Abastecimento de água Unidade 2 Saneamento Básico Professor André Valladão (7)

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3.10 - Reservatórios de Distribuição
A principal norma de referência para projeto e dimensionamento de Reservatórios
de Distribuição é a NBR 12217 / 94 da ABNT.
a) Finalidades :
Os reservatórios de distribuição permitem armazenar a água para atender as
seguintes finalidades :
1) Atender as variações de consumo;
2) Atender as demandas de emergência;
3) Melhorar as condições de pressão na rede.
1) Atender as variações de consumo
O consumo de água de uma cidade não é constante, variando no decorrer das 24
horas do dia. As unidades do sistema de abastecimento antes do reservatório são
dimensionadas para a vazão média do dia de maior consumo (através do emprego do
fator k1), enquanto que a rede de distribuição à jusante do reservatório é dimensionada
para a vazão máxima da hora de maior consumo desse dia (através do emprego do fator
k2). Em consequência as unidades à montante do reservatório terão dimensões mais
econômicas e serão operadas com maior eficiência e facilidade devido à vazão de
dimensionamento constante.
2) Atendimento as demandas de Emergência
Os reservatórios permitem a continuidade do abastecimento quando é necessário
interromper o fornecimento para manutenção de unidades como Captação, Adução,
ETA e Elevatórias. Podem também dimensionadas para permitir o combate à incêndios,
em situações especiais onde o patrimônio e a segurança da população estejam
ameaçados.
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Algumas outras demandas especiais podem elevar sensivelmente o custo dos
reservatórios e das redes de distribuição como por exemplo no caso de estâncias
balneárias ou climáticas.
3) Melhoria das Condições de Pressão da Rede Distribuidora
A localização dos reservatórios de distribuição pode influir nas condições de pressão
da rede de distribuição, principalmente reduzindo as variações de pressão em certas
áreas, mantendo pressão mínima ou constante na rede. Cuidado especial deve-se ter
também com a pressão máxima estática admissível na rede.
Quando localizados junto as áreas de maior consumo, nas proximidades de locais
onde existam edifícios e instalações a proteger contra incêndio ou nas proximidades do
“Centro de Massa” da distribuição, possibilita uma melhor distribuição da água e
melhores pressões nos hidrantes devido à redução das oscilações de pressão na rede.
b) Tipos de Reservatórios
Quanto à localização no sistema se dividem em Reservatório de Montante e de
Jusante.
Ø Reservatório de Montante
Situados à montante da rede de distribuição. Por ele passam toda água distribuída a
jusante da rede. Causam uma variação relativamente grande de pressão nas
extremidades de jusante da rede. Tem entrada por sobre o nível máximo da água e saída
no nível mínimo, conforme esquema abaixo.
Figura 71 – Reservatório de Montante
NA
Entrada
Saída
NA máx
NA mín LP mínimo consumo
LP máximo consumo
Grandes
variações de
pressão na ponta
da rede
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Ø Reservatório de Jusante
Também chamado de reservatório de sobras porque recebe água durante as horas de
menor consumo e auxilia o abastecimento da cidade durante as horas de maior
consumo. Este reservatório possibilita uma menor oscilação de pressão nas zonas de
jusante da rede. Neles, uma só tubulação, que parte do fundo do reservatório serve para
a entrada e a saída da água. Nas horas de maior consumo da cidade o reservatório ajuda
a abastecer a rede e nas horas de menor consumo da cidade o reservatório é abastecido.
Figura 72 – Reservatório de Jusante e de Montante
Em um sistema de abastecimento pode ser ter somente um dos dois tipos de
reservatório ou os dois atuando ao mesmo tempo de acordo com estudos de pressões e
de vazões no sistema de abastecimento.
Quanto à posição no terreno os reservatórios podem ser Enterrados, Semi-
enterrados, Apoiados ou Elevados, de acordo com as condições topográficas do sistema
de abastecimento.
Adutora
Reservatório de
Montante
Reservatório de
Jusante
Rede
Distribuidora
1
1 - NA
NA máx
NA mín
1 - LP mínimo consumo
2 - LP máximo consumo
2
21
2 - NA
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Figura 73 – Tipos de reservatório quanto à posição no terreno
Os tipos mais comuns são os semi-enterrados e os elevados. Os elevados são
projetados para quando há necessidade de garantia de uma pressão mínima na rede e as
cotas do terreno disponíveis não oferecem condições para que o mesmo seja apoiado ou
semi-enterrado, isto é, necessita-se de uma cota piezométrica de montante superior a
cota de apoio do reservatório no terreno local.
Desde que as cotas do terreno sejam favoráveis, sempre a preferência será pela
construção de reservatórios semi-enterrados, dependendo dos custos de escavação e de
elevação, bem como da estabilidade permanente da construção. Reservatórios elevados
com volumes superiores a 500 m3 implicam em custos significativamente mais altos,
notadamente os de construção e preocupações adicionais com a estabilidade estrutural.
A preferência é portanto sempre que possível pelo semi-apoiado, considerando-se
problemas construtivos, de escavação, de empuxos e de elevação.
Quanto ao material de construção os Reservatórios podem ser executados em :
Ø Alvenaria;
Ø Concreto Armado Comum (mais comum);
Ø Concreto Protendido;
Enterrado
Semi-Enterrado
Apoiado
Elevado
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Ø Aço;
Ø Madeira;
Ø Fibra de Vidro, etc.
c) Influência da posição do reservatório no dimensionamento dos
condutos alimentadores principais da rede de distribuição
Ø Reservatório de Montante
Ø Reservatório de Jusante
Conduto A-B – Dimensionado para a vazão média do dia de maior consumo :
NA máx
NA mín
R
R
AQ
 k1 . k2 . P . q
 Q = _____________
 86.400
Q = Vazão de Dimensionamento (l/s)
P = População de Projeto (hab.)
q = vazão “per capita” diária (l/hab.dia)
Cidade
 k1 . P . q
 QAB = _____________
 86.400
A
R
B C
Rede de
Distribuição
D
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Conduto C-D – Dimensionado para a maior das duas vazões : QCD ou QDC.
QCD = Vazão no trecho CD na hora de Menor Consumo da Rede (Sentido do
Escoamento de C para D, ou seja enchendo o reservatório). Será a máxima vazão no
sentido de C para D.
Qmín = Vazão Mínima da Rede Durante a horas de Menor Consumo da Rede
QDC = Vazão no trecho DC na hora de Maior Consumo da Rede (Sentido do
Escoamento de D para C, ou seja esvaziando o reservatório). Será a máxima vazão no
sentido de D para C, calculada pela diferença entre a vazão máxima consumida pela
rede (Qmáx) e a vazão média do dia de maior consumo (que dimensionou o trecho AB :
QAB).
O dimensionamento do trecho CD deverá ser realizado com a maior das duas
vazões : QCD ou QDC.
d) Posição do reservatório de distribuição em cota
O reservatório de distribuição deve ser posicionado em uma cota acima do
terreno que garanta condições de pressão mínima em qualquer ponto da rede. A cota da
lâmina d’água deve então ser calculada levando em conta principalmente os pontosmais
altos e os mais distantes da rede de distribuição. Nos projetos, esta cota corresponde ao
nível médio operativo do Reservatório (NA m).
 QCD = QAB – Qmín
 k1 . P . q
 QCD = _________ – Qmín
 86.400
 k1 . k2 . P. q k1 . P . q
 QDC = ____________ – ________
 86.400 86.400
 k1 . P . q
 QDC = (k2 –1) . ________
 86.400
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Para cálculo da cota do NA devem ser conhecidos as cotas topográficas (Zi) dos
nós, as perdas de carga totais devido ao escoamento da água desde o reservatório até os
nós (hfi) e a pressão mínima requerida em qualquer ponto da rede de distribuição para
garantir um bom funcionamento do sistema (hmin).
Analisam-se então os prováveis pontos críticos da rede (mais afastados e mais
altos) obtendo-se para cada ponto a somatória Zi + hfi + hmin, adotando-se como cota da
lâmina mínima o maior dos valores encontrados.
Figura 74 – Posição do reservatório de distribuição em cota
Normalmente se adota, por efeitos práticos, para verificação das pressões na rede
distribuidora, o valor do NA médio operativo do reservatório que corresponde a
média entre o NA máximo e o NA mínimo.
e) Dimensionamento da capacidade dos reservatórios
Os reservatórios de distribuição são dimensionados de modo que tenham a
capacidade de acumular um volume útil que supra as demandas de equilíbrio, de
emergência e antiincêndio.
NA m
R
Q
hf 1 hf 2 hf 3
hf 4
hf 5
Z 1
Z 2
Z 3
Z 4
Z 5
 Z 1 + hf 1 + h min
.
 Cota NA m = .
(menor dos valores) .
.
.
Z n + hf n + h min
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· Reserva de Equilíbrio ( C h )
Serve para suprir as variações de consumo da rede (oscilações horárias). É a reserva
de água acumulada. É acumulada nas horas de menor consumo para compensação nas
horas de maior demanda da rede, onde a vazão de consumo ultrapassa a vazão de
entrada constante no reservatório.
O volume de equilíbrio pode ser determinado por alguns métodos dentre eles o
Diagrama de Massas ou de Rippl, de maneira análoga ao dimensionamento da
capacidade útil de um reservatório de acumulação.
Um método mais simples é o baseado em Curva de Consumo Assimilada a uma
Senóide, que representa uma simplificação da curva de consumo de uma cidade,
conforme a seguir :
Volume excedente é
armazenado no período de
consumo mínimo da rede para
atender o período de consumo
máximo da rede.
 k1 . P . q
 Qd = _____________
 3.600 . N
Vazão Constante de Entrada no
Reservatório correspondente a vazão
horária média do dia de maior consumo =
(Volume Diário / 24 h)
0 12 h 24 h 
Vazão
Horária
(Q)
Horas
do Dia
Qd = Vdiário / 24
Qmáx = k2 . Qd
Entrada (Qd)
Saída (Q)
C eq
 Q = ( k2 –1 ) . (Vdiário / 24) . sen ( p t / 12 ) + (Vdiário / 24)
Vazão de Consumo da Rede (de Saída do Reservatório)
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A Reserva de Equilíbrio (C h) a ser armazenada corresponde ao volume excedente no
período onde a vazão de saída supera a de entrada, conforme indicado no gráfico. Este
volume é representado através da seguinte fórmula :
Onde :
Vdiário = Volume Total consumido no dia de maior consumo;
k2 = coeficiente da hora de maior consumo do dia de maior consumo.
Tabela em função de k2
k2 C h = ( k2 – 1 ) . Vdiário / pp
1,4 0,128 Vdiário
1,5 0,160 Vdiário
1,6 0,191 Vdiário
1,7 0,223 Vdiário
· Reserva Antiincêndio ( C i )
Para determinação da reserva de antiincêndio, deve-se consultar o Corpo de
Bombeiros responsável pela segurança contra incêndios da localidade. Com as normas
oficiais do Corpo de Bombeiros e as Normas da ABNT, e a partir da definição da
ocupação urbana da área, pode-se estimar o volume a armazenar no reservatório
destinada ao combate de incêndios na localidade.
Uma área residencial com casas isoladas tem um tratamento diferente de uma com
edifícios de apartamentos ou de uma área industrial ou comercial. Uma área residencial
com casas de alvenaria também tem um tratamento diferente de uma área com casas de
madeira.
Caracterizado o tipo de sinistro passível de ocorrência (natureza das edificações,
materiais de construção, a duração do incêndio e etc.) tem-se condições de definir o tipo
de hidrante a ser instalado bem como sua capacidade de vazão. Determinado a vazão
C h = ( k2 –1 ) . Vdiário / p
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necessária por hidrante e a duração do incêndio tem-se condições de calcular o volume a
ser armazenado.
Logo a reserva de incêndio pode ser assim calculada :
C i = ( Q1 – Q2 ) . t
Onde :
· Q1 = Vazão necessária para combate à incêndio crítico;
· Q2 = Vazão auxiliar de emergência durante o incêndio obtida de uma origem
diferente da que fornece água para o reservatório de distribuição (se houver);
· t = duração do incêndio crítico.
Se Q2 = 0 C i = Q1 . t
Valores Usuais :
· Para densidades superiores a 150 hab / ha : Q 1 = 30 l / s;
· Para densidades abaixo de 150 hab /ha : Q 1 = 15 l / s .
Em São Paulo adotam-se para um incêndio com duração de 6 horas as seguintes vazões
e volumes:
Tipo de Edificação Vazões ( l/s ) C i (m3)
Pequenas Edificações 10 216
Edificações maiores e mais altas 20 - 30 432 – 648
Edifícios com grandes dimensões 40 – 50 864 – 1.080
Edifícios com grandes dimensões (diâmetro da rede = 300 mm) 100 2.160
Nos Estados Unidos costumam ser adotados os seguintes valores :
· Cidades menores (até 2.500 hab.) :
t = 5 horas de duração
C i = 1.158,21 . P ½ . [ 1 – 0,01 . P ½ ] P = popul. em milhares de hab.
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· Cidades maiores (acima de 2.500 hab.) :
t = 10 horas de duração
C i = 2.316,42 . P ½ . [ 1 – 0,01 . P ½ ] P = popul. em milhares de hab.
· Reserva de Emergência ( C e )
Este volume destina-se a evitar que a distribuição entre em colapso sempre que
houver acidentes imprevistos com o sistema, tal que seja necessário o interrompimento
temporário de parte do sistema para manutenção, por exemplo, como o rompimento de
uma canalização adutora. Enquanto providencia-se o saneamento do problema, o
volume armazenado para suprimentos de emergência, também denominado de reserva
acidental, compensará a falta de entrada de água no reservatório, não deixando que os
consumidores fiquem sem água.
Em geral a Reserva de Emergência (Ce) corresponde a 25 % do Volume Total do
Reservatório (Ctotal), o que corresponde a terça parte da Reserva de Equilíbrio (Ch)
mais a de Incêndio (Ci) :
Ce = ¼ C total C total = Ch + Ci + Ce
Ce = ¼ Ch + ¼ Ci + ¼ Ce ¾ Ce = ¼ Ch + ¼ Ci 3 Ce = Ch + Ci
Ce = 1/3 ( Ch + Ci )
· Volume Total a Reservar ( C total ) :
Corresponde ao maior dos dois valores :
f) Dimensões econômicas para reservatórios
A forma mais econômica é a circular por gastar menos material de construção,
principalmente se a relação entre a altura do reservatório (H) e o seu diâmetro (D)
estiverem na relação : 1: 2 
C total = Ch + Ci + Ce
C total = 1/3 Vdiário
Onde : Vdiário = Volume total diário consumido no dia de maior consumo
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No caso de reservatórios retangulares divididos em duas células, de mais fácil
execução, a forma mais econômica é a que atende a seguinte relação :
g) Recomendações gerais e detalhes sobre projetos de reservatórios de
distribuição
· Divisão do reservatório em pelo menos dois compartimentos, cada um podendo
funcionar independente do outro, para ocasiões de limpeza ou reparo. Em
reservatórios elevados pode existir um único compartimento, isto é, não são
subdivididos, neste caso um sistema de válvulas deve existir permitindo o
isolamento do reservatório sem interrupção do abastecimento, o que se consegue por
meio de uma passagem direta (“by-pass”);
· Canalizações de entrada de água no reservatório, uma para cada compartimento,
cada uma provida de registro para isolamento da unidade. Dependendo do sistema
de operação previsto para o reservatório, cada canalização deverá ter uma válvula
para fechamento automático ao se atingir o nível d’água máximo;
· Deve existir uma canalização de saída para cada compartimento, provida de registro
para isolamento de cada unidade. A saída deve ser feita pelo fundo com um ressalto
X X
Y
 X 3
 ___ = ____
 Y 4
D = 2 H
H
 H 1
 ___ = ____
 D 2
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de 5 a 10 cm. O tudo de saída deve-se conectar ao fundo do reservatório mediante
uma curva de 90º ou diretamente através da parede lateral de um pequeno poço
formado por rebaixamento de um trecho da laje de fundo;
· Canalização extravasora de água, para cada compartimento, descarregando
diretamente (sem válvulas) para fora do reservatório, ao ar livre ou em canalizações
de descarga. Vertedores de extravasamento em forma de reservatório ou em forma
de tubo vertical terminado em boca de sino. O extravasor deve ser dimensionado
para a máxima vazão capaz de alimentar o reservatório. A folga mínima entre a
cobertura e o nível máximo atingido pela água em extravasão é de 0,30 m;
· Canalização de descarga para limpeza do reservatório, uma para cada
compartimento, providas de válvulas. Ligação ao fundo do reservatório de modo
análogo ao das canalizações de saída, porém sem o ressalto mencionado. Inclinação
da laje de fundo do reservatório no sentido do orifício de descarga, com declividade
da ordem de 0,5 % ou mais. Proteção do orifício de descarga com uma grade;
· Aberturas para inspeção do reservatório, com dimensões mínimas de 0,60 m,
convenientemente localizadas e protegidas contra a possibilidade de contaminação.
As bordas da abertura de inspeção devem estar pelo menos 0,10 cm acima da
superfície da cobertura, para impedir infiltração de águas externas;
· Escadas de acesso oferecendo apropriada segurança para os operadores,
especialmente no caso de torres de água. Guarda-corpo, degraus e patamares
intermediários convenientemente estudados. No caso de reservatórios elevados deve
ser prevista escada interna permanente. As escadas devem ter degraus de
espaçamento máximo uniforme de 0,30 m e espaço livre, atrás da escada, não
inferior a 0,18 m;
· Cobertura adequada do reservatório. Impedir ao máximo no interior do reservatório,
a iluminação natural (desenvolvimento de algas);
· Indicador direto do nível d’água no reservatório (sistema flutuador ou pneumático)
e/ou sistema a distância, para o serviço de operação poder controlar corretamente os
volumes armazenados disponíveis;
· Precauções especiais no sentido de assegurar a impermeabilização das paredes do
reservatório;
· Dispositivos de ventilação, de modo a evitar pressões diferenciais perigosas de ar no
interior do reservatório;
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· Sinalização de torres, para proteção áerea, sempre que necessário, a juízo das
autoridades competentes (Ministério da Aeronáutica);
· Sistema de Para-raios também devem ser previsto.
h) Detalhes de reservatórios
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Figura 75 – Cortes do Reservatório Semi-Enterrado
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Abertura de Inspeção
Escada de Acesso
Chaminés de Ventilação
Figura 76 – Abertura de Inspeção, Escadas de Acesso e Chaminés de Ventilação
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Figura 77 – Detalhe de um Reservatório Elevado – Tipo Stand-Pipe