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06/10/2014 1 Prof. Pedro Heller Disciplina: Saneamento � Não há solução única . � várias possibilidades e diferentes variantes de concepção e projeto. � O planejamento envolve múltiplas decisões. � Prática da “boa engenharia” (aspectos positivos e negativos). � Qual é a melhor solução? A mais econômica, segura, moderna? � A mais apropriada à realidade social que deve ser implantada. Concepção de instalações para o abastecimento de água 06/10/2014 2 1. Manancial: fonte de água, início do abastecimento. 2. Captação: extração da água do manancial. • Características físicas dos cursos d'água e margens • Variações vazões 3. Adução: transporte da água. 4. Estações Elevatórias: vencer desníveis geométricos. 5. Tratamento: atender à Portaria de Qualidade da Água. 6. Redes: tubulações, conexões e peças acessórias. 7. Reservatórios: compensação entre vazão de produção e variações na vazão de consumo.. Partes constituintes de um sistema de abastecimento de água Reservatório de água de lavagem de filtros EE Mistura rápida Floculadores Galeria de comando de filtros C lo ro Para distribuição Filtros Reservatório de água tratada R1 Decantadores R2 C al p ar a co rr eç ão d e p H f in al cal coagulante ETA convencional Esquema geral Casa de Química Fonte: adaptado de Orsini (1996) 4 06/10/2014 3 � NBR 1.038/1986 - Verificação de estanqueidade no assentamento de adutoras e redes de água. � NBR 12.211/1989 - Estudos de concepção de sistemas públicos de abastecimento de água � NBR 12.212/1990 - Projeto de poço para captação de água subterrânea. � NBR 12.213/1990 - Projeto de captação de água de superfície para abastecimento público. � NBR 12.214/1990 - Projeto de sistema de bombeamento de água para abastecimento público. � NBR 12.215/1991 - Projeto de adutora de água para abastecimento público. � NBR 12.216/1989 - Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público. � NBR 12.217/1994 - Projeto de reservatório de distribuição de água para abastecimento público. � NBR 12.218/1994 - Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público. � Portaria MS nº 518/2004, referente à qualidade da água para consumo humano. 5 Normas relativas aos Sistemas de Abastecimento de Água Rio Área de recarga para aquífero livre Área de recarga para aquífero confinado • subterrâneo freático ou não- confinado (Pressão = P atm); •-subterrâneo confinado ( P> P atm); •-superficial sem acumulação; •-superficial com acumulação; •água de chuva. Tipos de mananciais Fonte: Migliorini, 2007 06/10/2014 4 Ciclo Hidrológico Evaporação Escoamento superficial Escoamento subterrâneo Precipitação Infiltração Transpiração Distribuição da água no planeta Atmosfera 0,001% Água Superficial 0,020% Água Subterrânea 4,390% Gelos e Glaciares 1,650% Oceanos 93,940% Fonte: Human Development Report 2006 4,41% O destino da água doce usada pela humanidade* Doméstico 8% Indústria 22% Agricultura 70% *Uso consuntivo 06/10/2014 5 Escassez na abundância: um paradoxo. A demanda metropolitana brasileira em meados do Século XX: aspectos demográficos, políticos e econômicos orientaram a construção de grandes sistemas de abastecimento de água. Captação de água da Represa Billings. Estação de Tratamento de Água Guaraú 33 m3/s abastece m mais de 9 milhões de habitantes. Fotos: Odair Farias / Sabesp Distribuição da água Tipos de manancial Seleção Aspectos gerais Concepção Quantidade Qualidade Exemplo Situação atual 06/10/2014 6 Seleção do manancial - estudos a realizar (escritório + campo) � Aproveitamento do sistema existente: estudo de mananciais, captações e do cadastro das redes. � Consulta à comunidade, envolvimento e participação: a solução deve refletir os anseios da população e sua realidade local (recursos humanos). � Previsão das tendências futuras de ocupação no município e na área de entorno do manancial. � Estudo de caracterização demográfica e socioeconômica nos níveis local e regional. � Alcance de projeto. � Verificação de possibilidade de economia em adutoras. � Fornecimento e previsão de gastos com energia elétrica. Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais: 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto 06/10/2014 7 Porte da Localidade População (hab) Consumo per capita (L/hab.dia) Vazão de produção (L/s) Diâmetro (mm)3 2.000 100 4,171 75 20.000 200 55,462 250 200.000 250 694,442 1.000 •Projeto e execução complexos de adutoras de grandes diâmetros •Pequenos localidades – possibilidade do emprego de mananciais subterrâneos • Pequenas populações: – mananciais subterrâneos: desinfecção simples. Fonte: Heller e Pádua (2007) adaptado de DIS – SSA (1980) Poço Reservatório elevado Tubulação do sistema de distribuição cloração 06/10/2014 8 Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais: 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto • Grandes populações: – mais de um manancial: compatibilizar diferentes aduções com diferentes vazões; – implantação de barragem de acumulação: impactos ambientais e deterioração da qualidade da água bruta; – mananciais com qualidade da água comprometida, exigindo cuidados especiais no tratamento; – aduções com comprimentos e desníveis geométricos elevados: projetos mais complexos. 06/10/2014 9 Densidade demográfica •Solução individual ou coletiva? •Provida de rede ou não? •Comunidades rurais, indígenas de assentamentos rurais. Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto 06/10/2014 10 Seleção do manancial � No abastecimento de água não há solução única. � Qual solução é a mais apropriada à realidade social? � Qual é a mais econômica? � Qual a mais segura? � Qual a mais moderna? � Grande importância no estudo de concepção das unidades do sistema de abastecimento de água. � Estudo detalhado de alternativas: � Aspectos economico-financeiros, técnicos, sanitários e ambientais. Distribuição da água Tipos de manancial Seleção Aspectos gerais Concepção Quantidade Qualidade Exemplo Situação atual � Consulta à localidade local – usos e novos mananciais; � Inspeções de campo – uso da água subterrânea, diagnóstico visual águas superficiais (bacias entorno); � Estudos hidrogeológicos – potencial de exploração � Estudos hidrológicos- vazões e necessidades de barragens � Análises físico-químicas e microbiológicas dos mananciais candidatos. QUANTIDADE E QUALIDADE Seleção do manancial - estudos a realizar (escritório + campo) 06/10/2014 11 Exemplo: Captação superficial Captação com barragem de acumulação Captação em bateriade poços profundos Avaliação comparativa entre alternativas de mananciais ETA completa ETA simplificada Desinfecção ∆H = 80 m ∆H = 30 m ∆H = 120 m L= 4 kmL= 8 kmL= 20 km Fonte: Heller e Pádua, 2007 Bateria de poços profundos Fator de comparação Alternativa A Manancial de superfície sem acumulação Alternativa B Manancial de superfície com acumulação Alternativa C Manancial subterrâneo Custo de implantação da tomada d´água Número de equipamentos eletromecânicos (manutenção) Custo de aquisição de bombas Consumo de energia elétrica Custo de implantação da adutora Custo de implantação do tratamento Consumo de produtos químicos no tratamento Nota: (*) mais vantajosa; (**) intermediária; (***) menos vantajosa. * *** ** * * *** ** * *** ** * *** *** ** * *** ** * *** ** * 06/10/2014 12 Fator de comparação Alternativa A Manancial de superfície sem acumulação Alternativa B Manancial de superfície com acumulação Alternativa C Manancial subterrâneo Geração de resíduos no tratamento, podendo gerar impactos ambientais Riscos potenciais à saúde, devido a presença de microrganismos Riscos potenciais à saúde, devido a presença de substâncias químicas Riscos potenciais à saúde, devido a presença de algas tóxicas Impactos ambientais da exploração dos recursos hídricos Notas: (*) mais vantajosa; (**) intermediária; (***) menos vantajosa. 1 por lançamento de efluentes industriais ou agrotóxicos, por exemplo 2 por ressuspensão no reservatório, quando ocorre inversão térmica 3 desde que não existam na estrutura geológica do subsolo 4 assumindo que existam conflitos de uso 5 assumindo inexistência de conflito de uso *** ** * *** ** * ***1 ** 2 * 3 * *** * **4 *** * 5 Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto 06/10/2014 13 Características Topográficas � Características da adutora � Necessidade de Estações Elevatórias e correspondente consumo de energia � Geometria da rede – diferentes alternativas de traçado Alternativas de zoneamento na distribuição condicionadas pela topografia 06/10/2014 14 Características Topográficas � Alternativa A – com duas zonas de pressão, três reservatórios e uma E.E. com vazão equivalente ao consumo máximo de toda a área; � Alternativa B – com três zonas de pressão, dois reservatórios, uma válvula redutora de pressão e uma EE com pequena vazão. Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto 06/10/2014 15 Características geológicas e geotécnicas � Condições dos subsolos sobre o qual tubulações e estruturas (captações, ETAs, EE, reservatórios) serão assentadas – fundações e respectivos custos � Pode influenciar no local de instalação das unidades Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto 06/10/2014 16 Instalações existentes � Avaliação cuidadosa – aproveitamento do máximo de unidades � Cadastro de suas características físicas e de seu estado de conservação � Motivos de não utilização: � Captação, EE, AAB – deficiência de quantidade ou comprometimento de qualidade � Adutoras e redes – diâmetro muito inferiores aos necessários, � ETA – unidades incompatíveis com a qualidade da água � Reservatórios – localizados em cotas inadequadas � EE – mal posicionadas � Estruturas em péssimo estado de conservação � Tubulações em péssimo estado, com corrosão ou incrustações. Energia Elétrica � Item fundamental na escolha das alternativas � Ausência de energia elétrica – comunidades mais distantes e de menor porte – alternativas energéticas (radiação solar) � Despesas com energia custo bastante elevado , sendo a maior parcela das despesas operacionais. � Ex: Velhas (63% do custo total de produção) 06/10/2014 17 Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto Recursos Humanos � Problemas de carência em regiões ou demanda por atividades de capacitação e/ou de supervisão � Premissa de uma quantidade mínima de pessoal com um determinado nível de qualificação. � IMPORTANTE QUESITO. 06/10/2014 18 Elementos condicionantes na concepção de instalações para o abastecimento de água 1 - Porte da localidade 2 - Densidade demográfica 3 - Definição de Mananciais 4 - Características topográficas 5 - Características geológicas e geotécnicas 6 - Instalações existentes 7 - Recursos humanos 8 - Condições econômico-financeiras 9 - Alcance do projeto Condições econômico-financeiras � “custos do sistema devem ser compatíveis com capacidade de pagamento dos usuários”, somados aos custos operacionais, totalizados ao longo de um determinado alcance de projeto” � Lógica leva a serviços de qualidade diferente, sem ética! � Além dos estudos econômico-financeiros: � Despesas de implantação � Despesas de exploração (energia elétrica, produtos químicos e pessoal. 06/10/2014 19 Condições econômico-financeiras 06/10/2014 20 06/10/2014 21 06/10/2014 22 Diferenças � ETA junto à cidade: � Redução de despesas com transporte de funcionários e produtos químicos; � Economia implnatação via de acesso � Maior visibildiade para a população � Perdas na adução de água bruta e não tratada � ETA junto à captação: � Maior facilidade de operação – juntas (redução mão de obra) � Redução dos custos de adução (parcela utilizada na ETA não precisa ser transportada) � Redução de gastos com o esgotmaento da ETA – próximo ao corpo receptor � Terreno para implantação da ETA � Menor risco à população quanto a vazamentos de produtos químicos 06/10/2014 23
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