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Prof. Esp. Fabiano Fagundes Projeto de Sistemas de Esgotos Sanitários Aula 5 – Rede Coletora de Esgoto e Órgãos Acessórios (Parte 2) ESGOTO SANITÁRIO • Esgoto doméstico • Esgoto industrial • Água de infiltração ESGOTO SANITÁRIO Representação espacial do índice de atendimento urbano por rede coletora de esgotos (indicador IN024) dos municípios cujos prestadores de serviços são participantes do SNIS em 2015, distribuído por faixas percentuais, segundo município: ESGOTO SANITÁRIO • População: estudo de crescimento populacional A contribuição do esgoto doméstico depende dos seguintes fatores: • Consumo de água efetivo “per capta” : q • Coeficiente de retorno esgoto / água : C • Coeficientes de variação da vazão: Coeficiente do dia de maior contribuição: K1 Coeficiente da hora de maior contribuição: K2 Sem as perdas reais (físicas) CONSUMOS MÉDIOS per capta DE ÁGUA O consumo médio per capita de água (indicador IN022) é definido, no SNIS, como o volume de água consumido, dividido pela média aritmética da população atendida com abastecimento de água. Ou seja, é a média diária, por indivíduo, dos volumes utilizados para satisfazer os consumos domésticos, comercial, público e industrial. É uma informação importante para as projeções de demanda, para o dimensionamento de sistemas de água e de esgotos, e para o controle operacional. Valores do consumo médio per capita de água (indicador IN 022) dos prestadores de serviços participantes do SNIS, em 2015 e na média dos últimos três anos (2012, 2013 e 2014), segundo estado, região geográfica e Brasil Consumo médio per capita (indicador IN022) dos prestadores de serviços participantes do SNIS, em 2015 e na média dos últimos 3 anos, segundo estado e Brasil Evolução do consumo médio per capita de água (IN022) para os prestadores de serviços participantes do SNIS entre 2005 e 2015 PERDAS DE ÁGUA NA DISTRIBUIÇÃO Índice de perdas na distribuição (indicador IN049) dos prestadores de serviços participantes do SNIS em 2015, segundo capital de estado e média do Brasil CONTRIBUIÇÃO per capta E POR ECONOMIA • Para dimensionamento do sistema de esgotos deve ser considerado o consumo per capta efetivo de água, não incluindo as perdas. • Consumo per capta varia entre localidades, entre classes sociais e como resultado de subsídios e outros fatores. • Consumo per capta de esgoto é o consumo per capta efetivo de água multiplicado pelo coeficiente de retorno. Ver http://www.snis.gov.br COEFICIENTE DE RETORNO Segundo a NBR 9649 – Coeficiente de retorno é a relação média entre os volumes de esgoto produzido e de água efetivamente consumida. COEFICIENTE DE RETORNO • Depende de fatores como localização e tipo de residência, condições de arruamento, tipo de clima, ... • Situa-se entre 0,5 e 0,9 • Norma Brasileira: 0,8 na falta de valores em campo. VARIAÇÃO DO CONSUMO COEFICIENTES DE VARIAÇÃO DE VAZÃO • NBR 9649 ÁGUA DE INFILTRAÇÃO A infiltração na rede depende das condições locais, tais como: • NA do lençol freático; • Tipo de solo; • Material da tubulação; • Tipo de junta; • Qualidade de assentamento dos tubos. NBR 9649: Taxa de infiltração TI = 0,05 a 1,0 l/(s.km) ESGOTO INDUSTRIAL • Art. 18 – VIII: Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média diária. Decreto nº 8.468 (Set/1976) • Art. 19: Onde houver sistema público de esgoto, em condições de atendimento, os efluentes de qualquer fonte poluidora deverão ser neles lançados. • Art. 19ª: Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados em sistema de esgotos, se obedecerem às seguintes condições: I. pH entre 6,0 e 10,0 II. Temperatura inferior a 40ºC III. Materiais sedimentáveis até 20 ml/l COMPOSIÇÃO DO ESGOTO SANITÁRIO TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO CORROSÃO POR ÁCIDO SULFÚRICO NA TUBULAÇÃO DE CONCRETO CÁLCULO DAS VAZÕES • Quando não existirem medições de vazão utilizáveis no projeto. Métodos para cálculo das vazões: • Quando existirem hidrogramas utilizáveis no projeto. • Cálculo de vazão pelo processo das áreas edificadas. CÁLCULO DAS VAZÕES Q: vazão de esgoto sanitário, l/s Qd: vazão doméstica, l/s Qinf: vazão de infiltração, l/s Onde: Qc: vazão concentrada ou singular, l/s QUANDO NÃO EXISTIREM MEDIÇÕES DE VAZÃO UTILIZÁVEIS NO PROJETO • Início do plano: (não inclui K1) Qi : Contribuição média inicial de esgoto doméstico, l/s Qinf : Contribuição de infiltração inicial, l/s Para o dimensionamento da rede coletora de esgoto devem se considerados as seguintes vazões: Qci : Contribuição concentrada inicial, l/s Onde: 𝑸𝒊 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒊 ∗ 𝒒𝒊 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 + 𝑸𝒊𝒏𝒇 + 𝑸𝒄𝒊 Qdi (L/s) Vazão doméstica inicial QUANDO NÃO EXISTIREM MEDIÇÕES DE VAZÃO UTILIZÁVEIS NO PROJETO • Final do plano: Qf : Contribuição média final de esgoto doméstico, l/s Qinf : Contribuição de infiltração final, l/s Para o dimensionamento da rede coletora de esgoto devem se considerados as seguintes vazões: Qcf : Contribuição concentrada final, l/s Onde: 𝑸𝒇 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒊 ∗ 𝒒𝒊 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 + 𝑸𝒊𝒏𝒇 + 𝑸𝒄𝒊 Qdf (L/s) Vazão doméstica final CÁLCULO DE VAZÃO PELO PROCESSO DAS ÁREAS EDIFICADAS • Início do plano: (não inclui K1) ai : Área esgotada de início de plano, ha di : Densidade populacional de início de plano, hab/ha A vazão doméstica de início de plano também pode ser calculada em termos de área esgotada e densidade populacional: Onde: 𝑸𝒊 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝒂𝒊 ∗ 𝒅𝒊 ∗ 𝒒𝒊 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 CÁLCULO DE VAZÃO PELO PROCESSO DAS ÁREAS EDIFICADAS • Final do plano: af : Área esgotada de final de plano, ha df : Densidade populacional de final de plano, hab/ha A vazão doméstica de final de plano também pode ser calculada em termos de área esgotada e densidade populacional: Onde: 𝑸𝒇 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝒂𝒇 ∗ 𝒅𝒇 ∗ 𝒒𝒇 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULOS DAS REDES COLETORAS • Rede Simples • Rede Dupla • Rede Simples e Dupla TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES SIMPLES E DUPLAS • Comprimento virtual da rede para a área de ocupação homogênea. 𝑳𝒗𝒊,𝒇 = 𝑳𝒔𝒊,𝒇 + 𝑳𝒅𝒊,𝒇 𝟐 Onde: Lvi,f = comprimento virtual da rede inicial ou final, m ou km Lsi,f = comprimento da rede simples inicial ou final, m ou km Ldi,f = comprimento da rede dupla inicial ou final, m ou km Só contribuições distribuídas. As concentradas são somadas depois. TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES SIMPLES • Taxa de Contribuição Linear para rede simples. 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒊 𝑳𝒗𝒊 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Início do Plano 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒇 𝑳𝒗𝒇 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Final do Plano TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES DUPLAS • Taxa de Contribuição Linear para rede dupla. 𝑻𝒙𝒊𝒅 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒊 𝟐𝑳𝒗𝒊 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Início do Plano 𝑻𝒙𝒇𝒅 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒇 𝟐𝑳𝒗𝒇 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Final do Plano PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 1- Para todos os trechos da rede devem ser estimadas as vazões inicial e final (Qi e Qf). Inexistindo dados pesquisados e comprovados, com qualidade estatística, recomenda-se como o menor valor de vazão, 1,5 l/s em qualquertrecho. PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 2- Os diâmetros a empregar devem ser previstos nas normas e especificações brasileiras relativas aos diversos materiais, o menor não sendo inferior a DN 100. 3- A declividade de cada trecho da rede coletora não deve ser inferior à mínima admissível que produza uma Qi = 1,5 l/s e nem superior à máxima admissível que é aquela que se tenha Vf = 5 m/s. 8/3 2/1 3145,0 o f o I Q d PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 4- Cada trecho deve ser verificado pelo critério de tensão trativa média de valor mínimo s𝑡 = 1,0 𝑃𝑎 calculada para vazão inicial (Qi), para Coeficiente de Manning n = 0,013. A declividade mínima que satisfaz essa condição pode ser determinada pela expressão aproximada: Para coeficiente de Manning diferente de 0,013 os valores de tensão trativa média e declividade mínima a adotar devem ser justificados. 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 ∗ 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 𝐼𝑚𝑖𝑛 em m/m e 𝑄𝑖 em l/s RELEMBRANDO: COEFICIENTE DE MANNING PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 5- A máxima declividade admissível é aquela para a qual se tenha V𝑓 = 5 m/s. Quando a velocidade final Vf é superior a velocidade crítica Vc, a maior lâmina admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor (0,5∗𝑑0) , assegurando-se ventilação do trecho; A velocidade crítica é definida por: 𝑉𝑐 = 6(𝑔 ∗ 𝑅ℎ) 1/2 𝑜𝑢 𝑉𝑐 = 6( 𝑔 ∗ 𝑅ℎ) Onde g = aceleração da gravidade. 𝐼𝑚𝑎𝑥 = 4,65 ∗ 𝑄𝑓 −0,67 Para n=0,013 PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 6- As lâminas d’água devem ser sempre calculadas admitindo o escoamento em regime uniforme e permanente, sendo o seu valor máximo, para vazão final (Q𝑓), igual ou inferior a 75% do diâmetro do coletor (0,75∗𝑑0). 7- Condição de controle de remanso. Sempre que a cota do nível de água de saída de qualquer PV ou TIL está acima de qualquer das cotas dos níveis d’água de entrada, deve ser verificada a influência do remanso no trecho de montante. 𝑑0 = 0,3145 ∗ (𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 8- No que se refere à proteção contra carregamentos externos, a maioria das Companhias Estaduais de Saneamento recomenda uma profundidade mínima dos coletores de 1,05 m. Representação na Planta: PROJETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO - Resumo Cálculo com Q𝑖 e Q𝑓 Vazão mínima 1,5 l/s Diâmetro mínimo 100 mm (150 mm) Declividade mínima 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 ∗ 𝑸𝒊−𝟎,𝟒𝟕 Velocidade máxima de 5 m/s Lâmina d’água máxima 75% do diâmetro Se V > 𝑉𝑐 = 6( 𝑔 ∗ 𝑅ℎ) , lâmina máxima de 50% Controle de remanso Declividade máxima 𝑰𝒎𝒂𝒙 = 𝟒, 𝟔𝟓 ∗ 𝑸𝒇−𝟎,𝟔𝟕 TIPOS DE MANUTENÇÃO • Manutenção Preventiva Serviços para obter melhor desempenho do sistema antecipando-se ao problema. • Manutenção Corretiva Serviços para corrigir problemas de obstruções ou rompimento de ramais e coletores. DESOBSTRUÇÃO DE RAMAL PREDIAL Flexi Cleaner DESOBSTRUÇÃO DE REDE COLETORA Limpeza com Sewer Jet (Hidrojateamento) DESOBSTRUÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento à vácuo DESOBSTRUÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento combinado: hidrojateamento e à vácuo EXEMPLO 1 DADOS: • População Inicial: Pi = 1.000 hab • População Final: Pf = 2.000 hab • Consumo de água per capita: q= 150 l/hab.dia • Coeficiente de Retorno: C = 0,8. • K1 = Coeficiente de Vazão Máxima Diária = 1,2 • K2 = Coeficiente de Vazão Máxima Horária = 1,5. • Taxa de Contribuição de Infiltração = Tinf = 0,0001 l/s.m Material dos coletores: PVC • O passo inicial é conceber o sistema, traçar e numerar os coletores e os trechos. • O maior coletor recebe o número 1 e seu primeiro trecho será denominado 1, numerando-se sucessivamente todos os outros trechos deste coletor. • O primeiro coletor que chegar ao coletor 1 será o coletor 2 e assim sucessivamente. • Após a concepção, traçado e numeração dos trechos e dos PV´s, podemos determinar o comprimento total da rede coletora. • No presente caso, ΣL = 737,8m. (Figura) 𝑸𝒅𝒊 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒊 ∗ 𝒒 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 • A vazão de demanda doméstica para início do projeto (Qdi) 𝑄𝑑𝑖 = 1,5 ∗ 0,8 ∗ 1000 ∗ 150 86400 = 𝟐, 𝟎𝟖 𝒍/𝒔 𝑸𝒅𝒇 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒇 ∗ 𝒒 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 • A vazão de demanda doméstica para o final do projeto (Qdf) 𝑄𝑑𝑓 = 1,2 ∗ 1,5 ∗ 0,8 ∗ 2000 ∗ 150 86400 = 𝟓, 𝟎𝟎 𝒍/𝒔 Taxa de Contribuição Linear. • Taxa de contribuição linear para o início do projeto: 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝑸𝒅𝒊 𝑳𝒗𝒊 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Início do Plano 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝟐,𝟎𝟖 𝟕𝟑𝟕,𝟖 + 0,0001 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟗𝟐 𝒍/𝒔.m 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝑸𝒅𝒇 𝑳𝒗𝒇 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Final do Plano 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝟓,𝟎𝟎 𝟕𝟑𝟕,𝟖 + 0,0001 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟖𝟖 𝒍/𝒔.m • Vazões em cada Trecho de Coletor Ela é determinada somando-se as vazões de contribuição dos trechos à montante a vazão de contribuição do trecho, que é determinada multiplicando-se a taxa de contribuição linear pelo Comprimento do Trecho. • Profundidade Mínima dos Coletores Admite-se uma profundidade mínima de 1,05 m. • Vazões em cada Trecho de Coletor Vazão a montante: 𝑸𝒊𝒎 = 𝟎 𝒍/𝒔 e 𝑸𝒇𝒎 = 𝟎 𝒍/𝒔 Comprimento: 𝑳𝟏−𝟏 = 𝟓𝟔, 𝟑 𝒎 Vazão no trecho: 𝑄𝑖 = 0,00292 𝑥 56,3 = 𝟎, 𝟏𝟔 𝒍/𝒔 𝑄𝑓 = 0,00688 𝑥 56,3 = 𝟎, 𝟑𝟗 𝒍/𝒔 Obs.: Tanto 𝑸𝒊 quanto 𝑸𝒇 são menores que 1,5 l/s, adota-se então como vazão 1,5 l/s para o dimensionamento. Vazão a Jusante: 𝑸𝒊 = 𝟎, 𝟏𝟔 𝒍/𝒔 𝑸𝒇 = 𝟎, 𝟑𝟗 𝒍/𝒔 • Declividade do Terreno 𝑸𝒊 = 𝑸𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝒍/𝒔 Cota do terreno a montante: 𝟏𝟎𝟖, 𝟒𝟓 𝒎 𝑰 = 𝟏𝟎𝟖,𝟒𝟓−𝟏𝟎𝟕,𝟖𝟒 𝟓𝟔,𝟑 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟎𝟗 𝒎/𝒎 Obs.: Como 𝑰 > 𝑰𝒎𝒊𝒏 adotaremos como declividade do coletor a declividade do terreno. Declividade mínima do coletor: 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟓 𝒎/𝒎 Cota do terreno a jusante: 𝟏𝟎𝟕, 𝟖𝟒 𝒎 • Diâmetro do Coletor Obs.: Como este diâmetro é menor que o mínimo permitido por norma, adotaremos 150 mm. Usando a equação admitindo escoamento Subcrítico: 𝑑0 = 0,3145(𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 𝑑0 = 0,3145(0,0015/ 0,0109) 3/8= 0,064 𝑚 = 64 𝑚𝑚 EXEMPLO 2 Dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto (rede simples), considerando os seguintes parâmetros e dados: L = 180 m di = 180 hab/ha df = 210 hab/ha K1 = 1,2 ; K2 = 1,5 ; C = 0,8 qi = qf = 160 l/hab.dia Tinf = 0,5𝑥10−3 l/s.m Lvi = Lvf = 200 m/ha Área = 1 ha Qci = 1,27 l/s Qcf = 1,97 l/s Profundidade mínima = 1,2 m RESOLUÇÃO di df Pi Pf P= d*A Taxa de Contribuição Linear para rede simples. 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒊 𝑳𝒗𝒊 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Início do Plano 𝑸𝒊 = 𝑪 ∗ 𝑷𝒊 ∗ 𝒒𝒊 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝟏,𝟓∗(𝟎,𝟖∗ 𝟏𝟖𝟎∗𝟏 ∗𝟏𝟔𝟎) 𝟐𝟎𝟎∗𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 + 𝟎, 𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟑= 0,0025 l/s.m Final do Plano 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝟏,𝟐∗𝟏,𝟓∗(𝟎,𝟖∗ 𝟐𝟏𝟎∗𝟏 ∗𝟏𝟔𝟎) 𝟐𝟎𝟎∗𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 + 𝟎, 𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟑= 0,0033 l/s.m 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑸𝒅𝒇 𝑳𝒗𝒇 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Vazão do trecho. Inicial 𝑻𝒙𝒊 ∗ 𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟓 ∗ 𝟏𝟖𝟎= 0,450 l/s 𝑸𝒊 = (𝑻𝒙𝒊 ∗ 𝑳) + 𝑸𝒄𝒊 = 𝟎, 𝟒𝟓𝟎 +1,27= 1,72 l/s Final 𝑻𝒙𝒇 ∗ 𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟑 ∗ 𝟏𝟖𝟎= 0,594 l/s 𝑸𝒇 = (𝑻𝒙𝒇 ∗ 𝑳) + 𝑸𝒄𝒇 = 𝟎, 𝟓𝟗𝟒 +1,97= 2,56 l/s 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 ∗ 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 Declividade mínima.𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 ∗ 𝟏, 𝟕𝟐 −𝟎,𝟒𝟕= 0,0043 m/m ou 0,43% ou 𝑫𝒆𝒄𝒍𝒊𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒕𝒆𝒓𝒓𝒆𝒏𝒐 = 𝑪𝑻𝑴 − 𝑪𝑻𝑱 𝑳 𝟏𝟓𝟐, 𝟔 − 𝟏𝟓𝟏, 𝟑𝟓 𝟏𝟖𝟎 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟕 𝒎/𝒎 𝒐𝒖 𝟎, 𝟕% Diâmetro. 𝑑0 = 0,3145 ∗ (𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 𝑑0 = 0,3145(0,002564/ 0,007) 3/8 = 0,085 m ou 85 mm • A NBR exige o diâmetro mínimo de 100 mm. Com os resultados obtidos até o momento, calcular, para o mesmo trecho: a lâmina líquida inicial e final a velocidade inicial e final a tensão trativa e a velocidade crítica Vazão à seção plena. 𝑄𝑝 = 23,976 ∗ 𝑑0 8/3 ∗ 𝐼0 1/2 O primeiro passo é calcular a relação entre as vazões inicial e final do plano e a vazão à seção plena do conduto Qi/Qp e Qf/Qp 𝑄𝑝 = 23,976 ∗ 0,100 8/3 ∗ 0,0071/2 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟑𝟐 𝒎³/𝒔 Qi/Qp= 1,72 4,32 = 𝟎, 𝟑𝟗𝟖𝟐 Qf/Qp= 2,56 4,32 = 𝟎, 𝟓𝟗𝟑𝟓 Velocidade à seção plena. 𝑉𝑝 = 30,527 ∗ 𝑑0 2/3 ∗ 𝐼0 1/2 A seguir calcula-se a velocidade inicial / final: 𝑉𝑝 = 30,527 ∗ 0,100 2/3 ∗ 0,0071/2 = 𝟎, 𝟓𝟓 𝒎/𝒔 Tabela de Relações baseadas na equação de Manning para condutos circulares parcialmente cheios. Na tabela fornecida para “Cálculo de relações baseadas na equação de Manning”, com Qi/Qp e Qf/Qp obtém-se y/d0,RH/d0, Am/d0² e V/Vp. Para Qi/Qp= 0,3982 na tabela entre 0,38415 e 0,40025 Como d0= 100, para obter a lâmina basta multiplicar yi/d0 pelo diâmetro : yi= yi d0 ∗ 𝑑0 yi= 0,44 ∗ 0,1 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟒 𝒎 Tabela de Relações baseadas na equação de Manning para condutos circulares parcialmente cheios. Para Qf/Qp= 0,5935 na tabela entre 0,58571 e 0,60296 Como d0= 100, para obter a lâmina basta multiplicar yi/d0 pelo diâmetro : yi= yi d0 ∗ 𝑑0 yi= 0,56 ∗ 0,1 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟔 𝒎 Tabela de Relações baseadas na equação de Manning para condutos circulares parcialmente cheios. Iniciais Finais Multiplicando-se pelo diâmetro adotado de 100mm: RHi = 0,02295 m e RHf = 0,02676 m Multiplicando-se Vi/Vp e Vf/Vp pela velocidade Vp=0,55 Vi = 0,9445 x 0,55= 0,52 m/s Vf = 1,0464 x 0,55= 0,57 m/s Ami = 0,00333 m e Amf = 0,00453 m Tensão Trativa. Adotando-se o valor de g=𝟗, 𝟕𝟖𝟗𝟒 N/m³ para água a 20ºC, tem-se a Tensão Trativa s𝑡 = γ ∗ R𝐻𝑖 ∗ I0 s𝑡 = 9,789 4 ∗ 0,02295 ∗ 0,007 = 1,48 𝑁/𝑚² ou 𝟏, 𝟒𝟖 𝐏𝐚 Verificação: 1,48𝑃𝑎 > 1,0𝑃𝑎 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! Velocidade Crítica. 𝑉𝑐 = 6(𝑔 ∗ 𝑅ℎ𝑓) 1/2 𝑉𝑐 = 6(9,8 ∗ 0,02676) 1/2= 3,07 m/s Verificação: 𝑉𝑐 = 3,07 > 𝑉𝑓 = 0,57 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! EXEMPLO 3 Dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto (rede simples), considerando os seguintes parâmetros e dados: Pi = 20.000 hab Pf = 30.000 hab K1 = 1,2 ; K2 = 1,5 ; C = 0,8 qi = qf = 200 l/hab.dia Tinf = 0,5 l/s.km Lvi = 35.000 m Lvf = 40.000 m Dmin= 150 mm Profundidade mínima nos coletores= 1,20 m Projeto da Rede Coletora 𝑸𝒅𝒊 = 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒊 ∗ 𝒒 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 • A vazão de demanda doméstica para início do projeto (Qdi) 𝑄𝑑𝑖 = 1,5 ∗ 0,8 ∗ 20000 ∗ 200 86400 = 𝟓𝟓, 𝟔 𝒍/𝒔 𝑸𝒅𝒇 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑪 ∗ 𝑷𝒇 ∗ 𝒒 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 • A vazão de demanda doméstica para o final do projeto (Qdf) 𝑄𝑑𝑓 = 1,2 ∗ 1,5 ∗ 0,8 ∗ 30000 ∗ 200 86400 = 𝟏𝟎𝟎, 𝟎 𝒍/𝒔 Taxa de Contribuição Linear. Trecho 1-1 • Taxa de contribuição linear para o início do projeto: 𝑻𝒙𝒊𝒔 = 𝑸𝒅𝒊 𝑳𝒗𝒊 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Início do Plano 𝑇𝑥𝑖𝑠 = 55,6 35000 + 0,0005 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟏 𝒍/𝒔.m 𝑻𝒙𝒇𝒔 = 𝑸𝒅𝒇 𝑳𝒗𝒇 + 𝑻𝒊𝒏𝒇 Final do Plano 𝑇𝑥𝑓𝑠 = 100,0 40000 + 0,0005 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟎 𝒍/𝒔.m • Vazões em cada Trecho de Coletor Vazão a montante: 𝑸𝒊𝒎 = 𝟎 𝒍/𝒔 e 𝑸𝒇𝒎 = 𝟎 𝒍/𝒔 Comprimento: 𝑳𝟏−𝟏 = 𝟏𝟎𝟎 𝒎 Vazão no trecho: 𝑄𝑖 = 0,0021 𝑥 100 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒍/𝒔 𝑄𝑓 = 0,0030 𝑥 100 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝒍/𝒔 Obs.: Tanto 𝑸𝒊 quanto 𝑸𝒇 são menores que 1,5 l/s, adota-se então como vazão 1,5 l/s para o dimensionamento. Vazão a Jusante: 𝑸𝒊 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒍/𝒔 𝑸𝒇 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝒍/𝒔 • Declividade do Terreno 𝑸𝒊 = 𝑸𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝒍/𝒔 Cota do terreno a montante: 𝟖𝟎𝟎, 𝟎𝟎 𝒎 𝐼 = 800,00−798,60 100 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟒 𝒎/𝒎 Obs.: Como 𝑰 > 𝑰𝒎𝒊𝒏 adotaremos como declividade do coletor a declividade do terreno. Declividade mínima do coletor: 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 Cota do terreno a jusante: 𝟕𝟗𝟖, 𝟔𝟎 𝒎 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 0,0055 ∗ 1,5 −0,47 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟓 𝒎/𝒎 • Diâmetro do Coletor Obs.: Como este diâmetro é menor que o mínimo permitido por norma, adotaremos 150 mm. Usando a equação admitindo escoamento Subcrítico: 𝑑0 = 0,3145(𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 𝑑0 = 0,3145(0,0015/ 0,014) 3/8= 0,061 𝑚 = 61 𝑚𝑚 • Cálculo das Lâminas e Velocidades Para DN= 150 mm : 𝑦𝑖 𝐷 = 0,20 𝑒 𝑉 𝐼0 = 5,30 Vazão Inicial: 𝑄𝑖 𝐼0 = 0,0015 0,014 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟐𝟕 (0,0130 𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) • Cálculo das Lâminas e Velocidades Vazão Inicial: 𝑉 𝐼0 = 5,30 → 𝑉 = 5,30 ∗ 0,014 = 𝟎, 𝟔𝟑 𝒎/𝒔 Portanto: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑓 = 𝟎, 𝟔𝟑 𝒎/𝒔 Para 𝑦𝑖 𝐷 = 0,20 → β = 0,1206 (𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Sendo β = 𝑅𝐻 𝐷0 𝑅ℎ = 0,1206 ∗ 0,150 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟖𝟏 𝐦 • Cálculo da Tensão Trativa Adotando-se o valor de g=𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎 N/m³ para água, tem-se a Tensão Trativa s𝑡 = γ ∗ R𝐻 ∗ I0 s𝑡 = 10.000 ∗ 0,0181 ∗ 0,014 = 2,53 𝑁/𝑚² ou 𝟐, 𝟓𝟑 𝐏𝐚 Verificação: 2,53𝑃𝑎 > 1,0𝑃𝑎 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! 𝑉𝑐 = 6(𝑔 ∗ 𝑅𝐻) 1/2 𝑉𝑐 = 6(9,8 ∗ 0,0181) 1/2= 2,53 m/s Verificação: 𝑉𝑐 = 2,53 > 𝑉𝑓 = 0,63 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! • Cálculo da Velocidade Crítica • Vazões em cada Trecho de Coletor Vazão a montante: 𝑸𝒊𝒎 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒍/𝒔 e 𝑸𝒇𝒎 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝒍/𝒔 Comprimento: 𝑳𝟐−𝟐 = 𝟏𝟎𝟎 𝒎 Vazão no trecho: 𝑄𝑖 = 0,0021 𝑥 100 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒍/𝒔 𝑄𝑓 = 0,0030 𝑥 100 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝒍/𝒔 Obs.: Tanto 𝑸𝒊 quanto 𝑸𝒇 são menores que 1,5 l/s, adota-se então como vazão 1,5 l/s para o dimensionamento. Vazão a Jusante: 𝑸𝒊 = 𝟎, 𝟒𝟐 𝒍/𝒔 𝑸𝒇 = 𝟎, 𝟔𝟎 𝒍/𝒔 Trecho 2-2 • Declividade do Terreno 𝑸𝒊 = 𝑸𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝒍/𝒔 Cota do terreno a montante: 𝟕𝟗𝟗, 𝟐𝟎 𝒎 𝐼 = 799,20−798,85 100 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟓 𝒎/𝒎 Obs.: Como 𝑰 < 𝑰𝒎𝒊𝒏 adotaremos como declividade do coletor a declividade mínima. Declividade mínima do coletor: 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 Cota do terreno a jusante: 𝟕𝟗𝟖, 𝟖𝟓 𝒎 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 0,0055 ∗ 1,5 −0,47 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟓 𝒎/𝒎 • Diâmetro do Coletor Obs.: Como este diâmetro é menor que o mínimo permitido por norma, adotaremos 150 mm. Usando a equação admitindo escoamento Subcrítico: 𝑑0 = 0,3145(𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 𝑑0 = 0,3145(0,0015/ 0,0045) 3/8= 0,076 𝑚 = 76 𝑚𝑚 • Cálculo das Lâminas e Velocidades Para DN= 150 mm : 𝑦𝑖 𝐷 = 0,25 𝑒 𝑉 𝐼0 = 6,04 Vazão Inicial: 𝑄𝑖 𝐼0 = 0,0015 0,0045 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐𝟒 (0,021 𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) • Cálculo das Lâminas e Velocidades Vazão Inicial: 𝑉 𝐼0 = 6,04 → 𝑉 = 6,04 ∗ 0,0045 = 𝟎, 𝟒𝟎 𝒎/𝒔 Portanto: 𝑉𝑖 = 𝑉𝑓 = 𝟎, 𝟒𝟎 𝒎/𝒔 Para 𝑦𝑖 𝐷 = 0,25 → β = 0,1466 (𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Sendo β = 𝑅𝐻 𝐷0 𝑅ℎ = 0,1466 ∗ 0,150 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐 𝐦 • Cálculo da Tensão Trativa Adotando-se o valor de g=𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎 N/m³ para água, tem-se a Tensão Trativa s𝑡 = γ ∗ R𝐻 ∗ I0 s𝑡 = 10.000 ∗ 0,022 ∗ 0,0045 = 0,99 𝑁/𝑚² ou 𝟎, 𝟗𝟗 𝐏𝐚 Verificação: 0,99𝑃𝑎 < 1,0𝑃𝑎 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟 𝑎 𝐷𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑉𝑐 = 6(𝑔 ∗ 𝑅𝐻) 1/2 𝑉𝑐 = 6(9,8 ∗ 0,022) 1/2= 2,79 m/s Verificação: 𝑉𝑐 = 2,79 > 𝑉𝑓 = 0,40 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! • Cálculo da Velocidade Crítica • No trecho 1-2 há contribuição de 7 trechos. Vazão a montante: 𝑄𝑖𝑚 = 0,21 ∗ 7 = 𝟏, 𝟒𝟕 𝒍 𝒔 𝑄𝑓𝑚 = 0,30 ∗ 7 = 𝟐, 𝟏𝟎 𝒍/𝒔 Comprimento: 𝑳𝟐−𝟐 = 𝟏𝟎𝟎 𝒎 Vazão no trecho: 𝑄𝑖 = 0,0021 𝑥 100 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒍/𝒔 𝑄𝑓 = 0,0030 𝑥 100 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝒍/𝒔 Vazão a Jusante: 𝑸𝒊 = 𝟏, 𝟔𝟖 𝒍/𝒔 𝑸𝒇 = 𝟐, 𝟒𝟎 𝒍/𝒔 Trecho 1-2 • Declividade do Terreno 𝑸𝒊 = 𝟏, 𝟔𝟖 𝒍/𝒔 𝑸𝒇 = 𝟐, 𝟒𝟎 𝒍/𝒔 Cota do terreno a montante: 𝟕𝟗𝟖, 𝟔𝟎 𝒎 𝐼 = 798,60−798,10 100 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓 𝒎/𝒎 Obs.: Como 𝑰 > 𝑰𝒎𝒊𝒏 adotaremos como declividade do coletor a declividade do terreno. Declividade mínima do coletor: 𝑰𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟓 𝑸𝒊 −𝟎,𝟒𝟕 Cota do terreno a jusante: 𝟕𝟗𝟖, 𝟏𝟎 𝒎 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 0,0055 ∗ 1,68 −0,47= 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟑 𝒎/𝒎 • Diâmetro do Coletor Obs.: Como este diâmetro é menor que o mínimo permitido por norma, adotaremos 150 mm. Usando a equação admitindo escoamento Subcrítico: 𝑑0 = 0,3145(𝑄𝑓/ 𝐼0) 3/8 𝑑0 = 0,3145(0,0024/ 0,005) 3/8= 0,088 𝑚 = 88 𝑚𝑚 • Cálculo das Lâminas e Velocidades Para DN= 150 mm : 𝑦𝑖 𝐷 = 0,25 𝑒 𝑉 𝐼0 = 6,04 Vazão Inicial: 𝑄𝑖 𝐼0 = 0,00168 0,005 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟑𝟖 (0,021 𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Vazão Final: 𝑄𝑓 𝐼0 = 0,0024 0,005 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟑𝟗 (0,030 𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Para DN= 150 mm : 𝑦𝑖 𝐷 = 0,30 𝑒 𝑉 𝐼0 = 6,69 • Cálculo das Velocidades Vazão Inicial: 𝑉𝑖 𝐼0 = 6,04 → 𝑉 = 6,04 ∗ 0,005 = 𝟎, 𝟒𝟑 𝒎/𝒔 Portanto: 𝑉𝑖 = 𝟎, 𝟒𝟑 𝒎/𝒔 Vazão Final: 𝑉𝑓 𝐼0 = 6,69 → 𝑉 = 6,69 ∗ 0,005 = 𝟎, 𝟒𝟕 𝒎/𝒔 Portanto: 𝑉𝑓 = 𝟎, 𝟒𝟕 𝒎/𝒔 • Cálculo das Lâminas Para 𝑦𝑖 𝐷 = 0,25 → β = 0,1466 (𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Sendo β = 𝑅𝐻 𝐷0 𝑅ℎ = 0,1466 ∗ 0,150 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐 𝐦 Para 𝑦𝑓 𝐷 = 0,30 → β = 0,1709 (𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎) Sendo β = 𝑅𝐻 𝐷0 𝑅ℎ = 0,1709 ∗ 0,150 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟔 𝐦 • Cálculo da Tensão Trativa Adotando-se o valor de g=𝟏𝟎. 𝟎𝟎𝟎 N/m³ para água, tem-se a Tensão Trativa s𝑡 = γ ∗ R𝐻 ∗ I0 s𝑡 = 10.000 ∗ 0,022 ∗ 0,005 = 1,1 𝑁/𝑚² ou 𝟏, 𝟏 𝐏𝐚 Verificação: 1,1𝑃𝑎 > 1,0𝑃𝑎 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑂𝐾! 𝑉𝑐 = 6(𝑔 ∗ 𝑅𝐻) 1/2 𝑉𝑐 = 6(9,8 ∗ 0,026) 1/2= 3,03 m/s Verificação: 𝑉𝑐 = 3,03 > 𝑉𝑓 = 0,47 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! • Cálculo da Velocidade Crítica qi = 200 l/ha.dia qf = 200 l/ha.dia n= ## PLANILHA DE DIMENSIONAMENTO DA REDE COLETORA 2 7 8 11 14 15 COMPR. TRECHO jusa (m) inicial final inicial final inicial final inicial final montante jusante montante jusante inicial final Vi Vf (Pa) (m/s) 1 1 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,00 0,00 0,21 0,30 150 0,0140 800,00 798,60 798,800 797,400 1,20 0,200 0,200 0,63 0,63 2,50 2,54 2 1 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,00 0,00 0,21 0,30 150 0,0080 800,00 799,20 798,800 798,000 1,20 0,225 0,225 0,51 0,51 1,61 2,66 2 2 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,21 0,30 0,42 0,60 150 0,0045 799,20 798,85 798,000 797,650 1,20 0,260 0,260 0,42 0,42 1,00 2,82 2 3 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,42 0,60 0,63 0,90 150 0,0045 798,85 798,60 797,650 797,400 1,20 0,260 0,260 0,42 0,42 1,00 2,82 3 1 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,00 0,00 0,21 0,30 150 0,0060 800,00 799,40 798,800 798,200 1,20 0,240 0,240 0,46 0,46 1,28 2,74 3 2 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,21 0,30 0,42 0,60 150 0,0050 799,40 798,90 798,200 797,700 1,20 0,255 0,255 0,43 0,43 1,12 2,81 3 3 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 0,42 0,60 0,63 0,90 150 0,0045 798,90 798,60 797,700 797,400 1,20 0,260 0,260 0,42 0,42 1,00 2,82 1 2 100,00 0,0021 0,0030 0,21 0,30 1,47 2,10 1,68 2,40 150 0,0050 798,60 798,10 797,400 796,900 1,20 0,267 0,320 0,44 0,49 1,17 4,12 800,00 mont Nº PV COTA TERRENO COTA DO COLETOR TRECHO PROFUND. MÍNIMA COLETOR (m) LÂMINA LÍQUIDA Y/D TENSÃO TRATIVA VELOC. CRÍTICA 5 VAZÃO À MONTANTE l/s DECLIVI DADE m/m 13 VELOCIDADE (m/s) 6 VAZÃO À JUSANTE l/s DIAM. mm 1 TAXA DE CONTRIBUIÇÃO LINEAR l/s.m CONTRIBUIÇÃO TRECHO l/s 3 4 9 10 12 Planilha de Apoio FIM