DIMENSIONAMENTO ADUTORAS

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Saneamento Ambiental I 
1 
Universidade Federal do Paraná 
Engenharia Ambiental 
Aula 03 – Vazões de Dimensionamento e 
Sistema de Captação 
 
 
 
 
Profª Heloise G. Knapik 
2 
Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 
75 mil habitantes 
3 
Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 
14 mil habitantes 
4 
Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 
5 
6 
7 
• Produção: 33 m³/s (metade da demanda dos 19 milhões de habitantes da RMSP) 
• Área aproximada de 228 mil hectares, abrangendo 12 municípios (4 em MG) 
• Bacias: Piracicaba, Capivari e Jundiaí (Bacias PCJ) e transpostas para a região da 
Bacia do Alto Tietê 
Sistema Cantareira 
Demandas em uma instalação para 
abastecimento de água 
Qualidade, quantidade, pressão e continuidade 
Demanda atual e futura (alcance de projeto) 
Consumo no próprio sistema (limpeza de ETAs) 
Perdas no sistema 
Demandas em uma instalação para 
abastecimento de água 
Variação temporal da 
vazão 
Coeficientes de Reforço 
K1 e K2 
𝑲𝟏 =
𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜
 𝑲𝟐 =
𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑑𝑖𝑎
𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎
 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
10 
DISTRIBUIÇÃO PRODUÇÃO 
Dimensionamento Demanda máxima 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
11 
• Dimensionadas para atender a vazão média do 
dia de maior consumo do ano (K1). 
Sistema de produção 
(montante do 
reservatório): 
• Dimensionada para maior vazão de demanda, 
que é a hora de maior consumo do dia de maior 
consumo (K1K2). 
Sistema de distribuição: 
• Recebe a vazão constante (média do dia de maior 
consumo) e equilibra as variações horárias da 
demanda. 
Reservatório: 
• Consome certa de 1 a 5% do volume tratado para 
lavagem dos filtros e decantadores. 
ETA: 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
12 
𝑄 =
𝑃 . 𝑞𝑝𝑐 
86400
 
𝑄 = 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 (𝐿 /𝑠) 
𝑃 = 𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 (ℎ𝑎𝑏) 
𝑞𝑝𝑐 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎 (𝐿/ℎ𝑎𝑏. 𝑑𝑖𝑎) 
Vazão média: 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
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Cálculo do qpc: 
Micromedição 
(hidrômetros nas economias) 
qpc efetivamente consumido pelos 
usuários 
Macromedição 
(saída do reservatório) 
qpc utilizado no dimensionamento 
das unidades de um SAA 
Ausência de medições: 
valores médios tabelados ou de 
áreas semelhantes 
𝑞𝑝𝑐 =
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜
 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
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Macromedição Micromedição 
𝐼𝑃(%) =
𝑞𝑝𝑐 − 𝑞𝑚
𝑞𝑝𝑐
. 100 
qpc: consumo per capita (L/hab dia) 
qm: consumo efetivo per capita de água (L/hab dia) 
IP: Índice de perdas (%) 
VC: volume consumido medido nos hidrômetros (micromedição) (L) 
NE: número médio de economias 
ND: número de dias da medição pelos hidrômetros 
NH/L: número de habitantes por ligação 
𝑞𝑝𝑐 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 (𝑚𝑎𝑐𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜) 
𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑏𝑎𝑠𝑡𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 (ℎ𝑎𝑏)
 𝑞𝑚 =
𝑉𝐶
𝑁𝐸 × 𝑁𝐷 × 𝑁𝐻/𝐿
 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
15 
𝑞𝑝𝑐 =
𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑚𝑎 𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜
 
O valor do consumo per capita (qpc) representa a média diária, 
por indivíduo, dos volumes requeridos para satisfazer aos 
consumos doméstico, comercial, público e industrial, além das 
perdas do sistema. Unidade usual: L/hab.dia 
Macromedição 
(saída do reservatório) 
qpc utilizado no dimensionamento 
das unidades de um SAA 
Perdas de água: macro e micromedição 
16 
Exemplo: 
Suponha que em um sistema tenha sido apurado um valor médio do consumo 
per capita micromedido de 100 L/hab.dia. 
 
Se tal sistema apresenta uma média histórica das perdas de 35%, o consumo 
per capita macromedido, o qual a capacidade das unidades do sistema deve 
comportar, será de 154 L/hab.dia. 
 
𝐼𝑃(%) =
𝑞𝑝𝑐 − 𝑞𝑚
𝑞𝑝𝑐
. 100 
Perdas de Água 
17 
Perdas físicas ou reais Perdas não físicas ou aparentes 
Vazamentos nas tubulações de 
distribuição e das ligações prediais 
Ligações clandestinas 
Extravasamento de reservatórios By-pass irregular no ramal das 
ligações (“gato”) 
Operações de descargas nas redes de 
distribuição e limpeza dos 
reservatórios 
Problemas de micromedição 
(hidrômetros inoperantes ou com 
submedição, fraudes, erros de leitura, 
problemas na calibração dos 
hidrômetros, entre outros). 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
DISTRIBUIÇÃO PRODUÇÃO 
𝑄𝐴𝐴𝑇 =
𝑄 . 𝐾1. 24 
𝑡
+ 𝑄𝐸𝑠𝑝 
𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡 = 𝑄 . 𝐾1. 𝐾2 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑑 =
𝑄 . 𝐾1. 24 
𝑡
1 + 𝐶𝐸𝑇𝐴 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
19 
- Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s) 
 
 
- Vazão da ETA até o reservatório: Adutora de Água Tratada (L/s) 
 
 
- Vazão do reservatório até a rede (L/s) 
 
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑑 =
𝑄 . 𝐾1. 24 
𝑡
1 + 𝐶𝐸𝑇𝐴 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 
𝑄𝐴𝐴𝑇 =
𝑄 . 𝐾1. 24 
𝑡
+ 𝑄𝐸𝑠𝑝 
𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡 = 𝑄 . 𝐾1. 𝐾2 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 
𝐶𝐸𝑇𝐴 = consumo de água na ETA (%) 
𝐾1 = coeficiente do dia de maior consumo 
𝐾2 = coeficiente da hora de maior consumo 
𝑄𝐸𝑠𝑝 = vazão singular de grande consumidor (L/s) 
𝑄 =
𝑃 .𝑞𝑝𝑐 
86400
 = vazão média (L/s) 
𝑞𝑝𝑐 = consumo per capita (L/hab.dia) 
𝑡 = período de funcionamento da produção (h) 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
20 
Particularidades: 
 
 
Alcance do projeto: pode haver diferenças entre 
as unidades do sistema, resultando em valores 
diferentes de população utilizada no 
dimensionamento 
Vazões de Dimensionamento dos Componentes 
de um Sistema de Abastecimento de Água 
21 
Exemplo: 
Calcular a vazão das unidades de um sistema de abastecimento de 
água, considerando os seguintes parâmetros: 
• População para dimensionamento das unidades de produção, exceto 
adutoras (alcance 10 anos) = 20.000 habitantes. 
• População para dimensionamento de adutoras e rede de distribuição 
(alcance 20 anos) = 25.000 habitantes. 
• qpc = 200 L/hab.dia 
• t = 16 horas 
• qETA = 3% 
• K1 = 1.2 
• K2 = 1.5 
• QS = 1.6 L/s 
 
Captação de água 
22 
Condições para a captação: 
Quantidade de água 
Qualidade da água 
Garantia de funcionamento 
Economia das instalações 
Localização 
Captação de água 
23 
Quantidade de Água 
A vazão é suficiente na estiagem 
• Situação ideal 
• Captação direta da correnteza 
• Vazão suficiente, mas pouco nível: construção de barragem de nível (soleiras) 
É insuficiente na estiagem, mas suficiente na média 
• O excesso de vazão nos períodos de cheia podem ser armazenados para o 
período de estiagem (barragem de regularização) 
Existe vazão, mas inferior ao consumo previsto 
• Necessidade de buscar um outro manancial ou utilizar de forma complementar 
as vazões de outro manancial. 
Captação de água 
24 
Qualidade da Água 
Rios: 
Instalar a montante de 
descargas poluidoras 
Reservatórios: 
Nem tão superficiais, nem 
tão profundas (podem 
ocorrer problemas de 
natureza física, química e 
biológica) 
Captação de água 
25 
Qualidadeda Água 
Natureza física: 
• Superficialmente: ações físicas danosas (ventos, correntezas, impactos de 
corpos afluentes). 
• Em profundidade: maior quantidade de sedimentos em suspensão (encarece 
ou dificulta a remoção da turbidez no processo de tratamento) 
Natureza química: 
• Tendência na superfície de maior teor de dureza, de ferro e manganês 
Natureza biológica: 
• Maior proliferação de algas nas camas superiores da massa de água (odor 
desagradável e gosto ruim). A profundidade da lâmina dependerá da zona 
fótica (presença de luz) 
• Fundo dos lagos: massa biológica de plânctons. 
Captação de água 
26 
Garantia de funcionamento: 
Nível mínimo (para que a entrada de sucção permaneça sempre afogada) 
Nível máximo (para que não haja inundações danosas às instalações de captação) 
Velocidade de escoamento 
Estabilidade das estruturas 
Proteção contra correnteza 
Proteção contra desmoronamentos 
Proteção contra obstruções (utilização de grades, telas ou crivos) 
Captação de água 
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Economia nas instalações: 
Princípios básicos da engenharia: 
simplicidade, técnica e economia. 
Projeto da captação deve se guiar por 
soluções que envolvam o menor custo 
sem o sacrifício da funcionalidade. 
Captação de água 
28 
Economia nas instalações: 
Estudos prévios: 
• Permanência natural das vazões no ponto de captação 
• Velocidade da correnteza 
• Natureza do leito de apoio das estruturas a serem edificadas 
• Vida útil das edificações 
• Facilidade de acesso e de instalação de todas as edificações 
necessárias (por exemplo, a estação de recalque, quando for o caso, 
depósitos, etc.) 
• Flexibilidade física para futuras ampliações 
• Custos de aquisição do terreno 
Captação de água 
29 
Localização: 
Situação ideal: menor percurso de adução com menores 
alturas de transposição pela mesma adutora no seu 
caminhamento 
Captação de água – Localização das Instalações 
30 
Situação desejável Situação aceitável Situação incorreta 
Localização – Rios 
Captação de água – Localização das Instalações 
31 
Localização - Reservatórios 
Mais próximo possível da maciço de barramento: 
• Há maior lâmina disponível 
• Correntezas de menores velocidades 
• Menor turbidez 
• Condições mais favoráveis para captação por gravidade 
Captação de água – Localização das Instalações 
32 
Localização – Lagos naturais 
Em lagos naturais as captações devem ser instaladas, de 
preferência, em posições intermediárias entre as 
desembocaduras afluentes e o local de extravamento do lago 
Captação de água de superfície – Tipos 
33 
Captação direta ou a fio de água 
Captação com barragem de regularização de nível de água 
Captação com reservatório de regularização de vazão destinado 
prioritariamente para abastecimento de água 
Captação em reservatórios ou lagos de usos múltiplos 
Captações não convencionais 
Captação de água de superfície – Dispositivos 
34 
Tomada de água (presente em todo tipo de captação) 
Barragem de nível ou soleira (mananciais com lâmina mínima de água 
insuficiente) 
Reservatório de regularização de vazão (vazão mínima disponível menor que a 
vazão de captação) 
Grades e telas 
Desarenador (transporte intenso de sólidos) 
Dispositivos nas instalações de captação 
Captação de água de superfície – Dispositivos 
35 
• Tubulação de tomada 
• Caixa de tomada 
• Canal de derivação 
• Poço de derivação 
• Tomada de água com estrutura em balanço 
• Captação flutuante 
• Torre de tomada 
Tomada de água 
Função de conduzir a água do manancial até as demais partes do 
dispositivo de captação 
36 
Captação de água – Tomada de água 
Tubulação de tomada 
Dispositivo de tomada de água constituído por tubulação simples, que conduz 
a água desde o manancial até a unidade seguinte 
Captação de água – Tomada de água 
37 
Margens estáveis 
Margens sujeitas a erosão 
Captação de água – Tomada de água 
38 
Margens instáveis 
Leitos rochosos com lâmina muito baixa 
39 
Principais cuidados (Norma NBR 12213): 
• Velocidade nas tubulações/canais da tomada de água não deve ser 
inferior a 0,60 m/s 
• Prever dispositivo anti-vórtice 
Captação de água – Tomada de água 
Dimensionamento: 
• Perda de carga na tubulação da tomada de água: Fórmula de 
Hazen-Williams 
• Perda de cargas localizadas 
• Perda de carga nos orifícios (tubos perfurados) 
40 
Captação de água – Tomada de água 
Caixa de tomada 
Empregada quando o curso de água apresenta regime de escoamento 
torrencial ou rápido (risco para a estabilidade das estruturas) 
41 
Captação de água – Tomada de água 
Caixa de tomada 
Não se aplica quando: 
• Altura reduzida da lâmina de água mínima do manancial 
• A calha molhada se afastar muito das margens no período de estiagem 
• Excesso de algas no manancial (deverá ser adotada a tomada subsuperficial) 
São dotadas de grade na sua entrada: Proteção contra materiais suspensos 
42 
Captação de água – Tomada de água 
Canal de Derivação 
Não se aplica a captações de pequena vazão devido à necessidade da velocidade 
mínima de 0,60 m/s 
 
Também são dotados de grade na sua entrada 
Captações de médio ou grande porte (funcionam como caixa 
de tomada e canal de ligação para as unidades seguintes) 
43 
Captação de água – Tomada de água 
Poço de Derivação 
Tubulação construída na margem de rios ou ribeirões que seja inundável e que 
apresente declividades acentuadas 
44 
Captação de água – Tomada de água 
Tomada de água com estrutura em balanço 
A tomada de água é feita por um conjunto moto-bomba submersível para 
água bruta, resistente à abrasão, que fica suspenso dentro do curso de água 
por meio de uma corrente integrada a uma talha que pode se movimentar ao 
longo de uma viga. 
Aplicação: 
- Rios pouco encaixados, com grande oscilação de nível de água (profundidade ou 
afastamento das margens) 
45 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
Utilizada em lagos e represas ou em rios maiores e com regime de 
escoamento tranquilo ou fluvial (grande largura e profundidade) 
46 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
Alternativa econômica em pequenas e médias comunidades: 
 
47 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
Pode ser de três tipos: 
 
- Com motor e/ou bomba não submersíveis, instalados em balsa 
- Com conjunto moto bomba submersível suspenso por flutuadores 
- Com tomada de água flutuante 
48 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
- Com motor e/ou bomba não submersíveis, instalados em balsa 
49 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
- Com motor e/ou bomba não submersíveis, instalados em balsa 
50 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
- Com conjunto motobomba submersível suspenso por flutuadores 
51 
Captação de água – Tomada de água 
Captação flutuante 
- Com tomada de água flutuante 
52 
Captação de água – Tomada de água 
Torre de Tomada 
Tomada de água é feita por meio de uma torre de grandes dimensões, 
com entradas de água em diferentes níveis 
53 
Captação de água – Tomada de água 
Barragem de Nível 
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Captação de água – Tomada de água 
Reservatório de regularização 
Captação de água: Grades e Telas 
55 
Dispositivos empregados em captações de água de superfície para 
reterem materiais flutuantes ou em suspensão de maiores dimensões 
• Grades: barras paralelas – destinam-se a impedir a 
passagem de materiais grosseiros 
• Grade grosseira: espaçamento entre as barras 
de7,5 a 15 cm 
• Grade fina: espaçamento entre 2 e 4 cm 
 
• Telas: fios formando malhas para reter os 
materiais flutuantes não retidos na grade 
 
 
Utilização obrigatória em captações à superfície da 
água (NBR 12.213) 
Captação de água: Desarenador 
56 
Instalação complementar das captações de água de superfície utilizado 
quando o manancial apresenta transporte intenso de sólidos (NBR 
12.213: > 1,0 g/L) 
• Formato comum: seção retangular, com comprimento três vezes maior do 
que sua altura. 
 
• Critérios de dimensionamento: sedimentação das partículas (velocidade 
de sedimentação, características do manancial) 
 
Captação de água: Desarenador 
57 
• Localização: entre a tomada de água e a adutora 
 
• Quantidade: preferencialmente duas unidades (uma unidade de reserva) 
 
• Dimensionamento: 
 
• Velocidade de sedimentação ≥ 0,021 m/s (para reterem partículas com 
D ≥ 0,2 mm) 
• Velocidade de escoamento horizontal ≤ 0,30 m/s 
• Comprimento do desarenador: deverá ser utilizado um coeficiente de 
segurança de, no mínimo, 1,5. 
 
 
Captação de água superficial - Rios 
58 
Captação superficial em rios - Desafios 
• Comportamento do ciclo de chuvas 
• Topografia 
• Condição do leito e margens 
• Material flutuante e submerso transportado 
Captação de água superficial - Rios 
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Captação superficial em rios - Topografia 
- Deve atender à variação de nível em função da vazão 
- Problemas com afundamento do canal ou formação de bancos de areia 
(mudança dos níveis operacionais) 
 
Captação de água superficial - Rios 
60 
Captação superficial em rios - Problemas 
Construção sobre flutuadores (problemas de projeto, falta de recursos): 
- Precariedade 
- Fragilidade 
- Muita gambiarra 
- Dificuldades de manutenção em períodos de cheias