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Notas de Aula Saneamento I 1º Semestre / 2018 CAPITULO 01 Apresentação da Disciplina Plano de aula 1 / 25 Tópicos Atividades Apresentação da Disciplina e dos planos de ensino. Apresentação de conceitos 1ª de Saneamento Básico - Realização de atividades para aplicação dos conceitos. 2ª Concepção de sistemas de abastecimento de água - Partes constituintes do sistema, normas para projetos de sistemas de abastecimento de água. Gerenciamento dos sistemas de abastecimento de água, atividades a serem 3ª desenvolvidas para o estudo de concepção. Tipos de mananciais e estruturas de captação 4ª Consumo de água. Tipos de consumo, classificação dos consumidores, usos da água. 5ª Modelos de previsão de consumo, estudo populacional e vazões de dimensionamento. 6ª Modelos de previsão de consumo, estudo populacional e vazões de dimensionamento. 7ª Captação, adução e reservação. 8ª Tipos de captação, classificação das adutoras, hidráulica para adutoras, dimensionamento de adutoras. 10ª Reservatórios, classificação dos reservatórios, dimensionamento de reservatórios. 11ª Redes de distribuição - Tipos de redes, traçado de redes 12ª Dimensionamento de redes de distribuição 13ª Materiais para redes de distribuição, acessórios de tubulação e dispositivos de proteção 14ª Tratamento de água para fins potáveis 15ª Noções básicas de tratamentos de água para fins potáveis 16ª Noções básicas de tratamentos de água para fins potáveis Avaliações: Seminário Virtual 02/05/2018 A2 - Avaliação Regimental 16/05/2018 A1 - Avaliação final 06/06/2018 AF - Avaliação final 20/06/2018 2 / 25 A nota será composta por: 5 pontos (avaliação regimental-A1) + 4 pontos (avaliação parcial A2) + 1 ponto (trabalho ou maquete ou seminário virtual). considerado(a) aprovado(a) na disciplina o(a) aluno(a) que obtiver Nota Final (NF) igual ou superior a 6,0 (seis) e que tenha, no mínimo,75% (setenta e cinco por cento) de frequência aos trabalhos acadêmicos efetivos. BIBLIOGRAFIA – Básica TSUTIYA, Milton Tomoyuki. Abastecimento de Água. São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2004. 643 p. BAPTISTA, M.; LARA, M - Fundamentos de Engenharia Hidráulica - 3a. ed. - Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2010. LIBÂNIO, M. - Fundamentos de Qualidade e Tratamento de Água - Campinas-SP: Átomo, 2010. RICHTER, C. A.; AZEVEDO NETTO, J. M. Tratamento de Agua: Tecnologia Atualizada - São Paulo: Edgard Blucher, 2003. 3 / 25 CAPITULO 02 Introdução Conceitos Básicos 4 / 25 Porque derramarei água sobre o sedento, e rios sobre a terra seca; derramarei o meu Espírito sobre a tua posteridade, e a minha bênção sobre os teus descendentes. (Isaías 44). Antes de iniciarmos o curso é prudente que nos familiarizemos com alguns termos utilizados nas aulas de saneamento além de promovermos uma breve contextualização histórica. Alguns termos empregados ao longo do curso são definidos abaixo: Saneamento é o conjunto de medidas que visa preservar ou modificar as condições do meio ambiente com a finalidade de prevenir doenças e promover a saúde, melhorar a qualidade de vida da população e à produtividade do indivíduo e facilitar a atividade econômica (OMS). Saneamento básico é o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações operacionais de: abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbana, manejo de resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais. SAA: Sistema de abastecimento de água. É o conjunto de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável de uma comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos. Adução: transporte de água bruta e/ou água tratada para um sistema de abastecimento de água. Manancial: Fonte onde se retira a água. ETA: Estação de tratamento de água. Instalação que visa melhorar as características qualitativas da água dos pontos de vista físico, químico, bacteriológico para fins de consumo. Rede de distribuição: Rede de tubos que visa a condução da água tratada para os consumidores que estiverem interligados a rede. Reservação: armazenamento da água para atender a diversos propósitos, como variação de consumo e a manutenção da pressão mínima na rede de distribuição. Bacia hidrográfica: é o conjunto de terras que fazem a drenagem da água das precipitações para esse curso de água. Engenharia sanitária: A Engenharia sanitária é o ramo da engenharia que trata da exploração e do uso da água, dos projetos e das obras de saneamento básico e de saneamento geral, tais como sistemas de abastecimento de água, de esgotos sanitários, de limpeza urbana, aí incluídos os sistemas de tratamento. Eutrofização: caracteriza-se pelo crescimento excessivo de algas ocasionado pelo despejo incontrolado de nutrientes no meio aquático, podendo acarretar consequências desagradáveis em relação aos aspectos ambiental e estético do manancial. 5 / 25 1. Introdução: Em um momento em que se debate a ampliação do saneamento básico no Brasil, sob a perspectiva de um ambiente de escassez de recursos naturais, encontra-se o desafio de promover o acesso de parcela considerável da população não abastecida pela rede pública. Segundo dados instituto Trata Brasil, há 34 milhões de brasileiros sem acesso a água encanada e 103 milhões que não estão conectadas às redes de esgoto, no entanto, ainda que a situação seja alarmante, o setor de saneamento oferece oportunidades, tendo em vista que foram gerados 726,6 mil empregos diretos, indiretos e de efeito renda em todo o país, sendo 209,8 mil diretos nos serviços e 516,8 mil gerados pelos investimentos (ITB, 2016). Em um cenário de estagnação econômica a capacitação da mão de obra adquire relevância para o desenvolvimentoda matriz tecnológica do setor, a medida que possibilita o surgimento de soluções inovadoras em produtos e serviços. 2. Histórico: O aumento da população nos diversos agrupamentos na história humana impulsionou o desenvolvimento dos sistemas de abastecimento de água a fim de garantir a sobrevivência dessas comunidades. A escassez da água pode ter levado a extinção de várias civilizações, tais como, o povo Maia, que teria abandonado suas cidades, pela carência de água e pela erosão do solo provocadas pela destruição da mata primitiva. No Brasil do período colonial a captação de água para abastecimento era realizada, individualmente, nos mananciais e, as ações de saneamento, voltadas, prioritariamente, à drenagem com menor importância ao abastecimento de água. 6 / 25 A partir do século XVIII, o abastecimento público de água se fazia através de chafarizes e fontes próprias. As outras ações ditas de saneamento, tais como, remoção de dejetos e de lixo, eram tratadas de forma individualizada pelas famílias (COSTA, 1994). Historicamente o saneamento básico começou a se desenvolver no Brasil a partir do crescimento dos núcleos urbanos, particularmente no início do século XIX, em cidades como Salvador e Rio de Janeiro, a fim e garantir as demandas populacionais pelo acesso a água potável e afastamento das águas servidas. A administração portuguesa determinava que a captação e a distribuição da água eram de responsabilidade exclusiva de cada vila, embora as atribuições municipais fossem mal delimitadas e subordinadas à centralização monárquica. O serviço de abastecimento de água era, inicialmente, realizado pelo transporte da água por aquedutos, conforme indicado na figura 2, e a distribuição à população feita por meio dos chafarizes conforme indicado na figura 3. Figura 2: Aqueduto da Carioca https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/Aqueduto_da_Carioca_Transformado_em_Viaduto_para_Bo ndes_(Rio_de_Janeiro_-_Brasil)_-_1896.jpg 7 / 25 Figura 3: Chafariz público http://arquivopublicoop.blogspot.com.br/2013/09/servicos-de-agua-e-esgoto-em-ouro-preto.html O paradigma técnico dominante se baseia em um sistema de distribuição de água por meio de tubulações montadas em malhas interconectadas, conforme indicado na figura 4. O esgoto é coletado e a própria água servida é utilizada para transportar os resíduos para o tratamento, caracterizando um modelo organizacional de indústria de rede. Figura 4: Sistema de abastecimento de água http://image.slidesharecdn.com/etapasdotratamentodegua-140628152609-phpapp01/95/etapas-do-tratamento-de-gua-4-638.jpg?cb=1403969563 8 / 25 CAPITULO 03 Sistema de Abastecimento de Água Conceitos Básicos 9 / 25 O rio atinge seus objetivos porque aprendeu a contornar obstáculos. (Lao-Tsé) Captação: Conjunto de estruturas e dispositivos, construídos ou montados juntos a um manancial, para a tomada de água destinada ao sistema de abastecimento. Nos mananciais de superfície, os rios, córregos, lagos e reservatórios artificialmente formados nos quais não é viável a captação direta das águas, frequentemente são utilizadas as seguintes estruturas captação, tais como barragens (a), canal de derivação (b), torre de tomada (c) e canal de regularização (d). a) Barragens: Figura 1: Barragem para Elevação de Nível b) Canais de derivação: c) Torre de tomada: d) Canal de regularização 10 / 25 Gradeamento Grade: dispositivo constituído de barras paralelas destinado a impedir a passagem de materiais grosseiros, flutuantes ou em suspensão. O gradeamento consiste na utilização de grades para remoção de sólidos grosseiros potencialmente danosos aos equipamentos posteriores, utilizando-se telas de malhas largas ou finas. Telas de malhas largas: são feitas de material anti-corrosivo, espaçado de 2,5 a 5,0 cm. As telas de malhas largas são aplicadas nos mananciais de superfície para impedir a passagem de sobrenadantes. Telas de malhas finas: são de metais ou arames não corrosivos, com abertura de 0,35 cm2 ou menos. São aplicados em tomadas de água de mananciais que não recebem materiais grosseiros, ou como crivo nas canalizações para bombas de recalque. Estes equipamentos podem ser manuais ou motorizados de acordo com a necessidade operacional, em estações de maior porte podem ser utilizadas caixas de areia aeradas, as quais permitem a redução das suas dimensões. À medida que as partículas adquirem proporções maiores ou para reter materiais fibrosos são utilizadas peneiras que se caracterizam por possuírem aberturas entre 0,25 a 5,00 mm, as quais podem ainda ser estáticas ou motorizadas (NUVOLARI et al., 2011, p. 266-287). 11 / 25 Desarenação A desarenação tem o objetivo de reter partículas maiores do que 0,2 mm através da remoção gravimétrica, não sendo desejável a retenção de partículas orgânicas sedimentáveis juntamente com a areia. Dessa forma, a velocidade para passagem do esgoto no equipamento situa-se entre 0,15 a 0,30 m.s-1, suficiente para a sedimentação da areia, mas acima da velocidade de sedimentação da matéria orgânica (NUVOLARI et al., 2011, p. 287). 12 / 25 CAPITULO 04 Estudo Populacional Cálculo de vazão de projeto 13 / 25 Fazes jorrar as nascentes nos vales e correrem as águas entre os montes (Salmos 104:10). Estimativa populacional da área do projeto: O estudo populacional destina-se a estimar com base em metodologias estabelecidas a população a ser abastecida por um determinado período de tempo, denominado período de projeto. Há vários métodos utilizados para as projeções populacionais, destacando-se: Método dos componentes demográficos; Crescimento aritmético, Crescimento geométrico, Método da curva logística, Método da extrapolação gráfica, 1.1 Método dos componentes demográficos 𝑃= 𝑃0+ (𝑁−𝑀) + (𝐼−𝐸) P= População atendida na data t (hab) P0 = População na data inicial t0. (hab) N = Nascimentos (no periodo t-t0) M = óbitos; I = imigrantes no período; E = emigrantes (N-M) = crescimento vegetativo no período; (I-E) = crescimento social no período. 1.2 Método aritmético. 𝑷= 𝑷𝟐+ 𝒌𝒂∗ (𝒕𝟐−𝒕𝟏), onde 𝒌𝒂: 𝑃2= População no instante 𝑡2(hab) 𝑃1= População no instante 𝑡1(hab) 𝑘𝑎= Taxa de crescimento populacional (hab/ano) 1.3 Método geométrico 14 / 25 1.4 Método da curva logística 𝑃2= População no instante 𝑡2(hab) 𝑃1= População no instante 𝑡1(hab) 𝑃0= População no instante 𝑡0(hab) 𝐾= População de Saturação (hab) d = intervalo constante entre os anos t0, t1 e t2 1.5 Método da extrapolação gráfica Consiste no traçado de uma curva arbitrária, que se ajusta aos dados das populações, que se ajusta aos dados já observados, das populações de outras comunidades com características semelhantes ao estudo, mas que tenham uma população maior. O estudo populacional deverá avaliar as condições sócias e econômicas da área a ser atendida a fim de comparar os resultados obtidos pelos métodos estatísticos, adotando os resultados mais adequados para o perfil da área a ser abastecida. O estudo populacional pode variar substancialmenteem função do método adotado. 15 / 25 Fonte: IBGE Estimativa do crescimento populacional (ref. Von Sperling. 1995, p. 63) 17000 Ano População 16000 1970 6418 t0 1980 P0 6650 1991 8251 15000 t1 1996 P1 8884 2000 8968 14000 t2 2010 P2 10138 13000 12000 11000 10000 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 Projeção Aritmética Projeção Geométrica Taxa decrescente de crescimento Crescimento Logístico Regressão Linear (Excel) Média das Populações 2 − 0 k a = 2 − 1 k g = 2 = 2. . . − 2. ( + ) = 2. 2. 1. 0 − 1 . ( 0 + 2) 2 1 0 1 0 2 = 2 − 0 116 = 2 − 0 0,014 = 2 11047 = . − 2 11047 = 0 + .(t- 0) 0. 2 − 1 0 2 1 = 0. ( ( − 2) ( − 0)) → k d = = ( − 0) c= 0,661 = 0 2 − 0 0,05255 1 .( − ) = 0 + 11 .(t-1 0) = 0. 0,01 0 .( −1 0) = 0 + ( − 0 . 1 − − . − ) 1 = − . .( − ) ) K1 = -0,071 y = 2E-07e0,0123x 0 = 2015 10710 = 0 + 43 . (1 − −0,000 −1 0 ) 1 + . 2016 10826 1,08% = 0 2017 10942 1,07% 1 −0,0 1 1 0 1 + 0, Ano População Tx cresc. Ano População Tx cresc. Ano População Tx cresc. Ano População Tx cresc. Ano População Tx cresc. Média das populações Tx cresc. 2015 10710 - 2015 10876 - 2015 10348 - 2015 10477 - 2015 11579 - 10798 - 2016 10826 1,08% 2016 11029 1,42% 2016 10384 0,35% 2016 10514 0,36% 2016 11723 1,24% 10895 0,90% 2017 10942 1,07% 2017 11186 1,42% 2017 10418 0,33% 2017 10549 0,33% 2017 11868 1,24% 10992 0,89% 2018 11058 1,06% 2018 11344 1,42% 2018 10450 0,31% 2018 10582 0,31% 2018 12015 1,24% 11090 0,88% 2019 11174 1,05% 2019 11504 1,42% 2019 10480 0,29% 2019 10613 0,29% 2019 12163 1,24% 11187 0,88% 2020 11290 1,04% 2020 11667 1,42% 2020 10509 0,28% 2020 10642 0,27% 2020 12314 1,24% 11284 0,87% 2021 11406 1,03% 2021 11832 1,42% 2021 10537 0,26% 2021 10668 0,25% 2021 12466 1,24% 11382 0,86% 2022 11522 1,02% 2022 12000 1,42% 2022 10563 0,25% 2022 10694 0,24% 2022 12620 1,24% 11480 0,86% 2023 11638 1,01% 2023 12170 1,42% 2023 10588 0,23% 2023 10717 0,22% 2023 12777 1,24% 11578 0,85% 2024 11754 1,00% 2024 12342 1,42% 2024 10611 0,22% 2024 10739 0,21% 2024 12935 1,24% 11676 0,85% 2025 11870 0,99% 2025 12517 1,42% 2025 10633 0,21% 2025 10760 0,19% 2025 13095 1,24% 11775 0,85% 2026 11986 0,98% 2026 12694 1,42% 2026 10655 0,20% 2026 10779 0,18% 2026 13257 1,24% 11874 0,84% 2027 12102 0,97% 2027 12873 1,42% 2027 10675 0,19% 2027 10797 0,17% 2027 13421 1,24% 11974 0,84% 2028 12218 0,96% 2028 13056 1,42% 2028 10694 0,18% 2028 10814 0,16% 2028 13587 1,24% 12074 0,84% 2029 12334 0,95% 2029 13240 1,42% 2029 10712 0,17% 2029 10830 0,15% 2029 13755 1,24% 12174 0,83% 2030 12450 0,94% 2030 13428 1,42% 2030 10729 0,16% 2030 10844 0,14% 2030 13925 1,24% 12275 0,83% 2031 12566 0,93% 2031 13618 1,42% 2031 10745 0,15% 2031 10858 0,13% 2031 14098 1,24% 12377 0,83% 2032 12682 0,92% 2032 13811 1,42% 2032 10761 0,14% 2032 108710,12% 2032 14272 1,24% 12479 0,83% 2033 12798 0,91% 2033 14006 1,42% 2033 10775 0,14% 2033 10883 0,11% 2033 14449 1,24% 12582 0,82% 2034 12914 0,91% 2034 14204 1,42% 2034 10789 0,13% 2034 10894 0,10% 2034 14627 1,24% 12686 0,82% 2035 13030 0,90% 2035 14405 1,42% 2035 10802 0,12% 2035 10904 0,10% 2035 14808 1,24% 12790 0,82% 2036 13146 0,89% 2036 14609 1,42% 2036 10815 0,12% 2036 10914 0,09% 2036 14992 1,24% 12895 0,82% 2037 13262 0,88% 2037 14816 1,42% 2037 10827 0,11% 2037 10923 0,08% 2037 15177 1,24% 13001 0,82% 2038 13378 0,87% 2038 15026 1,42% 2038 10838 0,10% 2038 10931 0,08% 2038 15365 1,24% 13108 0,82% 2039 13494 0,87% 2039 15238 1,42% 2039 10849 0,10% 2039 10939 0,07% 2039 15555 1,24% 13215 0,82% 2040 13610 0,86% 2040 15454 1,42% 2040 10859 0,09% 2040 10947 0,07% 2040 15748 1,24% 13323 0,82% 2041 13726 0,85% 2041 15673 1,42% 2041 10868 0,09% 2041 10954 0,06% 2041 15943 1,24% 13433 0,82% 2042 13842 0,85% 2042 15895 1,42% 2042 10878 0,08% 2042 10960 0,06% 2042 16140 1,24% 13543 0,82% 2043 13958 0,84% 2043 16120 1,42% 2043 10886 0,08% 2043 10966 0,05% 2043 16340 1,24% 13654 0,82% 2044 14074 0,83% 2044 16348 1,42% 2044 10894 0,08% 2044 10971 0,05% 2044 16542 1,24% 13766 0,82% 2045 14190 0,82% 2045 16579 1,42% 2045 10902 0,07% 2045 10977 0,05% 2045 16746 1,24% 13879 0,82% 2046 14306 0,82% 2046 16814 1,42% 2046 10910 0,07% 2046 10981 0,04% 2046 16954 1,24% 13993 0,82% 1.6 Estimativa através da densidade populacional. A população (P) também pode ser estimada baseando-se na densidade populacional (d), que é relação entre à média do número de pessoas residentes por unidade de área (a) em uma dada localidade. Dessa forma, conhecendo-se a densidade populacional da região e a área a ser esgotada estima-se a população: P = d ∗a →hab Densidade populacional nas regiões brasileiras: 1° Sudeste = 67,77 hab/km² 2º Sul = 38,38 hab/km² 3º Nordeste = 27,33 hab/km² 4° Centro-Oeste = 5,86 hab/km² 5º Norte = 2,66 hab/km² População flutuante: O estudo demográfico deverá contemplar a população que se estabelece no núcleo urbano por curtos períodos de tempo, como no caso dos municípios de veraneio, estâncias climáticas e hidrominerais. 16 / 25 3. Contribuição per capita: . í = [ ] çã × 3 ℎ ∗ O consumo per capita é um parâmetro variável em função dos hábitos higiênicos e culturais da população abastecida, da tecnologia empregada nos equipamento hidráulico e sanitários dos imóveis, nos controles exercidos sobre o consumo, subsídios sociais, tarifas praticadas, temperatura média da região, renda familiar, índides de industrialização, atividade comercial, entre outros. Na região metropolitana de São Paulo o consumo efetivo per capita é de 242 l/hab.dia, a tabela 1 apresenta valores obtidos em alguns munícipios do estado de São Paulo: Tabela 1 Fonte: Notas de aula prof. Antônio Carlos Costa Vieira Coeficientes de Variação do Consumo Médio: Tal como vazão a ser distribuída de água para abastecimento, o esgoto coletado sofre variações diárias e horárias, e da mesma maneira utiliza-se os coeficientes: K1 - coeficiente de máxima vazão diária: relação entre a maior vazão diária verificada no ano e a vazão média diária anual; K2 - Coeficiente de máxima vazão horária: relação entre a maior vazão observada em um dia e a vazão média horária do mesmo dia; Na falta de valores obtidos através de medições, a NBR 9649 recomenda os seguintes valores: K1 = 1,2 K2 = 1,5 Vazão média: A vazão média pode ser calculada pelo produto entre a população e o consumo per capita. 17 / 25 ̅ ∗ , onde: = [ ] . 00 ̅ : Vazão média ( ): = População atendida (hab); q= Consumo de água per capita inicial e final (L/hab.dia) Caso a população seja estimada pela densidade populacional, a fórmula assume o seguinte formato: ̅ ∗ ∗ = .400 [ ] = densidade populacional (hah/km2 , hab/ha) = área esgotada inicial e final (ha) Para o dimensionamento dos SAA, são aplicados os coeficientes K1 e K2, para compensar as variações temporais: Dimensionamento da captação, estação elevatória de água bruta e adutora até a ETA (inclusive): = ( ∗ ∗ + ) [ ] . Vazão da ETA até o reservatório: ∗ ∗ = ( . + ) [ ] Vazão do reservatório até a rede: = ( ∗ ∗ ∗ + ) [ ] . 18 / 25 Atividades Complementar Seminário Virtual 19 / 25 20 / 25 Atividades COMPLEMENTARES EXERCÍCIOS 21 / 25 Os últimos censos realizados em um município paulista apresentaram os seguintes resultados: Data População 2000 P2000 4050 2007 P2007 4126 2015 P2015 4419 2020 P2020 2025 P2025 Com base nos métodos aritmético e geométrico e considerando os dois últimos censos, a população estimada para o ano de 2020 estaria entre: 4.456 hab e 4.457 hab 4.492 hab e 4.495 hab 4.529 hab e 4.534 hab 4.602 hab e 4.613 hab 4.613 hab e 4.602 hab Projeção aritmética: = − → 1 − 12 → = 36,6 − 201 −200 .(t-) = 441 + 3 , .(t-201 ) → 2020 = 441 + 3 , . (2020 − 201 ) = 4. 02 ℎ Projeção Geométrica = 2 − 1 441 − 412 0,00 2 − 0 201 − 200 = . .( − ) = 441 . 0,00 .(2020− 201 )= 4. 13 ℎ 0 Com base nos métodos aritmético e geométrico e considerando osdois últimos censos, a população estimada para o ano de 2030 estaria entre: 4.968 hab e 5.112 hab 5.026 hab e 4.895 hab 4.529 hab e 4.534 hab 5.026 hab e 5.112 hab 4.968 hab e 5.026 hab 22 / 25 Monte um gráfico com as populações em função do tempo entre os anos de 2015 a 2030 obtidas através das projeções aritmética e geométrica. Utilize uma planilha eletrônica. 23 / 25 Atividades COMPLEMENTARES EXERCÍCIOS ENADE 24 / 25 25 / 25
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