esgoto parte 4

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1 – TRATAMENTO PRELIMINAR:
	O projeto conta com uma estação elevatória que será precedida de dispositivos destinados a fazer tratamento preliminar do esgoto para que o mesmo possa ser elevado até a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE).
	O tratamento do esgoto ocorrerá por meio de uma grade, caixa de areia e calha Parshall. Os coletores que chegam diretamente na Estação de Tratamento de Esgoto são 1-8 e 21-3
	1.1 – Calha Parshall:
	Na calha Parshall é instalado um medidor de vazão (Medidor Parshall), cuja função é controlar a altura de água de esgoto à montante do mesmo. 
	O primeiro passo é escolher o tipo de medidor. Essa escolha leva em consideração a faixa de vazões entre a vazão mínima inicial (Qmín,i) e a vazão máxima final (Qmáx,f), que são calculadas da seguinte forma:
			 (1)
			 (2)
Onde, = vazão de esgoto doméstica inicial, calculada multiplicando a taxa de contribuição pelo comprimento parcial da rede que chega na estação elevatória Lparcial = 4735,67m.
	 = vazão de esgoto doméstica final, calculada multiplicando a taxa de contribuição pelo comprimento parcial da rede que chega na estação elevatória Lparcial = 4735,67m.
	 = vazão de infiltração, calculada multiplicando a taxa de infiltração Txinf = 0,3l/s.km para inicio de plano e 0,45l/s.km para final de plano pelo comprimento parcial da rede.
	 = somatório das vazões singulares que contribuem para a estação elevatória.
	Com esses valores, obtemos os seguintes resultados: 
	Também podemos determinar a vazão média final pela fórmula abaixo:
	Com a faixa de vazões definida e auxílio da tabela abaixo, determinamos que Medidor Parshall será de 3pol.
Tabela 01 – Faixa de vazões Medidor Parshall
	
	As alturas de água no medidor para cada vazão é dada pela seguinte fórmula:							 (3)
Onde, os parâmetros e n são definidos em função da dimensão do medidor, conforme tabela 10 abaixo.
			Tabela 2 – Parâmetros Medidor Parshall
	
	
Substituindo os parâmetros retirados da tabela 2 na equação 3 para as vazões máxima, mínima e média final em m³/s, encontramos as seguintes alturas de água: Hmín = 0,9m, Hméd = 0,15m e Hmáx = 0,19m.
	1.2 – Caixa de areia:
	Após a grade e seu respectivo rebaixo (Z’), temos a caixa de areia dotada de dos compartimentos divididos por um anteparo, possuindo no início e fim uma comporta de fibra de vidro.
	Entre a caixa de areia e o medidor Parshall é previsto um rebaixo Z que tem a função de manter a velocidade horizontal na caixa de areia próxima a 0,30 m/s. Esse rebaixo é calculado da seguinte forma:
									 (4)
Substituindo os valores de acordo com o calculado em 1.1, temos que Z = 0,04m.
	As alturas das lâminas na caixa de areia são dadas por: Y = H – Z. Então, para os valores máximo, médio e mínimo, temos que: Ymax = 0,148m, Yméd = 0,104m e Ymin = 0,045m.
	Em seguida, calcula-se o comprimento L e a largura B da caixa de areia, levando em consideração a vazão máxima.
				 (5)
			 (6)
Obs.: 1 – O valor de L será reduzido para L = 3,5m para que o valor da taxa de escoamento superficial (Tes), passo seguinte, permaneça entre 700 e 1600 m³/m².dia. 
	Com os valores da seção da caixa de areia e alturas das lâminas d’água, podemos verificar os valores das velocidades para as três velocidades, conforma tabela 3 abaixo.
	Vazão
	S (m²)
	V (m/s)
	Mínima
	0,01
	0,30
	Média
	0,03
	0,29
	Máxima
	0,05
	0,30
Tabela 3 – Velocidades na caixa de areia
Como podemos perceber, as velocidades estão dentro da faixa de 0,3m/s 20%. 
	A taxa de escoamento superficial, conforme citada acima, é calculada dividindo-se a vazão média em m³/h pela área LxB: 
		> 700 (7)
	A quantidade de material retido é determinada estabelecendo-se um valor base de P = 30l/1000m³ de esgoto. Logo, para a vazão média, temos que:
	 (8)
Admitindo-se um período de 15 dias, a quantidade de areia será de 0,024 * 15 dias = 0,36m³ e a altura do depósito será de:
				 (9)
	1.3 – Grade:
	Foi adotado grade média de barras de seção retangular de 3/8 x com espaçamento livre (abertura) de 25mm. Foi prevista uma comporta para isolamento e manutenção de todo sistema do tratamento preliminar.
	A área útil necessária para o escoamento na grade foi determinada pela seguinte equação:
			 (10)
Onde, V = 0,6 m/s (adotado) = velocidade entre as barras limpas (0,4 < V < 1,2 m/s).
	Em seguida, foi determinada a área dos canais (S), que é a soma das áreas ocupadas pelas barras mais a área útil dos espaçamentos:
					 (11)
Onde, E = eficiência da grade = 0,728.
Substituindo o valor de Au na fórmula, temos que S = 0,0314 m².
	A largura do canal é dada por: 
			 (12)
	As velocidades entre as barras devem estar compreendidas na faixa de 0,4 a 1,2 m/s. Dividindo-se as vazões pela área útil correspondente, obtivemos os valores de velocidades, conforme tabela 4.
			
Tabela 4 – Velocidades entre as barras
	Vazão
	S (m²)
	Au (m²)
	V (m/s)
	Mínimo
	0,0095
	0,0069
	0,60
	Médio
	0,0221
	0,0161
	0,57
	Máximo
	0,0314
	0,0228
	0,60
	Foram calculados, em seguida, os valores da perda de carga para a grade limpa e para a grade 50% suja.
· Grade limpa: (13)
Onde, V = 0,6m/s e v = Vm = 0,43m/s 
· Grade 50% suja: (14)
Onde, V = 0,6m/s e v = Vm = 0,43m/s 
	Dessa forma, temos que hf,l = 0,012m e hf,50% = 0,091m.
	1.4 Quantidade de barras (Nb) e espaçamentos (Ne)
	Nb = número de barras de espessura “t”
	Ne = número de espaçamentos “a”
	Ne = Nb + 1
	(Ne x a) + (Nb x t) = b 
	[(Nb + 1) x 25] + (Nb x 10) = 0,212 x 1000
	Nb = 6 barras de 3/8 x 1^(1/2) "
	Ne = 6 + 1 = 7 espaçamentos de 25 mm.
	A quantidade de material retido foi estimada considerando uma taxa de 0,015 l/m³:
		 (15)
Por fim, foi calculado o valor do rebaixo Z’.
			 (16)
Onde, hf = para a grade 50% suja.
	y = 0,15 = determinado pela relação Y/D referente ao coletor (65-1) de maior diâmetro (250mm) que chega na estação elevatória.
Substituindo os valores, temos que Z’ = 0,25m.
2 – DIMENSIONAMENTO DO POÇO DE SUCÇÃO:
2.1 – Determinação dos diâmetros:
	Com a vazão de bombeamento, que é obtida através da majoração em 20% da vazão máxima de final de plano, é possível determinar os diâmetros de sucção e recalque através da fórmula de Bresse:
Dr = K (17), e como as velocidades econômicas situam-se entre 1 e 1,5 m/s foi adotado K = 1,2.
Logo, Dr = 1,2x = 0,147 Dr = 100mm.
	O diâmetro de sucção é um valor comercial acima do de recalque, sendo assim Ds = 150mm.
2.2 – Níveis operacionais:
	Para determinar os níveis operacionais, é preciso saber a cota de soleira a tubulação de chegada.
Cs = CCj (mais profundo) – I x Lt (tratamento preliminar) (18)
Onde:
A CCj mais profunda é 22,097m.
A declividade adotada foi de 2%.
O comprimento total do tratamento preliminar foi de 1 m.
Logo, Cs = 22,07m.
Com a cota de soleira, os níveis do poço de sucção serão determinados através das seguintes equações:
Nmáx = Cs – folga (entre 0,20 e 0,50m) (19)
Nmín = Nmáx – Hu (20)
 	 CF = Nmín – 4 x Ds (21)
Onde:
Nmáx: nível máximo (m).
Nmín: nível mínimo (m).
Hu: altura útil (m).
CF: cota de fundo (m).
Ds: diâmetro de sucção (m).
	Logo, adotando uma altura útil de 0,8m, temos que:
Nmáx = 22,07 – 0,30 = 21,77m.
Nmín = 21,77 – 1,00= 20,78m.
 CF = 20,78 – 4 x 0,15 = 20,17m.
Foi dada atenção cautelosa referente às dimensões do poço de sucção no que se refere a zonas mortas, sendo considerada uma inclinação favorável para evitar a deposição de sedimentos. Outras considerações foram feitas, como a presença do estravasor, equipamentos para suspenção da bomba em casos de manutenção (cavaletes), gerador de emergência. Foram previstos também sensores tipo boia e o quadro de comando de bombas.
2.2 – Volumes:
	2.2.1 – Volume útil:
	Adotando-se um tempo de ciclo de 12min, o volume útil pode ser calculado a partir da equação abaixo:
Vu = (Qb x Tc)/4 (22)
Onde:
Vu: volume útil (m³).
Qb: vazão de bombeamento (m³/min).
Tc: tempo de ciclo (min).
Logo, Vu = (0,015 x 60 x 12)/4 = 2,7m³.
Adotar 3 m³
Como hu = 1 m, temos:
Áreada base = 3,00 m² 
Adotando secção retangular de largura L = 1,5 m, temos:
Comprimento C = 2,0 m 
	2.2.2 – Volume efetivo:
	Determinado conforme as fórmulas abaixo:
he = Nmin + (hu/2) – CF (23) 
he = 20,78 + (1,0/2) – 20,17 = 1,10 m 
Ve = he x Ab (24)
Onde:
he: altura efetiva (m).
Ab: área da base do poço de sucção (m²).
Logo,
Ve = he x Ab 
Ve = 1,1 x 3,0 = 3,30 m³. 
	2.3– Tempo de detenção médio:
	Segundo a literatura, o tempo de detenção médio ideal situa-se próximo aos 20min, no entanto desde que os valores sejam inferiores a 30min, podem ser admitidos. O tempo de detenção é calculado segundo a fórmula a seguir:
Td,med = Ve/Qi (26)
Onde:
Td: tempo de detenção médio (min).
Ve: volume efetivo (m³).
Qi: vazão média inicial (m³/min).
Logo, 
Td,med = 3,30/( 0,34) = 9,65min. 
Td,máx = 3,30/( 0,25) = 13,31 min
Td,min = 3,30/( 0,82) = 4,01 min
3.0 – DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA ELEVATÓRIO: 
3.1 - Vazão de bombeamento:
O primeiro passo para dimensionar um sistema elevatório é determinar a vazão a ser bombeada, Qb. A vazão de bombeamento é a majoração da vazão máxima de fim de plano em 20%. Logo, Qb é calculada conforme a seguir:
Qb = 1,2 x Qmáx,f (27)
Qb = 1,2 x 13,70= 16,44 l/s.
Adota-se Qb = 15 l/s
Onde, Qmáx,f = Qf (que é o somatório das vazões afluentes à EEE em fim de plano).
	
3.2- Altura manométrica:
A altura manométrica é dada pelo somatório das alturas geométricas e perdas da sucção e do recalque, conforme a seguir:
Hm = -Hg,s + Hg,r + hs + hr (28)
(a altura geométrica de sucção é negativa, pois a bomba utilizada está afogada).
Logo, se faz necessário calcular cada um desses termos:
3.2.1 - Altura geométrica de sucção:
	Por se tratar de uma bomba submersa, não foi considerada uma altura geométrica de sucção.
	3.2.2 - Altura geométrica de recalque:
	Essa altura foi determinada por meio da diferença entre a cota do terreno receptor do emissário CTr = 35,151 m, menos um metro e o nível mínimo Nmín = 20,78 m.
	3.2.3 - Perdas na sucção:
Como a bomba é submersa, não há tubulação de sucção, e consequentemente, não há perdas por sucção. Portanto, o cálculo das perdas será somente para tubulação de recalque.
3.2.4 - Perdas no recalque:
	As perdas foram calculadas através do método dos comprimentos virtuais. A tubulação de recalque tem extensão de 231,1918 m. Já as perdas singulares foram calculadas através de uma estimativa das conexões utilizadas. As peças utilizadas para encontrar o comprimento equivalente:
Entrada =35D
Saída = 32 D
Junção de 45◦ =30 D
4 Curvas de 90◦=4 . 21D=84D
Curva de 45◦=16 D
Tê lateral =20D
Registro de gaveta =8D
Válvula de retenção =100D
Ampliação gradual =12D
O somatório das parcelas das peças resulta em um total de 337xDr, que equivale a 337.D r= 337.0,100 = 33,7 metros. 
Assim o Lv=Lreal + Leq= 231,1918 + 33,7 = 264,8918 metros.
Com o comprimento virtual total, foi calculada a perda de carga no recalque:
hr = (10,641 x Lt,r x / ( x ) (30)
Onde, 
Qb: Vazão de bombeamento em m³/s.
C: coeficiente de Hazen – Williams – foi adotado C = 130.
Dr: diâmetro de recalque (Dr = 0,100m).
Logo, temos que:
 / ( x )
 hr = 10,84 m.
	3.2.5 - Cálculo da altura manométrica:
	O cálculo da Hm é feito segundo a fórmula:
Hm = -Hg,s + Hg,r + hs + hr (31)
Hm = 13,37 + 10,84
Hm = 24,21m.
3.3 - Escolha do conjunto motor-bomba
A seleção do conjunto motor-bombo foi realizada por meio do software Pumpsel, onde especificamos as condições de uso, e ele nos forneceu as bombas ideais para o nosso uso. A partir das bombas mostradas, escolhemos a bomba com o maior rendimento, 36%.
As informações que colocamos no software foram:
· Utilização: TRATAMENTO DE EFLUENTES
· Modelo: KRT
· Fluido: ESGOTO PRÉ GRADEADO
· Densidade: 1
· Viscosidade: 277 SSU
· Altura manométrica: 24,2129 m
· Vazão: 49,32 m³/h
· Temperatura: 25º C
	Seleção da Bomba
	Modelo KRT
	K80-315
	 
	Rendimento η
	36%
	 
	NPSHr
	0,5
	m
	Rotação r
	3500
	rpm
	Drotor
	141
	mm
3.4 - Potência do CMB:
A potência solicitada pelo conjunto motor bomba é determinada de acordo com a equação abaixo:
Pb = (γ x Qb x Hm) / (75 x η) (32)
Onde,
 Pb: potência solicitada pela bomba (CV).
 γ : peso específico da água (1000kgf/m³).
Qb: vazão de bombeamento (m³/s).
Hm: altura monométrica total (m).
η: rendimento total : η = ηb x ηm (foi considerado que ηb = 0,36 e ηr = 0,9).
Logo,
Pb = (1000 x 0,15 x 24,21) / (75 x 0,36 x 0,9)
 Pb = 15,14 CV.
No entanto, a potência instalada é a potência solicitada pela bomba majorada em 20%:
Pinst = 18,16 CV.
3.4.1 - Curva característica do sistema elevatório:
A curva característica de um sistema elevatório é da forma:
Hm = Hg + α x (33)
Como a equação utilizada para calcular as perdas de carga foi a de Hazen – Williams, n = 1,85. Além disso, α é calculado de acordo com a fórmula abaixo:
 
Então, a curva característica do sistema é da forma: 
Hm = 13,37 + 25659,9471x 
O gráfico referente à curva do sistema encontra-se abaixo:
Gráfico 1 – Curva do sistema elevatório
3.4.3 NPSH disponível
Para verificar a não ocorrência de cavitação, é necessário calcular o NPSHd e o comparar com o NPSHr (NPSHr = 0,5, já retirado da curva da bomba).
O NPSHd é dado por: 
NPSHd = Hg,s – hs + (Patm/ γ) – (Pvapor/ γ) (35)
NPSHd = 0,45 – 0 + 10,33 – 0,233 = 10,55 m
Onde:
NPSHd: carga de sucção positivas disponível.
Hg,s: altura estática de sucção (positiva quando a bomba está afogada e negativa caso contrário) (m).
hs: perda de carga na sucção (m).
Patm: pressão atmosférica (N/m²): adotada altitude 0,00m.
Pvapor: pressão de vapor de água (N/m²): adotada temperatura de 30ºC.
γ: peso específico da água (N/m²).
Logo, se NPSHd>NPSHr não há cavitação. Como nesse caso NPSHd = 10,55 não ocorrerá cavitação.
4.0 – DIMENSIONAMENTO DO SIFÃO INVERTIDO
Nessa etapa faremos o dimensionamento do sifão invertido necessário para transpor o obstáculo do projeto. Trata-se de um canal de águas pluviais de largura de 36,1 m a ser vencida.
Foram consideradas apenas duas etapas, que seriam do ano 2020(início de plano) e do ano 2050(final de plano)
Dados iniciais:
Características do coletor que aflui ao sifão				
DN250		
I = 0,00207m/m		
Cota da soleira = 29,35 m	
	ETAPAS
	VAZÔES(L/S)
	
	MEDIA
	MAXIMA DIA QUALQUER
	MAXIMA
	 
	2020
	5,696
	6,322
	8,2
	2050
	9,179
	10,309
	13,699
	
4.1 Número de tubulações 
	Para um projeto de sifão inverto se faz necessário o uso de no mínimo 2(duas) tubulações, onde uma poderá ser isolada para a manutenção da outra. Porém, segundo Prof. Carlos Fernandes da UFCG, o uso de 3 tubulações ocorrerá se satisfeita a desigualdade:
Logo, só serão necessários o uso de 2 tubulações.
4.2 Diâmetro das tubulações 
	Para a determinação dos diâmetros das tubulações, faz-se necessário o uso dos critérios:
Para vazão média: v ≥ 0,60 m/s
Para vazão máxima de um dia qualquer: v ≥ 0,90 m/s
Tubulação 1: 
· Para o segundo critério, temos:
Adotando DN 100, temos: 	
· Para o segundo critério, temos:
Adotando DN 100, temos: 	
Tubulação 2: 
· Para o segundo critério, temos:
Adotando DN 100, temos: 	
· Para o segundo critério, temos:
Adotando DN 100, temos: 	
Observa-se que será necessário o uso das tubulações de diâmetro DN 100, mesmo em caso de velocidade inferior, pois trata-se do diâmetro mínimo para sifões invertidos.
4.3 Cálculo da curva característica e a forma de se operar o sifão
	Para o cálculo da curva característica do sifão, faz-se necessário o uso das equações para: 
· Perda de carga localizada: ∑
	Peça
	Ks
	Entrada
	0,5
	2 curvas de 45°
	0,4
	Saída
	1
	ƩKs
	1,9
· Perda de carga distribuída: 
Onde, 
Para tubos de ferro fundido classe K7, K = 2 mm, L = 36,1 m, determinou-se as perdas apresentadas na tabela a seguir.
	Vazão(l/s)
	Velocidade(m/s)
	Perdas de carga(m)
	
	
	Localizada
	Distribuída
	Total
	2
	0,25
	0,01
	0,06
	0,06
	4
	0,51
	0,03
	0,23
	0,26
	6
	0,76
	0,06
	0,52
	0,58
	8
	1,02
	0,10
	0,93
	1,03
	10
	1,27
	0,16
	1,45
	1,61
	12
	1,53
	0,23
	2,09
	2,31
	14
	1,78
	0,31
	2,84
	3,15
4.4 Níveis de águana câmara do sifão
· Câmara de Montante:
Considerando-se que as vazões ocasionam as perdas de cargas de no máximo 3,15 m, são determinadas as cotas dos níveis de montante para essas vazões.
	Q (l/s)
	y/d
	NA montante
	2
	0,18
	29,40204699
	4
	0,26
	29,42204699
	6
	0,32
	29,43704699
	8
	0,37
	29,44954699
	10
	0,42
	29,46204699
	12
	0,47
	29,47454699
	14
	0,51
	29,48454699
· Câmara de Jusante:
Será obtido através da diferença entre o nível de agua a montante e a perda de carga máxima do sistema
	Q (l/s)
	perda
	NA montante
	NA jusante
	2
	3,15
	29,40204699
	26,25204699
	4
	3,15
	29,42204699
	26,27204699
	6
	3,15
	29,43704699
	26,28704699
	8
	3,15
	29,44954699
	26,29954699
	10
	3,15
	29,46204699
	26,31204699
	12
	3,15
	29,47454699
	26,32454699
	14
	3,15
	29,48454699
	26,33454699
4.5 Ventilação
É uma tubulação que será instalada na câmara montante do sifão, seu valor de secção é obtido através da decima parte do somatório das secções do sifão. 
Logo a secção do tubo de ventilação é de Sv = 0,0015 m², então:
Assim temos que o diâmetro de ventilação será de DN 100.
Curva Característica do Sistema Elevatório
0	0.01	0.02	0.03	0.04	0.05	0.06	7.0000000000000007E-2	0.08	8.2000000000000003E-2	0.09	0.1	13.373011348510403	18.492843884189462	31.830017113593318	52.450808764189588	79.910551285277393	113.91564657464806	154.24854334328305	200.73743432284471	253.24096594450171	264.4525851636389	311.63945663143659	375.82939738718437	
Curvas características do sifão invertido
Vazão(l/s)	Vazão(l/s)	2	Vazão(l/s)	Vazão(l/s)	6	Vazão(l/s)	Vazão(l/s)	4	Vazão(l/s)	Vazão(l/s)	8	Velocidade(l/s)	0.25	0.51	0.76	1.02	1.27	1.53	1.78	Perdas de carga(m)	0.06	0.26	0.56999999999999995	1.03	1.6	2.3199999999999998	3.14	Total	0.06	0.26	0.56999999999999995	1.03	1.6	2.3199999999999998	3.14	10	12	14	Vazão(l/s)
Perdas de carga(m) Toal
Velocidade