da Rede
O traçado da rede de esgotos está estreitamente relacionado à topografia da cidade, uma
vez que o escoamento se processa segundo o caimento do terreno.
Para definição do traçado da rede coletora a primeira providência do projetista é o estudo
da planta da cidade, para nela identificar os diversos divisores de água e talvegue. Feito esse
estudo procura-se locar o ponto de lançamento final dos esgotos na planta (pelo menos a
direção deste ponto) para, a seguir, elaborar o posicionamento dos condutos principais e
possíveis canalizações interceptoras e emissários, dentro de uma concepção que reduza as
dimensões às menores possíveis, em todos os níveis. Definida uma concepção geral de projeto
deve-se, a esta altura, partir para o projeto dos coletores secundários.
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Desde que haja pontos de esgotamento, todas as ruas deverão possuir coletores de esgotos,
de modo que a apresentação de um traçado de uma rede terá obrigatoriamente uma forma
similar ao das vias públicas, em combinação com a topografia, geologia e hidrologia da área,
da posição do lançamento final e também do sistema adotado.
Diante dos vários aspectos que o traçado pode ter, a maioria dos autores costuma expor a
seguinte classificação (Figura 13): perpendicular, leque, interceptor, zonal ou distrital e radial.
Figura 13 – Traçados Típicos de Redes Coletoras
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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O traçado perpendicular é indicado para cidades atravessadas ou circundadas por cursos
de água e compõe-se de vários coletores tronco independentes, com traçado mais ou menos
perpendicular ao curso de água. Um interceptor marginal deverá receber esses coletores,
levando os efluentes ao destino adequado. A conformação topográfica acarreta a existência de
diversos coletores principais, aproximadamente perpendiculares ao interceptor.
O traçado em leque é próprio para terrenos acidentados. Os coletores troncos correm
pelos fundos dos vales ou pela parte baixa das bacias e nele incidem os coletores secundários,
com um traçado em forma de leque ou fazendo lembrar uma espinha de peixe. A cidade de
São Paulo é um exemplo característico desse tipo de rede.
O traçado radial ou distrital é característico de cidades planas. A cidade é dividida em
distritos ou setores independentes; em cada um criam-se pontos baixos, para onde são
dirigidos os esgotos. Dos pontos baixos, o esgoto é recalcado , ou para o distrito vizinho, ou
para o destino final. Exemplos de cidade que possuem esse tipo de rede: Santos, Guarujá e
Rio de Janeiro.
De um modo geral indicam-se as seguintes orientações e princípios para a localização dos
coletores de esgoto :
§ o coletor de esgotos deve ser localizado ao longo das vias públicas e eqüidistantes dos
alinhamentos laterais das edificações;
§ a recomendação clássica é que a canalização de água localize-se a um terço (1/3) da
largura da rua a partir de uma margem, enquanto que os condutos públicos para
esgotamento situem-se aproximadamente a mesma distância, mas da margem oposta
visando compatibilizar o afastamento preventivo das duas canalizações (Figura 14).
Figura 14 – Posicionamento dos Coletores no Arruamento
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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§ em áreas acidentadas, o coletor será assentado, de preferência, do lado para o qual ficam
os terrenos mais baixos;
§ a existência de estrutura ou canalizações de serviços públicos, tais como águas pluviais,
distribuidores de água, adutoras, cabos elétricos, telefônicos e etc, poderá, entretanto,
determinar o deslocamento dos coletores de esgotos para posições mais convenientes;
§ para vias públicas preferenciais, pavimentadas e dotadas de tráfego volumoso, assim como
para aquelas com largura superior a 18 m ou avenidas, deverão ser projetados dois
coletores, um em cada passeio;
§ o traçado da rede de coletores de esgotos deve sempre que possível ser orientado pelo
traçado viário da cidade;
§ divide-se a área em bacias naturais de esgotamento e em sub-bacias e estuda-se a posição
dos condutos principais de fundo de vale;
§ a topografia, sendo uma das principais norteadoras do traçado, para bem adaptar os
condutos ao terreno, é conveniente indicar a declividade natural dos trechos das vias
públicaspor pequenas setas, indicando o sentido da declividade positiva;
§ sendo o conjunto de condutos um sistema em que o escoamento é livre, os coletores terão
o seu traçado a partir dos pontos altos até os fundos de vale (pontos baixos da área).
6.4 Sistemas de Ligações dos Ramais Prediais
Os sistemas de ligações dos ramais prediais nos coletores de esgoto podem ser
principalmente de dois tipos: sistema radial e sistema ortogonal.
No sistema radial (Figura 15), dois ou mais ramais prediais são conectados em um único
ponto de ligação pré-definido, com o coletor. Neste sistema o ramal interno e o ramal predial
geralmente não ficam num mesmo alinhamento. É freqüentemente empregado em áreas
povoadas, com predominância de lotes estreitos (até 10 m de fachada) com até dois
pavimentos ou em arruamentos com construções geminadas.
No sistema ortogonal, diversamente do radial, para cada ramal predial haverá um ponto de
conexão no coletor (Figura 16). Normalmente os ramais prediais são perpendiculares ao
alinhamento da propriedade e no mesmo plano vertical do ramal interno. Este sistema é mais
freqüente em loteamentos de grandes fachadas (mais de 10 m) ou em conjuntos populares
com construção simultânea de rede coletora convencional.
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Figura 16 – Sistema de Ligação Ortogonal
Figura 15 – Sistema de Ligação Radial
Figura 17
Conexões Típicas para
Ligação do Ramal Predial
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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6.5 Profundidade Mínima e Máxima dos Coletores
A profundidade mínima dos coletores está relacionada com as possibilidades de
esgotamento dos compartimentos sanitários das edificações nos lotes e é definida pela
concessionária de esgotos da cidade.
Como mostra a figura acima a profundidade mínima de um coletor (Hmin) pode ser
indicada pela equação :
Hmin = h + 0,50 m + 0,02 L + 0,30 m + ( D + e )
h (m) = desnível entre o leito da rua com o piso do compartimento mais baixo;
0,50 m = profundidade aproximada da caixa de inspeção mais próxima;
0,02 (2 %) = declividade mínima para ramais prediais – m/m;
L (m) = distância da caixa de inspeção até o eixo do coletor;
0,30 m = altura mínima para conexão entre o ramal predial com o coletor pública;
D (m) = diâmetro do coletor; e (m) = espessura do tubo coletor.
As profundidades mínimas são estabelecidas para atender também as condições de
recobrimento mínimo, para proteção das tubulações. Para o coletor assentado no leito da via
de tráfego, o recobrimento da tubulação não deve ser inferior a 0,90 m, e para coletor
assentado no passeio 0,65 m.
As profundidades máximas dos coletores, quando assentados nos passeios, deverão
ficar em torno de 2,0 a 2,5 m, dependendo do tipo de solo. No leito carroçável (rua), a
profundidade máxima das redes de esgotos não ultrapassam 3,0 a 4,0 m. Para coletores
L
Figura 18 - Profundidade mínima de um coletor
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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situados a mais de 4,0 m de profundidade, devem ser projetados coletores auxiliares mais
rasos para receberem as ligações prediais.
6.6 Influência dos Órgãos Acessórios da rede no seu traçado
O fluxo de esgotos que uma tubulação lança em um poço de visita, ou outro órgãos
acessório, corre por canaletas situadas no fundo. Essas canaletas orientam o fluxo,
possibilitando ao projetista concentrar mais ou menos vazão em determinados coletores.
Figura 19 – Orientação do fluxo dos esgotos nos órgãos acessórios
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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A Figura 19 mostra, esquematicamente, a planta de fundo dos diversos tipos de órgãos
acessórios. O início de uma canalização se faz sempre com uma ponta seca no terminal de
limpeza (TL). Na figura 19-A, tem-se quatro pontas secas, indicando o início de quatro
coletores. É um esquema característicos dos pontos altos. Na figura 19-C, tem-se o esquema
característico dos pontos baixos, para onde convergem tr6es coletores e, nas demais, as
diversas possibilidades de coletores situados nas encostas.
De acordo com a disposição das canaletas do fundo dos órgãos acessórios, pode-se ter
para uma mesma área soluções diferentes de traçado. A topografia é um dos fatores que
devem ser considerados, conforme mostra a Figura 20.
Figura 20 – Traçados de rede conforme orientação do fluxo
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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7 Dimensionamento de uma Rede Coletora de Esgotos Sanitário
Para lançamento da rede coletora, normalmente, utilizam-se plantas em escala 1:2.000 ou
1:5.000 contendo principalmente :
· Arruamentos;
· Curvas de Nível (metro em metro, sempre que possível);
· Pontos característicos (cruzamentos de ruas, talvegues, e etc.);
· Pontos de lançamento (cursos d’água e etc.);
· Indicação da área a ser esgotada e áreas de expansão futura.
De posse destes dados principais elabora-se um traçado para a rede dentro de uma
concepção mais adequada a situação. Os passos principais são :
· Delimitar a área a ser esgotada, traçando os limites da bacia;
· Indicar, em cada trecho, por meio de pequenas setas o sentido do escoamento natural
da superfície do terreno;
· Representar por pequenos círculos os poços e caixas a serem construídos;
· Identificar os pontos baixos da área, tendo em vista o traçado do principal conduto.
Seguindo o traçado das ruas e as declividades naturais do terreno, indicam-se os trechos
dos coletores e seu sentido de escoamento, limitando-os com os órgãos acessórios (PV’s,
TIL’s ou TL’s) adequados a cada situação, respeitando a distância máxima entre eles. (100 m,
por exemplo).
Em cada PV ou TIL representado, indicam-se as canaletas de fundo necessárias para o
escoamento, podendo ter várias entradas, mas uma única saída. Essa indicação das canaletas é
que define o traçado decidido no projeto.
Em seguida devem ser identificados os coletores e seus respectivos trechos. Como
exemplo, pode-se dar o número 1 ao coletor principal, que corresponde aquele de maior
extensão na bacia. Os outros coletores recebem números seqüenciais na mesma ordem em que
chegam ao coletor principal. Dessa forma ter-se-á sempre números maiores contribuindo para
números menores. Os trechos dos coletores também recebem numeração seqüencial crescente
de montante para jusante. A seguir tem-se um exemplo de indicação de uma rede coletora :
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Convenções do Sistema Coletor de Esgoto :
C-2-1 C-2-2 C-1-4 C-1-5
C-3-1
C-1-1
C-1-3
C-4-2
C-4-1
C-1-2
Coletor principal (Coletor 1)
L (m) - Io (m/m) – do (mm)
cota do terreno
cota de fundo do PV
Profundidade do PV
PV PV
cota da soleira do coletor na
chegada do PV
cota de fundo do PV
cota do terreno
profundidade
cota da soleira do coletor na
chegada do PV
L (m) – comprimento do trecho
Io (m/m) – declividade do trecho
do (mm) – diâmetro do trecho
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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7.1 Cálculo das Vazões de Dimensionamento
As vazões para dimensionamento dos trechos de uma rede coletora são compostas por três
parcelas :
§ Contribuições devido ao esgoto doméstico (maior e mais importante);
§ Contribuições concentradas(vazões concentradas de esgoto industrial, de áreas de
expansão futura e etc.);
§ Contribuição de águas de infiltração.
7.1.1 Contribuição de Esgoto Doméstico
Calculadas para início e final do Alcance do Projeto. A consideração para o início do
projeto é devido principalmente a condição mais crítica com relação a inclinação mínima
que deve ter um coletor de modo que não seja sedimentado o material sólido no mesmo.
Coeficiente de Retorno ( C ) : relação entre o volume de esgotos recolhido (Ve) e o de
água consumido (Va). Do total de água consumida, somente uma parcela retorna ao esgoto,
sendo que o restante é utilizado para lavagem de carros, lavagem de calçadas e ruas, rega de
jardins, irrigação de parques públicos, lavagem de quintais, terraços de residência e etc.
Os valores usualmente empregados no Brasil variam entre 0,75 a 0,85. A Norma NBR
9649/86 recomenda-se adotar na falta de dados confiáveis C = 0,80. No entanto, o coeficiente
de retorno pode variar desde 0,60 até 1,30, sendo que quando este é maior do que 1,0 indica
que existem vazões provenientes de outras fontes de abastecimento como consumo de água de
chuva, abastecimento próprio de indústrias e etc.)
Contribuição média de esgoto doméstico inicial e final de projeto
__ __
Qi e Qf : vazões médias de esgotos doméstico de início e fim de projeto (l/s);
Pi e Pf : populações de início e fim de projeto respectivamente (hab);
q : consumo “per capita” médio de água (l/hab.dia).
 __
Qi = C . Pi . qi
 _________
 86.400
 __
Qf = C . Pf . qf
 _________
 86.400
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Introduzindo os coeficientes de variações de consumo (k1 e k2) :
 A Norma NBR 9649/86 não inclui na vazão inicial o valor k1 pois não se refere
especificamente ao dia de maior contribuição. Na falta de valores obtidos através de
medições, a norma recomenda o uso de k1 = 1,2 e k2 = 1,5.
Taxas de Cálculo por Superfície Esgotada – qa
(usadas principalmente para o cálculo de vazões de áreas de expansão) :
qai e qaf : taxas de cálculo inicial e final por superfície esgotada (l/s.ha);
a : área total a ser esgotada (hectare).
Taxas de cálculo por comprimento total de rede coletora – qx (taxa de contribuição
linear) :
qxi e qxf : taxas de cálculo inicial e final por comprimento da rede coletora (l/s.m ou l/s/km);
L : extensão total da rede coletora (m ou km).
Considerando a densidade populacional (d) tem-se para qa (l/s.ha):
 ^ __
Qi = Qi . k2
 ^ __
Qf = Qf . k1 . k2
 __
qai = Qi . k2
 ______
 a
 __
qaf = Qf . k1 . k2
 _________
 a
 __
qxi = Qi . k2
 ______
 L
 __
qxf = Qf . k1 . k2
 _________
 L
 qai = C . di . qi . k2
 ___________
 86.400
 qaf = C . df . qf . k1 . k2
 _____________
 86.400
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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36
As cidades brasileiras geralmente apresentam o traçado das ruas em forma de xadrez com
um padrão para o a qual a extensão das vias públicas por hectare varia relativamente pouco.
Na cidade de São Paulo, por exemplo, a extensão das vias públicas por hectare varia entre 150
e 200 metros, com um valor médio de 170 m/ha.
Com base nestes dados pode-se facilmente converter vazões por hectare em vazões por
metro linear de coletores ou vice versa.
Considerando a densidade de ruas l* que corresponde a extensão das vias públicas por
hectare, traduzindo a extensão de coletores por hectare também teria-se para qx (l/s.m ou
l/s.km):
7.1.2 Contribuições Concentradas (Qc)
São devidas as áreas de expansão, indústrias, lavanderias públicas, clubes e demais
instalações que gerem vazões elevada concentradas. Calculadas também para início e fim de
projeto. Entram de maneira pontual e localizada em uma rede coletora de esgotos.
7.1.3 Contribuição de Águas de Infiltração (TI)
São devidas a entrada de águas de infiltração causada por juntas mal executadas, fissuras e
rupturas nos coletores, entrada pelos poços de visita. Seu volume depende do nível d’água, da
natureza do subsolo, da qualidade de execução da obra, do material da tubulação, tipo e
distância das juntas e etc.
Na falta de dados a NBR 9649/86 recomenda que se utilize uma taxa de infiltração entre
0,05 e 1,00 l/s.km.
 qxi = C . di . qi . k2
 ___________
 l* . 86400
 qxf = C . df . qf . k1 . k2
 ______________
 l* . 86400
Qci (início de projeto) Qcf (fim de projeto)
Qc
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Para transformar a taxa de infiltração de l/s.km para l/s.ha basta multiplicar a primeira por l* :
TI (l/s.ha) = TI (l/s.km) . l*
7.1.4 Contribuição Total de Esgotos Inicial e Final para dimensionamento (Qt)
A contribuição total de esgotos para início (Qti) e final de projeto (Qtf) é dada pela soma
das três parcelas anteriores.
Para as áreas em expansão tem-se :
Onde a soma ( qai . + TI . l* ) é conhecida como Taxa de Contribuição Inicial Superficial
(Tai) em l/s.ha.
Onde a soma ( qaf . + TI . l* ) é conhecida como Taxa de Contribuição Final Superficial
(Taf ) em l/s.ha.
Para os diversos trechos da rede coletora tem-se :
Onde a soma ( qxi + TI ) é conhecida como Taxa de Contribuição Inicial Linear ( Txi ) em
l/s.km ou l/s.m.
Qti (l/s) = qai . a + (TI . l*) . a + Qci Qti (l/s) = ( qai . + TI . l* ) . a + Qci
Qtf (l/s) = qaf . a + (TI . l*) . a + Qcf Qtf (l/s) = ( qaf . + TI . l* ) . a + Qcf
Qti (l/s) = qxi . L + TI . L + Qci Qti (l/s) = ( qxi + TI ) . L + Qci
Qtf (l/s) = qxf . L + TI . L + Qcf Qtf (l/s) = ( qxf + TI ) . L + Qcf
Unidade I – Redes de Esgotos Sanitários
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Onde a soma ( qxf + TI ) é conhecida como Taxa de Contribuição Final Linear ( Taf )
em l/s.km ou l/s.m.
7.2 Dimensionamento Hidráulico das Canalizações Coletoras (segundo a NBR
9649/86)
Os trechos iniciais de uma rede coletora apresentam regimes hidráulicos extremamente
variáveis que dependem do número de descargas simultâneas. Já para os trechos mais a
jusante o número de descargas simultâneas vai aumentando de modo a ter-se um regime mais
contínuo, variando de intensidade ao longo do dia.
As principais condições e critérios de cálculo segundo a NBR 9649/86 são :
· O cálculo de uma rede coletora de esgotos é executado sempre se montante para jusante
empregando as fórmulas que consideram o regime permanente e uniforme, sendo bastante
empregada a fórmulas derivadas de Manning, ou seja, não são consideradas em cada
trecho do conduto, as variações devido à contribuição do líquido recebida ao longo dele.
· Os coletores dos coletores, interceptores e emissários são projetados para funcionar como
condutos livres e devem ser dimensionados para atender as situações extremas de projeto,
inicial e final. A norma recomenda que, em qualquer trecho, o menor valor de vazão a
ser utilizado nos cálculos seja de 1,5 l/s, correspondente ao pico instantâneo decorrente de
descarga de vaso sanitário.
· O diâmetro mínimo das canalizações é de 100 mm.
· Seção Molhada dos Condutos : os coletores são projetados para trabalhar, no máximo,
com uma lâmina de água igual a 0,75 do seu diâmetro (do), destinando-sea parte superior
dos condutos à ventilação do sistema e às imprevisões e flutuações excepcionais de nível.
Esta lâmina é calculada para a vazão final de projeto (Qfinal).
· Apesar de não se limitar, recomenda-se uma lâmina mínima de 0,20 do diâmetro (do) do
coletor calculada para a vazão inicial de projeto (Qinicial).
do
y
y / do ££ 0,75 y / do ³³ 0,20
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O coeficiente de rugosidade n de Manning depende do diâmetro, das formas e do material
da tubulação, da relação Y/D e das características do esgoto. Embora o coeficiente n seja
função dos fatores relacionados, tem sido normalmente utilizado em escoamento de esgoto o
valor de 0,013.
Portanto, o diâmetro que atende à condição y/do = 0,75 pode ser calculado pela expressão,
com n da fórmula de Manning igual a 0,013, onde Io é a declividade do coletor, em m/m, Qf a
vazão final de jusante do trecho, em m3/s e do o diâmetro em m :
Podem também ser empregadas tabelas e ábacos para a obtenção do diâmetro que atende a
tal condição.
A norma brasileira estabelece que quando a velocidade final (vf), verificada no alcance do
plano, for superior a velocidade crítica (vc), a lâmina de água máxima deve ser reduzida para
0,5 do, sendo a velocidade crítica dada pela fórmula :
sendo Rh (m), o raio hidráulico de final de projeto. Esta limitação da norma decorre da
possibilidade de emulsão de ar no líquido, aumentando a área molhada no conduto pela
mistura ar-água. No caso de escoamento de esgoto, o conhecimento da mistura água-ar é de
grande importância, principalmente quando a tubulação é projetada com grande declividade,
pois nessa condição, o grau de entrada de bolhas de ar no escoamento poderá ser bastante
elevado.
· Velocidade Máxima e Inclinação Máxima : a norma estabelece que a declividade
máxima admissível é aquela que corresponde à velocidade final (vf) de 5 m/s. A razão
disso é evitar erosão do material da tubulação. Considerando n = 0,013 a inclinação
máxima (Iomáx) do conduto em m/m para vf = 5 m/s, entrando com a vazão final (Qf) em
l/s é:
do = 0,3145 ( Qf / ÖÖ Io ) 3/8
vc = 6 . (g . Rh) 1/2
Iomáx = 4,65 Qf - 0,67
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· Tensão Trativa ou de Arraste (sst) / Inclinação Mínima (Iomin) :
Tradicionalmente utilizava-se a associação de uma velocidade mínima com a mínima
relação de enchimento da seção do tubo, para assegurar a capacidade do fluxo de transportar
material sedimentável nas horas de menor contribuição, ou seja, a garantia de auto limpeza
das tubulações. Na realidade, tratava-se de um controle indireto, pois a grandeza física que
promove o arraste da matéria sedimentável é a tensão trativa ou de arraste (sst) que atua
junto à parede da tubulação na parcela correspondente ao perímetro molhado. A tensão trativa
nada mais é do que a componente tangencial do peso líquido sobre a unidade de área da
parede do coletor e que atua portanto sobre o material aí sedimentado.
Para a pequeno, sen a = tan a = Io (declividade do conduto), logo :
onde :
gg = peso específico do líquido – 104 N/m2 ou Pa
Rh = raio hidráulico (m)
Io = declividade do conduto (m/m)
A tensão trativa calculada pela equação acima representa um valor médio da tensão ao
longo do perímetro molhado da seção transversal considerada. A NBR 9649/86 preconiza que
a tensão trativa sst deve ser de no mínimo 1,0 Pa.
NA
F
T
aa
Sm
PmL
sst = T / (Pm . L) = F . sen aa / (Pm . L) = gg . Sm . L . sen aa / (Pm . L) = gg . Rh . sen aa
sst = gg . Rh . Io
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A declividade que garante esta tensão mínima de arraste é conhecida como inclinação mínima
( Iomín ) e para n = 0,013 pode ser obtida pela expressão, derivada do Gráfico 1:
onde Qi corresponde a vazão inicial de projeto.
Gráfico 1 – Lugar geométrico de s = 1,0 Pa
· Condições de Controle de remanso : sempre que a cota do nível de água na saída de
qualquer PV ou TIL ficar acima de qualquer das cotas dos níveis de água de entrada, deve
ser verificada a influência do remanso no trecho de montante. Nos projetos de rede
coletora de esgoto, onde há um aumento do diâmetro da tubulação, isto é, o diâmetro do
coletor de jusante é maior que o de montante, na prática, para se evitar o remanso, pode-se
fazer coincidir a geratriz superior dos tubos. Isso sempre ocorrerá quando se trabalha com
profundidades mínimas. Para profundidades superiores à mínima, a coincidência dos
níveis de água de montante e de jusante, em PV ou TIL, é prática correta e comum para se
evitar remansos. Quando se tem mais de um coletor afluente, o nível de água de jusante
Iomín = 0,0055 Qi - 0,47
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deverá coincidir com o nível de água mais baixo dentre aqueles de montante, de modo a
evitar o remanso.
7.3 Traçado da Rede Coletora em Perfil
O traçado da rede coletora em perfil deve atender tanto critérios técnicos como critérios
econômicos.
Os critérios técnicos dizem respeito as condições hidráulicas impostas para o escoamento
do esgoto (inclinações máximas e mínimas) e profundidades mínimas de recobrimento dos
coletores.
O critério econômico diz respeito principalmente ao volume de escavação a ser realizado
para a execução da rede, que deve ser o mínimo possível, sem prejudicar o atendimento das
condições hidráulicas exigidas para o funcionamento da rede.
A inclinação de um coletor ( Io ) deve sempre estar sempre compreendida entre a
inclinação mínima ( Imín) e a inclinação máxima ( Imáx ). O recobrimento dos coletores (h)
deve ser, em qualquer ponto da rede, superior ao recobrimento mínimo (hmín).
Para os casos em que a declividade da tubulação é maior que a máxima recomendada,
portanto, a velocidade é maior que 5,0 m/s, pode ser utilizada a alternativa da Figura 21, onde
a declividade é diminuída até se igualar a Imáx projetando-se vários poços de visita com tubos
de queda. Essa alternativa é muito utilizada em redes coletoras. A Figura 22 apresenta uma
alternativa para a eliminação dos poços de visita com tubos de queda. Neste caso, deve-se
projetar o coletor com degraus, de modo que a energia seja dissipada e a velocidade de
escoamento fique abaixo dos valores máximos recomendados.
Imáx
Imín
Io
Poço de Visita (PV)
Poço de Visita (PV)
hmontante ³hmín
hjusante ³hmín
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Figura 21 – Diminuição da declividade dos coletores através de poços de visita com tubos de
queda
Figura 22 – Coletor de Esgoto com Degraus (Dissipador de Energia)
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7.4 Tabelas Para Dimensionamento de Condutos Livres aplicáveis a Redes
 Coletoras de Esgoto
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Exemplo de Planilha de Dimensionamento
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8 Estações Elevatórias de Esgoto (EEE)
8.1 Generalidades
As canalizações de esgoto funcionando como condutos livres necessitam de certa
declividade a fim de promover o escoamento satisfatório dos líquidos. Nos terrenos
acidentados, essa declividade é facilmente obtida fazendo a canalização acompanhar o
terreno. Em lugares planos, a declividade que deve ser dada à tubulação, faz com que esta se
afaste da superfície, à medida que caminha para jusante, alcançando profundidades grandes
que tornam inviável tecnicamente e economicamente a sua execução pelas grandes
profundidades e volumes escavados. Isto ocorre com relativa freqüência em condutos de
grande extensão.
Se os condutos atingirem profundidades excessivas, teoricamente acima de 6,0 m (na
prática 4,5 m) então devem ser empregadas instalações que transportem as vazões até então
recolhidas, para uma cota que permita a construção e operação dos trechos a jusante daquele
ponto novamente em condições viáveis tecnicamente. Esta recuperação de cotas é conseguida
através de uma instalação denominada “ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ESGOTOS”
Além da situação descrita pode-se projetar elevatórias para recalques de esgotos em outras
situações como :
· esgotos produzidos em áreas baixas;
· na reunião de vazões de bacias diferentes (sistemas distritais);
· na necessidade de lançamentos submersos (emissários submarinos);
· nas entradas ou entre unidades das Estações de Tratamento de Esgotos (ETE).
Uma elevatória é uma instalação eletromecânica consumidora de energia contínua,
acondicionada em edifício próprio, logo é uma obra que onera a implantação e a operação dos
sistema, devendo ser objeto de minuciosos estudos comparativos para que seu projeto só seja
definido quando não houver mais opções técnicas viáveis com a utilização de escoamento por
gravidade. Além disso exigem manutenção permanente e perigosa.
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8.2 Classificação das Estações Elevatórias de Esgotos
As EEE podem ser classificadas segundo a NB-569/75 (Projeto de Estações Elevatórias de
Esgoto Sanitário - Procedimento) da ABNT como :
Quanto as vazões de recalque - (Qr) :
· Pequena : Qr ££ 50 l/s (aproximadamente uma população de até 20.000 hab);
· Média : 50 ££ Qr ££ 500 l/s (população entre 20.000 e 200.000 hab);
· Grande : Qr ³³ 500 l/s (população acima de 200.000 hab).
Quanto a altura manométrica - (Hman) :
· Baixa : Hman ££ 10 mca;
· Média : 10 ££ Hman ££ 20 mca;
· Grande : Hman ³³ 20 mca.
8.3 Localização e Constituição de uma Estação Elevatória de Esgotos
O posicionamento das elevatórias nos sistemas de esgotos decorre do traçado das redes
coletoras e canalizações de maior diâmetro. Geralmente situam-se em pontos mais baixos de
uma bacia ou de um distrito de coleta, ou nas proximidades de rios, córregos ou represas.
Para a escolha final do local para a construção de uma estação elevatória deverão ser
levados em conta os seguintes aspectos :
· menor desnível geométrico entre a captação e o fim do recalque e menor extensão
deste;
· abrigo de inundações;
· facilidades de acesso;
· distância das habitações;
· possibilidade de eventuais descargas dos esgotos em cursos d’água ou galerias,
quando de eventuais paralisações do sistema elevatório;
· facilidade de obtenção de energia elétrica;
· possibilidades de ampliações futuras;
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Constituição e Detalhes Construtivos
Tipicamente quando são construídas no local, são estruturas em concreto armado nas
construções subterrâneas e em alvenaria nas externas. As estruturas subterrâneas, devido a
própria razão de ser das estações, atingem quase sempre grandes profundidades e podem
alcançar o lenço freático. Seu projeto necessita de particular atenção quanto à solidez,
impermeabilização, resistência aos empuxos, iluminação, ventilação e facilidades para
movimentação de operadores e deslocamento dos equipamentos.
A Figura 23 mostra o corte esquemático de uma pequena elevatória convencional de
esgotos com bombas de eixo horizontal. As EEE têm suas características definidas a partir da
determinação das vazões a elevar, dos equipamentos e seus modelos a serem instalados e do
método construtivo.
As Estações Elevatórias de Esgotos constituem-se, principalmente, de:
· Poço de Coleta, também chamado de Poço de Detenção, de Sucção ou Poço Úmido: é o
compartimento destinado a receber e acumular os esgotos durante um período de tempo.
A vazão de chegada sendo variável não permitiria operação regular da bomba centrífuga
que recalca uma vazão mais ou menos constante, em função das características do sistema.
Se em determinado momento a vazão de bombeamento for superior à de chegada dos
esgotos, ocorrerá a entrada de ar na bomba e seu funcionamento ficará prejudicado,
podendo ocasionar danos aos equipamentos. Mediante a acumulação temporária dos
esgotos num poço de coleta convenientemente dimensionado, é possível fazer com que as
bombas entrem em funcionamento ou se desliguem automaticamente, conforme o nível do
líquido atinja posições elevadas ou baixas no compartimento.
· Poço Seco ou Câmara de Trabalho: é o compartimento onde são instalados os conjunto
moto-bombas, geradores, válvulas de controle e antigolpe, conexões, exaustores, além das
estruturas de circulação de operadores e transporte de máquinas.
· Dependências Gerais : normalmente sobre o poço seco estão as dependências de
acomodação dos operadores (instalações sanitárias e escritório) e equipamentos e
dispositivos necessários a operação e manutenção das instalações (talhas, ganchos e
chaves, quadros elétricos, alarmes e painéis de controle automático e manuais) e sistemas
de ventilação, drenagem e etc.
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8.4 Tipos de Bombas para Esgotos
Nas elevatórias de esgotos o tipo de bomba mais freqüente é a centrífuga, com velocidade
fixa ou variável, podendo ser de eixo vertical ou horizontal. As verticais podem ser com
motor acoplado ou de eixo longo, sendo estas de uso menos freqüente. Também são muito
empregados os conjuntos moto-bombas submersíveis de eixo vertical. As bombas devem
geralmente trabalhar afogadas, isto é, com carga na entrada, tendo em vista permitir o
funcionamento sem necessidade de escorvá-las. Além destas existem as bombas tipo parafuso
e as elevatórias com ejetor pneumático.
8.4.1 Bombas Centrífugas
Diferentemente dos rotores empregados no bombeamento da água limpa, que são do
tipo fechado, os de bomba centrífuga para esgotos são do tipo aberto, que permitem o
bombeamento de sólidos em suspensão no esgoto, com diâmetros equivalentes a até 5 cm.
Entre os tipos de bombas centrífugas para esgoto, utilizáveis em estações elevatórias,
destacam-se :
Figura 23 – Corte Esquemático de uma Elevatória de Esgotos Convencional
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· de eixo horizontal (Figura 23);
· de eixo vertical para instalação em poço seco (Figura 24);
· de eixo vertical para instalação em poço molhado, isto é, dentro do poço de captação
(só a bomba fica submersa, conforme Figura 25);
· conjunto motor-bomba submersível (Figura 26).
As bombas de eixo horizontal são as mais conhecidas. As bombas de eixo vertical
apresentam a vantagem de poderem ser operadas por motores situados em cota elevada, ao
abrigo de possíveis inundações. O comprimento do eixo de acionamento,