Dimensionamento Grade e Caixa de areia (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA 
ESCOLA POLITÉCNICA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANIT. E AMBIENTAL 
DISCIPLINA: SANEAMENTO BÁSICO 
DOCENTE: VIRGÍLIO BANDEIRA CHAGAS NETO 
ALUNO: ÁRTANO SILVA DOS SANTOS 
DATA: 14 DE NOVEMBRO DE 2011 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UNIDADE DE PRÉ – CONDICIONAMENTO 
 
Dimensionar a unidade de pré-condicionamento de uma unidade de bombeamento a se 
implantada para transporte dos esgotos coletados, para uma população abaixo definida, 
a saber: calha parshal para medição de vazão, grade de retenção de sólidos e caixa de 
areia. 
Considerar dados do Exercício anterior. 
Coeficiente de retorno = 0,80 
Ocupação domiciliar (OD) = 3,41 
 
Considerar o sistema by pass como uma alternativa razoável para garantir a 
operacionalidade do sistema. 
 
Caixa de Areia: 
 - Canal duplo; 
 
Grade de retenção de sólidos: 
 - Espessura das barras ½ “; 
 - Largura de cada barra 1,5”; 
 - Espaçamento entre as barras 2,5 cm; 
 - Inclinação de instalação da grade 45º; 
 - Bandeja para armazenamento de sólidos retirados com grelhas 
 
Obs.: 
A caixa deve ser dimensionada considerando uma partícula de 0,2 mm; 
Velocidade na Caixa; 0,3 m/s; 
Velocidade na grade de 0,8 m/s; 
 
Ano População 
atendida 
(hab.). 
2011 25.000 
2021 34.200 
2031 48.350 
 
 
 
RESOLUÇÃO: 
 
Com os dados do exercício anterior e com o auxilio das equações abaixo, calculamos a 
vazão para as diferentes épocas e população solicitadas 
 2 
Vazão Média Vazão Máxima Vazão Minima 
Qd = (c x q x P) / 86400 Qdmáx= Qdméd.K1.K2 Qdmin= Qdméd.K3 
 
C = 0,8; q = 100L/hab. dia ; k1= 1,2; k2 = 1,5; k3 = 0,5 
 
Assim temos: 
 
População atendida 
(hab.) 
Qmin 
(L/s) 
Qméd 
(L/s) 
Qmáx (L/s) 
25.000 11,57 23,15 41,67 
34.200 15,83 31,67 57,00 
48.350 22,38 44,77 80,58 
 
 
1. Dimensionamento do canal. 
 
Para atender a vazão mínima de 11,57 L/s e máxima de 80,58 L/s, a Calha Parshal 
adequada é LN= 6”, conforme a tabela abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicando a fórmula da Calha Parshall: Q(m
3
/s) = K.H
N 
(H em m) 
 
Q = 0,381. H
1,58 
 
Qmin = 11,57 L/s (0,01157 m³/s) => Hmin= 0,10 m 
Qmáx = 80,58 L/s (0,08058 m³/s) => Hmáx= 0,37 m 
 
 
 
 
Largura 
Nominal 
N K Capacidade (L/s) 
 Mín. Máx.. 
3" 1,547 0,176 0,85 53,8 
6" 1,580 0,381 1,52 110,4 
9" 1,530 0,535 2,55 251,9 
1' 1,522 0,690 3,11 455,6 
1 1/2' 1,538 1,054 4,25 696,2 
2' 1,550 1,426 11,89 936,7 
 
 3 
 
Cálculo do rebaixo (z) à entrada da C. Parshall 
 
 
 
 
 
Eficiência das grades: 
 
E = a = 1,27 => E= 0,34 
 a+t 1,27+ 2,5 
 
onde: 
a = Espessura das barras = ½” 1” equivale a 2,54 cm 
t = Espaçamento entre as barras 2,5 cm; 
 
Área útil (Au) 
 
 
 
 
Onde: 
v
 = Velocidade na grade 
 
Área da Seção do Canal (S) 
 
 
 
 
 
Largura (b) do canal da grade 
 
 
 
 
 
Área de cada espaço: 
 
Adotando Hmáx= 0,37 m; espaçamento = 0,025 m 
 
A espaço = 0,37 x 0,025 = 0,00925 m² 
 
Área livre total pelas aberturas da grade: 
 
 
 
 
Número de espaços da grade: 
 
 
 
2
3
100,0
/8,0
/ 0,08058
m
sm
sm
v
Q
Au máx 
mZ
Z
Z
ZHmáx
ZHmín
Qmáx
Qmín
055,0
37,0
 0,10
58,80
 11,57
.
.
.
.







2294,0
34,0
100,0
m
E
Au
S 
m
ZH
S
b
máx
933,0
055,0 0,37
294,0





espaçosne
m
Aespaço
Su
ne 1081,10
00925,0
²100,0

2100,0
8,0
08058,0
m
Vg
Qmáx
Su 
 4 
 
Verificação das velocidades 
 
Q 
(m³/s) H (m) 
(H-Z) 
(m) S=b(H-Z) (m²) 
Au=S.E 
(m²) V=Qmáx/.Au 
Vo=Qmáx./S 
(m/s) 
0,0806 0,374 0,319 0,298 0,101 0,800 0,271 
0,0570 0,300 0,245 0,229 0,078 0,732 0,249 
0,0417 0,246 0,191 0,179 0,061 0,686 0,233 
0,0224 0,166 0,111 0,104 0,035 0,634 0,216 
0,0158 0,134 0,079 0,073 0,025 0,635 0,216 
0,0116 0,110 0,055 0,051 0,017 0,669 0,227 
 
Verificações de Perda de Carga 
 
 
 
 
Vo= 0,271 m/s 
 
Par grande obstruída => 2 x 0,8 = 1,6 m/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Dimensionamento da Caixa de Areia. 
 
 
 
Cálculo da área da secção transversal (A) 
 
 
 
 
 
Cálculo da Largura da Caixa de Areia (B) 
 
22686,0
3,0
08058,0
m
v
Q
A máx 
mB
ZH
A
B
máx
85,0
055,037,0
2686,0





g
vv
H
2
43,1
2
0
2 

m
x
H 03,0
81,92
)271,0()8,0(
43,1:limpa Grade
22



m
x
x
HobstruídaGrade 18,0
81,92
)271,0()8,02(
.43,1:%50
22



 5 
Cálculo do Comprimento (L) 
 
 
 
Taxa de escoamento Superficial resultante: 
 
 
 
 
Cálculo do rebaixo da caixa de areia 
Segundo a tabela abaixo para o espaçamento que se tem (2,5 cm), 
adotamos a taxa 23L/1000m
3
 
 
Tab. 01 -Quantidade de material retido nas grades. Fonte: Jordão e Pessoa (1995) 
 
E para vazão média de final de plano, Q = 44,77 L/s, tem-se o 
seguinte volume diário de areia retida na caixa: 
 
V areia retida. = 0,023 L/m
3
 x 44,77 L/s x 86,4 = 88,97 ~ 89 L 
 
Altura diária de areia acumulada na caixa: 
 
h = V areia retida. = 0,089 => h = 0,015 m 
 As 7,09 x 0,85 
 
Massa =  x V = 2.650 kg/m3 . 0,089 m3 => Massa = 235,85 Kg 
 
Quantidade de dias para limpeza da caixa: 
 
Recomenda-se limpar a caixa toda vez que a areia acumulada alcançar 
metade da unidade pré – condicionadora. 
Assim para a altura máxima já calculada, Hmáx = 0,37 m, obtemos: 
 
Qant. dias = (Hmáx/2) => 0,37/2 = > 12 dias 
 h 0,015 
 
Para a altura diária de areia acumulada na caixa diária (h=1,5 cm) 
tem-se um intervalo de limpeza da caixa de 12 dias. Pois com 12 dias 
a altura chega a 0,185 m (0,015m x 12), ou seja metade da Hmáx. 
  mLxZHxL máx 09,7055,037,05,22)(5,22 
diamm
x
x
A
Q
S
./25,155.1
85,009,7
4,8658,80 23