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Prof. Flávio Antonio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental VOLUME I – 2014 Introdução Esta apostila tem por finalidade exclusiva servir de material de apoio da disciplina de Sis- temas Hidráulicos e Sanitários, no Curso de En- genharia Ambiental da Unisep, não sendo autori- zado seu uso com outras finalidades. Não se des- tina a substituir a Bibliografia Básica e Comple- mentar da disciplina, servindo unicamente como base e roteiro de estudos. Ementa da Disciplina Os sistemas de abastecimento de água; bombas e estações elevatórias; dimensionamen- to de condutos: condutos equivalentes, em serie e em paralelo; problema de reservatórios: redes de abastecimento: ramificadas e malhadas. Por que estudar Sistemas Hidráulicos e Sani- tários? Ao término da disciplina o acadêmico es- tará apto a identificar situações de risco e desen- volver projetos para sistemas hidráulicos e sanitá- rios utilizando tecnologias e processos ambien- talmente corretos. Resumo A natureza é uma grande prestadora de serviços para a humanidade. É ela quem fornece os elementos básicos para a vida humana e para o desenvolvimento econômico. A água é o com- ponente fundamental desses serviços, pois está presente tanto nos alimentos quanto nas fontes de energia e nos materiais usados na fabricação de todos os objetos que nos rodeiam. Assim, o engenheiro ambiental precisa ter noções básicas sobre todo o processo hidráulico sanitário, desde a captação da água até o trata- mento do esgoto sanitário. Um Sistema de Abastecimento de Água caracteriza-se pela retirada da água da natureza, adequação de sua qualidade, transporte até os aglomerados humanos e fornecimento à popula- ção em quantidade compatível com suas neces- sidades. O sistema hidráulico representa o "conjun- to de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável de uma comu- nidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos". Um sistema público de abastecimento de água pode ser dividido, basicamente, em três partes: estações elevatórias, adutoras e a distri- buição de água. Um sistema de tratamento de esgoto pode ser dividido em duas grandes áreas: esgotamento sanitário e tratamento de esgotos. As estações elevatórias, ou, ainda, as ins- talações de recalque têm a função de captar água, seja superficialmente ou subterraneamen- te, são sistemas compostos por bombas e tubu- lações, utilizados para pressurizar um determina- do líquido, majoritariamente água, com o intento de conduzir tal líquido a um ou a vários pontos de consumo. As instalações são compostas, princi- palmente, por uma estação de bombeamento, incluindo o sistema de sucção, e uma tubulação de recalque, que pode alcançar, dependendo do projeto, dezenas de quilômetros de comprimento. As adutoras podem ser definidas, de for- ma singela, com sendo as canalizações que li- gam a estação elevatória à rede de distribuição, sendo que neste trajeto, passam pela estação de tratamento de água (ETA), por isso recebem o nome de adutoras de água bruta antes de chega- rem à ETA e adutoras de água tratada no trecho após a ETA. As adutoras são traçadas superando os desníveis topográficos e, devem se apresentar de forma suave, com o mínimo de curvas possí- veis, principalmente em termos de curvas hori- zontais, pois as verticais, na maioria das vezes, são inevitáveis. O sistema de distribuição é composto por dois conjuntos de unidades: reservatórios e redes de distribuição. Os reservatórios de distribuição permitem armazenar a água para atender às se- guintes finalidades: atender às variações de con- sumo, atender às demandas de emergência e devem manter uma pressão mínima ou constante na rede. A rede de distribuição é a estrutura do sistema mais integrada à realidade urbana, e a mais dispendiosa. É constituída de um conjunto de tubulações interligadas instaladas ao longo das vias públicas ou nos passeios, junto aos edi- fícios, conduzindo a água aos pontos de consu- mo (moradias, escolas, hospitais, escolas, etc.). Na parte de esgotamento sanitário, consi- deraram-se os aspectos relacionados aos funda- mentos de projeto, operação e manutenção das diversas partes que compõem o sistema, de for- ma a proporcionar uma visão macro do assunto. Na parte do tratamento de esgotos, procu- rou-se, além de abordar os aspectos de projeto, operação e manutenção de estação de tratamen- to de esgoto (ETE), atentar sobre a importância do mesmo na questão da saúde publica, além de formas de reuso de esgotos e lodo em irrigação. E, claro, começamos a explanar a nossa Disciplina falando do assunto fundamental que a envolve: a água. Nosso foco será quanto à quali- dade e controle de poluição. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 3 UNIDADE 1 O Planeta Água 1.1 A água no mundo O abastecimento de água para o consumo humano foi motivo de preocupação dos povos em todas as épocas. A dependência do homem com relação à água e sua utilização para a alimenta- ção e transporte fizeram com que quase todas as cidades fossem fundadas junto ao mar, rios e lagos. A água é fundamental. Precisamos dela para coisas básicas como saciar a sede, tomar banho, lavar roupa, cozinhar, bem como para irrigar culturas e gerar energia. A água é a substância mais comum na Terra. Setenta por cento da superfície do planeta é coberta por água. No entanto, 97% dessa água está nos mares, sendo assim imprópria para o uso agrícola e industrial e para o consumo huma- no. Outros 2% estão nas calotas polares, em forma de gelo ou neve. Resta, assim, apenas 1% de água doce, aquela disponível nos rios, lagos e lençóis freáticos e, portanto, própria para o con- sumo humano. No mundo, 88% da água doce é utilizada na agricultura, 7% na indústria e 5% no comércio e para o consumo individual. Como podemos ver, o consumo humano de água para as necessida- des básicas (beber, lavar, etc.) é pequeno quan- do comparado com as demais finalidades. Ge- ralmente, uma pessoa precisa de, no mínimo, 50 litros de água por dia e vive confortavelmente com 200 litros. Esse consumo é pequeno quando comparado à necessidade de água para irrigação de uma plantação de arroz, por exemplo. Existem pelo menos três mitos sobre a questão da água. O primeiro é que a água do planeta estaria acabando. Isso não é verdade: a água é um recurso infinitamente renovável, já que, em seu ciclo, ela cai das nuvens em forma de chuva, fertiliza a terra, vai para o mar pelos rios e evapora de volta às nuvens, novamente como água doce. O segundo diz que o consumo doméstico desmedido estaria acabando com a água do planeta, o que é um exagero: como já foi dito, menos de um décimo da água potável dis- ponível é gasto com o uso doméstico (cozinhar, lavar, higiene pessoal, etc.), enquanto mais de 80% são alocados para a irrigação agrícola. O terceiro é o de que os recursos hídricos vão acabar porque quanto mais o mundo se desen- volve, mais ele precisa de alimentos e, conse- quentemente, de água. Esse argumento também não é exato: a modernização das técnicas agríco- las vem fazendo com que caia o consumo de água. Apesar de todos os mitos sobre a água, o homem “moderno” tem prejudicado esse recurso natural, através do desperdício e da poluição dos rios, lagos e lençóis freáticos, motivo de grande preocupação neste século. Mantidos os atuais níveis de consumo, estima-se que 50% da huma- nidade viverá, em 2050, em regiões com falta crônica de recursos hídricos de qualidade. É um dado gravíssimo se levarmos em consideração que 60% das doenças conhecidas estão relacio- nadas dealguma forma com a escassez de água. Como isso é possível em um planeta com tantos recursos hídricos? O problema está na má distri- buição e gestão deste recurso. Como falamos, apenas 1% da água é própria para o consumo humano e ela também é extremamente mal dis- tribuída. Países como Canadá e Finlândia têm mui- to mais do que precisam, enquanto o Oriente Médio praticamente não tem nada. Atualmente, já existem sinais evidentes de que o homem está sendo prejudicado pelo uso depredatório que faz dos recursos naturais: • O consumo de água cresceu seis vezes no último século, em grande parte para aumentar a produção de alimentos. O resultado foi a re- dução da oferta de água para uso humano. Um terço da população mundial vive em regi- ões com escassez de água, proporção que deve dobrar até 2025. Metade dos africanos, asiáticos e latino-americanos sofre de alguma doença relacionada à falta de acesso a uma fonte de água limpa. • Um quarto da área terrestre é hoje usado para a produção de alimentos (agricultura e pecuá- ria). Como as melhores áreas para a agricultu- ra já estão em uso há bastante tempo, a fertili- dade do solo caiu 13% nos últimos cinqüenta anos. Com isso, tornou-se necessário o uso de maior quantidade de adubos químicos e o avanço sobre terras periféricas ou ocupadas por florestas. Um quinto da Amazônia brasilei- ra já desapareceu no século passado. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 4 É preciso tratar bem da água. Os relató- rios da ONU (Organização das Nações Unidas) alertam para o fato de que, nos países em de- senvolvimento, 90% da água utilizada são devol- vidos à natureza sem tratamento, contribuindo assim para tornar mais dramática a rápida deteri- oração de rios, lagos e lençóis subterrâneos. Parece surpreendente que o “planeta azul”, com 70% de sua superfície coberta por água, tenha chegado a esse ponto. Mas, visto de perto, em volta desse “azul” há gente como nun- ca. No início do século passado, éramos menos de 2 bilhões de habitantes. Hoje somos mais de 6 bilhões. No Brasil, em 2000 havia 169 milhões de habitantes; em 2007 éramos mais de 188 milhões e agora já ultrapassamos os 200 milhões! Em 2025 estima-se que haverá 8,3 bilhões de pesso- as no mundo. Enquanto a população se multipli- ca, a quantidade de água continua a mesma. Nos últimos 100 anos, a população mundial triplicou e o uso da água se multiplicou por seis. A maior responsável por esse aumento foi a agricultura irrigada. Ela revolucionou a produção agrícola, mas criou uma nova dificuldade, pois utiliza sozi- nha 70% da água doce disponível. O crescimento da população das cidades e o maior volume e toxicidade dos resíduos gera- dos (lixos) ampliaram o desrespeito a natureza e causam a morte de muitos rios em todo o plane- ta. Atualmente, da captação da água, sua transformação em produto próprio para consumo, até a sua distribuição, há um custo bem elevado. Pelo mundo afora, à medida que a escassez au- menta, crescem os investimentos para garantir o abastecimento. Institutos de pesquisa estão em busca de uma tecnologia mais barata para au- mentar a produção, como a dessalinização da água do mar, pela qual se obtém água doce a partir dos oceanos. O Oriente Médio, que tem uma situação muito crítica, gasta muito para obter pouca água. A Arábia Saudita tem instalado esta- ções de dessalinização da água do mar – o pro- cesso mais caro de obtenção de água doce – para atender a menos de 4% de suas necessida- des. Além disso, temos os efeitos da falta de água fresca e boa nas condições de saúde. Mais de 5 milhões de pessoas morrem por ano com doenças relacionadas à má qualidade da água e a condições ruins de higiene e saneamento. Os dados são da Organização Mundial de Saúde, cujos especialistas calculam que metade da po- pulação dos países em desenvolvimento é afeta- da por moléstias originadas na mesma fonte, co- mo diarreia, malária e esquistossomose. 1.2 A água no Brasil O Brasil é dono da maior reserva hídrica do mundo – 13,7% da disponibilidade de água doce do planeta. Entretanto, dois terços da água estão concentrados na região com menor densi- dade populacional, a Amazônia. O restante da água (um terço) atende a 95% da população bra- sileira que vive fora da região amazônica. A água é “pesada” e difícil de transportar. Levá-la de um lugar a outro tem sido o grande desafio dos seres humanos desde o tempo dos romanos, que construíam aquedutos (canais para conduzir a água) por toda parte. O segundo problema relativo à água diz respeito a sua ges- tão: essencial para a economia, a grande questão é como cobrar pela água. Até recentemente, no Brasil, não se cobrava pela água, mas apenas pelo serviço de distribuição de água. Atualmente, ela é cobrada dos empresários e agricultores e, no futuro, o consumidor doméstico (representa 10% do gasto de água doce) também pagará pela conta da água. O dinheiro arrecadado é re- vertido para a cobertura dos custos de tratamento da água e preservação dos ecossistemas ligados a ela. Deve-se também, a exemplo dos empresá- rios e agricultores da França e da Alemanha, dar incentivos ao baixo consumo de água e a seu tratamento antes de devolvê-la à natureza. No Brasil, entre 15% e 25% da população (dependendo da fonte consultada) não têm aces- so a água potável. Em alguns países da África, 75% da população não têm água potável, en- quanto no Chile, praticamente 100% das áreas urbanas contam com este benefício. As cidades brasileiras enfrentam dificul- dades na gestão e uso dos recursos hídricos, com enchentes, racionamento de água, índices de perdas físicas nas redes de abastecimento acima da média internacional, desperdícios por parte do consumidor e outros problemas. Apesar de o país contar com grande dis- ponibilidade de recursos hídricos, verifica-se ain- da graves problemas de falta de água em muitas cidades brasileiras, como crises de racionamento de água. Nessas situações, o consumo médio de água disponível por habitante cai consideravel- mente, alterando os hábitos das pessoas e mo- vimentando setores da economia relacionados ao problema: aumento do número de empresas de carros-pipa, do preço da água e do número de poços artesianos (tanque de captação de água do lençol subterrâneo). Não pense que o problema brasileiro res- tringe-se à região do semiárido, afetada pelas secas. O Estado mais desenvolvido do país, São Paulo, enfrenta grandes dificuldades também. A água existe, mas é insuficiente para atender aglomerações como a da grande região metropo- litana de São Paulo, com seus 17 milhões de Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 5 habitantes. O racionamento não poupa nem mesmo cidades como Manaus, situada na maior bacia de água doce do mundo, onde falta água para parte da população. O caso do Nordeste já é clássico. A região recebe mais chuvas do que a Espanha, mas so- fre pela falta de água por uma combinação per- versa de, pelo menos, três fatores: as chuvas concentram-se em um período muito curto, o solo rochoso não permite que a água alimente os len- çóis subterrâneos e, por fim, a forte insolação transforma em vapor 90% da água trazida pelas chuvas. As soluções para o problema são difíceis e caras, contudo existem alternativas como o uso de cisternas que captam água das chuvas e as armazenam para o consumo do ano todo. Quando a água se torna escassa, a eco- nomia balança. No Nordeste brasileiro, a seca tem um impacto violento sobre a produção. Nos últimos anos, segundo estudo da ANEEL (Agên- cia Nacional de Energia Elétrica), ela foi res- ponsável por uma redução de 4,5% do produto internobruto regional. Também no interior de São Paulo e em outras regiões falta água para a insta- lação de novas indústrias. Em relação aos efeitos da falta de água na saúde brasileira, segundo o Ministério da Sa- úde, a diarreia mata 50.000 crianças por ano, em sua maioria antes de completar um ano de idade. Além disso, a falta de água de qualidade e servi- ços inadequados de saneamento – apenas 16% dos esgotos sanitários são tratados no país – são responsáveis por 65% das internações hospitala- res. Soluções e alternativas não faltam, como as iniciativas para aproveitar outros mananciais, reorganizar e usufruir melhor os recursos já exis- tentes e melhorar a qualidade da água servida à população. Mas as obras necessárias só se reali- zam de acordo com a disponibilidade financeira. O papel dos técnicos neste processo de tomada de decisão para a elaboração de projetos de recuperação da qualidade das águas é fun- damental. Esses projetos têm se concentrado na perspectiva de resgatar a qualidade dos grandes rios e dos principais cursos d’água que cruzam os municípios, através de obras de coleta, condução e tratamento de esgotos. Existem metas de des- poluição de alguns rios e obras de tratamento de esgotos, mas estas estratégias dependem de planejamento dos especialistas e, geralmente, são de longo prazo. As novas urbanizações (crescimento das cidades) devem depender das possibilidades de abastecimento no local, eliminando a possibilida- de de ocupações à beira de mananciais, a polui- ção de represas e de rios, a proliferação de lote- amentos clandestinos e o crescimento desorde- nado das cidades. Uma outra política a ser inten- sificada é a de reaproveitamento de água e uso de água de chuva, que discutiremos adiante, a exemplo de países que enfrentam problemas mais sérios de abastecimento, como o Japão. UNIDADE 2 Captação – Distribuição – Consumo de Água 2.1 A origem dos sistemas de canalização de água A higiene e o asseio são práticas huma- nas que, ao longo do tempo, se adaptam ao con- texto sócio cultural em que estão inseridas. A antiguidade nos mostra, por meio dos vestígios arqueológicos, sistemas de canalização bem de- senvolvidos. Os banhos e diversos cuidados com a higiene pessoal nas sociedades egípcia e chi- nesa eram bastante comuns. Os egípcios cons- truíram por volta de 2.500 a.C. banheiros elabo- rados dentro das pirâmides, certamente a fim de tornar a “eternidade” dos faraós mais agradável. Nossos antepassados clássicos, principalmente os gregos e os romanos, são precursores no uso de sistemas hidráulicos. Eles canalizaram águas pluviais (das chuvas) e fluviais (dos rios), condu- zindo-as para as residências e para as termas (piscinas aquecidas). No século XVIII, ocorreu a retomada das questões de saúde pública, com reflexos na higi- ene pessoal. A ciência daquela época passou a ditar as regras. Em 1775, em Londres, Alexander Cunnings desenvolveu um sifão para vasos sani- tários. Até hoje, é o aparelho destinado a trans- portar líquidos de um nível a outro mais baixo, sendo necessário manter certa quantidade de água estável em seu interior, para evitar o mau cheiro. Difunde-se, então, o vaso sanitário para substituir o penico. No final do século XVIII, os arquitetos passam a incorporar o banheiro como um cômodo dentro da casa. No século XIX, os artefatos dos banheiros adquiriram estética própria e foram desenvolvidos em materiais nobres, como o mármore, as louças e os metais. Os sistemas de canalização volta- ram a funcionar, mesmo que de forma incipiente. No Brasil, na era colonial, as formas de higiene da população vinda da Europa pouco evoluíram. Mas, o fácil acesso à água abundante nas fazen- das e nas pequenas cidades, o calor dos trópicos e o convívio com os indígenas impuseram novas rotinas. O uso da água ficou mais frequente, mesmo sem o acesso a sistemas hidráulicos nas cidades maiores. Só o Rio de Janeiro contava com um aqueduto, equipamento presente em muitas cidades do México e países andinos. Ape- sar da quantidade de rios e cachoeiras brasilei- ras, as residências das cidades não possuíam “água encanada”, o que passou a acontecer Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 6 quando o preço da água, conduzida em tonéis e carroças, ficou muito caro. Já os chafarizes, bas- tante comuns nas cidades desde o século XVII, eram lugares de encontros da população. Nas casas, os detritos dos penicos eram esvaziados em grandes tonéis chamados de “tigres” que, por sua vez, eram despejados no rio mais próximo ou no mar. Finalmente, o século XX trouxe um salto quantitativo na qualidade de vida das sociedades, com a ampliação do acesso à água encanada, ao saneamento básico, às descargas e aos sifões. 2.2 Sistema de abastecimento de água O sistema de abastecimento se destina a fornecer água fria para instalações prediais. Pode ser a rede pública da concessionária da sua ci- dade ou qualquer sistema particular de forneci- mento de água. Trataremos dos dois sistemas. a) Rede pública É o sistema de abastecimento mais utili- zado nas cidades. Neste caso, a concessionária de saneamento da cidade faz a ligação da insta- lação predial da edificação até a rede pública. A figura abaixo mostra o desenho de um sistema público de abastecimento de água, desde a sua captação até a chegada à edificação, incluindo o processo de tratamento. Inicialmente a água “bru- ta” é captada de rios, lagos, nascentes, etc., em quantidade suficiente para consumo da cidade. Antes de ser levada até as edificações, a água passa por um tratamento, onde se elimina a sujeira e ocorre a desinfecção, segundo os crité- rios do Ministério da Saúde. A água captada será então tratada. Inicialmente ela é bombeada para o tanque de coagulação, onde é adicionado o sulfato de alumínio (processo de floculação). Depois ela vai para o tanque de decanta- ção, onde os “flocos”, que são pesados, se depo- sitam no fundo do tanque. Em seguida a água será filtrada - processo onde as demais impure- zas da água passam por diversas camadas de pedra e areia. Finalmente, ocorre a desinfecção da água: nesta etapa é adicionado o cloro, para combater as bactérias; o sal de flúor, para com- bater as cáries dentárias; e a cal hidratada, para corrigir o pH (a acidez) da água. Então, a água, pronta para o consumo, é bombeada para a rede pública de abastecimento, levada até cada edifi- cação: residências, escolas, prédios, lojas. A água proveniente da rede pública deve ser potá- vel, atendendo, no mínimo, ao padrão de potabi- lidade estabelecido pelo Ministério da Saúde. A água da rede pública é pressurizada e na maioria das cidades brasileiras essa pressão é suficiente para alcançar até 10 metros de coluna d’água (aproximadamente 10 metros de altura) e/ou até 2 pavimentos, não necessitando, nesses casos, de bombeamento. Acima desses valores, como a água não tem pressão suficiente, é utili- zado um reservatório inferior (subterrâneo ou no nível do solo), para armazená-la. Deste reserva- tório inferior, a água é bombeada para outro re- servatório localizado acima da edificação, cha- mado de reservatório superior. Do reservatório superior, a água desce, por gravidade, até os pontos de consumo (pia, bebedouro, vaso sanitá- rio, etc.). b) Sistema privado Na impossibilidade de fornecimento de água pelo sistema público de abastecimento, deve-se adotar a solução adequada e convenien- te segundo os recursos hídricos locais, como o sistema de poço (poço de lençol freático) ou poço artesiano. No sistema de “poço de lençol freático”, a água é captada em um poço perfurado no terre- no, conhecido como cisterna. O poço é escavado até alcançara água do lençol freático, que se encontra embaixo do terreno, a uma profundida- de relativamente pequena. A água é então levada ao reservatório ou diretamente aos pontos de consumo da edificação, através de uma bomba. O solo é composto por rochas e por diver- sas partículas que não preenchem todo o seu volume, resultando em espaços vazios que po- dem ser preenchidos pela água. Parte da água, proveniente de chuvas, de rios, de lagos, da ne- ve, infiltra-se no solo, sendo armazenada da su- perfície até a primeira camada rochosa ou semi- impermeável do terreno. Esta água é denomina- da “lençol freático”. Eventualmente o lençol freático vai pene- trando na primeira camada semi-impermeável por certos pontos filtrantes, chamados de pontos de alimentação do artesiano, até se deparar com um maciço rochoso ou com um solo quase imper- meável, como um solo argiloso, onde pode se depositar ou servir de leito para a chamada água do lençol artesiano (água subterrânea), que é um fluxo de água sob o solo, que ocupa todos os seus espaços vazios. Assim, caso o poço seja escavado até alcançar essa água subterrânea, temos um “poço artesiano”. Os poços artesianos devem ser executa- dos de acordo com a legislação estadual e com as normas brasileiras, devem, também, ser ca- dastrados na Agência de Meio Ambiente e Re- Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 7 cursos Hídricos da cidade. Deve-se também ob- ter a outorga de direito de uso da água. Esses poços, em geral, atingem aproxi- madamente 80 metros de profundidade, mas po- dem chegar a mais de 300 metros, tornando-se bem caros. Além disso, existe a questão da va- zão de água, que é a quantidade de água obtida no poço. Assim, é importante um estudo da viabi- lidade de se utilizar esse sistema para abasteci- mento de água, pois a perfuração de um poço é considerada como “uma obra de engenharia su- bordinada à natureza”. Tem-se observado em algumas regiões brasileiras o crescimento desse tipo de abasteci- mento de água, devido à redução dos custos na conta de água e ao temor de passar por um raci- onamento. Nele, não se paga ao sistema público pelo consumo de água, apenas pela coleta e tra- tamento do esgoto. Embora esse sistema possa trazer benefícios imediatos para o sistema de abastecimento, ele coloca em discussão os riscos de uma exploração desordenada da água do len- çol artesiano. 2.2.1 Alternativas econômicas para o abas- tecimento de água Como já sabemos, os especialistas afir- mam que a água será um problema neste século. Neste sentido, todos nós precisamos conscienti- zar e colaborar. Você pode contribuir com a pre- servação ambiental também em sua escola. Ati- tudes simples, como as que iremos ver agora, podem ajudar a melhorar as condições de vida do planeta. Existem duas alternativas que vêm ga- nhando espaço no meio técnico para o abasteci- mento de água: a reutilização da água e a capta- ção de água de chuva. Elas suprem, em parte, a necessidade de consumo de água em uma edifi- cação. No sistema de reutilização de água, a água mais limpa da edificação, como a que saí- das pias, tanques e chuveiros é reaproveitada em locais menos nobres de consumo, como a des- carga de vasos sanitários e a irrigação de jardins. Este procedimento destina a substância de acor- do com o grau de pureza, reaproveitando a água já consumida, mas ainda aproveitável. Neste ca- so, os efeitos mais significativos da reutilização de água passam pelos projetos de instalações hidráulicas. Em geral, devem-se executar dois siste- mas hidráulicos separados, um para a água potá- vel e outro para o efluente reaproveitado. As ins- talações de água para o consumo direto são as usuais: a caixa d’água é abastecida pelo sistema público, ou privado, que alimenta apenas chuvei- ros e torneiras nos banheiros e nas cozinhas ou refeitórios. Em vez de o efluente ser conduzido à rede de esgoto, o resíduo vai a um tanque de tratamento na própria edificação, onde deve ha- ver um controle rigoroso, para tirar o excesso de impurezas. Parte da água servida é encaminhada para a rede pública de esgoto, mas outra volta para a edificação, em uma segunda caixa d’água. Esse segundo tanque alimenta as descargas e o sistema de irrigação dos jardins, além das tornei- ras para lavagem de piso nos corredores e nos pátios. Outra opção bastante viável, sobretudo em um país com índices pluviométricos altos co- mo o Brasil, é a captação de água de chuva para utilização nos edifícios (reaproveitamento da água). Esta água que cai no telhado é captada por uma calha, filtrada (elimina a passagem de sujeira como galhos, folhas e detritos) e armaze- nada em uma caixa d’água separada da água potável da edificação (vide figura). Apesar de não ser indicada para o consumo direto, a água da chuva, após ser previamente filtrada, pode ser utilizada para descargas sanitárias, regar jardins, lavar os pátios e controlar a poeira. A solução, além de diminuir a demanda de água fornecida pelas empresas de saneamento, reduz o risco de enchentes em caso de chuva forte. Da mesma forma que os sistemas recicla- dores de água, as instalações para captação de chuva não são difíceis de executar. A caixa d’água principal, ligada à rede pública ou privada, abastece os equipamentos para usos nobres e os de uso não nobres são ligados ao reservatório de água pluvial. Para não interromper as funções durante um período de estiagem (ausência de chuva), o reservatório para água de chuva fica também conectado à rede de abastecimento. 2.3 Sistema de distribuição de água O sistema de distribuição de água pode ser direto ou indireto, com ou sem bombeamento. 2.3.1 Sistema direto de distribuição No sistema direto de distribuição, a água chega até as tubulações hidráulicas diretamente da rede de abastecimento (rede pública). Esse Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 8 sistema é utilizado quando a pressão da rede pública é suficiente, não havendo necessidade de reservatório. Neste caso, a alimentação da edifi- cação é ascendente (de baixo para cima), como mostra a figura abaixo. No entanto, neste sistema, é necessário que haja continuidade do abastecimento, pois caso haja interrupção de fornecimento de água na rede pública, como não se tem água armaze- nada em caixas d’água, os pontos de consumo ficarão também sem água. 2.3.2 Sistema indireto de distribuição, sem bombeamento Neste caso a água da rede pública é leva- da diretamente para um reservatório e a alimen- tação da edificação será descendente (de cima para baixo), ou seja, do reservatório desce por gravidade até os pontos de consumo. É utilizado quando a pressão da rede é suficiente, mas sem continuidade. É o caso mais comum em residências e edificações de até dois pavimentos ou com até 10 metros de coluna d’água (aproximadamente 10 metros de altura). Geralmente consideramos o sistema de distribuição de água sem continuida- de, pois pode ocorrer a necessidade de manu- tenção da rede pública, com a interrupção do fornecimento de água por algumas horas. 2.3.3 Sistema indireto de distribuição, com bombeamento Neste sistema a água da rede pública é armazenada em um reservatório inferior e bom- beada para outro mais alto, denominado reserva- tório superior. A água é distribuída a partir do reservatório superior, no sentido descendente, ou seja, do reservatório a água desce por gravidade até os pontos de consumo. É utilizado quando a pressão é insuficien- te para levar a água até o último pavimento do edifício e há descontinuidade de fornecimento de água.É o caso mais usual em edifícios, sendo necessário o uso de bombas de recalque. 2.4 A utilização da água A utilização da água é feita através dos pontos de consumo (torneiras das pias, lavató- rios, vaso sanitário, bebedouro, chuveiro, etc.). A chegada de água é feita através de uma tubula- ção geral, denominada de prumada ou coluna d’água, que geralmente vem da caixa d’água e por uma tubulação específica em cada ambiente que tenha pontos de utilização de água (banhei- ro, cozinha, etc.), denominada ramal. Nos ambientes ou cômodos em que exis- tem pontos de água, como torneiras, existem locais para o fechamento da chegada desta água para casos de manutenção ou emergência, esses locais são chamados de registros. Além destes pontos internos, dentro dos ambientes servidos de água, existe pelo menos mais um ponto de fechamento da prumada geral, que leva a água da caixa d’água para a residência, com a mesma finalidade, ou seja, de manutenção, emergência ou conservação. As tubulações geralmente são executadas em PVC, assim como as conexões. Trataremos desses materiais na próxima unidade do módulo. UNIDADE 3 Equipamentos e Materiais constituintes do Sistema Hidrosanitário Nesta unidade vamos conhecer os mate- riais que compõem a linha hidrosanitária, desde Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 9 os tubos e caixas d’água, até as louças e metais sanitários, bem como alguns equipamentos. Você já ouviu falar em tubos de PVC? Sa- be como funciona um vaso sanitário? Você tem ideia de quantos litros de água são necessários para a descarga de um vaso sanitário? Você já utilizou uma torneira que é acionada automatica- mente quando você coloca a mão embaixo dela? Sabe de quais materiais uma caixa d’água pode ser fabricada? Vamos responder essas perguntas nesta unidade. 3.1 Tubos hidráulicos Graças à tecnologia, existe no mercado uma vasta opção de tubos para o transporte de água fria, de água quente e de esgoto. Para a escolha, deve-se optar pelo material que alie ca- racterísticas como longa vida útil (durabilidade), redução de procedimentos de manutenção e re- sistência à pressão de serviço. Para água quente, deve ser escolhido um material que suporte tem- peraturas elevadas. Existem vários tipos de tubos no mercado. Os tubos de PVC (policloreto de vinila) são en- contrados em duas linhas distintas: linha hidráuli- ca – para conduzir água fria; e a linha sanitária – para sistemas de esgoto, ventilação e captação de água pluvial. São os mais empregados nos sistemas hidrosanitários devido à facilidade de instalação, leveza, boa resistência à pressão, durabilidade quase ilimitada, menor perda de carga (bom desempenho) e baixo custo. O PVC é largamente utilizado tanto na área médica e alimentícia quanto na construção civil e na confecção de embalagens, calçados, brinque- dos, fios, cabos, revestimentos e na indústria au- tomobilística. É um plástico versátil, resistente, impermeável, durável, inócuo e 100% reciclável; não se corrói, é isolante térmico e acústico e não propaga fogo, podendo ser produzido em qualquer cor, desde transparente até opaco e de rígido a flexível. Os tubos de PVC da linha hidráulica po- dem ser do tipo junta roscada, que permite a montagem e a desmontagem das ligações sem danificar os tubos ou conexões; ou do tipo junta soldada, que não permite o reaproveitamento das conexões já utilizadas, porém apresenta maior facilidade de execução, proporcionando maior rapidez nos serviços de instalação; além disso, dispensa qualquer ferramenta especial, como tarraxa e transforma a junta em ponto de maior resistência. Os tubos de PVC da linha sanitária permitem alternativas no sistema de acoplamento (encaixe), como: junta elástica com anel de bor- racha ou junta soldada. Os tubos de CPVC (policloreto de vinila clorado) possuem as mesmas propriedades dos tubos de PVC, mas são próprios para condução de água quente. O CPVC é um plástico que per- mite a passagem de água quente a uma tempera- tura máxima de 80º C. A instalação da tubulação dispensa isolamento térmico na maioria dos ca- sos, mas se for deixada aparente é recomendável a proteção. A junção dos tubos é feita com solda- gem química a frio, e as conexões de transição possuem roscas macho-e-fêmea com vedação da passagem de água. Os tubos de cobre são utilizados para a condução de água fria ou quente e de gás. Uma importante característica do cobre é sua resistên- cia a elevadas temperaturas, sem sofrer rompi- mento ou deformações. Existem também os tu- bos de cobre flexíveis que agilizam a montagem e dispensam as conexões para execução das instalações hidráulicas. Para evitar perdas exces- sivas de calor, no caso do uso para água quente, as tubulações podem ser revestidas com polieti- leno expandido. O cobre é bactericida, fungicida e algicida, ou seja, inibe o crescimento de bacté- rias, fungos e algas no interior das tubulações. Os tubos de ferro fundido são indicados para instalações prediais de esgoto sanitário e águas pluviais. Apresentam alta resistência me- cânica e segurança contra incêndio. Os tubos podem ser revestidos internamente com epóxi bi- componente que permite a resistência à corrosão e a temperaturas elevadas, e externamente são revestidos de pintura anticorrosiva. A montagem é mecânica e dispensa a utilização de cola e lu- brificante. Epóxi: é uma resina plástica que endurece quando misturada com agente catalizador ou en- durecedor. As tubulações em aço galvanizado ge- ralmente são utilizadas para condução de gás e água de combate a incêndio, no abastecimento de hidrantes e sprinklers (sistema de “chuveiros” automáticos de combate a incêndio). O material possui boa resistência mecânica e à pressão, mas não deve ser utilizado embutido (interno) em alvenarias. Existem ainda os tubos hidráulicos flexíveis, em polietileno reticulado, conhecido como PEX. Os tubos PEX são utilizados para condução de água fria e quente, são mais práti- cos e utilizam menor número de conexões e emendas, entretanto, são mais caros do que os tubos de PVC. Polietileno: é uma resina termoplástica de- rivada do eteno que tem alta resistência ao impac- to, a agentes químicos e a altas temperaturas. 3.2 Louças e metais A linha hidrosanitária é muito ampla, en- globa desde as louças e metais para banheiro até os registros e válvulas de descarga. Temos no mercado uma linha completa de produtos hidro- sanitários, com diferentes cores e design. Os Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 10 fabricantes estão sempre investindo em tecnolo- gia e desenvolvendo produtos e dispositivos que atendam às necessidades do mercado. Atual- mente, uma grande parte dos lançamentos é de produtos economizadores de água, todos volta- dos especificamente para o uso racional. Nas residências, a questão da economia e desperdí- cio passa também pela qualidade do material, mas deve ser objeto de uma educação sistemáti- ca e constante. 3.2.1 Vaso sanitário O sistema de descarga é composto pela bacia sanitária (vaso sanitário) e pelo aparelho hidráulico de descarga, que é utilizado para libe- ração da água para a limpeza dos dejetos na bacia. Pode ser uma válvula de descarga, caixa acoplada ou caixa suspensa. 3.2.1.1 Válvula de descarga A bacia com válvula de descarga apresen- ta como principal característica a obtenção da vazão instantânea necessária para a limpeza da bacia sanitária, sendo que o tempo de uso é de- terminado pelo período que o usuário aciona a válvula. Além de sua instalação ocupar menos espaço interno, umavez que a bacia chega a ser de 10 a 15 cm menor do que uma bacia com cai- xa acoplada, ela é mais indicada para uso público devido a sua inviolabilidade e maior vida útil dos seus componentes. A figura a seguir mostra in- ternamente o sistema de funcionamento de uma válvula de descarga. 3.2.1.2 Caixa Acoplada A bacia com caixa acoplada apresenta como principal característica a simplicidade de instalação e a utilização de tubos de diâmetros menores, sendo que o tempo de uso é dado pelo preenchimento da caixa, dependendo diretamen- te da pressão de instalação, pois quanto menor a pressão, maior será o tempo de enchimento da caixa. Pode ser encontrada também a caixa aco- plada com dois tipos de acionamento: um para líquidos e outro, com maior volume de água, para sólidos. 3.2.1.3 Caixa Suspensa A bacia com caixa suspensa também apresenta como principal característica a simpli- cidade de instalação e a utilização de tubos de diâmetros menores. Esteticamente sua instalação Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 11 é um ponto negativo, sem contar que o tempo de preenchimento da caixa, dependendo diretamen- te da pressão de instalação, pois quanto menor a pressão, maior será o tempo de enchimento da caixa. A escolha entre os três sistemas depende da preferência do usuário, uma vez que os siste- mas se equivalem no que se refere a custo, con- forto, qualidade e consumo de água. As bacias sanitárias e as válvulas de des- carga são por excelência os focos de projetos de racionalização de consumo. O dispositivo de des- carga deve liberar a quantidade de água neces- sária para que a bacia sanitária faça o arraste dos dejetos pela tubulação. As bacias convencio- nais faziam o arraste com, no mínimo, 9 litros de água, podendo chegar a mais de 12 litros por descarga. Desde janeiro de 2003, um convênio fir- mado entre as empresas fabricantes do setor e o Programa Brasileiro de Qualidade e Produtivi- dade (PBQP) determinou que as bacias sanitá- rias nacionais devem ser projetadas para consu- mir no máximo 6 litros, independente do sistema de descarga adotado e que devem manter uma eficiente capacidade de sifonagem da peça. Exis- tem vasos sanitários que funcionam apenas com 3 litros de água. As válvulas acompanharam essa evolu- ção. Os modelos atuais apresentam ciclo fixo, isto é, despejam uma mesma quantidade de água por acionamento e já podem ser acionados por sensor fotoelétrico (acionam com a presença da pessoa). Juntas, a bacia de 6 litros e a válvula de ciclo fixo podem proporcionar uma redução de consumo de 50%. 3.2.2 Novas tendências para o uso racional de água A escassez de recursos naturais fervilha em todos os cantos e tem demandado, cada vez mais, pela procura de soluções que resultem em economia energética. O segmento hidráulico tem apresentado maior diversificação em termos de materiais e componentes para suprir a sofistica- ção dos sistemas. Muita novidade já esta dispo- nível no mercado. Conscientes de sua responsabilidade no desenvolvimento de sistemas hidráulicos que se refletem diretamente no consumo de água, as empresas fabricantes de louças e metais sanitá- rios vêm investindo em tecnologia e desenvol- vendo produtos e dispositivos que viabilizam a utilização racional da água. O setor que mais tem simbolizado esse processo é o de automação, praticamente inexistente até os anos 80. Temos no mercado nacional torneiras de fechamento automático (com funcionamento similar ao de uma válvula de descarga) que per- mitem uma redução de até 55% no consumo de água em relação às convencionais; torneiras eletrônicas de abertura e fechamento automático por sensor (que libera a água ao detectar a apro- ximação das mãos), que permitem uma redução no consumo de água de até 70% em relação à torneira convencional; termostatos (permite manter a temperatura da água constante, inde- pendentemente de alterações na vazão); e dis- positivos arejadores (limita a vazão de água) para torneiras. Há também as torneiras antivandalismo, que interrompem o jato de água em até 60 se- gundos após o acionamento, modelos com acio- namento por pedal e mictórios com sensores. O principal meio de atuação desses produtos eco- nomizadores de água presentes no mercado é contornar os hábitos antigos e errados do con- sumidor. Em geral, esses produtos obrigam o usuário a usar apenas a quantidade mínima de água. Assim, torneiras e descargas só despejam água enquanto precisar para exercer sua função. Em outros componentes, como chuveiros e ralos, a saída é controlar a vazão. Os chuveiros dos banheiros também podem ter a vazão contro- lada. Existem restritores de vazão específicos para duchas que reduzem o consumo de 20 a 25 litros por minuto para 14 litros por minuto e espa- lham mais o jato. Geralmente o retorno financeiro com a substituição de componentes das instala- ções hidráulicas prediais é rápido, e a tendência é que esses dispositivos se tornem cada vez mais acessíveis. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 12 3.3. Aquecedor de água (chuveiro) Podemos encontrar no mercado diversos tipos de aquecedores: os elétricos, a gás e os de energia solar. A opção pelo modelo mais apropri- ado depende de diversos fatores, a começar pela localização e o clima onde está inserida a edifica- ção. Em geral, em regiões onde a temperatura é mais alta o uso de aquecedores é um pouco me- nor. Os modelos elétricos são os mais popula- res e atingem grande parte das edificações no país. O chuveiro elétrico é eficiente e prático, sendo um dos eletrodomésticos com maior pre- sença na sociedade brasileira. Os aquecedores a gás podem ser de dois tipos: de passagem, onde a água é aquecida gradualmente à medida que passa por uma ser- pentina ao redor de uma câmara de combustão; ou de acumulação. O sistema de passagem não possui reservatório para a água quente, ela vai direto para o ponto de consumo, enquanto o de acumulação armazena a água aquecida em boi- lers (reservatórios) instalados no forro da edifica- ção. O aquecedor solar capta a radiação do sol durante o dia por meio de placas, aquece a água e a deixa retida em um reservatório (com isolação térmica) para o uso posterior. Para garantir o for- necimento de água quente quando se tem esse sistema é indicado o uso de algum outro método auxiliar como o aquecimento elétrico ou a gás, cuja função é complementar a temperatura ne- cessária nos dias em que a radiação solar seja insuficiente para um aquecimento pleno - o que ocorre, por exemplo, em dias muito chuvosos ou intensamente frios. 3.4 Reservatório de água A água da qual você se serve geralmente é acumulada em um reservatório, também deno- minado de caixa d’água. O reservatório é o reci- piente utilizado para o armazenamento de água, que desce, por gravidade, até os pontos de con- sumo (torneira, vaso sanitário, bebedouro, chu- veiro, etc.). O reservatório pode ser construído em torre elevada, apoiado na laje de cobertura da edificação ou ser enterrado. Ele é composto por boia com registro (torneira que controla a entrada de água), uma saída para limpeza e um ladrão ou extravasor (cano para saída de água em caso de não funcionamento da boia). Em algumas edifica- ções pode existir apenas um reservatório, e nos edifícios altos geralmente existem dois reservató- rios, um superior e outro inferior. O volume de água a ser armazenado re- quer um estudo da demanda (necessidade de consumo). O dimensionamento de uma caixa d’água deve garantir o fornecimento de água de forma contínua,em quantidade suficiente, com pressões e velocidades adequadas ao perfeito funcionamento das peças de utilização e do sis- tema de tubulações. Deve-se, também, preservar o conforto dos usuários. Os reservatórios são encontrados em di- versas formas e podem ser: de polietileno - um dos materiais mais empregados, com capacidade de armazenar de 310 a 6 mil litros de água; de fibra de vidro – que permite grandes reservató- rios, de 100 a 25 mil litros; de fibrocimento – tradicional nas caixas d’água brasileiras, fabrica- do com ou sem amianto (substituído pelo cimento reforçado com fio sintético, o CRFS), têm capaci- dade de 250 a 1 mil litros; de aço inox – com es- pessuras reduzidas das paredes, conseguem manter a água fria mesmo quando expostos dire- tamente ao calor, com capacidade de 300 a 2 mil litros; ou ainda, pré-fabricados ou moldados in loco (feitos no local), em alvenaria ou concreto, que devem ser impermeabilizados. Fibrocimento: é um material de construção composto por cimento e fibras de amianto crisóli- ta. O amianto, também conhecido como asbesto, é uma fibra mineral natural utilizada como matéria- prima na produção de peças de fibrocimento. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 13 O uso do amianto utilizado na fabricação das caixas d’água de fibrocimento foi banido em diversos países. A asbestose, doença causada pelo contato com o amianto, provoca o endureci- mento do tecido pulmonar e pode levar à morte. Existem dois tipos de amianto: o azul, que é anfi- bólio, que traz mais riscos ao ser humano e está proibido, inclusive no Brasil; o branco, que é a crisólita, menos tóxico e é permitido pelas leis brasileiras, com algumas ressalvas. Estas restri- ções são ligadas à extração e manuseio, já que o amianto provoca, principalmente, doenças ocu- pacionais em quem respira o pó mineral. Entida- des ecológicas e ligadas à segurança do trabalho querem que o amianto crisólita também seja ba- nido no Brasil. Para os consumidores, o risco de contaminação por amianto é menor, mesmo que pedaços do fibrocimento se desprendam da caixa d’água. Os fabricantes de caixas d’água com fi- brocimento já desenvolveram um composto sem amianto, o CRFS (cimento reforçado com fio sin- tético). UNIDADE 4 Projeto Hidrosanitário 4.1 Objetivo Um sistema público de abastecimento de água visa – e quando é bem projetado, consegue ou chega muito perto de conseguir – vários bene- fícios, tanto sanitários, sociais e porque não econômicos, podemos citar: Melhoria da saúde e das condições de vida de uma comunidade; Diminuição da mortalidade em geral, princi- palmente da infantil; Aumento da esperança de vida da popula- ção; Diminuição da incidência de doenças relaci- onadas a água; Implantação de hábitos de higiene na popu- lação; Facilidade na implantação e melhoria da lim- peza pública; Facilidade na implantação e melhoria dos sistemas de esgotos sanitários; Possibilidade de proporcionar conforto e bem-estar; Melhoria das condições de segurança; Aumento da vida produtiva dos indivíduos economicamente ativos; Diminuição dos gastos particulares e públi- cos com consultas e internações hospitala- res; Facilidade para instalações de indústrias, onde a água é utilizada como matéria-prima ou meio e operação; Incentivo à indústria turística em localidades com potencialidades para seu desenvolvi- mento. 4.2. Sistema Público de Abastecimento de Água Sistema de abastecimento de água é o con- junto de obras, equipamentos e serviços destina- dos ao abastecimento de água potável a uma comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial, consumo comercial e outros usos. Essa água fornecida pelo sistema deverá ser em quantidade suficiente e da melhor qualidade, do ponto de vista físico, químico e bacteriológico. 4.3 Unidades do sistema Um sistema de abastecimento público de água compreende diversas unidades, tais como: Manancial (captação); Tratamento; Reservatórios; Rede de distribuição; Estações Elevatórias e/ ou de recalque. 4.4 Elementos básicos para elaboração de projeto Para a implantação de um sistema de abastecimento de água, faz-se necessária a ela- boração de estudos e projetos com vistas à defi- nição das obras a serem empreendidas. Essas obras deverão ter a sua capacidade determinada não somente para as necessidades atuais, mas também para o atendimento da comunidade, pre- vendo-se a construção por etapas. O período das obras projetadas, também chamado de alcance do plano, varia geralmente de 10 a 30 anos. 4.5 Concepção de sistemas públicos de abastecimento de água 4.5.1 Elementos necessários Definição do objetivo; Definição do grau de detalhamento e de pre- cisão geral das partes do sistema; Aspectos e condições econômicas e financei- ras condicionantes; Definição de condições e parâmetros locais. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 14 4.5.2 Atividades necessárias Configuração topográfica e características geológicas da região; Consumidores a serem atendidos e sua dis- tribuição na área a abastecer; Quantidade de água exigida e vazões de dimensionamento; Integração com eventual sistema já existen- te; Pesquisa e definição dos mananciais; Total compatibilidade entre as partes do sis- tema proposto; Método de operação do sistema; Etapas de implantação; Comparação técnica e econômica entre as opções de concepção; Viabilidade econômica e financeira da con- cepção básica. 4.6 Consumo O consumo de água é função de uma sé- rie de fatores inerentes à própria localidade a ser abastecida e varia de cidade para cidade, assim como pode variar de um setor para outro, na mesma cidade. 4.6.1 Principais fatores que influenciam no consumo numa dada localidade Clima; Padrão de vida da população; Sistema de fornecimento e cobrança (serviço medido ou não); Qualidade da água fornecida; Custo da água (tarifa); Pressão na rede distribuidora; Consumo comercial, industrial e público; Existência de rede de esgotos; Perdas no sistema. Vale ressaltar que a forma de fornecimen- to de água exerce notável influencia no consumo total de uma cidade, pois, nas localidades onde o consumo predial é medido através de hidrôme- tros, verifica-se que este é sensivelmente menor em relação àquelas cidades onde tal medição não é efetuada. 4.6.2 Tipos de Consumo No abastecimento de uma cidade, devem ser consideradas várias formas de consumo de água, que podem ser discriminadas da seguinte forma: 4.6.2.1. Uso doméstico Descargas de bacias sanitárias; Asseio corporal; Cozinha; Bebida; Lavagem de roupas; Rega de jardins e quintais; Limpeza geral; Lavagem de automóveis. 4.6.2.2 Uso comercial Lojas (sanitários e ar condicionado); Bares e restaurantes (matéria prima, sanitá- rios e limpeza); Postos de combustível (processos, veículos, sanitários e limpeza). 4.6.2.3 Uso industrial Água como matéria prima; Água consumida em processo industrial; Água utilizada para resfriamento; Água necessária para as instalações sanitá- rias, refeitórios e afins. 4.6.2.4 Uso público Limpeza de logradouros; Irrigação de jardins; Fontes e bebedouros; Limpeza de redes de esgotamento sanitário e de galerias de águas pluviais; Edifícios públicos, escolas e hospitais; Piscinas públicas e recreação. 4.6.2.5 Usos especiais Combate a incêndios; Instalações desportivas; Ferrovias e metrôs; Portos e aeroportos; Estações rodoviárias. 4.6.2.6. Perdas Na adução; No tratamento; Na rede distribuidora; Desperdícios. Excluindo-se as perdas, cada setor con- some a seguinte porcentagem do abastecimento da rede: Consumo industrial 52% 0,52 Consumo doméstico 39% 0,39 Consumo comercial 6% 0,06 Consumo público 3% 0,03 Essa relação de consumos é a que será utilizada nos cálculos das vazões necessárias do projeto. 4.7 Consumo per capita Em geral, em nível de projeto, é utilizado o valor de 200 litros por habitante dia. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 15 4.7 Controle de perdas Para orientação do combate às perdas de água, principalmente na rede de distribuição, é necessário defini-las. Perda é a diferença entre o volume de água produzida nas estações de tratamento de água (ETA) e o total de volumes medidos nos hidrômetros, ou seja, índice de perdas é a por- centagem do volume produzido que não é fatura- da pela concessionária dos serviços. As perdas de água podem ser perdas físi- cas ou administrativas. 4.7.1 Perdas físicas Representam a água que efetivamente não chega ao consumo, devido aos vazamentos no sistema, ou à utilização na operação do siste- ma (lavagem de filtros e reservatórios ou manu- tenção e reparos de tubulações). Para evitarmos tais perdas, podemos efetuar uma setorização da rede, fazer pesquisas de vazamentos não visíveis (principalmente nos ramais prediais), melhorar- mos a qualidade dos materiais e mão de obra de execução dos ramais prediais e introduzir válvu- las de redução de pressão (VRP) em pontos com pressões elevadas. 4.7.2 Perdas administrativas (não físicas) Representam a água consumida que não é medida e, portanto, não faturada. Para evitar- mos tais perdas, podemos melhorar a gestão comercial, verificar ligações inativas, efetuar tro- cas de hidrômetros ou melhoria em suas leituras e detectar e combater possíveis fraudes (o frau- dador deverá ser denunciado). 4.7.3 Variações de consumo Num sistema público de abastecimento de água, a quantidade de água consumida varia continuamente em função do tempo, das condi- ções climáticas, dos hábitos da população, entre outros fatores. Assim sendo, verifica-se a neces- sidade de se estabelecerem coeficientes que traduzam essas variações de consumo para o dimensionamento das diversas unidades de um sistema público de abastecimento de água. 4.7.3.1 Coeficiente do dia de maior consumo (k1) É a relação entre o valor do consumo má- ximo diário ocorrido em um ano e o consumo médio diário relativo ao mesmo ano. Costuma-se adotar o K1 como sendo igual a 1,25. 4.7.3.2 Coeficiente da hora de maior consumo (K2) É a relação entre a maior vazão horária e a vazão média do dia de maior consumo. Costu- ma-se adotar o K2 como sendo igual a 1,50. 4.7.3.3 Coeficiente de reforço e coeficiente de variação instantânea (K) Os coeficientes anteriormente estabeleci- dos, multiplicados, constituem o coeficiente de reforço (K). Assim: K = K1 x K2 = 1,25 x 1,5 = 1,875 4.8 Critérios para projetos das diversas unidades do sistema Sempre que forem previstos reservatórios de distribuição com capacidade adequada, esses reservatórios serão capazes de suprir os volumes excedentes nas horas de grande consumo, de modo que as instalações situadas a montante não precisam ser dimensionadas com o coefici- ente k2. Assim as obras de: tomada de água, recalque de água bruta, adução, tratamento e estocagem de água devem ser projetadas levan- do-se em conta o coeficiente k1, relativo ao dia de maior consumo. Assim, apenas a rede distri- buidora será calculada com a utilização do coefi- ciente k2 (além do coeficiente k1). 4.8.1 Vazões necessárias Diante dos conceitos explanados acima, verifica-se que, para o dimensionamento das di- versas unidades de um sistema público de abas- tecimento de água, há necessidade de se definir as vazões apresentadas a seguir. 4.8.1.1 Vazão média (Q) 86400 .qP Q sendo: Q = vazão média anual, litros/s; P = população abastecível a ser considerada no projeto (habitantes); q = taxa de consumo per capita em l/hab x dia. 4.8.1.2 Vazão nos dias de maior consumo (Q1) 11 .KQQ sendo: K1 = coeficiente do dia de maior consumo. 4.8.1.3 Vazão dos dias de maior consumo e na hora de maior demanda (Q2) KQKQQ .. 212 sendo: K2 = coeficiente da hora de maior consumo; K = coeficiente de reforço. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 16 4.8.1.4 Vazão específica (Qesp) É a soma dos consumos das indústrias, comércios e do consumo público, sendo que esta vazão deverá ser somada as vazões calculadas anteriormente. Temos: pubcomindesp QQQQ Sendo: Qind = consumo das indústrias; Qcom = consumo dos comércios; Qpub = consumo público. 4.9 Mananciais Podem ser divididos em mananciais sub- terrâneos e superficiais. As águas desses ma- nanciais deverão preencher requisitos mínimos no que tange à qualidade das mesmas no ponto de vista físico, químico, biológico e bacteriológico, assim como no que diz respeito aos aspectos quantitativos, como, por exemplo, se o manancial é capaz de suprir a comunidade por um período considerável do ponto de vista técnico e econô- mico. 4.9.1 Manancial subterrâneo Entende-se por manancial subterrâneo to- do aquele cuja provenha dos interstícios do sub- solo, podendo aflorar à superfície (fontes, bicas d’água, etc.) ou ser elevada artificialmente atra- vés de conjuntos motor-bomba (poços rasos, poços profundos, galerias de infiltração). 4.9.2 Manancial superficial É constituído pelos córregos, rios, lagos, represas, etc. que, como o próprio nome indica, tem o espelho de água na superfície terrestre. 4.10 Captação de água Na análise das obras de captação de água deverá ser levado em consideração o ma- nancial a ser aproveitado na implantação do sis- tema de abastecimento de água. 4.10.1 Captação de águas superficiais Os mananciais superficiais são constituí- dos pelos córregos, rios, lagos e reservatórios artificialmente criados, sendo que esses últimos, quando construídos com o objetivo de garantir um determinado volume de água para fins de abastecimento público, passam a fazer parte da captação do sistema. Para o projeto de captação de mananciais superficiais, devem ser examinados cuidadosa- mente todos os dados e elementos que digam respeito às características quantitativas e qualita- tivas dos mesmos, tais como: Dados hidrológicos da bacia em estudo e, na falta destes, dados referentes a bacias pró- ximas e/ ou semelhantes para estudos de correlação entre elas, notadamente no que tange á vazão específica da bacia; Dados fluviométricos do curso d’água a ser aproveitado e, na sua falta, elementos que digam respeito às oscilações do nível de água nos períodos de estiagem e de enchen- tes, assim como por ocasião de chuvas tor- renciais. Tais informações poderão ser cole- tadas junto a pessoas conhecedoras da regi- ão ou moradores das imediações; Elementos referentes às características físi- cas, químicas e bacteriológicas da água a ser aproveitada, dando especial ênfase á de- terminação dos eventuais focos poluidores e/ ou contaminantes existentes a montante do localde captação escolhido, deverá ser pro- cedida a coleta de amostras d’água a ser captada para exames de laboratório. A elaboração do projeto de captação em mananciais superficiais deverá ser precedida de uma minuciosa análise das condições locais da área de implantação das obras a serem projeta- das, e somente após o balanço de todos os as- pectos referentes ao local de implantação é que poderá ser feita a escolha desse local, levando- se ainda em conta os eventuais custos de desa- propriação e, quando necessário, o recalque das águas mediante a construção de estações eleva- tórias, a disponibilidade de energia elétrica para alimentação dos motores, etc. De um modo geral, os elementos compo- nentes de uma captação e de tomada de água em mananciais superficiais são: Barragens de acumulação ou de manutenção de nível (quando necessárias) a fim de com- plementar a vazão na época das estiagens ou facilitar a retirada da água; Dispositivo de tomada de água devidamente protegido, a fim de impedir a entrada de ma- teriais em suspensão na água (grades, cai- xas desarenadoras, etc.); Mecanismos de controle de entrada de água; Tubulações e órgãos acessórios; Poço de sucção de bombas; Casa de bombas, para alojamento dos con- juntos elevatórios (quando necessários). 4.11 Sistema elevatório Um sistema elevatório é composto por: sucção, recalque e bomba. 4.11 Sucção Compõe a sucção o conjunto de condutos e conexões que conduzem o fluido até a bomba, seus elementos principais são: Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 17 Poço de sucção: sua função e criar uma área preferencial para captação de fluido com bai- xa aceleração; Crivo: peça especial na extremidade da cap- tação, ficando submersa no poço, para im- pedir o acesso de material sólido evitando danos; Válvula de pé: uma válvula instalada na ex- tremidade da captação de uma bomba aspi- rada, com a função de impedir o retorno do fluido mantendo o conduto de sucção cheio, ou seja, escorvado; Sistema auxiliar de Escorvamento: destina- se a encher o conduto de sucção para iniciar a operação da bomba; Condutos de sucção: interligam a captação com a bomba devendo ser com menor com- primento possível para gastar pouca energia. Geralmente o diâmetro do conduto de suc- ção é maior do que o de recalque. A sucção trabalha em escoamento per- manente uniforme, isto é, com vazão e velocida- de média constante, por isso os problemas são resolvidos através das equações de Bernoulli e da Continuidade. 4.11.1. Fenômenos especiais na sucção Vórtice: ocorrem devido a pouca submergên- cia que pode facilitar a entrada de ar, alte- rando e prejudicando o rendimento do siste- ma; Cavitação: caso a pressão do fluido atinja um valor menor do que a de vapor, surgirão bo- lhas que explodirão com alto potencial de danificação. A cavitação ocorre em locais de pressão muito baixa ou velocidade excessi- va. A cavitação contínua causa desagrega- ção da partícula do metal (“pitting”); 4.12 Bombas ou máquinas de fluxo: Bombas são equipamentos, basicamente rotor e motor, que transferem energia para o des- locamento do fluido. Entre os tipos de bombas dar-se-á aten- ção especial às “centrífugas”, podendo-as classi- ficar em: Movimento do fluido: sucção simples (1 rotor) ou dupla (2 rotores); Posição do eixo: vertical, inclinado e horizon- tal; Pressão: baixa (hman < 15 m), média (15 m < hman < 50 m) e alta (hman > 50 m) Instalação: afogada ou aspirada (não afoga- da). 4.13 Potência A potência, Pot, que corresponde ao tra- balho realizado para elevar o fluido com a altura manométrica, hman, é: .75 ...896,0 man ot hQ P Em HP (Horse Power), sendo que 1 HP = 746 W. O rendimento aumenta com o tamanho da bomba (grandes vazões) e com a pressão. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 18 Na prática admite-se certa folga para os motores elétricos resultando nos acréscimos: 4.14 Velocidade Específica (Ns) A velocidade específica é definida como a rotação (RPM) de uma bomba ideal para trans- portar 1m³/s à altura de 1m: 4/3 ..65,3 manh QN Ns Os tipos de bombas: radial, axial, semi- axial e mista, distinguem-se pela velocidade es- pecífica. 4.15 Associação de bombas Várias são as razões que levam à neces- sidade de associar bombas, citamos: Quando a vazão é grande e não há no merca- do comercial, bombas capazes de atender a demanda pretendida; Ampliações; Inexistência de bombas comerciais para gran- des alturas manométricas. Basicamente quando as vazões são amplas utilizam-se bombas em paralelo e para gran- des alturas manométricas, utiliza-se em série. 4.15.1 Bombas em paralelo As bombas em paralelo trabalham sob a mesma altura manométrica, mas com vazões somadas. 4.15.2 Bombas em série Quando duas bombas operam em série a vazão é a mesma, mas as alturas manométricas somam-se. 4.15.3 Bombas “Booster” Booster é uma bomba para aumentar a pressão no fluido. 4.16 Seleção das bombas Para escolha de uma bomba deve-se co- nhecer a vazão e altura manométrica e, consul- tando o gráfico de seleção de cada fabricante onde se encontram as bombas de uma série com mesmo tipo, escolhe-se, preliminarmente, a bom- ba. Gráficos de pré-seleção para bombas de 3500 RPM e 1750 RPM: Escolhida a bomba no gráfico de sele- ções, procura-se no catálogo as respectivas cur- vas características que fornecem: diâmetro do rotor, rendimento, potência, rendimento e outros dados úteis que podem ser comparados com os valores calculados esperados para verificação da eficiência do sistema elevatório. Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 19 4.17 Curvas características A maioria dos problemas com os sistemas elevatórios podem ser resolvidos com o auxílio das curvas características. As curvas característi- cas são a representação gráfica, ou em forma de tabela, das funções que relacionam os parâme- tros envolvidos no funcionamento do sistema. As curvas características são obtidas ex- perimentalmente, isto é, fornecida pelo fabricante da bomba, num banco de ensaio, onde se me- dem: Hman (m), Q (m3/s), T (N.m), w (rad/s), PotHid= g*Q*Hman, Potmec= T*w, mec hid Pot Pot Os catálogos dos fabricantes de bombas possuem gráficos com uma família de curvas com: Hman versus Q; h versus Q, Pot versus Q. 4.17.1 Ponto de Funcionamento O ponto de funcionamento representa fisi- camente, para um sistema projetado, com geo- metria, materiais, equipamentos conhecidos, a vazão correspondente recalcada pelo conjunto moto-bomba. Seu cálculo depende do conheci- mento da influência hidráulica dos componentes do sistema de forma a equacionar as perdas de energia e quantificá-las para cada vazão. A curva resultante da consideração de to- das as perdas de energia é denominada curva característica da instalação, geralmente apresen- tando a perda de energia em função da vazão. Essa curva é lançada no gráfico da altura total altura manométrica em função da vazão; o ponto de cruzamento dessas duas curvas é o ponto de funcionamento da instalação. 4.18 Adutoras e Subadutoras Às canalizações principais destinadas a conduzir água entre as unidades de um sistema público de abastecimento que antecedem a rede de distribuição dá-seo nome de adutoras. Elas interligam a captação e tomada de água à esta- ção de tratamento de água, e esta aos reservató- rios de um mesmo sistema. No caso de existirem derivações de uma adutora destinadas a conduzir água até outros pontos do sistema, constituindo canalizações secundárias, as mesmas receberão a denomina- ção de subadutoras. Também são denominadas subadutoras as canalizações que conduzem água de um reservatório de distribuição para ou- tro. As adutoras e subadutoras são unidades principais de um sistema público de abastecimen- to de água, devendo-se tomar cuidados especiais na elaboração do projeto respectivo e quando da implantação das obras. Recomenda-se uma crite- Sistemas Hidráulicos e Sanitários – Professor Flávio Galeazzi – Curso de Engenharia Ambiental – UNISEP 20 riosa análise de seu traçado em planta e perfil, a fim de verificar a correta colocação de órgãos acessórios (válvulas de parada, válvulas de des- carga e ventosas), assim como ancoragens nos pontos onde ocorrem esforços que possam cau- sar o deslocamento das peças (curvas, por exemplo). Em função da natureza da água conduzi- da, as adutoras e subadutoras podem ser deno- minadas: De água bruta; De água tratada. Já levando em consideração a energia uti- lizada para a movimentação da água, as adutoras e subadutoras podem ser: Por gravidade (conduto livre ou forçado); Por recalque; Mistas (combinação das duas anteriores). 4.19 Tratamento Um sistema público de abastecimento de água deverá fornecer à comunidade água potá- vel, isto é, água de boa qualidade para a alimen- tação humana e outros usos, dos pontos de vista físico, químico, biológico e bacteriológico. Para tal e em função das características qualitativas da água fornecida pelos mananciais, procede-se ao tratamento da água em instalações denominadas estações de tratamentos. A análise química e os exames fisco e bacteriológico da água dos ma- nanciais abastecedores, feitos com frequência, determinarão a necessidade ou não de submeter essa água a processos corretivos, a fim de garan- tir a boa qualidade e a segurança higiênica. O tratamento de água deverá ser efetuado quando for comprovada a sua necessidade e a purificação for indispensável, compreendendo os processos imprescindíveis à obtenção da quali- dade necessária para abastecimento público. É importante salientar que a necessidade do tratamento e os processos exigidos deverão ser determinados em função dos padrões de po- tabilidade internacionalmente aceitos para água de abastecimento público, e com base em inspe- ções sanitárias e resultados representativos de exames e análises cobrindo um período razoável de tempo. Caso contrário, o projetista poderá ser levado a cometer erros grosseiros, pois as carac- terísticas qualitativas e quantitativas das águas dos mananciais variam sensivelmente no decor- rer do ano, notadamente as águas provenientes de mananciais superficiais. O tratamento da água é feito para atender várias finalidades, tais como: Finalidades higiênicas: remoção de bactérias, eliminação ou redução de substâncias tóxicas ou nocivas; redução do excesso de impurezas; redução de teores elevados de compostos or- gânicos, algas, protozoários e outros micror- ganismos; Finalidades estéticas: correção da cor, turbi- dez, odor e sabor; Finalidades econômicas: redução da corrosivi- dade, dureza, cor, turbidez, ferro, manganês, odor e sabor. 4.20 Sistema de Distribuição O sistema de distribuição é composto por dois conjuntos de unidades: Reservatórios e Re- des de Distribuição. 4.20.1 Reservatórios Os reservatórios de distribuição permitem armazenar a água para atender às seguintes fina- lidades: Atender às variações de consumo; Atender às demandas de emergência; Manter pressão mínima ou constante na rede. 4.20.1.1 Relação de Fruhling: Os reservatórios de distribuição devem ter capacidade suficiente para armazenar o terço do consumo diário correspondente aos setores por ele abastecidos. O reservatório pode ser posicionado de forma a suprir as horas de maior consumo e ain- da contribuir para diminuir os custos com a rede de distribuição. Os reservatórios permitem a con- tinuidade do abastecimento quando é necessário interrompê-lo para manutenção em unidades co- mo captação, adução e estações de tratamento de água. Podem também ser dimensionados para permitir o combate a incêndios, em situações especiais, em locais onde o patrimônio e segu- rança da população estejam ameaçados.
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