Resumo - Abastecimento de água

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Saneamento Básico e o sistema de abastecimento
Lei Federal 11.445 - é o conjunto de todas as atividades e infraestrutura necessária a:
1. Abastecimento de água
2. Esgotamento necessário
3. Limpeza urbana;
4. Drenagem Pluvial;
Usos:
1. Consultivo: redução significativa da oferta (precisa de licenciamento e outorga).
2. Não consultivo: retorno da água.
3. Local: não causa impacto significativo.
Pode ser dividida tbm em etapas de produção de água (até a ETA) e de distribuição de
água (após a ETA).
Impactos diversos:
● Captação - remoção da cobertura vegetal;
● Reservatórios de acumulação - inundação;
● Adução - impacto paisagístico e instabilidade de encostas.
Sistema de abastecimento e as soluções alternativas
A solução alternativa não possui rede de distribuição (pode ter ou não canalização) e pode
ser dividida em (Portaria do MS):
1. Individual: 1 única família (poço individual).
2. Coletiva: atende a vários municípios (Ex: banheiro comunitário).
Captação
● O manancial escolhido é primordial para a tecnologia e planejamento do
tratamento de água.
● Localiza-se em locais distantes de focos de poluição (à montante de cidades).
● Pela fonte:
○ Superficiais: características físicas e biológicas impróprias para consumo.
■ Presença de partículas em suspensão e protozoários.
■ Forma usual de tratamento: filtração.
○ Subterrâneos: entram em contato com o solo.
■ Presença de óxidos metálicos.
■ Usual a cloração.
● BIZU!
○ Regularizar a vazão em períodos de seca - Reservatórios de vazão e não de
nível!
Captação subterrânea
● Nascente ou aquíferos
○ Aquífero confinado- necessário instalação de válvulas redutoras de
pressão p/ evitar golpe de aríete.
● Poço:
○ Rasos;
■ z < 20 m;
■ Detalhes construtivos:
■ 15 m de fossas secas.
■ 100 m demais focos de contaminação.
■ Construir em nível mais alto (terreno natural e inundação) do
que focos de contaminação.
■ Evitar locais que sofram inundações.
■ Revestimento p/ evitar desmoronamento.
■ Se terreno estável - só nos primeiros 3 metros.
■ Desinfecção antes do consumo!
○ Profundos;
■ Maior especialização - feito com perfuratrizes.
■ Detalhes construtivos:
■ Revestimento parcial ou total.
■ Válvulas:
■ Retenção: permite fluído em só uma direção.
■ Protege a bomba em caso de interrupção de
fluxo.
■ Válvula de pé de crivo é um tipo.
■ De parada: permite a interrupção e controle do fluxo p/
manutenção.
■ Ventosa: expulsa o ar e admite a entrada no caso de
pressões negativas (impede a cavitação).
● Galerias de infiltração: material granular + drenos secundários e principais.
○ Aproveitamento de águas de nascentes e de fundos de vales.
● Caixas de tomada (CT): caixas com dissipadores de erosão (pedras de mão);
○ Aproveitamento de águas aflorantes ou em encostas.
BIZU!
● TODAS as estruturas de captação subterrânea - instaladas em nível mais alto que
focos de contaminação.
● Poços e CT - acima das cotas de terreno e das cotas de inundação (evitar
infiltração).
Captação de águas superficiais
● Reservatórios de regularização de vazão:
○ Vazão da Estiagem < Demanda;
○ Compatibilização entre reservação e demanda;
○ Estrutura de grande porte.
● Reservatórios de nível:
○ Aumentar o nível do manancial.
○ Pequeno porte.
● Tomada d'água:
○ Estrutura de captação;
● Grades e telas ou gradeamento:
○ Impede a passagem de materiais grosseiros, flutuantes ou sólidos em
suspensão.
○ Telas após as grades.
○ É obrigatório em captações de superfície.
○ BIZU!
■ Grades NÃO impedem a passagem de algas.
● Desarenador (caixa de areia):
○ Remove por sedimentação.
○ Manancial com transporte intenso de sólidos.
● Poços de sucção e casa de bombas:
○ Cota da captação < cota da comunidade.
Tipos de Tomada d'água:
● Onde fazer a capitação?
1. Trechos retos (menos assoreamento) ou na margem externa (côncava) -
Maior velocidade.
2. p/ evitar assoreamento - vel. não deve ser inferior a 0,6 m/s.
3. Curso com intenso transporte de sólidos - barragem oblíqua ou tomada
d'água em canal lateral - técnicas com desvio no curso.
● Nível dinâmico d'água - tomada entre N.A mínimo e N.A máximo.
1. N.A mínimo:
■ Carreamento de sólidos que se sedimentam no fundo;
■ Redução da submersão da captação;
2. N.A máximo:
■ Captar águas com muita presença de alga.
● Tipos:
1. Tubulação de tomada: tubulação que conecta o manancial a uma unidade
do sistema.
2. Catação flutuante:
■ Escoamento tranquilo e fluvial em lagoas ou represas.
■ Solução de baixo $;
■ Tubulação flexível (alongamento e encurtamento pela alteração do
nível);
3. Torre de tomada:
■ Comportas de níveis diferentes (evitar algas e sedimentos);
■ Usada em represas, lagos e rios com fluxos tranquilos.
■ Possível análise prévia para verificar melhor profundidade.
■ Captação de água com grandes vazões e de alta qualidade.
■ Evita captação de água contaminada com algas.
■ Captação não muito próxima à superfície e nem no fundo.
4. Caixa de tomada:
■ Tubulação de tomada com caixa estrutural (proteção).
■ Escoamento rápido ou torrencial.
Tratamento
Adutoras
● Tubulação que transporta água antes da rede de distribuição.
○ NÃO distribui água para os consumidores, esse é o papel da rede.
● Tipo de água:
○ AAB: conduz a água ainda não tratada para a ETA.
○ AAT: conduz água tratada na ETA.
● Energia:
○ Adutora por gravidade:
■ Conduto forçado: Pinterna > Patmosférica
■ Escoamento dos vasos comunicantes.
■ Água atinge o repouso no mesmo nível.
■ Conduto livre: Pinterna = Patmosférica
■ Geralmente abertos, por isso é raro pelo risco de
contaminação.
○ Adutora por recalque: transporte por bombeamento.
○ Adutora mista: escoamento por gravidade e recalque.
Traçado das adutoras
● Teorema de Bernoulli:
○ "Energia em qualquer ponto da massa de fluido em escoamento permanente
é constante e igual à soma das alturas piezométricas (P), geométrica (Z) e
cinética (EC)."
○
○ Por vezes, despreza-se EC (muito pequena).
■
■ Z+P é denominada energia potencial ou energia gravitacional!
○ Bernoulli não considera recalque, somente energia gravitacional!
● Escoamento entre 2 reservatórios:
●
○ Perda de energia no escoamento dividida em 2 frações:
■ Contínua:
■ Maior p/ adutoras de diâmetros e comprimentos grandes.
■ Localizada:
■ Maior p/ adutoras curtas com muitos acessórios.
○ Linha de carga efetiva (LCE)
○
■ Conduto Forçado.
■ Adutora abaixo da LCE ou curva piezométrica (CP) - Pcondutor >
Patm.
■ Escoamento contínuo (preferir esse traçado).
■ Pontos mais altos: tendência de acúmulo de ar - Ventosas.
■ Pontos mais baixos: esvaziamento p/ manutenção e reparo -
Válvulas de descarga.
○ BIZU dos demais dispositivos!
■ Válvula de retenção: impede o retorno da água.
■ Válvula de registro de parada: interrompe o fluxo de água.
■ Válvula redutora de pressão: impede vazamentos e danificação da
tub.
■ Válvula anti-golpe: reduz a pressão e o golpe de aríete.
■ Standpipe: caixa de transição, usada quando a linha piezométrica
(LP) corta a tubulação (pressão negativa - risco de contaminação).
■
■ Conduto livre (gravidade).
1. Adutora coincide com a LCE ou CP - Pcondutor = Patm.
2. Exemplos: rios, canais e tubulações de esgoto.
■ Pressão negativa.
1. Adutora corta a LCE ou CP - Pcondutor < Patm.
2. Problemas de contaminação ( caso de rompimento) e
cavitação.
3. Para resolver: instalar pequeno reservatório no ponto
intermediário (caixa de transição).
■
■ BIZU!
■ Altura do reservatório a montante estabelece o PC efetivo.
1.
2. Traçado 3 (sifão): só é possível com escorva.
■ PC absoluto = PC efetivo + 1 atm.
1.
2. Traçado 4: não aplica-se Bernoulli, por bombeamento.
○ Otimizando o diâmetro.
■ Menor diâmetro possível - utilizar todo o desnível.
■ Buscar a maior perda de carga!
○ BIZU!
■ Perda de carga é:
■ Proporcional:
1. Comprimento.
2. Material e rugosidade.
3. Velocidade de escoamento e vazão.
■ Inversamente:
1. Diâmetro.
■ Independe da posição do tubo.
Calculando o consumo de água de uma pessoa
● Dimensionamento de uma adutora: qDMC
○ K1
■
■ NBR 12219, no caso de inexistência K1 adotar 1,2.
■ Para ocálculo, considerar, no mínimo, 5 anos.
○ K2
■
Dimensionamento de adutoras
● Alcance de projeto entre 20 e 50 anos.
●
○ Na QAT não é considerada o consumo da ETA, pois está a jusante!
○ Não é necessário K2 , pois o reservatório absorve as variações - economia no
diâmetro da tubulação.
●
● População de projeto (NBR 12221):
○ Residente;
○ Flutuantes; consumo semelhante a pop. residente.
○ Temporária; consumo inferior a pop. residente.
○ 𝑃𝑜𝑝. 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑝. 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑. +𝑃𝑜𝑝. 𝐹𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 + 𝑃𝑜𝑝. 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎.
○ Pop. abastecível = % pop. total.
■ pelo menos 80% pop. residente.
■ parcelas da pop. flutuante e temporária.
○ Tipos de consumidores:
■ Especial - atendimento priorizado (hospital).
■ Singular - consome + água (indústria).
○ Pop. de alcance = pop. prevista p/ último ano
■ Método aritmético - equação 1º grau.
Reservatórios de distribuição
● Funções:
○ Regularizar a vazão - acumulo e liberação.
○ Segurança no abastecimento - ruptura e paralizações.
○ Reserva p/ incêndio.
○ Regularizar pressões.
○ Permitir o bombeamento fora do pico elétrico.
● São $ e não podem ser instalados em qualquer lugar!
○ Cota muito elevada - Pressão muito grande (vazamentos e danos à
tubulação)
○ Cota muito baixa - Pressão muito baixa (necessário bombeamento)
● Pressão dinâmica mínima: hora e dia de maiores consumos + reservatório com cota
mínima.
○ ✓ Pressão dinâmica mínima: 100 KPa (cerca de 10 mca).
● Pressão estática máxima: consumo nulo + nível máximo no reservatório.
○ ✓ Pressão estática máxima: 500 KPa (cerca de 50 mca);
● Tipos de reservatórios:
○ Em relação a localização:
■ Montante: reservatório envia água para a rede.
■ Jusante: recebe água nas horas de menor consumo e complementa
nas de maiores consumo.
■ Intermediário: volante de regularização.
○ Em relação a localização no terreno:
■ Enterrado: cota inferior à do terreno. $ maior.
■ Semi- enterrado: 1/3 da altura abaixo.
■ Apoiado: <1/3 da altura abaixo.
■ Elevado: cota superior à do terreno. $ maior.
○ Conjugado: enterrado + apoiado.
■ Economiza-se no reserv. elevado.
■ E.E bombeia a água entre reserv. ou booster.
■ 10 a 20% do vol. no elevado e o restante no inferior.
■ cap. superior suficiente p/ evitar frequentes partidas e
paradas.
Critérios básicos aplicados no projeto de um reservatório de distribuição
● Torres cilíndricas: altura igual à metade do diâmetro.
● Fuga de água pela fundação: existência de fraturas.
● Cota acima do Nível máximo do lençol e inundação.
● Devem ser ventilados (amortecer variação da água) e cobertos por telas.
A capacidade dos reservatórios
● Volume útil ou reserva de equilíbrio: água nas horas de menor consumo para
compensar nas de maior demanda.
○ Varia entre nível mínimo e máximo.
○ Nível mínimo impede a entrada de ar na tub. (vórtice por submersão mínima)
● Volume de reserva = incêndio + emergência.
●
● Cálculo da capacidade.
○ Multiplicar por 1,2 (incertezas)
○ Curva de massa ou de ripple.
○
Redes de distribuição
● Componente mais $ = 75% do custo total.
● Classificações:
○ Quanto ao tipo de água: simples e dupla (água potável e s/tratamento)
○ Quanto ao tipo de alimentação: reservatório: montante, jusante, montante
e jusante, sem reservatório.
● Tubulações: principal ( tronco ou mestra) e secundária.
Rede ramificada
● Tubulação tronco alimenta diretamente as tubulações secundárias.
● Sentido único de alimentação.
● Recomendadas quando não é possível topograficamente usar a malhada.
● Divididas em:
○ Espinha de peixe: ramificações a partir da tubulação principal; sentido
único.
○ Grelha: condutos paralelos principais - diâmetros decrescem!
Rede malhada
● anéis e blocos.
1. circuito interligado - pressão mais uniforme e estável.
2. Evita-se a formação de pontas mortas (pouca água - acúmulo de
sedimentos)
● Principal vantagem: abastecer qualquer ponto por diversos caminhos da malha.
1. Caminho não é único como o caso da ramificada.
2. Caso ocorra interrupção: não haverá descontinuidade.
3. Minimizam a área abastecida em caso de acidentes ou de manutenção.
● Tipos:
1. Em anéis: + válvulas de registro.
2. Em blocos: subdivide traçados maiores em setores menores.
■ + eficaz para a medição e isolamento.
■ rede independente (alimentada somente por 2 pontos) -
válvulas.
3. Rede mista: combinação - ramificada + malhada.
● Localizadas em vias urbanas ou passeios (NBR 12.218).
Projetando redes de distribuição
● Vazão específica: Q/A ou Q/L
● Admite-se que a vazão conduzida é linearmente consumida.
○ Vazão fictícia: QF=(QM+ QJ)/2
● Pressão dinâmica: tem perda de carga!
✓ Pressão dinâmica mínima: 100 KPa (cerca de 10 mca).
● Pressão estática: sem perda de carga!
✓ Pressão estática máxima: 500 KPa (cerca de 50 mca);
✓Outros valores podem ser aceitos, se justificados.
✓ NBR 12.218 recomenda entre 250 kPa e 300 kPa p/ evitar vazamentos.
● Se a diferença de conta > 40 m (50 m - 10 m) - + 1 zona de pressão.
○ O reservatório define a zona de pressão (subdivisão).
● PD= PE - h
Dimensionamento de redes de distribuição
● Cálculo da vel. de escoamento em cada trecho - a partir do caminho da água.
○ Redes malhadas - várias possibilidades X Rede ramificada - 1 caminho.
● Sentido de escoamento definido pela diferença de pressão entre os nós.
○ Sempre escoa da maior pressão para a menor.
○ Mesmo com interrupção - a água chega pela diferença de pressão.
● Princípios de Hardy Cross: h é a diferença entre as cotas piezométricas na entrada e
saída.
○ Continuidade: Q chegam no nó = Q saem do nó.
○ Conservação de energia: soma das perdas de carga que chegam ao nó é 0.
● Limites de velocidade NBR 12.218:
○ Vel. máxima: perda de carga de até 10 m/km.
■ Perdas de cargas elevadas, cavitação e golpe de aríete.
○ Vel. mínima: igual a 0,4 m/s.
■ Acúmulo de sedimentos (menor seção p/ escoamento) e retenção de
ar.
● Tubulações secundárias com dmín = 50 mm.
○ Exceções devem ser justificadas.
● Redes geralmente feitas de PEAD.
○ polietileno de alta densidade.
○ material flexível e de alta res. a ataques químicos e corrosivos.
Micromedição, setores de manobra, distrito de medição e de controle e perdas
● Medição das perdas: operação e manutenções difíceis, pois a rede não é visível.
● Consumo autorizado:
○ Medido: hidrômetro.
○ Não medido: uso da ETA e usos sociais.
● Água produzida = Consumo autorizado + Perdas.
○ Perda física (real): água que não chega ao consumidor.
■ Vazamentos, extravazamentos.
○ Perda aparente: água produzida, mas não contabilizada.
■ Erros hidrômetros, fraudes e ligações clandestinas.
○ 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝐹 + 𝑃𝐴
○ IP = PTotal / VT
■ Limitação - reflete o volume relativo de perda.
■ Deve ser considerado na vazão de dimensionamento (NBR 12.218)
● Medição da água produzida na ETA - macromedição.
● Água efetivamente entregue ao consumidor final - micromedição.
● Setorização:
○ Divisão de áreas da rede que serão isoladas, monitoradas, avaliadas.
● DMC (distrito de medição e controle): área isolada que permite monitoramento.
○ NBR 12218:
✓ No máximo 5.000 ligações;
✓ Extensão máxima de 25 km de rede no DMC.
Setorização da rede de distribuição
● Distribuição da rede em setores monitorados: pressão mais favorável e com baixas
perdas.
● Tipos de setores:
○ De manobra: menor subdivisão, permite reparos e manutenção, dispensado
a necessidade de interromper o abastecimento.
■ NBR 12.218:
✓ No máximo 500 ligações;
✓ Extensão máxima de rede de 3 km.
○ De medição: medidores de pressão e micromedidores de vazão.