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DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 01 1.1 Enunciado Para o atendimento de um setor urbano está sendo projetado um sistema de abastecimento de água que contém 01 captação de água superficial, 01 sistema elevatório, 01 estação de tratamento de água, 01 reservatório e 01 rede de distribuição de água, cuja representação esquemática está apresentada na Figura 01 a seguir: Figura 01: Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água A população a ser atendida em 2035 é de 41.000 habitantes e o consumo per capita efetivo de água previsto é na ordem de 225 l/hab.dia. Os valores adotados para os coeficientes de variação são K1 = 1,2 e K2 = 1,5, e para as perdas de água na rede de distribuição e na ETA foram considerados valores na ordem de I = 35,0 % e Ieta = 8,0 %, respectivamente. Para este cenário atender as seguintes questões: a) estimar as vazões de projeto do sistema para 2035; b) avaliar se a vazão de outorga de 300 l/s atende a vazão prevista para a demanda; c) considerar a parametrização da Tabela 02 e admitir que o tempo de banho de 12 minutos possa ser reduzido para 08 minutos, ação de conservação esta a partir da sensibilização do usuário. Assim, calcular qual o incremento de população que poderia ser atendido em relação àquela de 41000 habitantes prevista para 2035. Observar que o banho utiliza um chuveiro elétrico de 0,10 l/s DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 d) considerar a parametrização da Tabela 02 e admitir que a água cinza gerada no banho, após tratamento adequado, será utilizada na descarga da bacia sanitária. Assim, calcular qual o incremento de população que poderia ser atendido em relação àquela de 41000 habitantes prevista para 2035. e) admitir um conjunto de intervenções de uso racional da água na rede de distribuição com o objetivo de reduzir o respectivo índice de perda I de 35,0 para 25,0 % e estimar qual o incremento de população que poderia ser atendido em relação àquela de 41000 habitantes prevista para 2035. 1.2 Resolução a) As vazões estimadas estão apresentadas na Tabela 01 a seguir: Tabela 01: Resultados Variável Equação Estimativa Consumo per capita total (L/hab.dia) )I1( q q et 346,15 Vazão média diária do ano (L/s) Q1 = P . qt / 86400 164,26 Vazão entre o reservatório e rede (L/s) Q2 = K1 . K2 . Q / 86400 295,67 Vazão entre a ETA e o reservatório (L/s) Q1 = K1. Q / 86400 197,11 Vazão de captação (L/s) )1( 1 '1 Ieta Q Q 214,25 b) Conforme a Tabela de Resultados a vazão de captação Q1’ é de 214,25 L/s, logo inferior a 300 L/s. c) A Tabela 2 apresenta a seguinte parametrização, conforme segue: Tabela 2: Parametrização do consumo (qe = 225 l/hab.dia) Aparelho Sanitário % Consumo per capita por aparelho (l/hab.dia) Bacia 28 63 Chuveiro 32 72 Pia de Cozinha 15 33,75 Máquina de Lavar Roupa 08 18 Lavatório 07 15,75 Torneira de Jardim 05 11,25 Vazamentos nas Instalações Prediais 05 11,25 DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 O banho de 12 minutos corresponde a um consumo de 72,00 L/hab.dia. No entanto, o banho de 08 minutos corresponde a um consumo de 48,00 L/hab.dia, significando uma redução de 24,00 L/hab.dia. Desta forma, o consumo per capita efetivo reduzido qer é igual a 201,00 L/hab.dia. Já o consumo per capita total reduzido qtr, para I = 35,00 %, é igual a 309,23 L/hab.d. Para este qtr e para Q2 = 295,67 L/s, a população a ser atendida seria de 45.895 habitantes, o que corresponde a um acréscimo de 4.895 habitantes em relação à população de 41.000 habitantes. d) ALTERAÇÃO: Dado que a bacia sanitária utilizará água cinza tratada ao invés da água potável, o consumo per capita efetivo reduzido qer será 225,00 L/hab.dia – 63,00 L/hab.d = 162,00 L/hab.d. Já o consumo per capita total reduzido qtr, para I = 35,00 %, é igual a 249,23 L/hab.d. Para este qtr e para Q2 = 295,67 L/s, a população a ser atendida seria de 56.944 habitantes, o que corresponde a um acréscimo de 15.944 habitantes em relação à população de 41.000 habitantes. e) Quando o índice de perdas na rede I é reduzido de 35,00 para 25,00 % o valor do consumo per capita total reduzido qtr é 300 L/hab.dia. Desta forma, considerando a vazão Q2 de 295,67 L/s, a população a ser atendida passa para 47.307 habitantes. O acréscimo é de 6.307 habitantes. Observando os resultados apresentados nos itens “c”, “d” e “e” constata-se que medidas como a sensibilização no uso da água, a utilização de água cinza e redução das perdas físicas de água nas redes de distribuição possibilitam o aumento significativo de pessoas atendidas por água potável sem expansão do sistema. EXERCÍCIO 02 Enunciado Para o atendimento de um setor urbano, está sendo projetado um sistema de abastecimento de água que contém 01 captação de água superficial, 01 sistema elevatório, 01 estação de tratamento de água, 01 reservatório e 01 rede de distribuição de água. A população a ser atendida em 2025 é de 11.000 habitantes e o consumo per capita efetivo de água é na ordem de 120 l/hab.dia. Isto posto, adotando valores verossímeis para demais variáveis, a) calcule as vazões de projeto do sistema para 2025; b) admita que o valor do consumo per capita efetivo de água nas edificações possa ser reduzido em 30%, em função da adoção de práticas de conservação de água e, assim, calcule qual o incremento de população que poderia ser atendido em relação àquela de 11000 habitantes prevista para 2025. DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 03 Enunciado e Resolução Uma pequena rede de distribuição de água é formada por diversos condutos em série. No ponto A localiza-se o reservatório e nos pontos B, C, D e E, ao longo da tubulação, derivam-se respectivamente 7,0; 8,5; 6,6 e 9,0 L/s. O escoamento desenvolve-se forçado por gravidade sendo que as cotas da tubulação nos pontos A, B, C, D e E são respectivamente 95,5 m, 80,0 m, 85,0 m, 62,0 m e 60,0 m. Demais dados são apresentados ao longo da resolução. Portanto, para este sistema, pergunta-se: a) qual a população que é atendida por esta rede? Considerando: qe = 150 L/hab.dia; K1 = 1,3; K2 = 1,7 ; Ird = 20 %; Têm-se: Q2 = 31,10 L/s; P ≈ 6485 habitantes. b) admita um ponto crítico e estime qual o nível mínimo de água necessário no reservatório; Considerando o ponto C como o crítico: QAB = 31,1 L/s ; QBC = 24,1 L/s; Pela Tabela das velocidades máximas: DAB = 250 mm; DBC = 200 mm Considerando C (coeficiente de rugosidade) = 130: JAB = 1,791.10 -3 mca ; JBC = 3,311 . 10 -3 mca; Considerando LAB = LBC = 250 m: hpAB = 0,448 mca; hpBC = 0,828 mca; Para Cota Piezométrica em C (CPc) = Cota do Terreno em C + Pressão Disponível, tem-se: CPC = 85 m + 12 m (arbitrado) = 97 mca; Logo, a Cota Piezométrica em A (CPA) = 98,28 mca e onível mínimo de água no reservatório em relação à superfície do terreno em A é igual a 2,78 m. DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 04 4.1 Enunciado e Resolução Considere um sistema elevatório onde a água é recalcada de um reservatório inferior junto à ETA a um reservatório superior de distribuição. A população atendida é de 25.000 habitantes. O trecho de recalque tem comprimento de 150 m e desnível geométrico de 58 m. O trecho de tem comprimento de 12 m e desnível geométrico de 7,0 m. Para ambos os trechos considere a tubulação de ferro fundido. Dado isso: Considerando: qe = 200 L/hab.dia; K1 = 1,3; Ird = 20 %; C (coeficiente de rugosidade) = 100; a) para adução contínua determine a potência do sistema elevatório para um rendimento de 55,0 %; Vazão = 94,04 L/s; Diâmetro econômico: D = 368 mm; DN = 400 mm; (K = 1,2) Altura manométrica de recalque = 58,73 mca; Altura manométrica de sucção = 7,22 mca; Potência = 111 kW; b) para adução de 16 horas por dia determine a potência do sistema elevatório para um rendimento de 45,0 %; Vazão = 141,06 L/s; Diâmetro econômico: D = 451 mm; DN = 500 mm; (K = 1,2) Altura manométrica de recalque = 58,58 mca; Altura manométrica de sucção = 7,22 mca; Potência = 202 kW; c) para os itens “a” e “b” anteriores estime a energia consumida por dia e defina qual o melhor regime (contínuo ou intermitente) de bombeamento em termos de menor consumo diário deste insumo (energia). Discuta sobre as possíveis causas do resultado encontrado. Item a: 2655 kWh Item b: 3237 kWh Em princípio a adução contínua apresenta-se mais viável. Todavia, as tarifas cobradas pelo consumo de energia variam ao longo do dia, sendo mais elevadas nos horários de pico. Logo, a análise final requer o estudo tarifário. DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 05 Enunciado e Resolução Para fins de produção de água potável, apresente e discuta critérios a serem atendidos para a localização de um ponto de captação de água bruta em um rio. Critérios como qualidade da água bruta, condições de proteção do manancial, vazão de outorga, vazão ecológica, distância da captação à ETA, etc. devem ser considerados na discussão. EXERCÍCIO 06 6.1 Enunciado Para uma dada concepção de sistema elevatório estimar o diâmetro da adutora de recalque assim como a potência elétrica consumida pelo conjunto motobomba. Neste sistema prevê-se que a bomba centrífuga funcione “afogada”. Logo, desconsiderar o trecho de sucção. Isto posto, admitir os dados seguintes: Comprimento: 2.200 m; Vazão: 45,00 L/s; Desnível Geométrico: 51,00 m; Material: Ferro Fundido com Coeficiente C igual a 100; ALTERAÇÃO: Adução: Intermitente CONTÍNUA Rendimento Global (produto entre os rendimentos do motor e da bomba) = 62,00 %; 6.2 Resultados Diâmetro ≈ 250 mm; ALTERAÇÃO: Estimativa pela Equação de Bresse para K = 1,2; Potência Elétrica Consumida = 64,6 KW. DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 07 7.1 Enunciado Considere uma população de 6.700 habitantes, cujo sistema de abastecimento de água apresenta um manancial superficial atendendo uma ETA por recalque. Já a ETA atende um reservatório de distribuição semienterrado por meio de uma adutora cujo diâmetro de 150 mm, de ferro fundido (C = 100) e com o comprimento de 4240 m. A cota da água na ETA é de 812 m e a cota da água no reservatório é de 776 m. O consumo per capita efetivo é de 200 L/ hab. dia e o índice de perdas na rede de 30,00 %. Considerando o coeficiente de variação adequado, verifique se a vazão aduzida no dia de maior consumo está sendo satisfatória para o abastecimento atual da cidade. Observar Figura 02. Figura 02: Adutora por gravidade entre a ETA e o Reservatório de Montante à Rede ALTERAÇÃO: 7.2 Resultados Para K1 = 1,25 a vazão demandada pela população é de 19,4 l/s. No entanto, a capacidade de adução de vazão da adutora é de 14,47 l/s. Logo, a vazão aduzida no dia de maior consumo não é satisfatória para o abastecimento atual da cidade. ETA Reser. R Adutora Adutora Registro de Parada 80 cm Início Rede Registro de Parada DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR LISTA COMPLEMENTAR DE EXERCÍCIOS SAA PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 08/04/2017 EXERCÍCIO 08 Enunciado Considere um sistema elevatório onde a água é recalcada de um reservatório inferior junto à ETA a um reservatório superior de distribuição. A população atendida é de 25.000 habitantes. O trecho de recalque tem comprimento de 150 m e desnível geométrico de 58 m. O trecho de tem comprimento de 12 m e desnível geométrico de 7,0 m. Para ambos os trechos considere a tubulação de ferro fundido. Dado isso, determine a potência do sistema elevatório para um rendimento de 55 %. Arbitre, de forma verossímil, demais dados necessários. Figura 03: Sistema Elevatório
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