Abastecimento de Água UFRJ aula 5

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Abastecimento de Água 
Aula 5
Eng. Monica Maria Pena 
Disciplina: Abastecimento de Água EEH-605 /EP/UFRJ
1º semestre de 2018 1
Abastecimento de Água 
2
Referências Bibliográficas:
NETTO, J. M. A.. Manual Hidráulica. 10 ed. São Paulo. Ed Blucher, 
2012.
CETESB. Técnica de abastecimento e tratamento de água. 2 ed. São 
Paulo. BNH/ ABES/ CETESB. Volume 1, 1976.
TSUTIYA, M. T.. Abastecimento de Água. 3 ed. São Paulo. 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola 
Politécnica da Universidade de São Paulo, 2006.
MACINTYRE, A. J. M.. Bombas e Instalações de Bombeamento. 2 ed. 
São Paulo. LTC, 1997.
MACINTYRE, A. J. M.. Manual de Instalações - Hidráulicas e 
Sanitárias. 1 ed. São Paulo. LTC, 1990.
PORTO, R. M.. Hidráulica Básica. 4 ed. São Carlos, SP. EESC-USP, 
2006.
Sistemas de Abastecimento de Água
plani altimetria
Captação
Elevação EEAB EEAT
Tratamento
RESERVAÇÃO
Distribuição
Adução 
AAB AAT
SEGURANÇA AO 
ABASTECIMENTO
REGULARIZA VAZÃO
REGULARIZA PRESSÃO
4
NORMAS DA ABNT – Abastecimento de Água 
NBR 12.211: Estudos de Concepção de SAA (1992)
NBR 12.212: Projetos de Poços Tubulares de Captação de Água 
Subterrânea (1992)
NBR 12.213: Projetos de Captação de Água de Superfície (1992)
NBR 12.214: Projetos de Sistemas de Bombeamento de Água (1992)
NBR 12.215: Projetos de Adução de Água para Abastecimento (1991)
NBR 12.216: Projetos de Sistemas de Tratamento de Água (1992)
NBR 12.217: Projetos de Reservatório de Distribuição de Água (1994)
NBR 12.218: Projetos de Rede de Distribuição de Água (1994)
Abastecimento de Água 
5
1 - Finalidades dos Reservatórios de Distribuição
1.1 Quantidade de água
Armazenamento de água para atender às variações de consumo 
e às demandas de emergência da cidade
a) atendimento das variações de consumo –
Consumo de água da cidade não é constante, 
variando no decorrer das 24 horas do dia.
A colocação do reservatório entre o sistema: captação, adução, 
tratamento e a rede de distribuição possibilita adotar uma vazão 
constante para estas unidades.
São dimensionadas para a vazão máxima do dia de maior 
consumo. 
Rede de distribuição é dimensionada para a vazão máxima da 
hora de maior consumo desse dia.
REGULARIZAR 
VAZÃO
Sistemas de Abastecimento de Água
Reservação
Distribuição
k1 k1.k2
M
Tratamento
Adução
Elevação
LP estática
Captação
Q inicial
Q finalsituaçãoprojeto
REGULARIZAR PRESSÃO
7
Tais unidades terão dimensões mais econômicas e serão 
operadas com maior eficiência e facilidade devido à vazão de 
dimensionamento constante.
Localização do reservatório – buscar proximidade aos centros 
de consumo da cidade. A localização poderá influir no custo da 
rede de distribuição. Verificar garantia da altimetria.
b) atendimento das demandas de emergência
Permite a continuidade do abastecimento da rede de 
distribuição, no caso de interrupções no fornecimento de água 
em acidentes nas unidades do sistema – captação – adução –
tratamento ou trechos da própria rede de distribuição.
Volume correspondente ao consumo da cidade durante o 
período de tempo correspondente à interrupção.
RESERVA DE ÁGUA 
PARA INCÊNDIO
8
Vantagens:
- Bombeamento de água fora do horário de 
pico elétrico
- Aumento no rendimento dos conjuntos 
elevatórios
Desvantagens:
- Custo elevado de implantação
- Localização
- Impacto ambiental
NBR 12.217 Projeto de reservatório de distribuição de 
água para abastecimento público (1994)
9
1.2 Melhoria das condições de pressão -
Localização – pode influir nas condições de pressão da rede de 
distribuição, principalmente, reduzindo a variação da pressão 
em certas áreas. Próximo do ‘centro de massa’ da distribuição, 
possibilita uma melhor distribuição de água e redução das 
oscilações de pressão na rede.
- à jusante dos condutos principais (reservatório de 
sobras) pode permitir uma melhor distribuição da pressão na 
rede, principalmente durante as horas de maior consumo e nas 
áreas de jusante da cidade.
- junto a uma estação elevatória que o alimenta, 
permite o funcionamento do equipamento com altura 
manométrica constante, possibilitando o máximo rendimento 
para os cjs motor-bomba.
10
Classificação de Reservatório
- Quanto à localização no sistema
- Quanto à localização no terreno
- Quanto à sua forma
- Quanto aos materiais de construção
Limites de pressão nas redes de distribuição
Pressão estática máxima: 500 kPa (50 mH2O)
Pressão dinâmica mínima: 100 kPa (10 mH2O)
11
Indicadores de Custo do Sistema 
Convencional de Abastecimento de Água
12
2 – Tipos de Reservatórios de Distribuição
2.1 Quanto à localização no sistema
a) Reservatório de montante –
causa uma variação 
relativamente grande 
da pressão nas 
extremidades de 
jusante da rede
na situação de
NA máx – LP mín consumo 
NA mín – LP máx consumo
NA máx
NA mín
localização no sistema
13
a) Reservatório de montante (cont)
Reservatório de montante, 
com distribuição escalonada
Reservatórios principal e
complementar localizados
a montante da rede 
de distribuição
localização no sistema
14
b) Reservatório de jusante – também chamado de reservatório 
de sobras
recebe água 
durante as horas de 
menor consumo e 
auxilia o 
abastecimento da 
cidade durante as
horas de maior 
consumo
menor oscilação de 
pressão nas zonas 
de jusante da rede
NA máx
NA mín
NA máx – LP mín consumo 
NA mín – LP máx consumo 
localização no sistema
15
b) Reservatório de jusante – também chamado de reservatório 
de sobras
Recebe água durante as horas de menor consumo e auxilia o 
abastecimento da cidade durante as horas de maior consumo –
menor oscilação de pressão nas zonas de jusante da rede
NA máx – LP mín consumo 
NA mín – LP máx consumo 
localização no sistema
16
c) Reservatório de posição intermediária
Adução mista com reservatórios intermediários
Reservatório intermediário para abastecimento da rede
plani altimetria
localização no sistema
17
2.2 Quanto à localização/posição no terreno
- Reservatório enterrado
- Reservatório semi-enterrado
- Reservatório apoiado
- Reservatório elevado
localização no terreno
18
Quanto a posição
Reservatório do sistema produtor 
Alto Tiête, RMSP
- Reservatório apoiado
- Reservatório semi-enterrado
localização no terreno
19
Quanto a posição
- Reservatório enterrado
- Reservatório elevado
localização no terreno
20
2.3 Quanto a forma - formas de reservatórios em planta
X
Y
x 3
y 4
=
quanto à forma
21
2.3 Quanto a forma - (cont)
Tubulações de entrada e saída 
quanto à forma
22
Quanto a forma - formas de reservatórios elevados
quanto à forma
23
Quanto a forma -
reservatórios elevado
quanto à forma
24
Quanto a forma - reservatório retangular
quanto à forma
25
Quanto a forma - reservatório circular
quanto à forma
26
2.4 Quanto ao material de construção
- concreto armado comum
- concreto protendido
- aço
- poliéster armado com fibra de vidro
- madeira, alvenaria, em terra com paredes revestidas, etc
quanto material
construção
27
quanto material
construção
28
2.4 Centros de reservação
Centro de reservação com um 
reservatório retangular dividido em 
duas câmaras
Centro de reservação com dois 
reservatórios circulares
Centro de reservação com reservatório retangular, 
estação elevatória e reservatório elevado
29
3 – Capacidade dos Reservatórios
Capacidade em função dos fatores:
- Volume para atender às variações de consumo
- Volume para combate a incêndios
- Volume para emergências
Volume útil - volume para atender às 
variações diárias de consumo,
compreendido entre o nível máximo
e o nível mínimo - lâmina necessária para 
evitar vórtices, cavitação e arraste de 
sedimentos do fundo do reservatório 
Submergência Mínima
no bocal de saída do 
Reservatório p Rede de 
Distribuição
30
Determinação do Volume útil p/ atender as variaçõesdo consumo de água
3.2 e 3.3 - Quando não se dispõe da curva de consumo -
senóide e Azev. Netto
3.1 - Quando se dispõe da curva de consumo 
Sistemas de Abastecimento de Água
demanda do consumidor/população
Q = vazão L/s 
Qmed = P q Qmed = P q k1 e k2
3600 h 86400
P = população abastecível (hab)
q = taxa de consumo per capita (L/hab.dia)
h = horas de funcionamento do sistema
VARIAÇÕES DE 
CONSUMO
Sistemas de Abastecimento de Água
Reservação
Distribuição
k1 k1.k2
M
Tratamento
Adução
Elevação
LP estática
Captação
Q inicial
Q finalsituaçãoprojeto
m
33
MÊS/DIA DE 
MAIOR 
CONSUMO 
VARIAÇÃO MÁXIMA DIÁRIA (K1)
Maior volume consumido em 1 dia e o consumo médio diário.
K1= VOLUME CONSUMIDO NO DIA DE MAIOR CONSUMO, NO ANO
VOLUME MÉDIO DIÁRIO, NO ANO
K1= 1,2 - 2,0
CONSUMO MÁXIMO DIÁRIO: K1 x CONSUMO MÉDIO
Consumo máximo
Consumo 
médio
C
o
n
s
u
m
o
 (
/h
a
b
.d
ia
)
l
Meses do ano
J F M A M J J A S O N D
34
DIA/HORA DE 
MAIOR 
CONSUMO 
VARIAÇÃO MÁXIMA HORÁRIA (K2)
Maior volume consumido em 1 hora e o consumo médio horário no mesmo dia.
K2= VOLUME CONSUMIDO NA HORA DE MAIOR CONSUMO, NO ANO
VOLUME MÉDIO DIÁRIO, NO MESMO DIA
K2= 1,5 - 3,0
CONSUMO MÁXIMO HORÁRIO: K1 x K2 x CONSUMO MÉDIO
35
3.1 Método baseado na curva de consumo
- cálculo considerando a adução contínua ou 
adução intermitente ao reservatório
a) Adução contínua 
24 h/dia -> considerar
o dia de maior consumo
situação mais desfavorável 
adução
consumo
Qméd
c
c
C = capacidade mínima do 
reservatório, m3
C adução = C consumo
( )2 2 1
1
t
V Qdt Q t t
t
= − −∫
onde:
V = volume de reservação
Q = vazão consumida
Q = vazão média do dia
t2 = instante em que consumo é 
menor que a vazão fornecida
t1 = instante em que consumo é 
maior que a vazão fornecida
Área
36
a) Adução contínua (cont) 24 h/dia -> considerar o dia de maior 
consumo -> situação mais desfavorável 
Determinando a capacidade por diagrama de massas
C = V1 + V2 m3
V1
V2
C = capacidade mínima do 
reservatório, m3
Método Gráfico
Gráfico dos
Volumes
Acumulados
t2 = instante em que consumo 
é menor que a vazão fornecida
t1 = instante em que consumo 
é maior que a vazão fornecida
Diagrama de Rippl
37
a) Adução contínua 24 h/dia -> considerar o dia de maior consumo
situação mais desfavorável 
EXERCÍCIO Método baseado na curva de consumo
38
a) Adução contínua 24 h/dia -> considerar o dia de maior consumo
situação mais desfavorável 
EXERCÍCIO Método baseado na curva de consumo
39
a) Adução contínua 24 h/dia
EXERCÍCIO Método baseado na curva de consumo
onde:
V = volume de reservação
Q = vazão consumida
Q = vazão média do dia
t2 = instante em que consumo é 
menor que a vazão fornecida
t1 = instante em que consumo é 
maior que a vazão fornecida
( )2 2 1
1
t
V Qdt Q t t
t
= − −∫
40
3.1 Método baseado na curva de consumo (cont)
- cálculo considerando a adução contínua ou 
adução intermitente ao reservatório
b) Adução intermitente
t2 –t1 h/dia -> considerar 
o dia de maior consumo
situação mais desfavorável 
Qméd = V /24
Vo
Q adução = V / T
Vo = vol que deve estar 
disponível no 
reservatório p/
atender o período
t2 a 24 h
24 h a t1
Co Co = volumes consumidos 
durante os intervalos 
de tempo que o sist. 
adutor não está 
operando
41
b) Adução intermitente (cont) t2 – t1 h/dia -> considerar 
o dia de maior consumo
situação mais desfavorável
Determinando a capacidade por diagrama de massas
C = C1 + C2 m3 C = capacidade mínima do 
reservatório, m3
Gráfico dos
Volumes
Acumulados
42
b) Adução intermitente (cont) t2 – t1 e t3 – t4 h/dia -> 
considerar o dia de maior 
consumo situação mais 
desfavorável
Determinando a capacidade por diagrama de massas
C = C1 + C2 m3
C = capacidade mínima do 
reservatório, m3
43
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/dia -> considerar 
o dia de maior consumo situação mais desfavorável
Determinando a capacidade por diagrama de massas
4944
4.944, m3 em 12 h/dia = 412 m3/h
44
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/dia -> considerar 
o dia de maior consumo situação mais desfavorável
45
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/dia -> considerar 
o dia de maior consumo situação mais desfavorável
( )2 2 1
1
t
V Qdt Q t t
t
= − −∫
onde:
V = volume de reservação
Q = vazão consumida
Q = vazão média do dia
t2 = instante em que consumo é 
menor que a vazão fornecida
t1 = instante em que consumo é 
maior que a vazão fornecida
46
3.2 Método baseado na curva de consumo assimilada a uma 
senóide DIA DE MAIOR CONSUMO 
- cálculo considerando a adução contínua -> 24 h/dia 
onde:
C = capacidade mínima do reservatório, m3
K2 = coeficiente da hora de maior consumo
V = volume diário consumido, m3
Capacidade mínima do reservatório 
em função de K2
v
24
c
c
C = k2 - 1 v
∏
Coeficiente da hora 
de maior consumo 
K2
Capacidade 
mínima do 
reservatório
1,2 0,064 V
1,3 0,095 V
1,4 0,127 V
1,5 0,159 V
1,6 0,191 V
1,7 0,223 V
1,8 0,255 V
1,9 0,286 V
2,0 0,318 V
Reservatório
esvaziando
Reservatório
enchendo
47
Os reservatórios de distribuição são dimensionados para satisfazer as 
condições:
a) funcionar como volantes da distribuição, 
atendendo a variação horária do consumo
3.3 Método expedito – Azevedo Netto DIA DE MAIOR CONSUMO 
- cálculo considerando a adução contínua -> 24 h/dia 
b) assegurar uma reserva de água 
para combate a incêndios
d) atender à demanda no caso de 
interrupções de energia elétrica 
(sistemas com recalques)
e) manutenção de pressões na rede distribuidora
Reserv. com capacidade 
superior a 1/6 do volume 
consumido em 24 h. 
Pode-se usar o diagrama 
de massas
Considerar uma parcela 
mínima de 250 m3 nas 
pequenas cidades e, 
preferivelmente, 500 m3
c) manter uma reserva para atender a 
condições de emergência (acidentes, 
reparos nas instalações, etc)
Ref. americana: 
acréscimo de 33% 
sobre a soma das 
parcelas anteriores
48
Exemplo
Funciona como volante da 
distribuição, atendendo à 
variação horária do consumo
ref. Azevedo Netto
3.125.000 / 12 = 260.416,67
3.125.000 / 260.416,67 = 0,0833
49
Os reservatórios de distribuição devem ter capacidade suficiente 
para armazenar o terço do consumo máximo diário 
correspondente aos setores por eles abastecidos.
Quando existirem reservatórios elevados e apoiados, a 
capacidade total deverá corresponder a 1/3 do volume 
distribuído em 24 horas.
C = v = Q max diário (m3)
3 3
Qmáx diário = k1 P q 
86400
P = população abastecível (hab)
q = taxa de consumo per capita (L/hab.dia)
k1
Reservação Total = apoiados + elevados
50
No caso de reservatórios elevados, por medida 
econômica, usa-se o dimensionamento na base de 
1/5 (20 %) do volume distribuído em 24 horas 
(torres isoladas), chegando-se a 1/8 (13 %).
A capacidade da torre é estabelecida de modo a evitar uma frequência 
excessiva de partidas e paradas das bombas e garantir uma reserva 
mínima em cota elevada, para o caso de possíveis interrupções no 
fornecimento de energia elétrica (30 minutos ou mais).
Reservatórios elevados
51
a) Adução contínua 24 h/dia
EXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
5000/12 = 416,67
52
a) Adução contínua 24 h/dia
EXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
53
a) Adução contínua 24 h/dia
EXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
54
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/dia 
EXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
5000/6 = 833
55
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/dia 
EXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
56
b) Adução intermitente t2 – t1 = 12 h/diaEXERCÍCIO Método quando não se dispõe da curva de consumo
Reservatórios elevados
57
3.4 Observações
58
3.5 Volume para combate a incêndios
EUA – Vazão para combate a incêndio
Espanha - Volume para combate a incêndio
120 m3 para populações menores que 
5.000 habitantes
240 m3 para as demais populações
Volume adicional é necessário, geralmente, em sistemas de pequeno e médio porte. 
Em sistemas de grande porte, onde as demandas de incêndio são uma fração muito 
pequena da demanda máxima diária, normalmente não há a necessidade de se 
prever um volume adicional de reservação para o combate a incêndios.
Pequeno porte – 50.000 a 100.000 hab 
Médio porte – 100.001 a 500.000 hab
Grande porte - acima de 500.001 hab
Incêndio tamanho médio AWWA
EUA – vazão necessária 31,4 L/s
59
3.6 Volume para emergência
Ocorrência de paralisações no sistema de produção de água, envolvendo a 
captação, EE’s e o tratamento, por acidentes de curta duração são 
relativamente frequentes, e são consideradas 
situações de emergência - não há fórmula.
Depende da vulnerabilidade do sistema. 
Sistema com várias fontes de abastecimento de água, e o tratamento e 
bombeamento são dotados de sistemas auxiliares para fornecimento 
de energia elétrica, a necessidade de volume para emergência é 
pequena.
Sistema com uma única fonte de abastecimento sem energia auxiliar, 
necessidade de um volume significativo para emergência
Pequenas populações – volume de emergência -> usar igual ao vol. 
Incêndio item 3.5 
Médias e grandes populações – volume de emergência -> alguns países 
indicam uma reserva de 25% do consumo máximo diário
Projetista definir com o prestador de serviços – contratante
60
3.7 Volume total de reservação
Volume Total = volume útil + Vol incêndio + Vol emergência
Volume Total = volume útil + Vol incêndio
Volume Total = volume útil + Vol emergência
SE Vol incêndio for > que o Vol emergência
SE Vol emergência for > que o Vol incêndio 
Volume Total = 1/3 vol máx diária >> 15,9 % do vol curva senóíde + 
15% para emergência
61
3.8 Capacidade reservatório elevado
10 e 20% do valor total da capacidade de reservação necessária
NBR 594/77 -> Volume mínimo > 1/30 do vol máx diário
antiga norma para rede de distribuição 
Os reservatórios elevados, em geral, têm capacidade limitada a 1.000 m3
ou capacidade máxima de 500 m3
-> questões de custo e estéticas
62
EXEMPLO
Dimensionar os reservatórios enterrado e elevado – Centro de Reservação, 
sendo:
Zona Baixa – reserv enterrado 30.000 hab
NA max 101,00 m NA min 97,00 m
Zona Alta – reserv elevado 12.000 hab
NA max 119,00 m NA min 115,50 m
Per capita 250 L/hab.dia
K1 = 1,2 e K2 = 1,5 
Vol Reserv = 1/3 vol máx diário
Terreno Plano CT 100,00 m
63
Centro de Reservação - Planta e Corte
64
SOLUÇÃO
65
4 – Vórtices em Reservatórios
- Diminuição da vazão nas adutoras
- Redução da capacidade de armazenamento 
do reservatório
- Diminuição da eficiência e vazão da bomba
- Vibração e cavitação na bomba
66
4. 1 – Métodos para Controle de Vórtices
- Submergência adequada
- Instalação de dispositivo 
supressor de vórtices
67
4. 1 – Métodos para Controle de Vórtices (cont)
- Supressores de vórtices
Utilização de placas e paredes para prevenir o vórtice superficial
Nível muito baixo
Descarga superior 
com introdução de ar
Formação de vórtice
CAUSAS PARA A ENTRADA DE AR 
EM REDE TRONCO
68
Nível muito baixo
69
4. 1 – Métodos para Controle de Vórtices (cont)
- Submergência adequada Reservatório com poço de rebaixo
Descarga p/ manutenção reservatório
H útil
Submergência 
adequada
70
- reservatório com poço de rebaixo
Formação do vórtice de eixo horizontal
71
5 – Tubulações e Órgãos Acessórios
5.1 – Tubulação de entrada Tubulação de entrada em 
reservatórios apoiado, 
semi-enterrado e enterradoEntrada livre
Entrada afogada
72
5.1 – Tubulação de entrada (cont)
73
5.1 – Tubulação de entrada (cont)
Instalação de 
registros 
automáticos de 
entrada de 
reservatórios
chaves de bóia
controle de nível
Medidor de nível 
ultrassônico
74
5.1 – Tubulação de entrada (cont)
Válvula de altitude
Tubulação de entrada em 
reservatórios elevado
Controle de nível
75
5.2 – Tubulação de saída
Tubulação de saída
76
5.2 – Extravasor
Extravasor de reservatório enterrado, 
semi-enterrado e apoiado
Dimensionamento largura 
extravasor, diâmetro da tubulação
77
Reservatório elevado
Detalhes da tubulação de entrada, saída, 
extravasor e descarga de reservatório 
elevado
78
Reservatório elevado
Capacidade do extravasor
79
80
5.3 – Tubo de Ventilação para reservatório
81
5.3 – Escada de acesso – tipo marinheiro
82
5.4 – Dreno de fundo
Detalhes do dreno em reservatório retangular
83
5.4 – Dreno de fundo (cont)
Detalhes do dreno em reservatório 
circular
84
5.5 – Descarga para manutenção reservatório
Área do orifício ref. ao diâmetro da descarga
Considerar situação mais desfavorável -> NA máx
g = aceleração da gravidade 9,81 m/s2
5.6 – Aberturas de Inspeção, com tampas adequadas
NA máx
Descarga p/ manutenção reservatório
85
6 – Recomendações Gerais e Detalhes sobre Projetos 
de Reservatórios
86
6 – Recomendações Gerais e Detalhes sobre Projetos 
de Reservatórios (cont)
87
Referências:
CETESB. Técnica de Abastecimento e tratamento de água. 2 ed. rev. 
Volume 1. São Paulo. CETESB, 1976.
NETTO, J. M. A.. Manual Hidráulica. 10 ed. São Paulo. Ed Blucher, 2012.
TSUTIYA, M. T.. Abastecimento de Água. 3 ed. São Paulo. Departamento 
de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da 
Universidade de São Paulo, 2006.
88
89