aula - coleta e transporte de esgoto 02-08-08-rev1

Pós-Graduação : Saneamento e Meio Ambiente

DISCIPLINA: COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS

PROF. ADILTON SCHIAVON

Sistemas de Esgotos Sanitários (SES)

Evolução Histórica:- Primeiros registros históricos: Vale da Índia, 3000 A.C.; Egito, 2100 A.C.- Idade das Trevas: 500 D.C. 1000 D.C. – Queda do Império Romano, pulverização dos cientistas e substituição do conhecimento adquirido por cultura a base de superstições. Resultado: Estagnação/Retrocesso. - Primeiros Sistemas de Esgotos Sanitários: Na Europa, final do Século XIX – sistemas unitários.- Primeiro Sistema Separador Parcial: No Brasil, Rio de Janeiro, em 1857. Motivos: chuvas muito intensas, ruas e lotes grandes.- Primeiro Sistema Separador Absoluto de Esgoto Sanitário: Em Memphis, Tennessee, 1879 D.C.- No Brasil, primeiro Sistema Separador Absoluto: Em Santos (SP), por Saturnino de Brito, em 1905-1907.


Aspectos Sanitários:- Primeiras correlações entre saneamento e doenças: Grécia, 500 A.C.- Confirmação e Difusão da correlação entre saneamento e as doenças: 1830/1840, na Inglaterra, com uma grande epidemia de cólera.- Relação falta de saneamento com:

Mortalidade InfantilAumento das doenças de veiculação hídricaAumento da proliferação de vetoresAumento dos gastos com internações hospitalaresFalta às aulas e/ou trabalho


Índice de Cobertura no Brasil:- Rede Coletora: 62%

Índice de Cobertura na Região Sudeste:- Rede Coletora: 82%

Índice de Cobertura no Estado de São Paulo:- Rede Coletora: 83%

Índice de Cobertura na Região Metropolitana de São Paulo:- Rede Coletora: 82%

Índice de Cobertura no Litoral do Estado de São Paulo:- Rede Coletora: 53%

Índice de Cobertura no Interior do Estado de São Paulo:- Rede Coletora: 89%

Conceitos Básicos

Sistema de Esgotos Sanitários:- Conjunto de elementos que têm por finalidade a Coleta, o Transporte, o Tratamento e a Disposição Final adequada, tanto do esgoto coletado quanto do lodo gerado. O Sistema de Esgotos Sanitários (SES) abrange, portanto, a rede para coleta, as estações elevatórias e as estações de tratamento de esgotos.

Sistema de Coleta e Transporte de Esgotos Sanitários:- Conjunto de elementos que viabilizam o correto encaminhamento dos esgotos até as estações de tratamento, exemplo: Caixa Coletora, Poço de Inspeção, Poço de Visita, Ramal Predial, Rede Condominial, Rede Pública, Coletor Tronco, Interceptor, Travessia, Sifão, Estação Elevatória e Linha de Recalque.

Normas Pertinentes

NBR 8160/1999- Sistemas prediais de esgoto sanitário – Projeto e Execução

NBR 9649/1986- Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário

NBR 7367/1988- Projeto e assentamento de tubulações de PVC rígido para sistemas de esgoto sanitário

NBR 9648/1986- Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário

NBR 9814/1987- Execução de rede coletora de esgoto sanitário

NBR 12207/89 - Projeto de interceptores para esgoto sanitário

Normas Pertinentes

NBR 12208/1987- Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário

NBR 12266/1992- Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de água, esgoto ou drenagem urbana

NBR 5645/1989- Tubo cerâmico para Canalizações

NBR 8890/2003- Tubo de concreto armado, de seção circular para esgoto sanitário

NBR 10845/1988- Tubo de poliéster reforçado com fibras de vidro, com junta elástica, para esgoto sanitário

Definições Gerais

Condomínio- Subdivisão de gleba em frações ideais, com sistema viário particular, regulamentada pela Lei 4591/1964

Loteamento- Subdivisão de gleba em lotes, com sistema viário público, regulamentada pela Lei 6766/79

Ramal Predial- Trecho do Coletor Predial compreendido entre o limite do terreno e a Rede Coletora

Rede Coletora Condominial- Rede implantada internamente ao condomínio, em vias particulares. Esta rede poderá ou não ser interligada à Rede Pública

Rede Coletora Pública- Rede implantada nos logradouros públicos que recebe esgotos dos coletores prediais em qualquer ponto ao longo de todo seu comprimento

Definições Gerais

Coletor Tronco- Tubulação da rede coletora que recebe apenas esgotos de outros coletores (não recebe ligação predial)

Interceptores- Tubulação cuja função precípua é receber e transportar os esgotos sanitários coletados, considerando a defasagem das contribuições e o resultante amortecimento das vazões máximas

Emissário- Tubulação que recebe esgoto exclusivamente na extremidade de montante

Definições Específicas

Diâmetro Nominal- Simples número que tem como objetivo classificar em dimensão os elementos de tubulações e acessórios

Caixa de Passagem- Câmara sem acesso localizada em pontos singulares por necessidade construtiva

Poço de Visita- Câmara visitável que permite inspeção e introdução de equipamentos de limpeza

Poço de Inspeção- Câmara com visitação restrita (pouca profundidade), que permite inspeção e introdução de equipamentos de limpeza.

Terminal de Limpeza- Dispositivo que permite introdução de equipamentos de limpeza localizado, necessariamente nas cabeceiras de qualquer coletor

Definições Específicas

Sifão Invertido- Trecho rebaixado com escoamento sob pressão, cuja finalidade é transpor obstáculos, depressões do terreno ou cursos d’água.

Passagem Forçada- Trecho com escoamento sob pressão, sem rebaixamento

Tubo de Queda- Dispositivo instalado no poço de visita (PV), ligando um coletor afluente ao fundo do poço

Estação Elevatória- Conjunto de tubos, válvulas, conexões e equipamentos eletros-mecânicos (bombas), onde a energia elétrica é transformada primeiramente em energia cinética e depois em energia de posição.

Componentes da Rede Coletora

Terminal de Limpeza (TL) Poço de Inspeção (PI)

Componentes da Rede Coletora

Sifão Invertido Sifão Verdadeiro

Classificação dos Sistemas de Esgotos

Sistema UnitárioEsses sistemas recolhem, na mesma tubulação, os lançamentos dos esgotos sanitários e as contribuições pluviais. Vantagens e Desvantagens

Sistema SeparadorEsses modelos de atendimento caracterizam-se por oferecer duas redes de canalização: uma, exclusivamente para a coleta de esgotos sanitários; outra, para recolher as águas de chuvas Vantagens e Desvantagens

Sistema EstáticoPor essa solução em cada residência ou grupo de residências é construída uma fossa séptica e um poço absorvente. Vantagens e Desvantagens

Quantificação dos Esgotos Sanitários

Período de ProjetoNos sistemas de coleta, o período de alcance do projeto dependerá do nível de abrangência do estudo que será elaborado e é diretamente proporcional à área atendida, conseqüentemente à população. Freqüentemente, são adotados horizontes de projeto que alcançam a saturação urbanística (20 – 30 anos). Evidentemente, a implantação de sistemas com tão longo alcance deve ser prevista, preferencialmente, em etapas.Justificativa para longos horizontes: Preponderância dos custos de escavação, escoramento, esgotamento de valas, reaterro compactado e recomposição de asfalto, quando comparados com o custo do tubo. Em média, o custo dos tubos é da ordem de 15% a 20% do total da obra. O acréscimo de Diâmetro dos tubos, portanto, permitirá um horizonte de projeto mais ambicioso, sem alterar substancialmente o orçamento final.


Previsão DemográficaDiversos modelos matemáticos permitem extrapolar para o futuro as condições de crescimento que se tenham constatado no passado. Todavia, estes prognósticos são mais confiáveis em ambientes de crescimento estável, em cidades de economia tradicionalmente equilibrada. Nestes casos, cumprem-se as projeções preestabelecidas, pois não há fatores estranhos que possam alterar tal exercício de futurologia. Assim, para países em processo de desenvolvimento, como é o caso do Brasil, a previsão da população futura deve considerar a significativa interferência de fatores tais como: perspectiva política, econômica, viária, agrícola, industrial e extração mineral.Entretanto, dentre os modelos existentes, podemos destacar como principais os seguintes: linear, exponencial, geométrico, hiperbólico, exponencial assintótico e logístico.


Previsão Demográfica – Modelo Logístico


Contribuição Per CapitaNos sistemas de abastecimento de água, devido às características físicas da água, do regime de escoamento, dos equipamentos existentes e facilidade de instalação é possível mensurar as vazões aduzidas, tratadas, distribuídas e consumidas nas residências. Todavia, a medição dos esgotos gerados, face à maior dificuldade em todos os aspectos antes mencionados é feita de forma indireta, sendo, na maioria das vezes, assumida como uma fração da vazão de água medida.Esta fração, denominada Coeficiente de Retorno (C), pode variar entre 0,75 e 0,85 em função dos usos e costumes internos à residência. O valor médio adotado para o coeficiente “C” é de 0,80. Os 20% que não retornam à rede coletora são considerados como a água perdida na evaporação, nas lavagens de carros e passeios e na irrigação de jardins.No Brasil, o consumo médio de água é da ordem de 125 à 500 litros por habitante por dia. Conseqüentemente, as contribuições médias de esgoto podem variar de 100 e 400 litros por habitante por dia.Fatores que interferem no consumo: temperatura local,, condição sócio-econômica, hábitos locais, pressão na rede de distribuição e, preponderantemente, custo tarifário.


Variações da Vazão de Esgoto- Coeficiente do dia de maior descarga: (K1) = 1,2

O coeficiente do dia de maior descarga é a relação entre a descarga que ocorre entre a média do dia e a média do ano.- Coeficiente de hora de maior consumo: (K2) = 1,5

O coeficiente da hora de maior descarga é a relação entre a descarga que ocorre entre a média da hora máxima e o dia médio.Os valores de C, K1 e de K2 antes apresentados são os recomendados pela NBR 9648. Valores diferentes poderão ser considerados desde que devidamente justificados.


Infiltrações na RedeOs elementos que constituem o sistema de coleta não são perfeitamente estanques. Por este motivo, pelas juntas, pelos tampões e eventuais ligações clandestinas há o ingresso permanente de águas estranhas no interior das tubulações. Nos casos em que não existem medições “in loco”, as infiltrações poderão ser estimadas com base na Tabela 1, apresentada a seguir:


Tabela 1 – Taxas de Infiltração em Redes Coletoras de Esgoto

BP=Solo com Baixa Permeabilidade; P=Solo Permeável

Rede Diâmetro

Tipo de Junta

Nível do Lençol

Tipo do

Solo

Coefic.(l/sxkm)

Secun-dária

Até 400mm

Elástica

Abaixo do

Coletor

BP 0,05

P 0,10

Acima do Coletor

BP 0,15

P 0,30

Secun-dária

Até 400mm

Não Elástica

Abaixo do

Coletor

BP 0,05

P 0,50

Acima do Coletor

BP 0,50

P 0,50

C. Tronco

>400mm - - - 1,00


Vazão Mínima de ProjetoTambém denominada vazão inicial, representa a contribuição de esgoto que ocorre no início de operação do sistema;Esse parâmetro poderá ser calculado da seguinte forma:Vazão mínima=população de início de plano x contribuição inicial + infiltração

Vazão Mínima para Fixação da Declividade Em qualquer trecho da rede coletora, para fins de verificação da declividade mínima, a vazão mínima a ser considerada deverá ser igual àquela de contribuição de uma válvula de descarga de um vaso sanitário, qual seja, 1,5 l/s.

Cálculo das Vazões de Esgotos

Vazão Média de ProjetoQmed=PxqxC

Vazão Máxima Diária de ProjetoQmaxdia=K1xPxqxC

Vazão Máxima Horária de ProjetoQmaxhor=K1xK2xPxqxC

Onde:P= população de projetoq= consumo per capita (água)C= coeficiente de retorno esgoto/águaK 1 = coeficiente do dia de maior consumo

K 2 = coeficiente da hora de maior consumo

Dimensionamento de Rede Coletora

Hidráulica das Redes ColetorasA hidráulica aplicada às redes coletoras oferece dois modelos de escoamento:- escoamento em canal aberto- escoamento em conduto forçado


Escoamento em Canal AbertoEste modelo também é denominado escoamento em lâmina livre e tem como grande vantagem a diminuta perda de carga.

Fórmulas Básicas de Dimensionamento

- Equação da Continuidade.Q = V x A

Q= vazão, m³/sA= área da seção de escoamento, m²V= velocidade, m/s


- Equação de Manning

Onde:V= velocidade, m/sRh = raio hidráulico, mI= declividade, m/mn= coeficiente de atriton=0,010 para tubos de PVCn=0,013 para tubos de cerâmican=0,015 para tubos de concreto

2

1

3

2

IRV H


- Profundidade CríticaCorresponde à altura da lâmina líquida a qual se constata a passagem do fluxo do regime laminar (tranqüilo) para o regime turbulento (agitado)

Onde:hc= altura crítica, mQ= vazão, m³/sg= aceleração da gravidade, m/s²Vc= velocidade crítica, m/s

3

3 2

gV

Qh

C

C


- Raio Hidráulico (m)

RH= (Área Molhada ÷ Perímetro Molhado)

Para canais de seção circular, consultar a Tabela da folha seguinte.Nos canais de seção retangular, o raio hidráulico é dado pela seguinte fórmula

Onde:Rh= raio hidráulico, mb= largura do canal, mg= profundidade do canal, m

hb

hbRH 2


- Tabela para Determinação da Relação Q/Qplena - Determinar (h/D)


- Tabela para Determinação do Raio Hidráulico em Seção Circular – Determinar Khid


Demais Parâmetros de Projeto- Vazão de Projeto: Vazão máxima horária + vazão de infiltração - Diâmetro: Para redes públicas, diâmetro mínimo de 150mm. Todavia, no cálculo da relação (Y/D), razão altura de escoamento por diâmetro, não deverá superar 0,75.- Velocidade Mínima: Embora não seja critério impeditivo, evitar velocidades menores que 0,60m/s- Velocidade Máxima: Recomendado, no máximo, 4,0m/s.- Tensão Trativa:Forças envolvidas no escoamento: Vertical (ação da gravidade) e horizontal (deslocamento); Soma Vetorial: Tensão trativa (σ). - Cálculo do Raio Hidráulico

D

hKR

HIDH


Fórmula da Tensão Trativa (σ)

Onde:σT= tensão trativa, em Pa (1,0 Pa = 1,0 kg/m2)

γ= peso específico da água, (γ=104 N/m3)R h = raio hidráulico, m

I = declividade da energia hidráulica (m/m)

IRHT


Valores da Tensão Trativa (σ)- Para Rede Coletora: σ > 1,0 Pa- Para Interceptores: σ > 1,5 Pa

Cálculo da Declividade Mínima (σ)- Para Rede Coletora: σ > 1,0 Pa : I0 = 0,0055 Qi

-0,47, com em Q(l/s)

- Para Interceptores: σ > 1,5 Pa : I0 = 0,00035 Qi-0,47, com em Q(m³/s)

- Portanto, para Qmin=1,5 l/s

- Rede Coletora Imin=0,0046 m/m; resulta em σ > 1,0 Pa

- Interceptores Imin=0,0074 m/m; resulta em σ > 1,5 Pa Cálculo da Velocidade Crítica (Vc)

- Vc=6 (g Rh)0,5 (m/s); g= aceleração da gravidade


Modelo de Planilha de Cálculo

‘’’


Exercício para Fixação


Dados do ProjetoTipo de Empreendimento: Loteamento de Alto PadrãoQuantidade de Lotes: 27Ocupação Média: 8 hab/loteConsumo Médio Per Capita: 500 litros/hab.diaCoeficiente de Retorno Esgoto/Água: C=0,80Coeficiente do Dia de maior Consumo: K1=1,2Coeficiente da Hora de maior Consumo: K2=1,5Taxa de Infiltração na Rede Coletora: 0,30 l/s.KmTubos de PVC, junta elástica: n=0,010

Cálculo da Vazão Total Máxima Horária

8640021CKKqP

QT

slQ

T/80,1

86400

80,05,12,1500216


Desenvolvimento dos Cálculos- Cálculo pela Taxa de Contribuição Linear:Vazão de Contribuição Linear = Vazão Total ÷ Comprimento Total da Rede (?)TX=(1,80 ÷ 1204,9) + 0,0003 (infiltração) = 0,00149 + 0,0003 = 0,00179 l/s.mPor esta metodologia, a vazão de cada trecho dependerá: do comprimento, da existência de contribuição e taxa da taxa de infiltração.

- Cálculo pela Contribuição Efetiva dos LotesVazão de Contribuição por Lote = Vazão Total ÷ Número de LotesTX=(1,80 ÷ 27) = 0,06667 l/s.lote + 0,0003 l/s.mPor esta metodologia, a vazão de cada trecho dependerá: da quantidade de lotes, do comprimento do trecho e da taxa de infiltração.


Exemplo: Trecho PI-115 – PI-116- Cálculo pela Taxa de Contribuição Linear:Vazão no trecho: 54,30m × 0,00179 l/s.m = 0,0972 l/s - Cálculo pela Contribuição Efetiva dos LotesVazão no trecho: 2 lotes × 0,06667 l/s.lote + 0,0003 l/s.m × 54,30m = 0,14963 l/s

- Cálculo de Y/D

- Q / Q0

- Q0 = V0 x A =>

44

4

2

2

13

2

22

1

3

2

0

0

DI

DDIR

Q H

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