apostila de sistemas urbanos de abastecimento de agua 2012

Universidade de Passo Fundo Faculdade de Engenharia e Arquitetura

Curso de Engenharia Civil

DISCIPLINA: Saneamento I

ASSUNTO: Sistemas Urbanos de Abastecimento de Água

PROFESSORES: Dra. Vera Maria Cartana Fernandes e Eng. Vinícius Scortegagna

Passo Fundo / 2012

Saneamento I - 1

Profª. Dra. Vera Maria Cartana Fernandes

1 IMPORTÂNCIA DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA

1.1 Introdução:

O objetivo fundamental do Sistema público de abastecimento de água é fornecer águas

às necessidades do homem que vive nos aglomerados urbanos, em quantidade e

qualidade adequada às suas necessidades.

Entende-se por "adequadas às suas necessidades" como medida certa para promover,

proteger e recuperar a saúde que é o objetivo de ciência saúde pública.

1.2 Conceitos Fundamentais:

Saúde: estado de completo bem estar físico e mental e social, não apenas a ausência de

doenças ou enfermidades.

Saúde pública: Ciência ou arte que objetiva a saúde de modo amplo.

Saneamento: Controle de todos os fatores do meio físico do homem que exerce ou

podem exercer efeito deletério sobre o seu bem estar físico e mental ou social.

Engenharia Sanitária: Campo da engenharia relativo às obras de saneamento.

Saneamento do meio: conjunto de obras e medidas que promovam o saneamento.

As atividades do saneamento do meio envolve principalmente:

- abastecimento de água;

- coleta, ,tratamento e disposição dos esgotos sanitários;

- drenagem e águas pluviais;

- proteção contra inundações;

- coleta, tratamento e disposição do lixo;

- controle de insetos, ratos, etc;

- poluição atmosférica;

- higiene das habitações;

- higiene industrial;

- educação sanitária.

Saneamento I - 2


O nosso curso de graduação, ocupa-se com as obras de saneamento básico ou clássico,

que são as de água, esgotos e águas pluviais das cidades.

1.3 Água Na Transmissão De Doenças:

1.3.1. Usos da água e saúde:

Dos muitos usos que a água pode ter, alguns estão mais intimamente relacionados com a

saúde humana:

- água utilizada como bebida ou na preparação de alimentos;

- água utilizada no asseio corporal ou a que, por razões profissionais ou

outras quaisquer, venha a ter contato direto com a pele ou mucosa do corpo

humano.

- água empregada na manutenção da higiene do ambiente e, em especial,

dos locais, instalações e utensílios usados no manuseio, preparo e ingestão

de alimentos.

- água utilizada na rega de hortaliças ou nos criadouros de moluscos.

Na primeira e segunda há o contato direto entre a água e organismo humano, em três e

quatro há principalmente contato indireto.

Segundo a organização mundial de saúde OMS, aproximadamente um quarto dos leitos

existentes em todos os hospitais do mundo estão ocupados por enfermos, cujas doenças

são ocasionadas pela água.

A nocividade da água pode resultar de sua má qualidade, como também da quantidade

insuficiente.

Nos itens primeiro e quarto, influi a qualidade, já em dois e três, além da qualidade, é

muito importante a quantidade disponível, que em alguns casos é fator preponderante.

Reconhece-se que o fator quantidade tem tanta ou mais importância que a qualidade, na

prevenção de algumas enfermidades associadas à falta de higiene. Assim, a incidência de

certas doenças diarréicas, varia inversamente à quantidade de água disponível "per

capita", mesmo que essa água seja de qualidade muito boa.

A tracoma, que ocorre em vasta área de zona rural brasileira, tem como uma das bases

de sua profilaxia, o abastecimento de água no domicílio, em quantidade para permitir o

asseio corporal satisfatório.

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Também algumas doenças cutâneas e infestações por ectoparasitos, como os piolhos,

podem ser evitadas ou atenuadas onde existe conjugação de bons hábitos higiênicos e

quantidade de água suficiente.

1.3.2. Água como Veículo:

O sistema de abastecimento de água de uma comunidade desde a captação, adução,

tratamento, recalque e distribuição, inclusive reservação, bem como dos domicílios e

edificações em geral, deve ser bem projetado, construído, operado, mantido e

conservado, para que a água não se torne veículo de transmissão de diversas doenças;

essas doenças podem ser classificadas em dois grupos:

- doenças de transmissão hídrica;

- doenças de origem hídrica;

1.3.2.1. Doenças de transmissão hídrica:

São aquelas em que a água atua como veículo propriamente dito, do agente infeccioso.

A água é um importante veículo de transmissão de doenças notadamente do aparelho

intestinal. Os microrganismos patogênicos responsáveis por essas doenças atingem a

água com os excretas de pessoas e animais infectados, dando como consequência as

denominadas "doenças de transmissão hídrica".

Em geral, os microrganismos normalmente presentes na água podem:

- ter seu "habitat" normal nas águas de superfície;

- ter sido carreados pelas águas de enxurradas;

- provir de esgotos domésticos e outros resíduos orgânicos, que atingiram a

água por diversos meios;

- ter sido trazidos pelas chuvas na lavagem da atmosfera.

Relativamente aos microrganismos patogênicos, as doenças de transmissão hídrica

podem ser ocasionadas por:

- bactérias: febre tifóide, febres paratifóides, cólera;

- protozoários: amebíase ou desinteria amebiana;

- vermes: e larvas: esquistossomose;

- vírus: hepatite infecciosa e poliomielite.

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1.3.2.2. Doenças de origem hídrica:

São aquelas decorrentes de certas substâncias contidas na água em teor inadequado.

Objetivando melhor expor o problema das doenças de origem hídrica é oportuno

transcrever de Garcez os seguintes conceitos sobre os denominados contaminantes

tóxicos:

"Quatro tipos de contaminantes tóxicos podem ser encontrados nos sistemas públicos de

abastecimento de água:

- contaminantes naturais de uma água que esteve em contato com formações

Minerais venenosas;

- contaminantes naturais de uma água na qual se desenvolveram

determinadas colônias de microrganismos venenosos;

- contaminantes introduzidos na água em virtude de certas obras hidráulicas

defeituosas

- ( principalmente tubos metálicos) ou de práticas inadequadas no tratamento

da água;

- contaminantes introduzidos nos cursos de água por certos despejos

industriais.

Os contaminantes de origem mineral incluem o flúor, o selênio, o arsênio e o boro, e, com

exceção do flúor, raramente são encontrados em teores capazes de ocasionar danos.

Quanto ao flúor, teores maiores que 1ppm são responsáveis pela fluorose dos dentes, e,

por outro lado, ausência de fluoretos beneficia o aparecimento de cáries dentárias; o teor

ótimo é em torno de 1ppm.

Os contaminantes naturais ocasionados por colônias de microrganismos venenosos,

como certos tipos de algas, dão à água aspecto repulsivo ao homem, que tem assim uma

defesa natural através dos seus sentidos; não obstante, a mortalidade de gado que ingere

esses contaminantes tem sido verificada.

Os contaminantes introduzidos pela corrosão de tubulações metálicas podem ocasionar

distúrbios, principalmente em águas moles ou que contenham certo teor de bióxido de

carbono ( o que pode ocorrer por prática inadequada no tratamento da água).

Dos metais empregados nas tubulações, o único de toxidez comprovada ( e cumulativa) é

o chumbo, que pode ocasionar o envenenamento conhecido como saturnismo.

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Cobre, zinco e ferro, mesmo em pequenas quantidades, dão à água gosto metálico

característico e são responsáveis por certos distúrbios em determinadas operações

industriais.

O tratamento químico da água para a coagulação, desinfecção e destruição de algas ou

controle da corrosão pode ser uma fonte potencial de contaminação.

Toda as variedades de contaminantes tóxicos podem provir dos despejos líquidos

industriais. Daí a importância sanitária do controle dos despejos industriais.

1.3.3. Como a água adquire as impurezas:

A presença da água na natureza decorre do ciclo hidrológico, que se processa de acordo

com a figura 01.

Figura 01 - Esquema do Ciclo Hodrológico.

Ao percorrer esse ciclo, a água entra primeiro em contato com a atmosfera, ao se

precipitar sob a forma se chuva ou neve e depois com o solo no escoamento superficial e

com as camadas geológicas do subsolo quando infiltra. A água sendo solvente por

excelência incorpora os materiais solúveis dos meios que atravessa e materiais em

suspensão, que são microrganismos, materiais orgânicos provenientes de animais,

vegetais e resíduos industriais e materiais minerais, que irão alterar as suas qualidades

físicas, químicas e bacteriológicas.

1.3.4. Medidas para prevenir a alteração da qualidade da água:

A prevenção da alteração da qualidade da água que poderá torna-la inadequada ao

consumo das cidades é feita basicamente através das seguintes medidas:

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- proteção dos mananciais no locais de captação e à montante das mesmas

contra lançamentos de resíduos domésticos, industriais e outros;

- controle do uso do solo para atividades agrícolas evitando que resíduos de

inseticidas, pesticidas e adubos cheguem aos corpos de água mananciais;

- proteção contra água de enxurradas devido às chuvas e contra inundações

de instalações de captações;

- proibição da entrada de pessoas e animais às áreas das captações e a

montante da mesma;

- projeto e construção e operação adequados;

- controle sistemático da qualidade da água em pontos estratégicos.

Mesmo com todas essas providências, as águas dos mananciais em geral não tem

qualidade tal que possa ser utilizada para consumo. Para corrigir essa qualidade a água

passa por processos de tratamento em instalações chamadas "estações de tratamento de

água".

Os processos de tratamento variam de acordo com a qualidade da água bruta e a

qualidade que se pretende para a água ser distribuída na cidade e que deve obedecer a

certos "padrões" estabelecidos por leis e regulamentos nacionais e internacionais.

1.4 ÁGUA, IMPORTÂNCIA E QUALIDADE

1.4.1 Importância:

O homem precisa de água em quantidade e qualidade para atender as suas

necessidades fundamentais, necessidades essas que podem ser resumidas em:

- consumo direta e preparo de alimentos;

- higiene pessoal;

- higiene da casa;

- higiene dos locais públicos;

- irrigação de hortaliças;

- veiculação de águas servidas;

- lavagem corporal.

Durante muito tempo o homem obteve a água para suas necessidades através de

sistemas individuais, ou seja, por meio de poços perfurados em cada uma das

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propriedades, mas com o aumento das aglomerações urbanas, houve também um

aumento nas dificuldades de se obter água para as suas necessidades, surgiram assim

os Sistemas Públicos de Abastecimento de Água.

Os sistemas de abastecimento de água possuem uma grande importância econômica,

uma vez que:

- com o aumento da vida média da população, há uma redução no número de

horas perdidas com as doenças causadas pela água;

- a água é matéria prima para diversas indústrias, quer seja como matéria

prima para o processo, como é o caso da de bebidas, químicas e

farmacêutica, ou como parte da produção como no caso de caldeiras ou

resfriamento de materiais e produtos.

1.4.2 Nomenclatura das Águas:

Água dura ou salobre:

com teor elevado de sais desagradável para bebida, inconveniente para a limpeza

corporal e lavagem de roupas, imprópria para o cozimento de alimentos;

- Causa: bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos de cálcio e magnésio.

Água Salgada ou Salina:

além dos causadores da dureza, estas possuem teor elevado de cloreto de sódio.

Água Mineral:

proveniente do interior da crosta terrestre, com valor terapêutico.

- causa: anidrido carbônico, bicarbonato de sódio, gás sulfídrico, cloretos, brometos,

iodetos e sulfatos, sais neutros de magnésio, potássio e sódio.

Água Termal:

água mineral que atinge a superfície com temperatura elevada.

Água Radiativa:

água mineral ou termal que possui radiatividade natural, atualmente muitas destas águas

encontradas possuem estas características devido a explosões atômicas.

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Água Colorida:

água não límpida devido a presença de substâncias dissolvidas ou em estado coloidal.

- causa: corantes vegetais.

Água Turva:

água não límpida devido a presença de substâncias em suspensão.

- causa: areia, silte e argila.

Água Ácida:

água com elevado teor de gás carbônico ou ácidos minerais, o seu PH é inferior a sete

(neutro). É corrosiva e agressiva.

Água Alcalina:

água com quantidade acentuado de bicarbonatos de cálcio e magnésio, carbonatos e

hidróxido de sódio, potássio, cálcio e magnésio. O seu PH é superior a sete.

Toda água dura é alcalina, mas nem toda água alcalina é dura.

Água Bruta:

é a água antes de sofrer tratamento.

Água Tratada:

é a água que já foi submetida a um ou mais processos de remoção de impurezas e/ou

correção de impropriedades.

Água Pura:

é a água desprovida de substâncias estranhas e que pode ser utilizada sem sofrer

tratamento.

Água Potável:

água inofensiva a saúde, agradável aos sentidos e adequada ao uso doméstico.

1.4.3 Conceitos Fundamentais:

A água ao percorrer o ciclo hidrológico te suas características alteradas, logo água

quimicamente pura não existe na natureza.

As impurezas da água são determinadas através do conhecimento das características

químicas físicas e biológicas das águas naturais, o que vai então determinar a qualidade

desta água.

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Logo, o que influi no tipo de tratamento que se deverá dar ás águas naturais é o uso

pretendido para a água após tratada.

1.4.3.1 Conceitos de Poluição das Águas:

Água Poluida: é a água que tem as características alteradas à níveis que a torne

inadequada ao consumo em sentido amplo.

Água Contaminada: é a água que se torna nociva a saúde, quando consumida como

alimento pelo homem, animais e vegetais. É portanto um caso particular da poluição das

águas.

1.4.3.2 Caminhos de Poluição das Águas:

- A possibilidade de poluição dos mananciais;

- A possibilidade de poluição da água de consumo.

Caminho da Poluição das Águas dos Mananciais:

As impurezas adquiridas são provinientes do ciclo hidrológico, sendo então as principais

causas as seguintes:

- precipitações atmosféricas: neste caso as chuvas carregam impurezas

existentes na atmosfera, é menos freqüente a existência de microrganismos

patogênicos.

- escoamento superficial: carregam partículas terrosas, detritos vegetais e

animais, fertilizantes, estrume, inseticidas, podem conter elevada

concentração de microrganismos patogênicos.

- infiltração no solo: também são decorrentes do escoamento superficial. Mas

podem também ser adquiridas pela dissolução de compostos solúveis.

Podem também contaminar o lençol freático, devido ao inadequado destino dado aos

dejetos humanos.

- despejos diretos de águas residuárias e de lixo, poluição e desenvolvimento

de algas.

- represamento: as substâncias sofrem alterações decorrentes das ações de

natureza (física, química e biológica).

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Caminhos da Poluição da Água de Consumo:

Os sistemas de abastecimento devem ser bem projetados, construidos, conservados e

mantidos como também serem protegidos desde a captação até os pontos de consumo,

afim de evitar a poluição da água de consumo.

São exemplos de contaminação da água de consumo:

- na captação, localização desta, após um ponto de lançamento de esgotos;

- na adução, realizar através de canais abertos;

- no tratamento, filtros em mau estado, com descontinuidade na camada de

areia, cloração inadequada;

- no recalque, linhas de distribuição bem distanciadas das linhas de esgoto,

reservatórios cobertos, tubulações funcionando com pressão adequada;

- nas instalações hidráulico-sanitárias, falta de cuidado na concepção e

dimensionamento das redes, cuidado com conexões cruzadas, para evitar a

contaminação dos sistemas de abastecimento de água.

1.4.3.3 Impurezas:

As impurezas presentes nos sistemas de abastecimento de água, são decorrentes de

duas fontes principais:

- fontes naturais - ciclo hidrológico;

- fontes artificiais - atividades humanas.

As principais fontes de impurezas são:

- em suspensão: bactérias, algas, protozoários, lodos;

- em estado coloidal: substâncias vegetais, sílica e vírus;

- dissolvidas: sais de cálcio e magnésio, carbonatos, bicarbonatos, sulfatos e

cloretos, sais de sódio e potássio, carbonatos, bicarbonatos, sulfatos , fluoretos e cloretos,

sais de ferro e manganês gases, oxigênio, gás carbônico, sulfídrico, nitrogênio, metano,

substâncias albuminantes e amoniacais, nitritos e nitratos.

- dissolvidas provinientes de atividades industriais: fenóis;

- dissolvidos: organo clorados, nitratos e fosfatos.

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2 PLANEJAMENTO E PROJETO DOS DOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE

ÁGUA

2.1. Partes Constituintes de um Sistema de Água:

A configuração dos sistemas de água e extremamente variável, em função do porte da

cidade, topografia, sua posição em relação aos mananciais, etc. De um modo geral, os

sistemas são constituídos das seguintes partes:

Manancial: é o corpo de água, superficial ou subterrâneo de onde é retirada água para o

abastecimento. Deve fornecer vazão suficiente para atender a demanda no período de

projeto;

Captação: é o conjunto de obras para retirar a água do manancial;

Estação elevatória de água bruta: é o conjunto de obras e equipamentos destinados a

recalcar a água para a unidade seguinte, se o manancial estiver em cota inferior à essa

unidade;

Estação de tratamento: é a unidade necessária para enquadrar a água retirada dentro

dos padrões de potabilidade.

O processo de tratamento depende da qualidade da ;água bruta, sendo os principais os

seguintes:

- Simples desinfecção quando as características da água bruta estão dentro

dos padrões de potabilidade. A desinfecção é feita pela aplicação de cloro e

é obrigatória em qualquer tipo de tratamento;

- tratamento convencional ou completo, quando a água apresenta cor e

turbidez elevados, como é o caso da maioria dos mananciais superficiais;

- Filtros lentos. a água e distribuída sobre um leito filtrante de areia, com uma

taxa muito baixa (menor que 4 m3/m2.dia). Pode ser utilizado com águas

pouco coloridas e turvas e é viável apenas para as pequenas cidades;

- Sedimentação simples, é a retirada da areia em suspensão, muito comum

nas captações em rios e córregos;

- Instalações para remoção de ferro ou resfriamento, em geral aeração.

Reservatório de distribuição: tem a função de acumular água nas horas de baixo

consumo para suprir as horas em que o consumo é superior ao médio;

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Rede de distribuição: é o conjunto de tubulações, peças e ;orgãos acessórios que leva a

água até os consumidores;

Adutoras: tubulações que interligam essas partes: as tubulações que transportam a água

entre as várias partes do sistema são as adutoras. Às vezes existem ramificações que

partem da tubulação principal para levar a água a outros pontos; são as sub-adutoras. Na

página seguinte, estão apresentados algumas configurações de sistemas de

abastecimento de água.

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2.2. Projeto dos Sistemas de Água:

2.2.1. Fases:

Usualmente a elaboração de um projeto de engenharia de um sistema de abastecimento

é feito nas seguintes fases:

- estudo preliminar, na qual e feita a concepção do sistema;

- projeto técnico no qual é feito o dimensionamento do sistema e a elaboração

dos desenhos básicos;

- projeto executivo, na qual são feitos os projetos complementares, como

arquitetura, estrutura, eletricidade, etc.

2.2.2. Partes do Projeto:

- memorial descritivo e justificativo;

- desenhos;

- quantitativos, especificações e orçamentos;

- anexos: elementos que serviram para a elaboração dos estudos, tais como:

análise de água, legislação sobre ocupação urbana, etc.

O projeto deverá reunir de maneira clara e objetiva todas as informações necessárias

para:

- contratação das obras;

- construção e fiscalização;

- aquisição e instalação de materiais e equipamentos;

- operação e manutenção do sistema.

2.2.3. O Desenvolvimento de um Projeto de Engenharia:

A execução de um projeto pode ser desmembrada em uma série de atividades, cada uma

com um determinado produto. Por exemplo, a atividade "trabalhos topográficos" objetiva

as plantas topográficas necessárias ao projeto.

Existem atividades que dependem de outra anteriores, como por exemplo, a citada

"trabalhos topográficos" depende de uma atividade que defina o que precisa ser feito. O

esquema de desenvolvimento das atividades que mostra as interdependências entre as

mesma é o fluxograma.

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Exemplificando de uma maneira resumida, com o estudo preliminar de um sistema de

abastecimento de água; as atividades necessárias ao seu desenvolvimento são:

Estudo Preliminar:

Número Discriminação

1 - Levantamento de dados

1.1. Topográficos e cartográficos;

1.2. Sócio econômico;

1.3. Consumo de água;

1.4. Sistema existente;

1.5. Hidrológicos e hidrogeológicos

1.6. Energia elétrica.

2 - Estudos demográficos;

3 - Parâmetros de consumo;

4 - Cálculo das demandas;

5 - Diagnóstico do sistema existente;

6 - Disponibilidade hídrica

7 - Concepção dos esquemas

8 - Dimensionamento dos esquemas alternativos

9 - Estudos econômicos e seleção da alternativa.

2.2.3.1. O estudo das soluções alternativas:

O objetivo da fase "estudo preliminar" é o estudo das soluções alternativas, finalizando

com a seleção da alternativa mais interessante, que será representada na forma de um

esquema básico, em geral em escala 1:50.000 ou 1:10.000.

Exemplo de escolha de alternativas:

O esquema mostrado abaixo apresenta uma situação em que existem algumas

alternativas para o manancial abastecedor da cidade A:

- Alternativa 1 - captação no rio B, que exigirá recalque e tratamento;

- Alternativa 2 - captação na cabeceira do rio A, que é mais distante, podendo,

entretanto, a água ser conduzida por gravidade;

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- Alternativa 3 - captação da água subterrânea.

Esquema do estudo de alternativas para o Abastecimento.

Essas alternativas, desde que viáveis tecnicamente, deverão ser pré-dimensionadas e

estudadas economicamente, devendo ser adotada aquela que propicie o menor custo.

O estudo econômico consiste em:

- orçamento de cada alternativa, por etapa de construção;

- cálculo das despesas financeiras de acordo com os procedimentos de

instituições financeiras, concluindo pelo valor de amortização do

amortização do financiamento a cada ano;

à esse valor deverão ser acrescentados as despesas anuais de manutenção e operação

englobando:

- produtos químicos;

- energia elétrica;

- equipe para a operação;

- custos de manutenção calculado por meio de índices das concessionárias;

- custos administrativos, também calculados por meio de índices;

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- em princípio, o sistema será economicamente viável se o custo do m3 da

água for compatível com a renda média dos consumidores;

- o sistema que apresentar o menor custo anual, considerando todos os

fatores, será o economicamente mais interessante.

Saneamento I - 18


3 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONSUMO DE ÁGUA

3.1 Introdução:

A elaboração de um projeto de abastecimento de água exige o conhecimento das vazões

de dimensionamento das diversas partes constituintes do Sistema. Por sua vez, a

determinação dessas vazões implica no conhecimento da demanda de água na cidade,

que é função:

- do número de habitantes a ser abastecido;

- da quantidade de água necessária a cada indivíduo.

Os problemas de dimensionamento das canalizações, estruturas e equipamentos,

implicam em estudos diversos que incluem a verificação do consumo médio por pessoa, a

estimativa do número de habitantes a ser beneficiado e as variações de demanda, que

ocorrem por motivos vários.

3.2 Consumo Médio por Habitante::

3.2.1. Usos da água nas cidades:

- doméstico (bebidas, asseio corporal e das habitações, preparo de alimentos,

lavagem de roupas de utensílios, limpeza de bacias sanitárias, etc) - 50 a 90

l/dia.hab;

- comercial ou industrial (escritórios, restaurantes, hotéis e pensões,

pequenas indústrias dissiminadas na cidade) cerca de 50 l/hab.dia;

- públicos: irrigação de jardins, lavagem de ruas: cerca de 25 l/hab.dia;

- perdas: água perdida por vazamentos e em problemas operacionais: 40

l/habdia;

3.2.2 Consumo médio por habitante:

O consumo médio por habitante, levando em conta todos esses fatores, é da ordem de

200 litros. Nas cidades do Norte e Nordeste do país de renda "per capita" muito baixa

tem sido adotado valores de até 100 litros. Esse valor varia entretanto de região para

região, conforme os seguintes fatores:

clima: quanto mais quente a região maior o consumo;

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hábitos e níveis de vida da população, o consumo aumenta com a renda "per capita" e

com a educação sanitária;

natureza da cidade: as cidades industriais são as que apresentam maior consumo;

preço da água, medição da água;

pressão da rede: quanto maior a pressão, maiores serão as perdas através de

vazamentos e também o consumo direto;

disponibilidade de água: a demanda reprimida reduz o consumo por habitante.

3.2.3. Alguns valores médios de consumo específico:

- Consumo doméstico:

bebida : 1 l/hab.dia

preparo de alimentos : 6 l/hab.dia

lavagem de utensílios : 2 a 9 l/hab.dia

higiene pessoal : 15 a 40 l/hab.dia

lavagem de roupas : 10 a 15 l/hab.dia

bacias sanitárias : 9 a 10 l/hab.dia

perdas : 6 a 13 l/hab.dia.

- Comércio e Indústria:

escritórios : 50 l/pessoa.dia

restaurantes : 15 l/refeições.dia

Hotéis e pensões : 120 l/hab.dia

lavanderias : 30 l/hab.dia

hospitais : 250 l/leito.dia

garagens : 50 l/automóveis.dia

laticínios : 1 a 5 l/kg de produto

fábrica de papel : 100 a 400 l/kg de papel

matadouros : 300 l/cabeça de gado abatido.

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3.2.4. Variações de consumo:

Em um mesmo local, o consumo médio por habitante não é constante no tempo. Varia

conforme o clima e hábitos de vida.

Assim, do inverno para o verão tem uma variação e considerando as 24 horas do dia,

existem horas em que o consumo é grande e horas em que é muito reduzido.

Diferencia-se então os seguintes valores de consumo médio:

- médio anual, que é o valor obtido dividindo-se o volume total consumido

pela cidade durante todo o ano, por 365 dias;

- médio do dia de maior consumo do ano;

- médio da hora de maior consumo do dia;

- médio da hora de maior consumo do dia de maior consumo.

Para se quantificar esses valores, usam-se dois coeficientes:

- do dia de maior consumo ( variações diárias) K1:

K maior1= consumo diário no anovazão média diária no ano

é usual, na falta de dados para o seu cálculo, adotar-se o valor de k1 = 1,25

- da hora de maior consumo ( variações horárias ) K2:

Kvazão

2 = maior vazão horária no diamédia horária no dia

é usual, na falta de dados para o seu cálculo, adotar-se o valor de k2 = 1,50

Os gráficos apresentados a seguir demonstram as variações de consumo no ano e diário.

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Variação do Consumo no Ano.

J F M A M J J A S O N D

q médio

K1.q médio. q máx.

q médio

q (l/d.hab)

meses

Variação do Consumo Diário:

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 12 horas

q (l/d/hab)

q médio

q máx q médio diárioq mín.

Sendo então q o consumo médio diário obtido de:

q = volume consumido do anod365 ias

O consumo do dia de maior consumo , q1 será:

q1 = K1 . q

O consumo máximo que ocorre no dia, q2 será:

q2 = K2 . q

O consumo máximo que ocorre no ano, será:

q2 = k1 . .K2 . q

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3.2.5. Grandes Consumidores:

Considera-se grandes consumidores aqueles que consomem uma vazão significativa em

relação ao consumo da cidade ou ao da área que está sendo estudada, não cabendo

portanto sua inclusão no valor do consumo médio. Tal acontece, por exemplo, com uma

grande indústria em uma pequena cidade. Esses consumos devem ser considerados à

parte. Em geral são devido à indústrias, clubes, hospitais, grandes instituições de ensino,

etc.

3.2.6. Determinação do consumo por habitante (per capita) de uma cidade e dos

respectivos coeficientes de variação.

3.2.6.1. A partir das leituras dos hidrômetros:

Quando existem hidrômetros nas ligações prediais, a concessionária, para efeito de

cobrança e controle, processa periodicamente (bimensal, trimensal, etc) os dados das

leituras emitindo fichas com as seguintes informações:

- consumo no período por tipo de ligação (domiciliar,, industrial, comercial e

público);

- número de cada tipo de ligação, o que permite avaliar o número de

habitantes atendidos e índice de atendimento.

A partir dessas informações avalia-se o consumo médio efetivo por habitante nesse

período, englobando os consumos domésticos, industrial, comercial e público.

Sendo V , o volume medido pela leitura dos hidrômetros em um período de tempo ( 1 ano

p. ex.) e n o número médio de ligações nesse período, o consumo per capita efetivo é:

qe =V

n x número de dias x hab / ligação

Sendo I o índice de perdas em relação ao volume que entra na rede de distribuição Vp

que chamamos de volume produzido:

IV V

Vp c

p

=−

Quando se dispõe apenas de Vc e de uma avaliação do índice de perdas, o volume

produzido correspondente é:

V VIp

c=−1

Saneamento I - 23


No caso de projetos, é comum se fixar em índice de perdas como meta (por exemplo 20

%) e a partir daí se calcular qual o volume que deverá ser produzido.

3.2.6.2. Quando se dispõe de medidor na saída do reservatório:

O medido na saída do reservatório irá fornecer volumes consumidos a cada hora ou outro

intervalo de tempo escolhido para a medida. Alguns modelos fornecem o gráfico tempo-

vazão, que permitirá conhecer não só o consumo per capita médio anual mas também os

coeficientes de variação.

3.2.6.3. Quando não existe medição de forma nenhuma:

O consumo médio anual per capita e os seus coeficientes de variação devem ser

adotados considerando valores que foram encontrados em medições de cidades com

características semelhantes.

3.3 Período de Projeto:

O projeto de um sistema de abastecimento de água, para uma cidade comum deve levar

em consideração a demanda que se verificará numa determinada época em razão de sua

população futura. Admitindo ser esta última variável e crescente, é fundamental fixar a

época até a qual poderá funcionar satisfatoriamente, sem sobrecarga nas instalações ou

deficiências na distribuição.

O tempo que decorre até atingir essa época define o período de projeto.

O Período de projeto pode estar relacionado à durabilidade ou vida útil das obras e

equipamentos, ao período de amortização do capital investido na construção ou, ainda, a

outras razões. Os problemas relativos às dificuldades de ampliação de determinadas

estruturas ou partes do sistema, como também o custo do capital a ser investido e o ritmo

de crescimento das populações são aspectos a serem igualmente considerados.

Se, por exemplo, o crescimento populacional for muito rápido, os períodos longos de

projeto acarretarão obras grandiosas que oneram demais a comunidade nos anos iniciais.

Nos grandes sistemas, o período de projeto poderá ser mais amplo, no caso específico de

estruturas ou partes constituintes em que a ampliação for difícil. É o caso das barragens e

condutos de grande diâmetro, em que se consideram períodos de 25 a 50 anos.

No Brasil, raramente se admitem períodos superiores s 25 ou 30 anos. É comum adotar-

se o período de 20 anos para as instalações pequenas e médias, comuns no interior do

país, e indistintamente para todas as partes constituintes do sistema.

Saneamento I - 24


3.4 Previsão da População:

Fixado o período de projeto, é necessário conhecer-se a população de projeto, ou seja,, a

população que se espera encontrar na localidade ao fim do período admitido. Com isto,

poderá ser feita uma estimativa do consumo de água na época considerada.

No estudo do crescimento da população da cidade, sugerimos o seguinte roteiro:

- levantar os dados dos recenseamentos elaborados a cada 10 anos pela FIBGE,

que fornece:

- população presente, número de domicílios ocupados;

- atividades econômicas ( indústrias e comércio);

- prestação de serviços e agropecuária.

- verificar a tendência geral de crescimento da região e do estado;

- verificar a importância dos seguinte fatores:

- população flutuante;

- núcleo base de apoio para grandes obras de infra-estrutura;

- núcleo com forte alteração de estrutura produtiva;

- núcleo com forte impacto industrial em perspectiva;

- núcleo com forte estrutura universitária.

Estes fatores alteram substancialmente a tendência de crescimento.

Diversos são os métodos aplicáveis para o estudo do crescimento populacional.

3.4.1. Métodos de Previsão Populacional:

Processo Aritmético:

A base deste processo é considerar que a população apresenta um crescimento de

acordo com uma progressão aritmética.

Obtêm-se os valores das populações P0 e P1 correspondentes a duas datas anteriores,

t0 e t1 (referentes a dois censos).

Calcula-se o incremento populacional nesse período:

r P Pt t

=−−

1 0

1 0

Resulta a previsão da população P, correspondente à data futura t:

Saneamento I - 25


P P r t t= + −0 0( )

Comentários:

- este processo admite que a população varie linearmente com o tempo;

- para previsão e prazos muito longos, torna-se acentuada a discrepância

com a realidade histórica, uma vez que o crescimento é pressuposto

ilimitado.

Processo Geométrico:

Neste caso é considerado que a população apresenta um crescimento segundo uma

progressão geométrica.

Calcula-se a razão de crescimento geométrico no período conhecido:

01

1

0

1tt

PP

q−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Resulta a previsão de P num tempo t:

P P xqt t= −0

0

Este método aplica-se em pequenas cidades, pois também pressupõe um crescimento

ilimitado.

Processo da Curva Logística:

Obtêm-se os valores das populações P0, P1 e P2, correspondente a três datas t0, t1 e t2.

Adota-se como curva de crescimento populacional, uma curva definida por três pontos e

que obedeça equação seguinte:

P Ka bt=

+ −1 2 718( . )

onde:

b é a razão de crescimento da população

K é o limite de P ( valor de saturação da população)

a é um valor que para t = a/b há uma inflexão (mudança no sentido da curvatura) na

curva.

Para aplicação do sistema, é necessário:

t0 = 0

Saneamento I - 26


t1 = d

t2 = 2d

t seja contado a partir de t0

Po < P1 < P2 e P12 > P0.P2

K P P P P P PP P P

=− +

−2 0 1 2 1

20 2

0 2 12

( ) ( )( )

bd

P K PP K P

=−−

10 4343

1 0

0 1.log ( )

( )

a K PP

=−1

0 43430

0.log

d = t1 - t0 = t2 - t1

A curva apresenta 3 trechos distintos:

1 - crescimento acelerado

2 - crescimento retardado

3 - crescimento tende a uma estabilização.

3.4.2. Distribuição Demográfica:

Uma vez feito o estudo do crescimento da população da cidade, o projeto da rede de

distribuição da água exigirá que essa população seja distribuida pela área a ser atendida,

fazendo-se então as previsões de densidade demográficas.

Esse trabalho é feito tendo em vista:

- existência de planos de zoneamento que disciplinam a desenvolvimento urbano;

- plantas topográficas cadastrais.

Inicialmente procura-se dividir a área da cidade em setores homogêneos de ocupação e

se estimar a densidade demográfica atual de cada setor, o que pode ser feito com a

contagem dos domicílios na planta cadastral ou diretamente fazendo-se amostragens.

3.4.3. População Flutuante:

É a população que se estabelece em núcleos urbanos por curto período de tempo,

ocupando os edifícios de uso ocasional, hotéis, pensões, campings, etc.

Saneamento I - 27


A população flutuante é significativa no caso de estâncias climáticas, balneáreas e

hidrominerais, nos períodos de férias escolares e, é menos significativa nas grandes

cidades.

A avaliação da população flutuante deve ser feita a partir do conhecimento do número de

vagas, o que se consegue por meio de pesquisas de campo.

A estimativa da população flutuante futura é bem mais complicada, face a fatores tais

como: potencial turístico, crescimento econômico das cidades cujos habitantes utilizam a

localidade etc.

3.5 Vazões de Dimensionamento das Partes Principais de um Sistema de Água:

Um sistema de água é formado, em geral, pelas seguintes partes:

- captação;

- estação de bombeamento;

- estação de tratamento;

- reservatório de distribuição;

- tubulações interligando essas obras, chamadas adutoras;

- rede de distribuição.

A disposição apresenta-se segundo o esquema a seguir:

Captação

EstaçãoElevatória

Estação deTratamento

Reservatóriode

Distribuição Rede

Linhas Adutoras

O dimensionamento dessas partes, deve ser feito para as condições de demanda

máxima, para que o sistema não funcione com deficiência durante algumas horas do dia

ou dias do ano.

As obras à montante do reservatório de distribuição devem ser dimensionadas para

atender a vazão média do dia de maior consumo do ano. Obviamente a rede de

Saneamento I - 28


distribuição deve ser dimensionada para a maior vazão de demanda, que é a hora de

maior consumo do dia de maior consumo. A função principal do reservatório de

distribuição é receber a vazão constante, que é a média do dia de maior consumo e servir

de volante para as variações horárias.

Sendo Q a vazão produzida média anual, em l/s, medida na saída do reservatório, sua

expressão é:

Q qxP=

86400

onde P é a população atendida, e o q o consumo médio anual por habitante.

A vazão de dimensionamento das obras situadas à montante do reservatório de

distribuição é:

Q1 = K1 x Q

K1 é o coeficiente do dia de maior consumo;

A vazão de dimensionamento da rede de distribuição é:

Q2 = K1 x K2 x Q

K2 é o coeficiente da hora de maior consumo.

A estação de tratamento de água costuma consumir cerca de 3 a 4 % do volume que ela

trata.

A expressão genérica da vazão de dimensionamento da rede de distribuição é então:

Q K xK xqxP Qconsum esp= +1 2

86400 . .

Saneamento I - 29

Profª. Dra Vera Maria Cartana Fernandes

4 ESTUDO DA CAPTAÇÃO

4.1 Solução para Abastecimento de Água

Basicamente, existem dois tipos de solução para o abastecimento de água:

• solução coletiva;

• solução individual.

A solução coletiva aplica-se, em áreas urbanas e áreas rurais com população mais

concentrada. Os custos de implantação são divididos entre os usuários.

A solução individual aplica-se, normalmente, em áreas rurais de população dispersa.

Nesse caso, as soluções referem-se exclusivamente ao domicílio, assim como os

respectivos custos.

Em áreas suburbanas e periféricas, com características rurais ou mesmo em áreas de

população mais concentrada, pode-se utilizar uma combinação dessas duas soluções,

onde algumas partes, como o manancial ou a reservação, são de caráter coletivo, sendo

a distribuição de água de caráter individual.

Normalmente, uma grande cidade contém uma parte central de características urbanas;

uma outra zona, suburbana, de população mais esparsa, e uma terceira zona periférica

de características nitidamente rurais. Nesses casos, deve-se estudar a solução ou

soluções mais adequadas para cada uma dessas zonas.

4.2 Mananciais para Abastecimento de Água

É toda fonte de água utilizada para abastecimento doméstico, comercial, industrial e

outros fins. De maneira geral, quanto à origem, os mananciais são classificados em:

Manancial Superficial

É toda parte de um manancial que escoa na superfície terrestre, compreendendo os

córregos, ribeirões, rios, lagos e reservatórios artificiais.

As precipitações atmosféricas, logo que atingem o solo, podem se armazenar nas

depressões do terreno, nos lagos e represas, ou alimentar os cursos d’água de uma bacia

hidrográfica, se transformando em escoamento superficial. Outra parcela se infiltra no

solo.

A bacia hidrográfica é uma área da superfície terrestre, drenada por um determinado

curso d’água e limitada periféricamente pelo divisor de águas

Saneamento I - 30


O termo bacia hidrográfica não está limitado pela extensão da área.

Tanto pode ser a bacia hidrográfica do Rio Amazonas, como a bacia hidrográfica de um

pequeno Córrego, com poucos hectares de área total.

Pode-se estabelecer, entretanto, algumas hierarquias. Uma é chamar a área drenada pelo

rio principal de bacia e as áreas drenadas pelos afluentes de sub-bacias.

Manancial Subterrâneo

É a parte do manancial que se encontra totalmente abaixo da superfície terrestre,

compreendendo os lençois freático e profundo, tendo sua captação feita através de poços

rasos ou profundos, galerias de infiltração ou pelo aproveitamento das nascentes.

Águas Meteóricas

Compreende a água existente na natureza na forma de chuva, neve ou granizo.

4.2.1 Escolha do Manancial

A escolha do manancial se constitui na decisão mais importante na implantação de um

sistema de abastecimento de água, seja ele de caráter individual ou coletivo.

Havendo mais de uma opção, sua definição deverá levar em conta, além da

predisposição da comunidade em aceitar as águas do manancial a ser adotado, os

seguintes critérios:

1º critério: previamente é indispensável a realização de análises de componentes

orgânicos, inorgânicos e bacteriológicos das águas do manancial, para verificação

dos teores de substâncias prejudiciais, limitados pela resolução nº 375 Conselho

Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), a qual divide os manancias de acordo com

classes de uso;

2º critério: vazão mínima do manancial, necessária para atender a demanda por

um determinado período de anos;

3º critério: mananciais que dispensam tratamento, inclui águas subterrâneas não

sujeitas a qualquer possibilidade de contaminação;

4º critério: mananciais que exigem apenas desinfecção : inclui as águas

subterrâneas e certas águas de superfície bem protegidas, sujeitas a baixo grau de

contaminação;

Saneamento I - 31


5º critério: mananciais que exigem tratamento simplificado: compreendem as

águas de mananciais protegidos, com baixos teores de cor e turbidez, sujeitas

apenas a filtração lenta e desinfeção;

6º critério: mananciais que exigem tratamento convencional: compreendem

basicamente as águas de superfície, com turbidez elevada, que requerem

tratamento com coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfeção.

4.3. Tipos de Captação:

Captação de águas superficiais;

Captação de águas subterrâneas.

4.3.1 Captação de Águas Superficiais:

As obras de captação devem ser projetadas tendo em vista:

- o seu funcionamento ininterrupto durante qualquer época do ano;

- permitir a retirada de água para o sistema de abastecimento em quantidade

suficiente ao abastecimento e com a melhor qualidade possível;

- permitir o acesso durante todo o tempo, para a operação e manutenção do

sistema.

A maioria das vezes, o manancial encontra-se em cota inferior à da cidade motivo pelo

qual há necessidade do bombeamento da água.

As obras de captação, nesses casos, são associadas às obras de uma estação elevatória,

devendo o seu projeto dar condições ao bom funcionamento das bombas.

Há que se distinguir três tipos básicos de captação:

- em mananciais com pequena variação de nível de água;

- em cursos de água com grande variação do nível de água;

- em reservatórios de acumulação; como neste tipo o nível da água sofre

grandes variações, estes dois últimos itens apresentam soluções

semelhantes.

Saneamento I - 32


4.3.1.1. Captação em Cursos de água com pequena variação de nível:

Partes Constituintes:

Quando a vazão a ser retirada é menor que a vazão mínima do manancial, a captação é

feita a fio de água. Quando existem períodos no ano em que essa vazão é maior, haverá

necessidade da construção de um reservatório de regularização, devendo neste caso, a

vazão média do rio ser maior que a vazão a ser retirada, para permitir a regularização.

O esquemas das instalações, são muito variáveis, dependendo das condições do rio, sua

variação de nível, topografia, etc.

Na maioria dos casos as partes constituintes são:

- barragem de elevação de nível: é uma barragem construída ao longo de toda a seção

do curso de água para manter o nível mínimo da água em cota tal que garanta a

submergência adequada, principalmente das tomadas para as bombas, sem o que o

funcionamento não é adequado;

Esta construção, em geral é de pequena altura, e é muitas vezes feita com pedras

(barragem de enrocamento) e algumas vezes de concreto ciclópico;

- tomada de água: é a estrutura ou dispositivo para a captação da água. Pode ser uma

tubulação no curso de água ou um canal que desvia a parte de água do rio para a

captação.

- dispositivos que evitam a entrada de corpos flutuantes: os rios trazem sempre certa

quantidade de corpos flutuantes como troncos de árvores, galhos, plantas aquáticas,

peixes, etc. Para evitar a entrada desses materiais, é construído um gradeamento

grosseiro, com estacas de madeira ou concreto à entrada das tomadas. No caso de

tubulações são utilizados crivos. O espaçamento entre as estacas é de 10 a 15 cm.

Quando necessário, já dentro do canal, são colocados grades com menor espaçamento

(5 a 2,5 cm), de ferro ou alumínio para a retenção de folhas e gravetos. Algumas vezes

ainda usam-se telas para a retenção de materiais menores ainda.

- dispositivos para a retenção de areia: muitos cursos de água trazem uma quantidade

muito grande de areia em suspensão, que não devem ir para o sistema. A retenção de

areia é feita em decantadores, que são estruturas onde a água passa com velocidade

reduzida havendo um processo de sedimentação. Esses dispositivos são chamados

desarenadores ou simplesmente caixas de areia.

Saneamento I - 33


- dispositivos de controle: para controlar o fluxo e permitir a operação do sistema, são

utilizadas comportas e válvulas que permitem fechar a passagem da água.

Dependendo da finalidade uma ou outra é utilizada:

Comportas: podem ser de placas de madeira, que deslizam em sulcos ou

canaletas verticais, são utilizadas em canais ou tubulações de grandes diâmetros.

O tipo mais simples é chamada de Stop-log, e são peças de madeira, sobrepostas,

que apresentam um certa dificuldade de colocação, e e pequena resistência às

pressões, podem ser utilizadas em pequenas instalações e com uso esporádico.

Para locais de difícil acesso, e que necessitem de uma maior resistência às

pressões, utilizam-se comportas de ferro fundido ou de aço, acionadas por

macacos de suspensão que utilizam sistema mecanizado. Como mostra o

esquema abaixo

válvulas e registros: são usadas para interromper o fluxo em condutos fechados,

apresentam uma maior facilidade de controle, e podem ser usadas para realizar

uma vedação no meio de trechos muito longos. Mas deve-se ter cuidado na sua

utilização em locais que possa ocorrer deposição de areia na gaveta da válvula o

que prejudica o seu fechamento. A figura abaixo ilustra esta situação.

Saneamento I - 34


- Canais e tubulações de interligação: as diversas partes da captação são ligadas por

canais ou tubulações. Nestas a velocidade de escoamento não deve ultrapassar a 0,3 a

1,0 m/s.

- Poço de tomada ou de sucção: são destinados a receber as tubulações de sucção das

bombas, devem possibilitar a montagem e manutenção da sucção, garantindo a

submersão mínima do crivo (mínimo de 3 diâmetros da tubulação), e evitar a formação do

vortex no interior da tomada o que prejudica o funcionamento da bomba.

A figura abaixo mostra um esquema típico de uma captação superficial, com suas partes

constituintes.

�

As figuras a seguir ilustram os casos de captação direta no curso de água.

Saneamento I - 35


Captação direta ou simples tomada:

Captação direta com muro de sustentação

Captação direta com revestimento da margem

Saneamento I - 36


4.3.1.2 Captação em mananciais com grande variação de nível:

A tomada de água é feita por torres de tomada, que possibilitam a coleta de água em

diversos profundidades.

Em reservatórios, na superfície existe a possibilidade de formação de algas que conferem

gosto e cheiro a água, devendo a tomada ser feita sempre à certa profundidade. Por outro

lado, as camadas inferiores podem conter muita matéria orgânica em decomposição. Por

esses motivos, nos reservatórios os dispositivos de tomada devem possibilitar a captação

em diversas profundidades.

A figura seguinte ilustra estes procedimento de captação de águas superficiais.

Rio com grande Variação de Nível

Saneamento I - 37


Torre de Tomada

4.3.1.3. Reservatórios de Acumulação ou de Regularização:

São construidos quando a vazão média da demanda durante certos períodos de tempo for

superior à vazão do rio, mas a vazão média anual do rio é superior à esse valor. Em

última análise o reservatório de acumulação acumula a água durante os períodos de

chuvas para fornecer durante as estiagens.

As barragens que formam esses reservatórios são em geral, de grande porte e o seu

dimensionamento é feito a partir do volume útil que deve ser armazenado. Esse volume é

calculado a partir dos hidrogramas do curso de água e da vazão de demanda.

4.4. Dimensionamento de Desarenadores ou Caixas de Areia:

4.4.1. Introdução:

As caixas de areia em geral são construidas em duas unidades, de maneira que uma

delas possa ser isolada periodicamente para a retirada da areia.

O que geralmente se deseja é que haja sedimentação de areia grossa com diâmetro

igual ou superior à 0,2 mm e que a 10ºC tem velocidade de sedimentação de 2 cm/s.

Se a retirada da areia for muito freqüente, recomenda-se que cada unidade seja

dimensionada para a vazão total.

Saneamento I - 38


Caso contrário, cada câmara poderá ser dimensionada para a metade da vazão total,

admitindo-se que haverá sobrecarga e mau funcionamento de vez em quando, e por

curtos períodos de tempo.

Para que essa operação de limpeza sem interrupção do funcionamento seja possível,

deverão existir comportas na entrada e na saída de cada câmara.

4.4.2. Dimensionamento:

Na figura abaixo o esquema em planta e corte mostra a caixa de areia, e sendo Q a vazão

e Vs a velocidade de sedimentação de uma partícula de areia.

Pela figura, temos:

Vs - velocidade de sedimentação;

V - velocidade de escoamento horizontal da água na caixa;

P - lâmina de água;

C - comprimento da caixa;

L - largura da caixa.

Considerando-se:

S - seção de escoamento ( S-= LxP);

A - seção horizontal da caixa (A = LxC);

Q - Vazão de escoamento (Q = SxV)

Saneamento I - 39


Para que as partículas sejam retidas na caixa de areia, tem-se:

C = Vxt - comprimento da caixa = velocidade de escoamento pelo tempo;

P = Vsxt - profundidade = velocidade de sedimentação pelo tempo.

CP

V tV t

CP

VVs s

=××

∴ = (1)

Q S V QS

CP

QS Vs

= × ∴ = → → = × V (1) (2)1

S L P CP

QL P Vs

= × → → =×

× ∴ (2 ) 1

C QL V

QC L

QA

A QV

s

s

=×

=×

=

=

ou ainda V

s

onde:

A área em (m2);

Q é a vazão em (m3/s);

Vs é a velocidade de sedimentação em (m/s).

Para as outras dimensões da caixa de areia :

C comprimento;

L largura

P altura de lâmina de água;

Considera-se:

- que a caixa de areia deve ser comprida, logo C/L ≥ 4;

- a velocidade V, do escoamento horizontal de água, ≤ 0,4 m/s;

- a largura mínima da caixa para facilitar a construção e operação deverá ser

de 0,5 m;

Saneamento I - 40


- as dimensões devem ser compatíveis com a espaço disponível e a

topografia do lugar;

- geralmente atribui-se um acréscimo de 50 % no comprimento obtido no

cálculo (C), para amenizar os problemas de turbulência nas entrada da

caixa, o que pode prejudicar a sedimentação das partículas de areia.

A tabela abaixo mostra a velocidade de sedimentação de partículas discretas com peso

específico de 2,65 g/cm3, em água parada a 10 ºC.

φ Partícula (mm) 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.15 0.10

V Sedimentação

(mm/s) 100 83 63 53 42 32 21 15 8

4 5. Captação de Águas Subterrâneas:

4.5.1. Introdução:

Denomina-se água subterrânea, a água presente no sub-solo, ocupando as fendas, falhas

ou canais existentes nas diferentes camadas geológicas, e em condições de escoar,

obedecendo aos princípios da hidráulica.

As fontes, minas e nascentes, são formações de afloramento natural de água

subterrânea na superfície do terreno.

Os poços rasos ou escavados, os poços perfurados ou profundos, os drenos,

galerias filtrantes e caixas de tomada, são obras destinadas a permitir a retirada

artificial de água subterrânea das camadas em que se encontram. Sendo que:

- Poços rasos ou escavados: São dispositivos destinados a captação de água do lençol

freático, quando este encontra-se a pequena profundidade (até 20 m).

- Poços perfurados ou profundos: São empregados para o aproveitamento de lençóis

artesianos ou freáticos, quando de profundidade relativamente grande.

Na figura da abaixo, está demonstrado esquematicamente os tipos de aquíferos e de

poços, bem como a realimentação dos lençóis.

Saneamento I - 41


P1

P2

P3

P4

Camada permeável

Camada impermeável

Embasamento Cristalino

Lençol Freático

Poço Raso

Poço Freático Profundo

Poço Artesiano Jorrante

Poço Artesiano não Jorrante

Perfil Geológico Mostrando os Tipos de Poços

Onde:

Aquífero freático: Denomina-se aquele em que o lençol de água se encontra livre com a

sua superfície sob ação da pressão atmosférica, é o lençol de água sub-superficial.

Aquífero artesiano: é aquele em que a água nele contida encontra-se confinada por

camadas impermeáveis e sujeita a uma pressão maior que a pressão atmosférica.

- Drenos: são dispositivos destinados a captar água do lençol freático quando este

encontra-se próximo a superfície, ou mesmo aflorante.

- Galerias filtrantes: são dispositivos destinados a captar água do lençol freático ou

infiltração de rios

- Caixa de tomada: são dispositivos destinados a proteger o manancial aflorante (fonte) e

facilitar a tomada de água.

As figuras apresentadas na seqüência, demostram cada um dos tipos citados acima.

Saneamento I - 42


DRENOS:

Traçado Paralelo

Poço

Coletor

Traçado em Grelha

Poço

Coletor

Traçado em Espinha de Peixe

Poço

Coletor

GALERIAS FILTRANTES:

Saneamento I - 43


CAIXAS DE TOMADA:

4.5.2. Importância do uso de águas subterrâneas:

As vantagens do aproveitamento de águas subterrâneas podem ser resumidas nos

seguinte pontos:

- qualidade, geralmente satisfatória, para fins potáveis;

- relativa facilidade de obtenção

- possibilidade de localização de obras de captação nas proximidades das

áreas de consumo.

Quanto à qualidade, as águas de lençóis subterrâneos apresentam geralmente

características físicas perfeitamente compatíveis com os padrões de potabilidade. Devido

à ação de filtração lenta através das camadas permeáveis, apresentando-se com baixos

teores de cor e turbidez, não sendo necessário, por isso, sofrer processos de tratamento.

Por esse motivo, são também isentas de bactérias normalmente encontradas em águas

superficiais, a não ser que o lençol aproveitado esteja sendo atingido por alguma fonte

poluidora nas proximidades do ponto de captação.

Sob o aspecto químico, entretanto, a água de certos aquíferos pode conter sais solúveis

em maiores proporções e, por essa razão, chegar a ser imprópria par fins potáveis.

Também a dureza poderá ser elevada, em alguns casos e, assim, exigir um tratamento

especial de abrandamento, ainda que, para fins potáveis, ela não seja prejudicial.

Saneamento I - 44


A relativa facilidade de captação e a possibilidade de localização das obras nas

proximidades dos centros de consumo, concorrem para uma substancial economia no

custo da instalação de sistemas de abastecimento.

4.5.3. Pesquisas que devem ser realizadas antes de se decidir pela abertura em poço:

- levantamento dos poços existentes na região, quanto:

profundidade;

teste de vazão;

localização;

- características geológicas.

- estudos existentes sobre a ocorrência de água subterrânea;

- mapas geológicos da área;

- fotografias aéreas;

- para uma maior certeza, pode-se realizar a escavação de poços pilotos,

para identificação das camadas geológicas, e capacidade do aquífero;

- avaliação da recarga de mananciais subterrâneos, através do estudo das

precipitações.

4.5.4 Localiação de Poços:

Em regiões cujo subsolo é suficientemente conhecido e sabe-se da existência de

aqüíferos através de várias perfurações anteriores, a localização e abertura de novos

poços não representa problema de maior preocupação. Devido às irregularidades das

camadas, podem ocorrer variaçòes consideráveis nas características dos poços vizinhos,

mas, de qualquer forma, o problema se circunscreve a áreas não muito extensas.

Muitas vezes, o desconhecimento do sub-solo e de suas possibilidades aqüíferas é total

ou, então, sabe-se de existência de camadas favoráveis ao fornecimento de água, mas

deconhece-se a sua posição. Nestes casos, a perfuração de poços, sem um estudo

prévio, poderá levar ao fracasso.

Os levantamentos geológicos conduzidos por especialistas, na área em estudo, podem

trazer informações valiosas, especialmente quando complementados, por estudos

geofísicos, para caracterização de camadas geológicas e lençóis de água.

Saneamento I - 45


Quando os recursos disponívieis, é conveniente efetuar perfuraçòes de sondagens,

destinadas ao levantamento do perfil geológico e à constatação direta da presença de

aqüíferos.

Além de satisfazer à condição de existência de lençol aproveitável, a localização de um

poço deve levar em conta a sua posição mais adequada em relação ao sistema

distribuidor, tendo em vista o aspecto econômico.

Do ponto de vista sanitário, os poços deverão ficar afastados convenientemente de

instalações, estruturas e condutos que contenham ou veiculem líquidos contaminantes.

Recomenda-se, geralmente, as seguintes distâncias mínimas:

- de privadas secas, sumidouros , redes de irrigação superficial de esgotos,

lagoas de oxidação, no mínimo 30 metros;

- de fossas sépticas, canalizações de esgotos, depósitos e despejos de águas

servidas, no mínimo de 15 metros;

- de galerias de águas pluviais, escavações e edifícios de um modo geral no

mímino 5 metros.

4.5.5 Métodos de abertura e construção de poços:

Escavação direta

Lençol freático a pequena profundidade, e com boa alimentação do aqüífero para o poço,

ferramentas e dispositivos de pequeno porte e fácil manuseio.

- Diâmetro de 80 cm

- Profundidade entre 20 ou 30 metros

Usa-se para abastecimentos individuais ou de pequenas comunidades.

Jato hidráulico

Lençol freático a pequena profundidade, ferramentas de maior porte, com sonda a jato de

água.

- Diâmetro 50 cm a 200 cm

- Profundidade 60 a 90 metros

Usa-se para abastecimentos individuais ou de pequenas comunidades ou para depressão

do lençol freático

Saneamento I - 46


Por cravação

Lençol freático a pequena profundidade, ferramentas para forçar a cravação.

- Diâmetro 32 a 50 mm, podendo chegar a 100 mm

- Profundidade depende do tipo de formação geológica

Usado para abertura de poços em situação de emergência, e também para o

abaixamento do lençol freático.

Hidráulico-rotativo

É o processo mais comum de perfuração de poços, que consiste em perfurar por meio de

broca, removendo os fragmentos por meio de circulação de lama.

Perfuração de poços profundos, tanto para obtenção de água como para sondagens de

grande profundidade, ferramenta é uma perfuratriz rotativa. A profundidade pode chegar

até acima de 200 m.

O diâmetro da perfuração é adotado em função da expectativa da vazão e deve ser

suficiente para a instalação e operação da bomba, entre 100 e 200 mm

À medida que o poço vai sendo perfurado, vai sendo introduzido um tubo de aço, que é o

revestimento. Quando este atinge a camada aquífera, é substituído pelo tubo filtro, por

onde a água entra para dentro do poço. Entre o tubo filtro e a parede é colocado uma

camada de pedra chamada de pré-filtro.

4.5.6. Projeto dos Poços:

Esta tarefa deve ser realizada por um hidrogeológico, o qual irá determinar as

características dos poços, quanto:

- diâmetro de perfuração;

- revestimento;

- filtro e pré-filtro;

- vazão esperada;

- equipamento de extração.

Diâmetro útil do Poço

Vazão de bombeamento (l/hora) Diâmetro útil (mm)

até 36.000 150

até 54.000 200

até 90.000 250

até 144.000 300

Saneamento I -47


5 LINHAS ADUTORAS 5.1. Introdução

As adutoras são as canalizações que conduzem a água entre as unidades do sistema que

precedem a rede de distribuição. Não distribuem a água aos consumidores; não existem

ligações. Podem existir derivações que são as Sub-adutoras.

As adutoras interligam:

a captação e a estação de tratamento de água;

a estação de tratamento e o reservatório ou rede de distribuição;

o reservatório e a rede de distribuição.

O esquema da figura abaixo mostra a localização das adutoras em um sistema de

abastecimento.

Manancial

captaçãoEE

ETA

R.D.

R.D.

R.D.

EE

Adutora de águabruta por recalque Adutora

Adutora para o Reservatórioda zona alta por recalque

Adutora para o reservatórioda zona baixa por gravidade

Red

e

Figura - Esquema de um sistema de abastecimento.

5.2. Tipos de Adutoras:

As adutoras podem ser classificadas, sob o ponto de vista hidráulico e de acordo com a

natureza da água que transporta.

a - De acordo com a natureza da água:

Adutoras de água bruta: que veiculam águas não tratadas;

Adutoras de água tratada: que veiculam água já submetida a tratamento.

Saneamento I -48


b - Sob o ponto de vista hidráulico:

Adutoras por gravidade: transportam a água de uma cota mais elevada para a cota

mais baixa e podem ser:

conduto forçado, em que a água está sob pressão maior que a atmosférica;

conduto livre, em que a água permanece sob pressão atmosférica. Nesse caso

estão incluídos os canais a céu aberto que muitas vezes aparecem em

sistemas de abastecimento de água.

Adutoras por recalque: transportam a água de um ponto a outro com cota mais

elevada, através de uma estação de bombeamento;

Adutoras mistas: parte por recalque e parte por gravidade.

5.3 - Materiais mais utilizados para as adutoras:

5.3.1 Tubulações de Ferro Fundido:

5.3.1.1 Características gerais do material:

A liga de ferro fundido é formada basicamente de ferro carbono, sendo que a proporção

deste último na liga, é que determina as variedades de ferro fundido (FoFo), nas quais

destacam-se o FoFo cinzento e o FoFo dúctil, que diferenciam-se pelo acréscimo de

magnésio aplicado durante a fabricação do FoFo dúctil.

Características destes tipos de ferro fundido são as seguintes:

Cristalização do carbono: no FoFo cinzento o carbono se deposita na matriz de

ferro, na forma de lamelas, enquanto no FoFo dúctil, este processo (cristalização),

ocorre em forma de esferas;

Propriedades mecânicas: devido a sua estrutura o FoFo cinzento apresenta pouca

resistência à ruptura (quebra com facilidade), porém, é muito resistente à corrosão.

Já o FoFo dúctil, que também tem grande resistência a corrosão possui elevada

resistência mecânica.

5.3.1.2 Tipos de tubos:

Existem dois tipos de tubos de FoFo, que são o cinzento e o dúctil, sendo que atualmente

só são fabricados os tubos de FoFo dúctil com juntas elásticas, devido às suas

características vantajosas, como veremos a seguir.

Os tubos de FoFo , são fabricados nos diâmetros comerciais de 50, 75, 100, 200, 250,

300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 e 1200 mm, com juntas elástica.

Saneamento I -49


Os tubos são fornecidos em peças com comprimento de 3, 6 e 7 metros e uma

extremidade com ponta e outra com bolsa, podendo ser serrados se necessário.

A montagem da tubulação é feita por encaixe da ponta na bolsa, pressionando um anel de

borracha que mantém o encaixe.

Usualmente os tubos são fornecidos com revestimento interno de cimento, que mantém

as condições ideais de rugosidade e externamente com pintura betuminosa.

Existe uma grande variedade de peças para conexões e curvas.

Estes tubos possuem 3 classes, k9, k7 e 1MPa, conforme a pressão interna máxima de

serviço. O k9 é para 4,0 a 2,6 MPa, o k7 é para 3,2 a 1,8 MPa e da 1MPA é para até 1,0

MPa com diâmetro de 100 a 300 mm. ( 1MPA megapascal = 100 m de coluna de água).

5.3.2 Tubulações de Aço:

5.3.2.1 Características gerais do material:

Entre todos os materiais existentes, o aço carbono é o que apresenta menor relação

custo/resistência mecânica, tornando a utilização dos tubos deste material em sistemas

de abastecimento de água, ideal em situações onde as redes tenham que suportar

grandes pressões internas e/ou externas.

No Brasil, os tubos de aço utilizados em saneamento básico são fabricados nos diâmetros

de 150mm a 2500mm, sendo que pelas características, sua aplicação se torna mais

vantajosa nas tubulações com diâmetros superiores a 800mm.

Oferecem grande resistência a pressões internas mas podem ser sujeitos a colapso sob

pressões internas negativas.

Devem ter revestimento externo adequado para proteção contra corrosão e internamente

podem ter uma camada de cimento.

As curvas e conexões são fabricadas também, de chapas de aço e as dimensões são

padronizadas.

A montagem dessas tubulações é feita por meio de soldagem ou rosqueadas.

Saneamento I -50


5.3.3 Tubulações de Concreto:

As tubulações de concreto foram utilizadas em sistemas de abastecimento de água, em

linhas de grandes diâmetros, devido, principalmente, ao seu custo (inferior em relação aos

outros materiais) e à sua resistência às cargas externas, no entanto, apresentavam

problemas constantes de vazamentos, com grandes dificuldades de manutenção. Isto

tornou sua utilização inviável, entretanto no Brasil, ainda existem, em operação, algumas

adutoras com este material.

Eram fabricados a partir do diâmetro de 300mm, podendo ir até além de 3000mm. Até os

diâmetros de 2,4 metros as juntas podem ser elásticas, com anéis de borracha.

As armações são dimensionadas tendo em vista a pressão interna e as cargas externas.

A aplicação de tubos de concreto em adutoras geralmente se verifica para diâmetros

acima de 1000mm.

5.3.4 Outras tubulações:

Menos usados em adutoras, são os tubos de cimento amianto, plástico (PVC), sendo

estes últimos de dois tipos o PBA (ponta, bolsa com anel de borracha) e o DEFOFO

(diâmetros equivalentes ao dos tubos de ferro fundido), e ainda os tubos de poliester com

fibra vidro e os de polietileno.

5.3.5 Canais:

A sua construção depende essencialmente do porte da obra, das condições topográficas

e do solo, podendo ser de concreto, alvenaria de pedras ou tijolos, ou mesmo do próprio

solo se esse apresentar as condições necessárias.

5.4 - Órgãos Acessórios:

- Registros e Válvulas:

São órgãos destinados a interromper o fluxo de água onde for necessário. Nas adutoras

extensas são colocados espaçados de maneira a possibilitar o reparo de um vazamento

sem a necessidade de esvaziar toda a adutora.

Os registros mais utilizados são as do tipo gaveta e do tipo borboleta.

- Ventosas:

São dispositivos utilizados para a extração do ar em pontas da adutora em que pode

haver a formação de bolhas de ar, que iriam prejudicar o fluxo da água, diminuindo a

Saneamento I -51


capacidade da adutora. São principalmente os pontos altos da linha. Também durante a

operação de enchimento da adutora, há necessidade da extração do ar.

Outra função das ventosas é permitir a introdução de ar na linha quando ela está sendo

descarregada, evitando que determinados trechos funcionem com pressões negativas.

- Registros de descarga:

São colocados nos pontos baixos das adutoras para permitir a saída de água sempre que

for necessário (reparos na tubulação). A derivação de descarga não deverá ter um

diâmetro maior do que um 1/6 do diâmetro da adutora, o valor usual é de 1/2 do diâmetro.

- Válvulas de Retenção:

São instaladas no início das adutoras por recalque, para impedir que a água retorne para

o poço de sucção das bombas, quando houver uma paralisação das mesmas.

5.5 - Dimensionamento de Linhas Adutoras:

5.5.1 - Vazão de dimensionamento:

O estudo das vazões de dimensionamento das adutoras foi feito em aulas anteriores e

depende da sua posição dentro do esquema geral do sistema de água. Assim podemos

distinguir os seguintes casos:

- Adutora de água bruta:

Senso P a população a ser atendida, q o consumo médio anual "per capita", k1 o

coeficiente do dia de maior consumo a vazão será:

ETA%esp. cons.86400k1qP=Q +⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ +

- Adutora que interliga a ETA ao reservatório de distribuição

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ + esp. cons.86400k1qP=Q

- Adutora que interliga o reservatório à rede, sendo k2 o coeficiente da hora de maior

consumo:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ + esp. cons.

86400k1k2qP=Q

Saneamento I -52


5.5.2 - Dimensionamento Hidráulico das Adutoras:

- Adutoras em conduto Livre:

Qualquer conduto em escoamento livre, em determinado instante fornece a vazão Q,

produto da velocidade média V pela área de seção transversal A, onde:

Q=AxV

Para efeito de cálculo, a vazão Q é a obtida no item anterior.

Resta, portanto a determinação da velocidade média, que pode ser obtida através da

fórmula de CHEZY:

V = C RI

Onde:

V = velocidade;

R = o raio hidráulico (R=A/P), que para os condutos de forma circular a seção plena ou à

meia seção vale D/4.

I = a declividade, obtida dividindo-se a diferença de nível entre os pontos extremos do

conduto pela sua extensão, e que também é considerada como a perda de carga unitária.

C = um coeficiente que depende da natureza e do estado das paredes do conduto, bem

como da forma de sua seção.

O valor de C pode ser calculado pela fórmula de BAZIN, onde:

C = 871+ Rγ

na qual γ é um coeficiente que depende da natureza das paredes, os quais podem serem

obtidos pelas tabelas 01 e 02 abaixo.

Saneamento I -53


Tabela 01 - Valores do coeficiente γ proposto por Bazin para a sua fórmula.

Categoria Descrição γ 1

2

3

4

5

6

Condutos muito liso

Condutos lisos

Alvenaria de pedra bruta

Canais de terra de paredes regulares

Canais de terra comum

Canais de terra muito irregulares

0.06

0.16

0.46

0.85

1.30

1.75

Tabela 02 - Valores do coeficiente γ para a fórmula de Bazin, proposto por H.W. King.

Classe de Marterial Muito

Bom

Bom Regular Mau

Manilhas de cerâmica 0.06 0.22 0.33 0.50

Drenos de barro 0.11 0.17 0.28 0.50

Alvenaria de tijolos e cimento 0.14 0.22 0.33 0.50

Superfície lisas de cimento 0.00 0.06 0.14 0.22

Superfícies revestidas com cimento 0.06 0.11 0.22 0.33

Tubos de concreto 0.14 0.22 0.33 0.41

Calhas de madeira aparelhadas 0.00 0.14 0.22 0.28

Calhas de madeira não-

aparelhadas

0.06 0.22 0.28 0.33

Canais revestidos com concreto 0.14 0.28 0.41 0.55

Alvenaria de pedra cortada 0.50 0.69 1.05 1.38

Alvenaria de pedra bruta 1.05 1.38 1.60 1.75

Alvenaria de pedra lavrada 0.22 0.28 0.36 0.50

Condutos metálicos lisos 0.06 0.14 0.22 0.33

Condutos de metal corrugado 0.88 1.05 1.21 1.38

Canais de terra em boas condições 0.50 0.69 0.88 1.05

Canais de terra com vegetação e

rochas

1.05 1.38 1.75 2.10

Canais escavados em rocha 1.38 1.75 2.04 2.32

Cursos de água naturais em boas

condições

1.05 1.38 1.75 2.10

Cursos de água naturais c/

vegetação,rochas

1.75 2.42 3.48 4.85

Saneamento I -54


- Velocidades e Declividades Limites:

Para o perfeito funcionamento dos condutos livres, a velocidade de escoamento da água

não deve ultrapassar certos limites recomendados pela prática. Quando pequena, a

velocidade pode propiciar a deposição de matérias em suspensão e quando grande, é

capaz de provocar a erosão das paredes. Em qualquer caso, a seção de escoamento é

alterada, piorando as condições de funcionamento do conduto. De uma maneira geral na

prática a velocidade que impede o depósito deve ficar entre 0,30 a 0,45 m/s.

Altas velocidades causam erosão, e a intensidade da erosão depende da natureza do

terreno (canais sem revestimento) ou do material da parede (canais revestidos). Existem

tabelas que nos fornecem os valores de velocidades máximas para prevenir erosão.

A tabela 03, abaixo nos fornece estes valores.

Tabela 03 - Velocidade máxima nos condutos livres.

Tipo de material

Velocidade média e máxima

(m/s)

Galerias

- revestidas de concreto

- revestidas de tijolos

Tubos

- aço e ferro fundido

- concreto

- madeira

Túneis

- não revestidos

- revestidos de concreto

- revestidos de aço

Calhas

-qualquer tipo

Canais

- terra comum

- areia

- cascalho compacto em argila firme

-rochas

Canais revestidos

- de concreto

4.5

4.5

3.6 - 6.0

3.0 - 4.5

4.5

3.6

3.0 - 4.5

3.6 - 6.0

menor do que a velocidade crítica

0.75 - 0.90

0.30 - 0.60

1.5 - 1.8

2.4 - 4.5

3.0 - 4.5

Através da fórmula de CHEZY, podemos verificar que a velocidade decresce com a

declividade, portanto, para cada velocidade, temos um valor correspondente de

declividade, fácil de ser definido.

Saneamento I -55


- Adutoras em Conduto Forçado:

Nos condutos forçados o líquido escoa sob uma pressão diferente da pressão

atmosférica.

A tubulação funciona totalmente cheia, isto é a plena seção e o conduto é sempre

fechado.

A tubulação geralmente acompanha as ondulações da superfície do terreno e a mesma

deve ser desenvolvida de forma tal que:

- as pressões internas não sejam muito elevadas;

- as pressões devem sempre que possível ser positivas e portanto a tubulação não deve

ficar acima da linha piezométrica.

- Dimensionamento por Gravidade:

Conhecendo-se a vazão, através de alguma das fórmulas definidas pela hidráulica para

condutos forçados, calcula-se o diâmetro. A fórmula mais empregada é a de HAZEN

WILLIAMS, dada por:

54.00.63

54.02.63

xj0.355xCxDV

xj0.2785xCxD=Q

=

onde:

V = velocidade média em m/s

D = diâmetro em (m)

C = coeficiente de Hazen Williams, tabelado.

j = perda de carga unitária, que no caso do cálculo de adutoras sob pressão por

gravidade, usa-se como sendo a divisão entre o desnível e o comprimento real da

tubulação.

Saneamento I -56


No dimensionamento das adutoras em conduto forçado, por gravidade, além da

velocidade mínima de 0,30 m/s, as seguintes velocidades máximas devem ser

observadas:

ferro fundido ou aço 5.0 m/s

concreto . 4.5 m/s

cimento amianto . 3.5 m/s.

- Dimensionamento por Recalque:

As adutoras por recalque funcionam sempre como conduto forçado e só diferem das

adutoras por gravidade pelo fato de que a energia utilizada para o escoamento da água é

fornecida por um conjunto elevatório.

São elementos inicialmente conhecidos:

a vazão de adução, Q;

o comprimento da adutora, L;

o desnível a ser vencido, H;

o material de fabricação do conduto, que determina a rugosidade das paredes.

Procura-se nos problemas de adução por recalque, determinar a diâmetro necessário "D"

da linha e a potência "P" da bomba que irá gerar a pressão necessária para vencer o

desnível indicado, à vazão desejada.

Quanto ao diâmetro, a princípio pode variar desde um valor mínimo ditado pela

velocidade máxima, até um valor máximo ditado pela velocidade mínima.

Entretanto, se o diâmetro for pequeno a velocidade de escoamento será grande e

conseqüentemente a perda de carga também será grande e, portanto o motor deverá ter

maior potência, a fim de vencer a altura manométrica maior. Resumindo: ao economizar

no diâmetro (custo da tubulação), despende-se mais para instalação e operação do

conjunto elevatório. Ao empregar um diâmetro grande ocorre ao contrário, logo o

problema que nos deparamos é estritamente hidráulico, pois existem muitos valores do

par "D" e "P" que resolvem o problema, pois fixando um "D" qualquer é sempre possível

calcular um "P" que promova o escoamento da vazão Q, a altura H, na distância L, mas

existe um par de valores de "D" e "P" que conduz ao custo mínimo para a adutora de

recalque.

Saneamento I -57


Na determinação do par de valores, que conduz ao custo mínimo utiliza-se normalmente a

fórmula de BRESSE:

D = K Q

Onde:

D = diâmetro da tubulação em metros;

Q = vazão em m3/s;

K = coeficiente que varia de (1,0 a 1,4), usual 1,2.

O coeficiente K varia de acordo com o peso específico da água do regime de trabalho e

do rendimento do conjunto elevatório, da natureza do material.

Definido o diâmetro da tubulação de recalque, pode-se calcular a potência dos conjuntos

elevatórios, usando a seguinte fórmula;

P QxHmanxR

=75

Onde:

Q = Vazão em m3/s

Hman = altura manométrica total em metros

R = rendimento do motor, obtido pelo catálogo do fabricante da bomba.

Com o valor do diâmetro assim obtido, pode-se pesquisar por tentativas uma dimensão

prática no entorno do valor obtido que mais se aproxime da solução de máxima economia

global, levando em conta o custo de instalação e os gastos de amortização e operação.

Esse procedimento é conduzido da seguinte maneira:

a - escolhe-se 3 a 4 diâmetros de adutora no entorno do valor obtido pela aplicação da

fórmula de BRESSE;

b - determina-se as alturas manométricas que deverão ser geradas pela bomba para

elevar a vazão desejada (soma do desnível geométrico com todas as perdas de carga

ocorrentes na linha adutora a nas peças especiais ao longo da mesma e na casa de

bombas);

c - calculam-se as potências das bombas necessárias para cada caso, em função da

vazão e da altura-manométrica;

Saneamento I -58


d - Calculam-se os consumos anuais de energia elétrica para cada caso, em função da

potência do equipamento;

e - procede-se `a determinação dos custos anuais de amortização e juros do capital a ser

aplicado na aquisição de equipamentos de recalque e da tubulação, para cada alternativa;

f - da mesma forma determina-se o custo de operação considerando principalmente os

gastos com energia elétrica;

g - soma-se os custos anuais determinados nas letras e e f; a comparação dessas somas

permite conhecer o diâmetro da tubulação que trará à máxima economia global.

Saneamento I -59

Profª. Vera Maria Cartana Fernandes

6 RESERVATÓRIO DE DISTRIBUIÇÃO

6.1. Finalidades:

O reservatório de distribuição dos sistemas de abastecimento de água tem as seguintes

finalidades:

- receber água a uma vazão constante, igual à demanda média diária do dia de

maior consumo de sua área de influência, acumular água durante as horas em que a

demanda é inferior à média e fornecer as vazões complementares quando a vazão de

demanda for superior à media;

- fornecer água por ocasião de emergências tais como, consertos de adutoras,

paralisação da captação ou estação de tratamento;

- suprir vazões extras para combate a incêndios;

- se a estação elevatória recalca água diretamente da rede, ficará sujeita a grande

variação da altura manométrica devido a variação das vazões de demanda. Recalcando

para o reservatório, a partir de onde será feita a distribuição de água, a altura

manométrica das bombas será constante.

6.2. Número De Reservatórios:

Em cidades pequenas, planas, cujas ruas estendam-se em várias direções, geralmente

dispõem de um só reservatório, mas se a cidade for pequena a tiver desenvolvimento

linear, com um reservatório em uma extremidade pode acontecer que as pressões nas

horas de maior consumo sejam insuficientes na outra extremidade, neste caso a presença

de um segundo reservatório pode resolver o problema.

Em cidades pequenas, acidentadas é normal dividirmos a cidade em zonas de pressão

cada uma provida de rede e reservatório próprio.

Nos grandes centros é comum a existência de vários reservatórios, cada qual atendendo

determinada área. A área a ser coberta por um reservatório não pode estender-se além

de certos limites, devido as elevadas perdas de carga que ocorrem entre eles e os pontos

extremos da rede, nos quais a pressão não deve ser inferior a mínima recomendada de

10 m.c.a.

Saneamento I -60


6.3. Vantagens do Reservatório de Distribuição:

Os reservatórios de distribuição proporcionam aos sistemas de abastecimento de água

vantagens outras além daquelas que determina o seu emprego. Tais vantagens podem

estar ligadas às unidades de captação, adução, tratamento e distribuição.

- captação: suponhamos uma fonte de água potável em condições de proporcionar

suprimento por gravidade e cuja vazão mínima supere de pouco a demanda média

prevista para a cidade. Assim, seu aproveitamento terá de processar-se durante 24 horas

do dia. Caso o sistema de abastecimento de água não disponha de reservatório de

distribuição, para atender às variações horárias de consumo, haverá falta de água nas

horas de consumo máximo, devido à limitação da capacidade da fonte.

Consideremos, agora, um poço artesiano, cuja profundidade tenha sido definida para

atender à demanda média de água de certa cidade. Caso não existisse o reservatório de

distribuição, o poço teria de atender à demanda máxima. Para tanto, haveria de ser mais

profundo ou reforçado por outros.

- Adução: a alimentação dos reservatórios de montante, por exemplo, processa-se

pela parte de cima, num ponto de cota definida, justamente onde teria a adutora,

propiciando assim, a constância da vazão e também da altura manométrica, se houver

recalque, o que é vantajoso para o funcionamento dos conjuntos moto-bomba. A ausência

do reservatório forçaria o recalque durante 24 horas do dia e, além do mais, em péssimas

condições, dependendo da flutuação de potência requerida para o motor; máxima: nas

horas de demanda máxima, quando a vazão e a perda de carga, na adução se

apresentam maiores, e mínima, nas horas de demanda mínima.

- Estação de tratamento: A principal vantagem decorrente da presença do

reservatório de distribuição para a estação de tratamento é permitir a constância das

vazões em suas diversas partes integrantes. Isso garante dosagens uniformes de

substâncias químicas, como coagulantes, tempo definido de contato da água com o ar

atmosférico, etc.

Por outro lado, o reservatório torna-se elemento útil para a união das águas potáveis,

oriundas de mananciais diversos, desde que uma delas possua certas características

indesejáveis e da mistura resulte água de boa qualidade. Seria o caso de uma delas

possuir dureza acentuada.

Se um sistema de abastecimento dispuser de poços profundos e de todos eles a água for

recalcada para um só reservatório de montante, este mesmo reservatório pode ser útil à

Saneamento I -61


desinfecção, proporcionando certo período de contato do cloro com a água, antes que

esta seja distribuída para o consumo.

- Rede de distribuição: a presença de um reservatório de montante pode ser

benéfica à rede, evitando que nela haja pressões elevadíssimas em decorrência de uma

grande carga disponível na adutora.

Na adução por recalque de água potável (tratado ou não), caso o reservatório não

existisse, seriam maiores as flutuações de pressões na rede, em decorrência da variação

horária de consumo.

Além do mais, em se tratando de reservatório de montante, a sua ausência implicaria na

incidência de golpes de aríete também nas tubulações da rede, por ocasião da parada

brusca das bombas por falta de energia elétrica .

Os reservatórios de jusante geralmente beneficiam a rede, permitindo a sua alimentação

através de dois pontos distintos.

6.4. Tipos de Reservatórios:

a - Classificação conforme a necessidade de pressão na rede:

- apoiados: (ao nível do terreno, enterrados ou semi-enterrados):

São aqueles cujo fundo se encontra em contato com o terreno, são os mais

econômicos e, portanto, adotados sempre que as condições topográficas forem propícias.

Saneamento I -62


- Elevados: (torres de água)

Nos reservatórios elevados, o fundo situa-se acima do terreno, apoiado em

uma estrutura de sustentação.

A altura h1 é função da pressão dinâmica mínima no ponto mais desfavorável da rede.

Nmáx.

Nmín.

h1

Saída

b - Classificação conforme a sua posição em relação à rede:

- de montante: são aqueles pelos quais passa, antes de atingir a rede, toda a água

destinada ao consumo. Para tanto, possuem uma tubulação de entrada de água e outra

de saída. Como precedem a rede são chamados de montante.

Entrada Saída

- de jusante: somente recebem água nos períodos em que a vazão de alimentação

da rede supera a de consumo. Daí serem também denominados de reservatórios de

sobra. Neles uma só tubulação, que parte do fundo serva para a entrada e saída de água.

Por ficarem situados além do ponto em que a adutora se conecta à rede e, até mesmo, no

extremo oposto, levam o nome de jusante.

Saneamento I -63


EntradaSaída

6.5. Influência da Posição do Reservatório no Dimensionamento das Tubulações

Principais da Rede de Distribuição:

- Reservatório de Montante:

R A

O tubo principal RA deve atender à cidade no dia e hora de maior consumo. O seu

dimensionamento deve ser feito para a vazão máxima da rede de distribuição.

Q K K P q=

× × ×1 2

86400

- Reservatório de Jusante:

A B C D

Na figura, temos:

AB - tubo adutor;

Saneamento I -64


BC - rede de distribuição

CD - tubo ligado ao reservatório de jusante.

1 - dimensionamento do tubo AB: é dimensionado para a vazão do dia de maior consumo.

Q K P q=

× ×1

86400

2 - dimensionamento do tubo CD: o tubo CD funcionará com vazões bastante variáveis,

no dia de maior consumo, no fim do plano estudado para a cidade o escoamento se

realizará do seguinte forma:

- no intervalo de tempo correspondente às horas de menor consumo, o sentido de

escoamento será de C para D, e a vazão máxima neste período será:

Q K P q Qmin=× ×

−1

86400

onde Qmin é a vazão mínima da rede de distribuição durante as horas de menor

consumo.

- no intervalo de tempo correspondente as horas de maior consumo o sentido de

escoamento será de D para C, e a vazão máxima neste período será:

Q K K P q K P Q=

× × ×−

× ×1 2 1

86400 86400

onde a primeira parte da equação corresponde a hora de maior consumo no dia de maior

consumo, e a segunda parte a vazão média do dia de maior consumo.

A canalização CD deverá ser dimensionada para o maior desses dois valores.

6.6. Capacidade dos Reservatórios:

- Volume Mínimo:

a - Cidades sem dados de consumo:

E com adução contínua durante 24 horas, adota-se como capacidade do reservatório de

distribuição o volume correspondente a um terço do consumo máximo da área dele

dependente.

C K P q=

× ×1

3

onde:

C capacidade do reservatório (l);

Saneamento I -65


K1 é o coeficiente do dia de maior consumo;

P população da área dependente do reservatório;

q consumo médio "per capita" (l/habdia).

b - Cidades com dados de consumo:

Método Gráfico:

Pode-se traçar uma curva de consumo, onde têm-se:

- Adução contínua: com consumos parciais.

Vazão (m3/s)

Tempo (horas)0 24

Vazão média desse dia

A vazão acima ou abaixo da vazão média mostrará a capacidade do reservatório.

Saneamento I -66


- Adução contínua: volumes acumulados

Volumes Acumulados (m3)

Tempo (horas)240

Capacidade do

Reservatório

- Adução intermitente: volumes parciais

Vazão (m3/s)

Tempo (horas)0 24

Vazão média desse dia

Adução

T1 T2

Em T1 o reservatório irá acumular os volumes de água em excesso, pois a adução supera

o consumo até o fim do período de funcionamento no instante T2.

A área hachurada com traços verticais, representa o volume que deve estar disponível no

reservatório para que possa ser atendido o consumo de água da cidade durante os

intervalos de tempo entre T2 e 24 e 24 e T1.

As áreas hachuradas com traços horizontais representam os volumes consumidos

durante os intervalos de tempo que não está funcionando a adução.

Saneamento I -67


Cada um deles representa a capacidade do reservatório de distribuição para atender os

consumos da cidade.

- Adução intermitente: Com volumes acumulados.

Volumes Acumulados (m3)

Tempo (horas)240 T1 T2

C1

C2

Adução

A capacidade do reservatório será: C = C1 + C2

Método Analítico:

Adução Contínua:

C K V=−

×2 1π

onde:

K2 é o coeficiente da hora de máximo consumo;

V volume de água consumido no dia de máximo consumo.

- Adução intermitente:

C V V=−

×100

1001

onde:

V1 volume consumido na cidade durante as horas em que funciona a adução, geralmente

% do V

Saneamento I -68


Sendo:

V V T1 24= ×( )

V volume consumido no dia de máximo consumo.

T tempo de adução.

Saneamento I - 69

Profª . Dra. Vera Maria Cartana Fernandes

7 REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

7.1. - Conceito:

É a parte do sistema de abastecimento constituída por um conjunto de tubulações, pelas

quais a água é conduzida aos seus pontos de tomada para as instalações prediais ou

para os pontos de consumo público. Essas tubulações apresentam distribuição de água

em marcha e se dispõem formando uma rede, chamada rede de distribuição.

A rede de distribuição é, em geral, a parte de maior custo do sistema. Compreende, em

média, cerca de 50 a 75% do custo total de todas as obras do abastecimento. Entretanto,

é o órgão menos cuidado do sistema porque é constituído de condutos enterrados.

Por outro lado, a rede de distribuição deve conservar a potabilidade da água que será

entregue à população e isto deve ser conseguido com um bom projeto, além de bem

construída, operada e administrada.

7.2 - Considerações sobre o traçado das redes de distribuição:

A rede de distribuição é composta de canalizações alimentadoras principais e de

canalizações secundárias.

As canalizações principais, também chamadas de condutos troncos ou canalizações

mestras, são dispostas obedecendo a diferentes traçados, que podem ser agrupados nos

seguintes esquemas fundamentais:

a - traçado em "espinha de peixe": se dispõe um conduto tronco pelo centro da cidade e

dele derivam-se em forma de ramificações os outros condutos principais. É dotado,

comumente, nas cidades que apresentam desenvolvimento linear;

b - traçado em "grelha": os condutos são dispostos mais ou menos paralelamente entre si,

numa extremidade, são ligados a uma canalização mestre que os alimenta;

R

Saneamento I - 70


c - traçada em "anel": se dispõe as canalizações principais formando circuitos fechados

nas zonas principais a serem abastecidas; resulta a chamada rede de distribuição

tipicamente malhada.

Em cidades de topografia acidentada, apresentando áreas com excessivas diferenças de

cotas, é muito vezes conveniente dividir a rede de distribuição em dois ou mais sistemas

independentes. Cada um é destinado a servir uma zona de pressão, definida por um

determinado intervalo de cotas topográficas.

Para o projeto das redes de distribuição, duas recomendações gerais devem ser

consideradas:

1 - dispor os condutos principais de modo que os condutos possam ser alimentados pelas

duas extremidades; para garantia de continuidades do abastecimento em cada conduto

secundário, e para que a capacidade do suprimento duplique quando for necessária uma

grande solicitação de água num ponto de um conduto secundário;

2 - procurar obter sistemas formando circuitos fechados e evitar, ao máximo, segmentos

de canalizações com extremidade tapada (pontas mortas).

R

R

Saneamento I - 71


7.3 - Classificação das Redes de Distribuição:

De acordo com os modos possíveis de alimentação de cada trecho distribuidor:

- rede ramificada;

- rede malhada.

De acordo com o sistema de suprimento de águas para diferentes usos:

- rede única;

- rede dupla.

7.4 - Comparação entre os tipos de rede:

Rede ramificada e rede malhada:

- rede ramificada: - proporciona, a cada canalização distribuidora, um único sentido

possível de alimentação. Um acidente que interrompa o escoamento em uma tubulação,

faz comprometer, portanto, todo o abastecimento nas tubulações situadas à jusante da

mesma. A adoção de rede ramificada só é admissível em casos excepcionais; pequenas

comunidades, com disposição linear dos pontos a serem abastecidos.

- rede malhada - nesta, o escoamento pode se efetuar por sentidos diferentes,

dependendo da conformação da superfície piezométrica em relação a posição da rede,

em cada momento. Apresenta um bom funcionamento desde que tenha sido

criteriosamente dimensionada, através de uma análise apropriada da circulação da água.

É o sistema a ser aplicado nos casos gerais.

Rede única e rede dupla:

- rede dupla - consiste de uma rede de distribuição de água potável, cobrindo toda a área

a ser servida, e de outra rede, independente da primeira, destinada à distribuição de água

não potável para certos usos públicos, industriais e comerciais, cobrindo apenas uma

parte da área urbana.

A rede dupla tem as seguintes vantagens:

• menores diâmetros para as canalizações de água potável;

• maior facilidade de obtenção de mananciais de quantidade e qualidade adequada;

• menor custo de construção e operação da estação de tratamento de água, quanto

esta é necessária.

Saneamento I - 72


Porém, a rede dupla tem as seguintes desvantagens:

• péssimo resultado sanitário, pela possibilidade de enganos por parte dos

consumidores, utilizando água não potável como tal; pela ocorrência de

interligações perigosas entre os dois sistemas.

• resultado econômico duvidosos, quando muitas indústrias necessitam de água de

boa qualidade (indústria de papel e de bebidas, por exemplo).

A rede dupla só e admissível em casos especiais e desde que sejam tomadas as medidas

necessárias à prevenção de contaminações; previsão de dispositivos que garantam à

prevenção efetiva entre as duas redes e vigilância permanente do sistema.

- rede única - tem trazido os melhores resultados. Deve ser aplicado nos caos gerais.

8.5 - Vazão de Distribuição:

A vazão de distribuição é calculada para uma particular situação desfavorável,

correspondente à hora de maior consumo do dia de maior consumo.

Q K K q P=

× × ×1 2

86400 em l / s

Onde:

P = população prevista para a área a abastecer no fim do plano;

q = quota "per capita", em litros por habitante por dia;

k1 = coeficiente do dia de maior consumo;

k2 = coeficiente da hora de maior consumo.

A vazão específica, a partir da qual são determinadas as vazões de dimensionamento,

pode referir-se a extensão da rede ou a área da cidades.

- relativa a extensão da rede:

qm K K P qL

=× × ×

×1 2

86400

Saneamento I - 73


onde:

L = extensão total da rede em metros;

qm = vazão de distribuição em marcha, em litros por segundo e por metro de conduto.

- relativa à área da cidade:

qd K K P qA

=× × ×

×1 2

86400

onde:

A = área abrangia pela rede em hectares

qd = vazão específica de distribuição em litros por segundo e por hectare.

8.6 - Fórmulas de escoamento em redes de distribuição:

Tipo de Escoamento:

O escoamento nas redes de distribuição se faz através dos chamados "condutos

forçados"; a veia líquida, em seu escoamento mantém-se em contato com toda a parede

interna do conduto.

Em cada trecho da rede, o escoamento é usualmente estudado admitindo-se "regime

permanente"; as características do movimento (energia, velocidade e pressão) são

funções exclusivas do ponto, independem do tempo.

Perda de carga:

Na prática, por motivos econômicos, é aconselhável se adotar os seguintes limites

máximos: (J)

• para tubulação com 50 mm de diâmetro: 20 m/km;

• para tubulação com até 500 mm de diâmetro: 6 m/km.

• para tubulações acima deste valor : 3 m/km.

Pressão dinâmica efetiva:

É também chamada de pressão efetiva de serviço (p). Essa pressão deve ser mantida

acima de certo mínimo para possibilitar o abastecimento dos edifícios e hidrantes e,

também, para proteger a qualidade sanitária da água.

A Norma brasileira fixa o limite mínimo de 10 metros de coluna de água .

Abaixo deste valor até 8 metros de água o suprimento é ainda possível.

Saneamento I - 74


Por outro lado o valor p não deve ultrapassar certo limite máximo a partir do qual

acarretaria aumento excessivo das perdas ou desperdício de água ou mesmo ruptura das

canalizações. Geralmente fixa-se esse máximo em 50 metros de coluna de água; a favor

da segurança, verifica-se este limite para as condições estáticas

Resumindo:

Numa rede de distribuição distinguimos duas pressões limites:

pressão máxima (estática); diferença entre o nível máximo da água no reservatório

e a cota do ponto mais baixo do terreno;

pressão mínima (dinâmica): traçada a linha piezométrica a partir do nível mínimo

da água no reservatório, a pressão mínima corresponde a menor diferença entre a

linha piezométrica e a cota correspondente do terreno (situação mais

desfavorável).

Fórmula Prática para a estimativa da perda de carga nas tubulações:

Nos livros de hidráulica pode-se encontrar extensa apresentação e discussão de fórmulas

práticas para cálculo de tubulações. Tratam-se de expressões particulares, empiricamente

propostas por diferentes autores, para a equação da resistência ao escoamento.

Na prática o cálculo da perda de carga constitui um problema de estimativa, pois visa a

previsão das condições de escoamento que prevalecerão nos próximos decênios.

Tais condições, além de dependerem da fabricação e construção das canalizações, são

funções de fatores aleatórios futuros, como as características de corrosividade da água, a

forma de envelhecimento do tubo, etc.

Esta variabilidade de comportamento de certa forma explica a discrepância entre os

resultados oferecidos por diferentes fórmulas.

Estas são influenciadas pelas condições experimentais em que foram obtidas. Não se

justificam por isso, excessivos refinamentos de cálculo baseado em fórmulas empíricas

obtidas alhures.

Saneamento I - 75


A fórmula de Hazen-Williams é a que tem maior aplicação nos cálculos de redes de água,

em termos de fórmula, pode ser escrita:

( )85.1

17.185.1355.01 V

DL

Ch ××=

( )85.1

87.485.12785.01 Q

DL

Ch ××=

sendo:

h = perda de carga (m);

L = comprimento de canalizações; (m)

D = diâmetro;(m)

V = velocidade média (m/s);

C = coeficiente de influência da natureza das paredes da tubulação (material e estado)

independente do sistema de unidades.

O coeficiente e o expoente C são fatores que levam em conta o sistema de unidades

adotados.

Saneamento I - 76


7.7 - Dimensionamento das redes de distribuição:

7.7.1 - Considerações iniciais:

Para que um escoamento hidráulico fique perfeitamente definido é preciso determinar os

seus quatro parâmetros fundamentais:

Vazão (Q),

Velocidade (V),

perda de carga (j) e

seção (D).

A solução do problema é hidraulicamente indeterminado, pois conhecemos a vazão de

dimensionamento e as pressões nos pontos e desejamos os diâmetros, por isso, é

normalmente solucionado por tentativas de acordo com a seguinte seqüência:

• fixam-se os limites de pressão e de velocidade para o bom funcionamento da

rede;

• admite-se os valores para os diâmetros dos vários trechos em função das

velocidades limites (as vazões Q são conhecidas);

• calcula-se os valores das pressões nos pontos de interesse da rede;

• verifica-se se as condições impostas de pressões estão sendo atendidas.

Em caso contrário, alteram-se os diâmetros admitidos e repete-se os cálculos, até que as

pressões resultantes estejam satisfatórias.

7.7.2 - Desenvolvimento da solução do problema de dimensionamento:

O problema do dimensionamento parte dos seguintes dados:

• plano cotado (que é fornecido pelos levantamentos topográficos e

aerofotogramétricos da área a ser beneficiada com as redes de abastecimento de

água);

• comprimento dos trechos (que são resultantes do traçado da rede principal sobre o

arruamento existente na área a ser beneficiada);

• cotas piezométricas extremas (que são as pressões máximas e mínimas

recomendadas pelas normas);

• vazões nos trechos (que são determinadas a partir do conhecimento das áreas

parciais que cada trecho deverá atender).

Saneamento I - 77


A montagem do problema de dimensionamento confunde-se com a própria elaboração do

projeto das redes de distribuição de água, pois se parte da planta da área a ser atendida

e, através da aplicação de vários critérios técnicos, obtêm-se os dados para a sua solução

tendo-se como resultado final os desenhos que permitirão a aquisição dos materiais

necessários e a execução da rede.

7.7.3 - Dimensionamento:

Aqui também se deve separar a solução entre redes ramificadas e redes malhadas.

- Redes Ramificadas:

Como o valor das vazões e o sentido do fluxo são conhecidos, estabelecem-se os

diâmetros com base na tabela 1 em anexo. Tendo-se, assim, as vazões, os diâmetros, os

comprimentos dos trechos e os coeficientes de rugosidade, pode-se calcular as perdas de

carga nos vários trechos e conseqüentemente as pressões nos "nós", partindo-se de um

ponto de pressão conhecido que normalmente é o N.A do reservatório que alimenta a

rede. Se as pressões obtidas forem satisfatórias, o dimensionamento da rede primária

estará completo. Caso não o sejam, ou altera-se a cota do N.A.(altura do reservatório), ou

estabelecem-se novos diâmetros para a rede e recalculam-se as pressões, até torná-las

satisfatórias.

As redes secundárias devem, em princípio, ter diâmetros mínimos. Para estas, verificam-

se as pressões nos pontos críticos. Se estas foram satisfatórias, a rede secundária será

de diâmetro mínimo. Estes diâmetros devem ser aumentados apenas para alimentar os

pontos nos quais as pressões resultantes não estejam satisfatórias.

- Redes Malhadas:

Trata-se de um problema complexo, porque não se conhece "à priori" o sentido de

escoamento da água nas canalizações da rede. É possível resolvê-lo analiticamente,

desde que se torne determinado o problema, introduzindo-se, por exemplo, a condição de

custo mínimo da rede. Tal solução é, contudo, demasiadamente trabalhosa e raramente

justificável na prática. Geralmente são usadas soluções aproximadas, chegando-se por

tentativas à precisão desejada. Os métodos mais conhecidos são os a seguir

apresentados:

Saneamento I - 78


MÉTODO DO SECCIONAMENTO FICTÍCIO

O método em questão é particularmente indicado para o dimensionamento das redes de

distribuição das cidades pequenas e para a verificação das linhas secundárias das redes

maiores.

Supõem-se seccionados os circuitos fechados, transformando-se a rede malhada em uma

rede ramificada fictícia, conforme a ilustração a seguir:

R

Fixam-se, assim, os trajetos que a água deverá seguir para atingir os diferentes pontos da

rede. O critério mais empregado é: a água para atingir cada ponto da rede percorrer o

trajeto mais curto possível.

Dimensiona-se a rede ramificada fictícia.

Verifica-se a hipótese dos seccionamentos adotados, confrontando os valores calculados

com a seguinte condição real: as pressões resultantes nos pontos de seccionamento

pelos trajetos possíveis da água na rede ramificada fictícia, devem ser aproximadamente

iguais. Na prática, consideram-se toleráveis as diferenças que não excedam 5% do valor

médio desses próprios valores calculados.

Altera-se o traçado da rede ou o seccionamento inicialmente adotado ou os diâmetros de

alguns trechos, caso resulte uma distribuição insatisfatória de pressão na rede ou na

altura exagerada para o reservatório de distribuição.

Idem para no caso de, em alguns pontos de seccionamento, encontrarem-se diferenças

acima do limite tolerável.

feita a alteração, recalcula-se a rede e assim procede-se sucessivamente até chegar a

uma solução satisfatória.

Saneamento I - 79


MÉTODO DE TENTATIVAS DIRETAS

Supõem-se a rede já dimensionada (diâmetro conhecido, estabelecido de acordo com a

tabela 01 em anexo, e admite-se numa primeira tentativa, uma certa distribuição das

vazões (ou das perdas de carga) nos diversos trechos. Ajusta-se, por meio de tentativas

sucessivas, a distribuição dos valores até que sejam satisfeitas certas condições

hidráulicas conhecidas inicialmente. Altera-se o pré-dimensionamento admitindo para a

rede se o resultado a que se chegar (vazões ou perdas de carga ajustados para cada

trecho) não satisfizer as condições técnicas exigidas e refaz-se o cálculo.

O principal método de tentativas diretas usado é o Hardy-Cross, que está apresentado

detalhadamente abaixo.

Método de Hardy-Cross aplicado ao cálculo das redes de distribuição de água

Aplicação:

O método apresenta duas modalidades de aplicação:

por compensação das perdas de carga;

por compensação das vazões.

No primeiro caso, que é o menos aplicado, se admite uma distribuição de pressões (ou

perda de carga por trecho) e calculam-se as vazões.

No segundo caso, que é o mais aplicado, se admite uma distribuição de vazões e

determinam-se perdas de carga.

No dimensionamento dos condutos principais de uma rede de distribuição do tipo

"malhada", como a apresentada na figura, os condutos secundários são dimensionados

pelos mínimos estabelecidos, Para o cálculo de cidades médias esses diâmetros mínimos

são de 50mm e para isso estabelece-se como distância máxima entre os condutos

principais: 300 a 500m.

Saneamento I - 80


R

RS

RP

300 a 500 m

Fundamentos hidráulicos do método:

Substitui-se a distribuição em marcha por tomadas localizadas em pontos convenientes

(problema do traçado da rede), onde se consideram as vazões concentradas na área de

projeto, conforme a figura. Esses pontos são os "nós".

Supõe-se que as vazões sejam uniformes em cada trecho dos anéis.

O processo "por compensação de vazões" prevê a admissão inicial de vazões em cada

trecho dos anéis, a partir das vazões concentradas nos "nós".

R R

Vazão em marcha Vazões concentradas nos nós"

As condições necessárias e suficientes para que a distribuição de vazões admitidas seja

correta são os seguintes:

a - em um "nó" qualquer da rede, a soma algébrica das vazões é nula, considerando-se:

positivas (+) as vazões afluentes;

negativas (-) as vazões efluentes.

Saneamento I - 81


No ponto P

Q2

Q1

Q3

Q4Qd

P

∑Q = Q1 - Q2 - Q3 - Qd + Q4 = 0

sendo Qd= vazão de distribuição.

b - Em circuito fechado (ou anel) qualquer, a soma algébrica das perdas de carga é nula,

considerando-se:

positivas (+) as perdas de carga coincidentes e,

negativas (-) as perdas de carga contrárias à um pré-fixado sentido de caminhamento do

fluxo do anel.

Exemplo:

RA B

CD

E

F

h1Q1

h2Q2

h3Q3

h4Q4

h5Q5

h6Q6

h7Q7

II III

Sentido de caminhamento fixado: sentido horário.

Anel I:

∑h = h1 + h2 - h3 - h4 = 0

Anel II:

∑h = - h2 + h5 + h6 - h7 = 0

O cálculo de perdas de carga, ao longo de um trecho de comprimento L e diâmetro D, por

uma vazão uniforme Q, pode ser calculado, por exemplo, pela fórmula de Hazen Wiliiams,

apresentada a seguir:

Saneamento I - 82


( )85.1

87.485.12785.01 Q

DL

Chp ××=

A fórmula pode ser expressa genericamente por:

nrxQhp =

onde

( ) 87.485.12785.01

DL

Cr ×=

e n = 1.85 na fórmula de Hazen Wiliiams.

O Método:

Seqüência de Cálculo:

1) De posse de uma planta da cidade, desenha-se a rede, determina-se as extensões dos

diversos trechos e definem-se os diversos consumos que deverão ser atendidos pela

vazão global de alimentação.

2) Escolha da posição do ponto morto.

Q

Q1

Q2 Q3

Q4

Q5Q6

A

B C

D

EF

Ponto morto: é o ponto em cuja direção a água se dirige por dois caminhos opostos.

Exemplo é o ponto "D", para atingir o ponto morto a água percorrerá dois caminhos

diferentes, ou seja, ABCD e AFED. A vazão Q-Q1 será dividida em duas parcelas que

percorrerão os dois caminhos diferentes e o ponto morto será escolhido de tal forma que

estas parcelas não sejam muito diferentes entre si. Também deve ser levado em conta a

extensão da rede, dos dois caminhos considerados, para que o ponto morto fique mais ou

menos eqüidistante.

3) Estabelecem-se para os trechos de um certo percurso da água, entre o ponto de

alimentação e o ponto morto, vazões positivas para um lado e vazões negativas para o

outro. Determinação do sinal: uma pessoa ao percorrer o anel da rede, se deslocando na

sentido horário, as vazões serão positivas quando a água estiver se deslocando no

mesmo sentido, caso contrário serão negativas.

Saneamento I - 83


4) Definem-se os diâmetros dos diversos trechos com base nos limites de velocidade ou

nas vazões obtidas para cada trecho (tabela já apresentada).

5) Levando-se em conta a extensão, vazão, diâmetro e material de canalização, calcula-

se a perda de carga para cada trecho, considerando-a com o mesmo sinal de

vazão.(Fórmula de Hazen-Willians)

6) Somam-se algebricamente as perdas de carga calculadas para todos os trechos do

anel.

Fórmula de Hazen-Willians :

( ) ( )

DL

C0.27851=r

DL

C0.27851=hp 4,8785.1

85.14,8785.1 ×

×××

×Q

Então: hp = r.Qn

Se a distribuição inicial de vazões no anel, correspondesse à definitiva, o somatório das

perdas de cargas seria nulo, não necessitando portanto de correções, Σ h = 0, mas na

realidade, geralmente, na tentativa o somatório difere de zero. Devemos portanto corrigir

os valores pré-estabelecidos para as vazões, para obtermos o somatório nulo.

Para a fórmula de Hazen-Willians, n = 1,85, temos:

∆Σ

Σ=

− hn h Q /

7) O valor da correção será o valor calculado pela expressão acima, se o valor da

correção for apreciável em relação a Q , é porque não foi boa a primeira tentativa de

distribuições das vazões. Deveremos corrigi-as com o valor de ∆.

8) Corrigidas as vazões repetem-se os cálculos, tantas vezes forem necessárias, até

obtermos um ∆ desprezível.

Conhecidos os diâmetros e vazões de cada trecho, resultam imediatamente as

velocidades.

Se, em algum trecho, a velocidade resultante for excessiva, faz-se uma modificação

criteriosa do diâmetro na rede e recalcula-se as vazões.

Conhecidas as cotas piezométricas da água nos pontos de alimentação da rede (cotas

piezométricas nos reservatório ou na chegada das adutoras), resultam as cotas

piezométricas e as pressões disponíveis nos diversos pontos da rede. Se estas pressões

foram inadequadas, modifica-se o sistema:

Saneamento I - 84


• ou alterando-se as cotas piezométricas nos pontos de alimentação (por exemplo, a

altura do reservatório);

• ou fazendo-se alterações de diâmetro em trechos da rede. Neste caso, tem-se que

recalcular a rede.

7.8 – Colocação de hidrantes de combate a incêndios:

Nas redes de abastecimento urbano de água faz-se necessário a colocação de hidrantes

para o combate a eventuais incêndios que possam ocorrer. A norma brasileira, estabelece

alguns critérios com relação à disposição dos hidrantes nas redes:

Em comunidades com demanda total inferior a 50 l/s, pode-se dispensar a instalação de

hidrantes na rede, devendo existir um ponto de tomada junto ao reservatório para

alimentar carros-pipa para combate a incêndios;

Em comunidades com demanda total superior a 50 l/s, deve ser definido pontos

significativos para combate a incêndios, mediante consulta ao corpo de bombeiros,

e localizar as áreas de maior risco de incêndio;

Os hidrantes devem ser separados pela distância máxima de 600 m, contada ao

longo do eixo das ruas;

Os hidrantes devem ser de 10 l/s de capacidade nas áreas residenciais e de menor

risco de incêndio, e de 20 l/s em áreas comerciais, industriais, com edifícios

públicos, e com edifícios cuja preservação é de interesse da comunidade;

Os hidrantes devem ser ligados à tubulações da rede de diâmetro mínimo de 150

mm, podendo ser de coluna ou subterrâneo com orifícios de entrada de 100 mm,

para as áreas de maior risco, ou do tipo subterrâneo com orifício de entrada de 75

mm, para áreas de menor risco.

Saneamento I - 85


Anexo 01:

Valores recomendados para velocidades máximas em tubulações de rede de água.

Diâmtero (mm) V. Máx, ( m/s) Q máx ( l/s)

50

75

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0.5

0.5

0.6

0.8

0.9

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.0

2.2

4.7

14.1

28.3

53.9

84.8

125.0

176.0

238.0

314.0

403.0

509.0

apostila de sistemas urbanos de abastecimento de agua 2012

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