Dimensionamento captação e reserva sistema de abastecimento de agua

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FURB – UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
ANDRE GIL SOUSA TILLMANN
SISTEMA DE CAPTAÇÃO E RESERVAÇÃO DE ÁGUA DA CIDADE DE AGROLÂNDIA
Blumenau
2015
ANDRE GIL SOUSA TILLMANN
SISTEMA DE CAPTAÇÃO E RESERVAÇÃO DE ÁGUA DA CIDADE DE AGROLÂNDIA
Trabalho final, apresentado ao Professor Adilson Pinheiro como parte das exigências para a obtenção do título de Engenheiro Civil.
Blumenau, 23 de Novembro de 2015.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...............................................................................................................5
1. VAZÃO DE PROJETO DO MUNICIPIO EM 20 ANOS................................................................................................................................6
1.1.1 ESTIMATIVA DA POPULAÇÃO DE PROJETO.................................................6
1.1.2 DEFINIÇÃO DA VAZÃO DE PROJETO..............................................................6
1.2 VAZÃO DISPONÍVEL DO RIO................................................................................7
1.2.1 ÁREA DE DRENAGEM DO RIO ESCOLHIDO...................................................7
1.2.2 DETERMINAÇÃO DA Q7,10 ..................................................................................9
1.2.3 DETERMINAÇÃO DA Qcap..................................................................................10 
2 DIMENSIONAMENTOS..........................................................................................10
2.1.1 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO..................................................10
2.1.2 DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO........................................................11
2.1.2.1 CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA NA TUBULAÇÃO E ALTURA MANOMÉTRICA...........................................................................................................11
2.1.3 POTÊNCIA DO CONJUNTO MOTOR-BOMBA................................................12
2.1.4 DIMENSIONAMENTO DO TUBO DE ALIMENTAÇÃO PARA REDE...............................................................................................................................14
CONCLUSÃO................................................................................................................13
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................16
�
INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido utilizando os métodos e cálculos aprendidos em sala de aula, juntamente com assessoramento do professor da disciplina. No mesmo, são apresentados todos os memoriais de cálculos, tabelas e projetos necessários para dimensionamento da captação e reservação de água. 
As tabelas e os projetos encontram-se em anexo ao final do material descritivo.
Uma rede coletora de água é um sistema projetado com componentes hidrológicos e hidráulicos, incluindo:
A bacia ou área geográfica para coleta de água;
Um reservatório de água não tratada (acima ou debaixo da terra) tais como um lago, um rio ou lençol freático de um aquífero subterrâneo;
Um meio de transportar a água da fonte para o tratamento, tal como canalização subterrânea, aquedutos e/ou túneis, geralmente denominada de adutora;
Purificação de água;
Transmissão do tratamento, por canos para armazenamento de água tratada.
O produto entregue ao consumidor é a água potável.
VAZÃO DE PROJETO DO MUNICÍPIO EM 20 ANOS
ESTIMATIVA DA POPULAÇÃO DE PROJETO
Consultando o site do IBGE, encontra-se os seguintes dados à respeito da população da cidade de Agrolândia:
2000 : 7810 pessoas;
2010 : 9323 pessoas.
O primeiro ano de funcionamento da rede se dará em 2016, e, a partir desta data, considera-se um horizonte de projeto de 20 anos, sendo o último ano, o de 2035, representado a seguir:
1º ano : 2016;
2º ano : 2017;
3º ano : 2018;
 .
 .
20º ano : 2035.
Para saber o crescimento populacional médio com base nos dados do IBGE, utiliza-se a seguinte fórmula: g = ((n√(população final / população inicial)) – 1)x100
g2010-2000 = ((10√(9323/7810)) – 1)) x 100 = 1,79%;
Em função do horizonte de projeto adotado ser de 20 anos, a população prevista para 2035, que será o último ano de funcionamento, será de:
P2015 = 9323(1+0,0179)5 = 10186 pessoas;
 Assim teremos que a população de projeto será de:
P2035 = 10186(1+0,0179)20 = 14515 pessoas.
DEFINIÇÃO DA VAZÃO DE PROJETO
Para a cidade de Agrolândia foi adotado um valor de consumo médio de 180L/hab./dia e a bomba trabalhando 16 horas por dia.
Qproj. = (k1 . q . pop)/3600 . h
 Logo, temos:
Qproj. = (1,2 . 180 . 14515)/3600 . 16 = 54,43L/s.
1.2-VAZÃO DISPONÍVEL DO RIO
 1.2.1- ÁREA DE DRENAGEM DO RIO ESCOLHIDO
No abastecimento de água da cidade de Agrolândia foi escolhido o Rio Trombudo para a coleta de água, visto que ele nasce na cidade e corta o centro da mesma, facilitando assim a captação. 
Para estabelecer a área de drenagem desse rio, primeiramente foi estudado um local adequado para se colocar a ETA e o reservatório, o local não deveria ser tão longe da captação devido ao grande comprimento da tubulação e assim à uma grande perda de carga.
Logo o local escolhido para a captação, ETA e reservatório, foi em um morro que se encontra perto do rio e está um pouco antes do centro da cidade, como ilustrado na imagem abaixo:
Em verde pode-se ver toda a extensão do Rio Trombudo até o ponto de coleta e dentro do círculo vermelho pode-se perceber o local de coleta de água, a ETA e o reservatório.
Após definido os locais de todas as instalações pode-se delimitar a área da bacia, levando sempre em consideração a topografia do município para traçar o divisor de águas.
Na imagem abaixo pode-se perceber a grande extensão da área da bacia:
Na cor roxa tem-se toda a extensão da bacia hidrográfica utilizada, que, através de software de desenho tem-se a área total da bacia de aproximadamente 192,586 Km².
1.2.2- DETERMINAÇÃO DA Q7,10
Para a determinação da vazão de projeto foi escolhido a menor vazão em 7 dias com período de retorno de 10 anos. Para encontrar o valor da vazão foram utilizadas duas equações (disponibilizadas em um arquivo pelo professor) que varia de região em região em Santa Catarina. Nestas equações a única incógnita que se tem é a área da bacia, logo rapidamente pode-se calcular a vazão de projeto.
Para o caso de Agrolândia, a equação que se tem é:
QMIN,7 = 1,846*(10^-3)*(AD^1,070)
 E por fim a equação para se achar a vazão de projeto:
Q7,10 = K7,10 * QMIN,7
Onde:
Q7,10 = Vazão de projeto (m³/s)
QMIN,7 = Média das vazões mínimas médias anuais de 7 dias consecutivos (m³/s)
K7,10 = Relação entra a vazão mínima média de 7 dias consecutivos com período de retorno de 10 anos e a média das vazões mínimas médias anuais de 7 dias consecutivos.
AD = Área de drenagem da bacia (Km²)
Logo, temos que a área da bacia é de 192,586 Km², jogando na primeira equação temos:
QMIN,7 = 1,846*(10^-3)*(192,586^1,070) = 0,5138 (m³/s)
Para obter o valor de K7,10 devemos analisar a tabela abaixo:
Como Agrolândia se encontra na região IX e o período de retorno desejado é de 10 anos, tem-se que o K7,10 será igual à 0,47.
Finalmente pode-se calcular a vazão de projeto, que terá o valor de:
Q7,10 = 0,47*0,5138 = 0,2415 (m³/s)
1.2.3- DETERMINAÇÃO DA Qcap
Para a determinação da vazão de captação deve-se levar em consideração a vazão ambiental, que é uma porcentagem da vazão total que passa no rio, com o objetivo de manter intacta a vida natural marinha após a instalação da captação.
Neste trabalho a vazão ambiental é igual à 75% da vazão do rio, então tem-se que:
Qamb. = 0,75*Q7,10
Qamb. = 0,75*0,2415 = 0,1811 (m³/s)
E os 25% restantes serão destinados à captação:
Qcap. = 0,2415 – 0,1811 = 0,0604 (m³/s) = 60,4 (L/s)
Como este valor é maior que a vazãode projeto pode-se afirmar que a bacia utilizada, dará conta de captar água e ainda assim manter a vida marinha intacta.
2-DIMENSIONAMENTOS
2.1.1-DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
Para o dimensionamento do reservatório foi utilizada a equação:
Vreservatório = (K1*P*q)/3
Logo:
Vreservatório = (1,2*14515*180)/3 = 1045080 L ou 1045 m³
Para achar o diâmetro foi adotada uma altura de 7 m, então tem-se:
Vreservatório = ((3,14*D²)/4)*h
1045 = ((3,14*D²)/4)*7
D = 13,79 m , adota-se D = 14 m
O detalhamento do reservatório está presente no anexo.
 
2.1.2- DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO
O diâmetro da tubulação de recalque foi encontrada através da tabela abaixo, que também foi fornecida pelo professor. Como a vazão de demanda é de 54,43 L/s, por questão de segurança será usado a tubulação de 300 mm, a qual suporta uma vazão de até 84,8 L/s.
A tubulação de sucção foi adotada como sendo uma bitola maior que a tubulação de recalque, logo temos que o diâmetro da tubulação será de 350 mm.
2.1.2.1- CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA NA TUBULAÇÃO E ALTURA MANOMÉTRICA
Para o cálculo das perdas de carga foi utilizado a equação de Hazen – Willians.
J = (10,65*(Q^1,85))/((C^1,85)*(D^4,87)) , onde:
J = perda de carga unitária
Q = vazão
C = coeficiente de rugosidade do material
D = diâmetro da tubulação
 Neste caso o material utilizado foi o ferro fundido, que tem o coeficiente de rugosidade igual à 125. Logo temos:
J = (10,65*((54,43/1000)^1,85))/((125^1,85)*((300/1000^4,87)) = 0,002234 m/m
 Para achar a perda de carga total, deve-se ter o comprimento real da tubulação e também os comprimentos virtuais, que tem relação com a quantidade de peças utilizadas. No caso deste trabalho temos:
	válv. Ret.
	24
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	6,1
	m
	curva 90°
	7,2
	m
	registro gaveta
	2,1
	m
	saída de canalização
	9
	m
	valv. Pé
	90
	m
	total
	199,4
	m
Temos que o comprimento da tubulação é de 1370 m, somando estes dois valores temos o comprimento final:
CFINAL = 1370 + 199,4 = 1569,4 m
Para obter a perda de carga total, deve-se multiplicar o comprimento final pela perda de carga unitária:
Hp = 1569,4*0,002234 = 3,51 m
Para encontrar a altura manométrica deve-se saber o desnível do terreno e a altura de sucção. Ambos valores são tirados pelo projeto:
Desnível do terreno = 80,7 m
Altura de sucção = 4,1 m
Enfim, tira-se a altura manométrica, que nada mais é que a soma dos três últimos valores encontrados:
Hman = 3,51 + 80,7 + 4,1 = 88,31 m
 2.1.3- POTÊNCIA DO CONJUNTO MOTOR-BOMBA
Agora que a altura manométrica foi obtida, deve-se dimensionar a bomba para levar água até a ETA.
A expressão utilizada para dimensionar a potência da bomba é:
N = (γ*Q*Hmt)/75* η
Onde:
η = rendimento do grupo motor-bomba
Q = vazão (m³/s)
γ = peso específico da água (1000kg/m³)
Hmt = altura manométrica (m.c.a)
N = potência da bomba (cv)
O rendimento da bomba deve ser encontrado através da curva característica:
Como a altura manométrica é de 88,17 m e a vazão é de aproximadamente 200 m³/h, temos que o rendimento da bomba é cerca de 72%. Calculando a potência temos:
N = (1000*0,05443*88,31)/75*0,72 = 89 cv adotado 90 cv
Por fim temos que a potência da bomba deverá ser no mínimo de 90 cv, também deve-se ter um conjunto motor-bomba reserva com a finalidade de se fazer alguma manutenção ou a bomba estragar. O detalhamento da captação de água com as bombas encontra-se no anexo.
2.1.4- DIMENSIONAMENTO DO TUBO DE ALIMENTAÇÃO PARA A REDE
Para a obtenção do diâmetro de alimentação deve-se respeitar a velocidade máxima que é de 3,5 m/s e a velocidade mínima que é de 0,6 m/s. A bitola do tudo foi tirada pela mesma tabela que foi dimensionada as outras bitolas. Entrando com a vazão de demanda tem-se que o tubo será de 300 mm novamente, analisando as velocidades contidas na tabela percebe-se que a velocidade limite do tubo de 300 mm é de 1,2 m/s, a qual pode ser utilizada, visto que está dentro dos parâmetros.
CONCLUSÃO
Pode-se concluir com este trabalho, a real necessidade de dimensionamentos corretos para a coleta de água nas adutoras. Deve-se trabalhar com muita cautela e responsabilidade, visto que se a norma não for respeitada as consequências podem ser grandes, como a degradação natural.
Com este trabalho pude ter uma boa noção do que é implantar o saneamento básico em um município e os problemas enfrentados pelos profissionais para dar o máximo de conforto e saúde para os habitantes.
Espero que o Brasil cresça cada vez mais na questão de saneamento básico, para que assim a saúde da população melhore e consequentemente a expectativa de vida aumente. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PINHEIRO, ADILSON. Rede de distribuição de água, 2015.
PINHEIRO, ADILSON. Reservatório, 2015.
ENGECORPS, TETRAPLAN, LACAZ MARTINS. Estudos dos sistemas de gestão de recursos hídricos para o estado de Santa Catarina e apoio para sua implementação, 2006
http://sigsc.sds.sc.gov.br/home.jsp
ANEXOS