SISTEMA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO

PROF. MARCO AURELIO HOLANDA DE CASTRO

• INTRODUÇÃO

1.1 Partes de um Sistema de Esgotamento Sanitário: • Rede Coletora: Conjunto de tubulações destinadas a receber e Conduzir os esgotos. A rede coletora é composta de

coletores secundários, que recebem diretamente as ligações prediais e os coletores tronco ou coletores primários, que conduzem o esgoto a um emissário ou a um interceptor.

• Interceptor: Canalização que recebe coletores primários diretamente ao longo do seu comprimento, não recebendo ligações prediais diretas.

• Emissário: Tubulação de Esgoto que não recebe contribuições ao longo do seu comprimento.

• Sifão Invertido: Tubulação de Esgoto destinada à transposição de obstáculo, funcionando sob pressão.

• Corpo de água Receptor: Corpo de água onde são lançados os esgotos.

• Estação Elevatória: Instalação de Recalque destinada a transferir o esgoto de uma cota mais baixa para uma cota mais alta.

o Órgãos Acessórios da Rede:

• Poço de Visita: São dispositivos que evitam ou minimizam entupimentos nos pontos singulares da rede, tais como curvas, pontos de encontro de tubulações, etc., possibilitando ainda o acesso de pessoas e equipamentos a esses pontos. Os poços de Visita podem ser executados em alvenaria de tijolos (com revestimento), em concreto moldado no local ou em concreto pré-moldado (peças justapostas). Eles se compõe de duas partes: a câmara inferior (chamada de balão) e a câmara superior (chamada de caminé). Os poços de visita devem ser previstos nos pontos de:

o Junção de coletores o Mudança na direção ou declividade dos coletores. o Mudança de diâmetro ou material.

� Ponta Seca (PS) ou Terminal de Limpeza (TL): Tubo que permite a introdução de equipamentos de limpeza e substitue o poço de visita no início dos coletores.

� Tubo de inspeção e Limpeza (TIL): Dispositivo não visitável que permite a inspeção e introdução de equipamentos de limpeza.

• Tubo de Queda: Dispositivo instalado em um PV ligando um coletor que chega numa cota mais alta que a do fundo do PV, conforme a figura da página seguinte. Tubos de Queda devem ser previstos em PV´s cuja diferença das cotas mencionadas seja superior a 60 cm. Não se deve prever Tubos de Queda em TIL´s.

Base de concreto

Brita sobre terreno inalterado

Anéis de concreto

>1,20m

0,60m

Chaminé

Balão

Laje de transição

1,80m

Tampão de ferro fundido

Tubo de queda >0,60

m

Extravasor

Parede extravasora

2. VAZÕES DE DIMENSIONAMENTO A Vazão Média de Demanda para início do Projeto (Qdi), medida em l/s, é calculada pela fórmula:

400.86qPCQ i

di = (2.1)

e a Vazão Média de Demanda para o último ano do Projeto (Qdf), medida em l/s, é calculada pela fórmula:

400.86qPCQ f

df = (2.2)

onde C = Coeficiente de Retorno (0,8) Pi = População no primeiro ano do Projeto. (hab) Pf = Estimativa da População para o último ano do Projeto. (hab)

q = Consumo de água per capita (150 diahab .

l )

As vazões de dimensionamento (em l/s) para o início e fim do projeto são dadas por, respectivamente:

infdi2i QQKQ += (2.3)

infdf21f QQKKQ += (2.4)

onde Qi e Qf = Vazões Máximas (Vazões de Dimensionamento) inicial e final, respectivamente (em l/s). K1 = Coeficiente de Vazão Máxima Diária. K2 = Coeficiente de Vazão Máxima Horária. Qinf = Vazão de Infiltração (em l/s).

TAXA DE CONTRIBUIÇÃO LINEAR (VAZÃO EM MARCHA)

Taxa de Contribuição Linear para o Início do Projeto:

infdi2

i tL

QKt +=

∑(2.5)

Taxa de Contribuição Linear para o Final do Projeto:

infdf21

f tLQKK

t +=∑

(2.6)

onde

ti e tf são as taxas de Contribuição Linear inicial e final, respectivamente, em ms .l

tinf é a taxa de infiltração, em ms .l

∑L é o comprimento total da rede coletora, em m. As águas do subsolo penetram na rede coletora através das juntas das tubulações das paredes das tubulações dos PV´s, TIL´s e TL´s, Estações Elevatórias, etc. As taxas de infiltração dependem de condições do local onde a rede será instalada, tais como Nível do Lençol Freático, Tipo de Solo, qualidade da execução da rede (Estanqueidade), material usado na rede e nos órgãos acessórios e tipo de

junta usado. Segundo a NBR9649 da ABNT 0,00005 ms .l < tinf < 0,001

ms .l .

É comum usar-se em projetos tinf = 0,0001 ms .l .

3. HIDRÁULICA DE COLETORES DE ESGOTO

c) Seções Circulares

usando as equações acima em teremos:

2sen 512

)sen -(gDQ

c

3cc

5

2

θθθ

=

com = 2 arc cos

−

D2y

1 c .

Assim foi possível montar a tabela 3.1 da página seguinte, a partir da qual é possível obter

as profundidades críticas a partir de valores conhecidos de vazão e diâmetro.

A velocidade Crítica é dada por:

Rg6Vc =

onde Vc é a velocidade Crítica, em m/s.

g = Aceleração da Gravidade, em m/s2.

e R = Raio Hidráulico Considerando a Vazão Final do Trecho do Coletor, em m.

)sen -1(4DR

2DP

2sen DB

)sen -(8

DA

Dy2-1cos arc2

2

θθ=

θ=

θ=

θθ=

=θ

cθ

DIMENSIONAMENTO DE SEÇÕES CIRCULARES TABELA 3.1Q/QCHEIA V/VCHEIA R/D y/D Q2/D5

η Q/QCHEIA V/VCHEIA R/D y/D Q2/D5η Q/QCHEIAV/VCHEIA R/D y/D Q2/D5

η0.01 0.319 0.045 0.070 0.000 8.76 0.55 1.0220 0.258 0.527 0.73 1.942 1.070 1.120 0.296 0.91 7.2 1.5090.02 0.396 0.062 0.098 0.001 6.71 0.56 1.0274 0.260 0.534 0.76 1.926 1.073 1.115 0.294 0.92 7.8 1.5080.03 0.445 0.074 0.118 0.002 5.80 0.57 1.0312 0.262 0.539 0.79 1.915 1.075 1.109 0.292 0.93 8.5 1.5070.04 0.486 0.085 0.136 0.004 5.19 0.58 1.0357 0.263 0.545 0.83 1.903 1.076 1.103 0.289 0.94 9.3 1.5060.05 0.521 0.094 0.152 0.006 4.76 0.59 1.0393 0.265 0.550 0.85 1.892 1.075 1.095 0.286 0.95 10.3 1.5070.06 0.550 0.102 0.166 0.008 4.45 0.60 1.0457 0.267 0.559 0.91 1.874 1.071 1.086 0.283 0.96 11.6 1.5090.07 0.576 0.109 0.179 0.011 4.20 0.61 1.0499 0.269 0.565 0.95 1.862 1.066 1.075 0.279 0.97 13.6 1.5120.08 0.598 0.116 0.191 0.014 4.00 0.62 1.0533 0.270 0.570 0.98 1.852 1.057 1.062 0.274 0.98 16.7 1.5160.09 0.621 0.122 0.203 0.018 3.82 0.63 1.0566 0.272 0.575 1.01 1.842 1.042 1.044 0.267 0.99 23.7 1.5240.10 0.640 0.128 0.214 0.022 3.67 0.64 1.0599 0.273 0.580 1.05 1.833 1.000 1.000 0.250 1.00 1.5480.11 0.658 0.133 0.224 0.027 3.54 0.65 1.0631 0.274 0.585 1.08 1.8240.12 0.674 0.138 0.234 0.032 3.43 0.66 1.0675 0.276 0.592 1.13 1.8110.13 0.691 0.143 0.244 0.037 3.32 0.67 1.0718 0.277 0.599 1.18 1.7990.14 0.705 0.148 0.253 0.043 3.23 0.68 1.0742 0.278 0.603 1.22 1.7920.15 0.720 0.153 0.262 0.049 3.15 0.69 1.0783 0.280 0.610 1.27 1.7800.15 0.726 0.155 0.266 0.052 3.12 0.70 1.0817 0.281 0.616 1.32 1.7700.16 0.733 0.157 0.271 0.056 3.08 0.71 1.0845 0.282 0.621 1.36 1.7620.17 0.746 0.161 0.279 0.06 3.01 0.72 1.0882 0.284 0.628 1.42 1.7510.18 0.757 0.165 0.287 0.07 2.95 0.73 1.0903 0.285 0.632 1.46 1.7450.19 0.769 0.169 0.295 0.08 2.89 0.74 1.0939 0.286 0.639 1.52 1.7350.20 0.780 0.172 0.303 0.09 2.83 0.75 1.0964 0.287 0.644 1.57 1.7280.21 0.792 0.176 0.311 0.10 2.78 0.76 1.0993 0.288 0.650 1.62 1.7190.22 0.802 0.180 0.319 0.11 2.73 0.77 1.1039 0.290 0.660 1.72 1.7050.23 0.813 0.183 0.327 0.12 2.68 0.78 1.1061 0.291 0.665 1.77 1.6980.24 0.822 0.186 0.334 0.13 2.64 0.79 1.1083 0.292 0.670 1.82 1.6920.25 0.832 0.190 0.341 0.14 2.60 0.80 1.1104 0.293 0.675 1.88 1.6850.26 0.840 0.193 0.348 0.15 2.57 0.81 1.1124 0.293 0.680 1.93 1.6790.27 0.849 0.196 0.355 0.16 2.53 0.82 1.1151 0.294 0.687 2.01 1.6700.28 0.858 0.199 0.362 0.17 2.49 0.83 1.1173 0.295 0.693 2.08 1.6630.29 0.866 0.202 0.369 0.19 2.46 0.84 1.1198 0.296 0.700 2.17 1.6550.30 0.874 0.204 0.376 0.20 2.43 0.85 1.1215 0.297 0.705 2.23 1.6490.31 0.882 0.207 0.382 0.21 2.40 0.86 1.1237 0.298 0.712 2.32 1.6410.32 0.890 0.210 0.389 0.23 2.37 0.87 1.1258 0.299 0.719 2.41 1.6340.33 0.897 0.212 0.396 0.24 2.35 0.88 1.1275 0.299 0.725 2.49 1.6270.34 0.904 0.215 0.402 0.26 2.32 0.89 1.1294 0.300 0.732 2.59 1.6200.35 0.912 0.218 0.409 0.27 2.29 0.89 1.1308 0.301 0.738 2.67 1.6140.36 0.919 0.220 0.415 0.29 2.27 0.90 1.1324 0.301 0.745 2.78 1.6070.37 0.925 0.222 0.421 0.31 2.25 0.91 1.1335 0.302 0.750 2.86 1.6030.38 0.932 0.225 0.428 0.33 2.22 0.92 1.1344 0.302 0.755 2.93 1.5980.39 0.938 0.227 0.433 0.34 2.20 0.93 1.1353 0.302 0.760 3.02 1.5930.40 0.944 0.229 0.440 0.36 2.18 0.94 1.1365 0.303 0.767 3.13 1.5870.41 0.950 0.232 0.446 0.38 2.16 0.95 1.1376 0.303 0.775 3.27 1.5810.42 0.956 0.234 0.452 0.40 2.14 0.96 1.1384 0.304 0.782 3.40 1.5750.43 0.962 0.236 0.458 0.42 2.13 0.97 1.1391 0.304 0.790 3.55 1.5690.44 0.968 0.238 0.464 0.45 2.11 0.98 1.1397 0.304 0.800 3.75 1.5610.45 0.973 0.240 0.470 0.47 2.09 0.99 1.1400 0.304 0.807 3.9 1.5560.46 0.979 0.242 0.476 0.49 2.07 1.00 1.1399 0.304 0.820 4.2 1.5480.47 0.984 0.244 0.482 0.52 2.06 1.008 1.1397 0.304 0.827 4.3 1.5440.48 0.988 0.245 0.486 0.53 2.04 1.016 1.1391 0.304 0.835 4.5 1.5390.49 0.993 0.247 0.492 0.56 2.03 1.026 1.1381 0.304 0.845 4.8 1.5330.50 1.000 0.250 0.500 0.59 2.01 1.039 1.1358 0.303 0.86 5.2 1.5260.51 1.004 0.252 0.505 0.62 1.99 1.047 1.1337 0.302 0.87 5.6 1.5220.52 1.008 0.253 0.510 0.64 1.98 1.054 1.1311 0.301 0.88 5.9 1.5180.53 1.012 0.255 0.515 0.66 1.97 1.060 1.1280 0.299 0.89 6.3 1.5140.54 1.018 0.257 0.522 0.70 1.95 1.066 1.1243 0.298 0.90 6.7 1.512

EXEMPLO

Sabendo que, para um determinado tubo: Q =

9,092 m3/s e D = 2,40 m . Calcule yc .

038,1DQ

5

2

=

da tabela 3.1: m39,1y58,0Dy

cc =⇒=

Segundo a equação de chezy:

0SRcV =

onde:

V = Velocidade média no coletor (m/s)

S0 = declividade do coletor (m/m)

c = coeficiente que depende da natureza das paredes do coletor.

O Raio Hidráulico, por sua vez, é definido por:

R = A/P

onde

A = Área Molhada de seção do coletor (área onde ocorre o escoamento). (m2)

P = Perímetro Molhado (m)

Resultados experimentais posteriores mostram que a

proporcionalidade V ∼ S01/2 na razoável, V não dependia de R de acordo com a função

da fórmula de chezy. Mannining, então, desenvolveu a fórmula:

nSR

V2

10

32

= ou

21

03

2SR

nAQ =

(3.1)

conhecida como fórmula de Manning onde n é um coeficiente que depende da natureza

das paredes do canal.

Tabela 3.1

Material do coletor Valores de n

Cerâmica 0,013 Concreto 0,013 PVC 0,010 Ferro Fundido 0,012

Usando as fórmulas de A e P para um canal de seção circular:

32

21

03

2 sen -1SDn52,2

1V

θθ=

35

32

21

03

8 sen SDn2,20

1Q

θ

θ−θ=

Se o canal tiver diâmetro e declividade constante, as

fórmulas

acima mostram que a velocidade e a vazão variam apenas com o ângulo θ, igualando o

zero as derivadas destas expressões em relação a θ, teremos:

� para a velocidade máxima:

θ = 257o e y = 0,81 D

� para a vazão máxima:

θ = 308o y = 0,94 D

como vimos no exemplo, em geral nós conhecemos a vazão que deverá passar pela

seção, e queremos determinar a profundidade y.

Nós podemos escrever:

( )θ−θπ

= sen21

AA

cheia

onde =π=4DA

2

cheia área de seção plena e A = área da seção parcialmente cheia, e

θθ

−= sen1R

R

cheia

onde ==4DR cheia raio hidráulico da seção cheia, podemos então

escrever:

( )3

2

35

32

cheiacheiacheia

sen21

RR

AA

QQ

θ

θ−θπ

=

=

onde n

SD3117,0Q2

1

03

8

cheia = como

−=θ

Dy21cos arc 2

valores de Dy para vários valores de

cheiaQQ estão contidos na tabela 3.1, portanto, uma

vez conhecidos Q, S0, n e D, determina-se Q e a razão cheiaQQ e da tabela 3.1, determina-

se o valor de Dy e com este valor determina-se y.

De maneira Similar, se nós quisermos o valor da Velocidade Média na Seção

( ) 32

cheia

sen1V

V

θθ

−=

onde n52,2SD

V2

1

03

2

cheia = é a velocidade considerando a seção cheia, uma vez o valor de

Dy , com este valor determina-se

cheiaVV e conseqüentemente, o valor de V.

EXEMPLO

Q = 1m3/s, D = 2m , S0 = 0,0005 e n = 0,013.

nSD3117,0

Q2

1

o3

8

cheia = = 3,404 m3/s

cheiaQQ = 0,29 ⇒

Dy = 0,369 (Tab. 3.1)

y = 0,74 m e θ = 2,62 radianos

para este valor de Dy , da tabela 3.1

cheiaVV = 0,87, como

sm083,1

n52,2SD

V2

1

03

2

cheia ==

portanto V = 0,94 m/s

TENSÃO TRATIVA

A Tensão Trativa ou Tensão de Arraste é definida como a Tensão Tangencial (ou

Cisalhante), exercida pelo fluido sobre as paredes da canalização.

0SRγ=τ

onde

γ = peso específico do Fluido (9806 N/m3 ou para o Esgoto)

A NBR9649 de 1986 recomenda o valor de 1 Pa (1 N/m2) como a Tensão Trativa

Mínima aceitável em coletores de Esgoto.

Usando a equação (3.1) e a equação da Tensão Trativa, nós podemos obter:

R

QnS3

20 τγ

=

(3.2)

Através da equação acima, é possível determinar um valor da declividade do coletor, S0,

de modo que τ > 1 Pa.Esta será chamada declividade mínima.

As expressões, para vários valores do Coeficiente de Manning, serão apresentadas na

seguinte tabela:

Tabela 3.2

Material do coletor Valores de n Declividade Mínima (m/m)

Cerâmica ou Concreto 0,013 Q0055,0S -0,47imin =

PVC 0,010 Q0061,0S 49,0imin−=

Ferro Fundido 0,012 Q0056,0S 48,0imin−=

Obs: Qi em l/s

4. CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLETORES

4.1 Vazão Mínima

A Norma NBR 9649 recomenda que, em qualquer coletor da rede, a vazão mínima seja

de 1,5 l/s, desta forma, sempre que a vazão calculada em um trecho de coletor for

menor que este valor, deve-se usar 1,5 l/s.

4.2 Diâmetro Mínimo

A Norma NBR 9649 admite o diâmetro de 100 mm como mínimo, entretanto, para a

CAGECE o diâmetro mínimo aceitável é de 150 mm.

4.3 Declividade Mínima

A declividade mínima a ser adotada para cada trecho de coletor deverá ser tal que

assegure uma Tensão Trativa no Trecho considerado de, no mínimo, 1 Pa. Para tanto,

deve-se usar as fórmulas da tabela 3.2.

4.4 Lâmina d’água Máxima

No caso de Escoamento Subcrítico no Trecho do Coletor considerado, ou seja, y > yc

ou V < Vc , de acordo com a Norma NBR 9649, a máxima lâmina d’água no trecho

deve corresponder a 75% do diâmetro, ou seja, y/D = 0,75.

No caso de Escoamento Supercrítico no Trecho do Coletor considerado, ou seja, y < yc

ou V > Vc, de acordo com a Norma NBR 9649, a máxima lâmina d’água no trecho deve

corresponder a 50% do diâmetro, ou seja, y/D = 0,5.

4.4.1 Dimensionamento de Seções Circulares

Nós podemos fazer esse dimensionamento de maneira simplificada a partir da fórmula de Manning:

ou

3/2

2/10

3/5

PnSA

Q =

ou

3/2

3/5

2/10 P

AS

Qn =

Se agora nós usarmos as fórmulas para A e P para seções circulares:

38

3/2313

3/5

2/10

DD2

)sen -(S

Qn θθ=

rearranjando os termos na expressão acima: 375,0

2/10

0,625

25,0

SQn

)sen -(084,3D

θθθ= (4.1)

Denominando:

0,625

25,0

)sen -(084,3

θθθ=η

e375,0

2/10SQn

=β

Desta forma, a equação (4.1) pode ser reescrita como:

βη=D (4.2)

Se nós quisermos deixar uma “folga” ou espaço livre de escoamento para uma

determinada vazão, se nós não quisermos que a seção do coletor esteja completamente

cheia, nós devemos seguir o seguinte procedimento:

• Determinar o valor de y/D desejado.

nSRA

Q2/1

03/2

=

• Para este valor, consultar a tabela 3.1 para determinação do η correspondente.

• Calcular o valor de β .

• Finalmente, determinar o valor do Diâmetro através da fórmula: D = ηβ.

EXEMPLO

Considere um interceptor de esgoto para o qual n=0,024,

Q = 2m3/s, D = 0,90 m, L = 30 m e S0 = 0,001

Dimensione o interceptor para que se tenha um espaço livre correspondente a 25% do

diâmetro.

Para uma seção cheia, y/D = 0,75, para este valor, de acordo com a tabela 3.1:

η = 1,603.

( )416,1

S

nQ375,0

21

0

=

=β

e usando a fórmula 3.4: D = ηβ = 2,27 m.

Nós podemos chegar a fórmulas simplificadas para a determinação do diâmetro

considerando como material usado o PVC (n = 0,010) :

Para y/D = 0,75 (Escoamento Subcrítico), da Tabela 3.1, η= 1,603, portanto, a eq. (4.2)

pode ser reescrita como:

375,0

0

f

SQ

0427,0D

= (4.3)

e para y/D = 0,5 (Escoamento Supercrítico), η= 2,01, portanto:

375,0

0

f

SQ

0536,0D

= (4.4)

Obs: Qf em m3/s.

4.5 Profundidade Mínima do Coletor

A profundidade mínima de assentamento de um coletor de esgoto deve satisfazer a dois

critérios:

• Atendimento das ligaões prediais.

• Proteção contra cargas externas.

A profunidade mínima deve ser a menor considerando os dois critérios.

No que se refere à proteção contra carregamentos externos, a CAGECE recomenda uma

profundidade mínima de 1,05 m.

A profundidade mínima do coletor visando atender as cotas das ligações prediais deve

ser determinada através da seguinte equação:

chhLiap +++= (4.5)

onde

p = profunidade mínima do coletor (m).

a = distância geratriz inferior interna do coletor público e a geratriz inferior interna do

ramal predial (m).

i = declividade do ramal predial (m)

L = distância entre o coletor público e a caixa de inspeção (m)

h = desnível entre a via pública e o aparelho sanitário de cota mais baixa (m).

hc = altura da caixa de inspeção (m).

5. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE REDE COLETORA:

População Inicial: Pi = 2.000 hab

População Final: Pf = 3.500 hab

Consumo de água per capita: q= 160 diahab .

l

Coeficiente de Retorno: C = 0,8.

K1 = Coeficiente de Vazão Máxima Diária = 1,2 K2 = Coeficiente de Vazão Máxima Horária = 1,5.

Taxa de Contribuição de Infiltração = tinf = 0,0001ms .l

Material dos Coletores: PVC O passo inicial é conceber o sistema, traçar e numerar os coletores e os trechos. O maior coletor recebe o número 1 e seu primeiro trecho será denominado 1, numerando-se sucessivamente todos os outros trechos deste coletor. O primeiro coletor que chegar ao coletor 1 será o coletor 2 e assim sucessivamente. Após a Concepção, traçado e numeração dos trechos e dos PV´s, podemos determinar o comprimento total da rede coletora, ∑L = 2.877 m. Em seguida, podemos

determinar: 5.1 Taxa de Contribuição Linear

A Vazão de Demanda Doméstica para início do Projeto (Qdi),

s4,4

400.86qPCKQ i2

dil==

A Vazão de Demanda Doméstica para final do Projeto (Qdf),

s33,9

400.86qPCKKQ f21

dfl==

Taxa de Contribuição Linear para o Início do Projeto:

m.s00164,0t

LQ

t infdi

il=+=

∑

Taxa de Contribuição Linear para o Final do Projeto:

m.s00334,0t

LQ

t infdf

fl=+=

∑5.2 Vazões em cada Trecho de Coletor Ela é determinada somando-se as vazões de contribuição dos trechos a montante à vazão de contribuição do trecho, que é determinada multiplicando-se a Taxa de Contribuição Linear pelo Comprimento do Trecho. 5.3 Profundidade Mínima dos Coletores

Admitindo-se que a Cota do Ponto de Esgoto Predial mais baixo é a mesma da rua (h=0) e que a altura da Caixa de Ligação é de 0,5 m (hc),a = 0,2 m, i = 0,02 m/m e L = 25 m.

m20,1hhLiap c =+++=

como p calculado > 1,05 m (profundidade mínima segundo a CAGECE), adotaremos como profundidade mínima de assentamento dos coletores 1,20 m. TRECHO 1-1

Vazão a montante: Qim = 0 l/s e Qfm = 0 l/s Comprimento: L = 89 m Vazão no Trecho: qi = 0,00164 x 89 = 0,146 l/s e qf = 0,00334 x 89 = 0,297 l/s Vazão a Jusante: Qi = 0,146 l/s e Qf = 0,297 l/s

como tanto Qi quanto Qf são menores que 1,5 l/s, adotaremos como vazão de

dimensionamento:

Qi = Qf = 1,5 l/s Cota do Terreno a montante: 502,05 m

Cota do Terreno a Jusante: 498,00 m Declividade do Terreno:

m/m0455,089

00,49805,502S0 =−=

Declividade Mínima do Coletor

Q0061,0S 49,0imin−= = 0,0050 m/m

como S0 > Smin adotaremos como a declividade do coletor a declividade do terreno. Diâmetro do Coletor:

Usando a eq. (4.3) (admitindo escoamento Subcrítico)

m0478,0S

Q0427,0D

375,0

0

f =

=

como este diâmetro é menor que o mínimo adotado (150 mm),

usaremos D = 150 mm.

Lâminas d’água e Velocidades

nSD3117,0

Q2

1

o3

8

cheia = = 0,422 m3/s = 422 l/s

cheia

i

QQ = 0,0036 ⇒

Dyi = 0,136 (Tab. 3.1)

yi = 0, 02 m = 20 mm

para este valor de Dyi , da tabela 3.1

cheia

i

VV = 0,486, como

sm39,2

n52,2SD

V2

1

03

2

cheia ==

portanto Vi = 1,16 m/s

Tensão Trativa Da tabela 3.1, Ri/D = 0,085 m, portanto, Ri = 0,013 m e

0SRi

γ=τ==9.810 N/m3 x 0,013 m x 0,0455 = 5,69 Pa > 1 Pa OK

Velocidade Crítica:

iic Rg6V = = 2,12 m/s > Vi ==� Escoamento subcrítico, suposição inicial OK.

TRECHO 1-7

Vazão a montante: Qim = 5,786 l/s e Qfm = 6,624 l/s Comprimento: L = 100 m Vazão no Trecho: qi = 0,00164 x 100 = 0,164 l/s e qf = 0,00334 x 100 = 0,334 l/s Vazão a Jusante: Qi = 0,164 + 5,786 = 5,950 l/s e Qf = 0,334 + 6,624 = 6,958 l/s como tanto Qi quanto Qf são maiores que 1,5 l/s. Cota do Terreno a montante: 485,5 m Cota do Terreno a Jusante: 484,9 m Declividade do Terreno:

m/m0060,0100

5,4859,484S0 −=−=

Observe que o terreno sobe. Declividade Mínima do Coletor

Q0061,0S 49,0imin−= = 0,0025 m/m

a qual será adotada como declividade de assentamento do coletor

Usando a eq. (4.3) (admitindo escoamento Subcrítico)

m145,0S

Q0427,0D

375,0

0

f =

=

como este diâmetro é menor que o mínimo adotado (150 mm),

usaremos D = 150 mm.

Lâminas d’água e Velocidades

nSD3117,0

Q2

1

o3

8

cheia = = 0,0099 m3/s = 9,9 l/s

cheia

i

QQ = 0,601 ⇒

Dyi = 0,559 (Tab. 3.1)

yi = 0, 084 m = 84 mm

para este valor de Dyi , da tabela 3.1

cheia

i

VV = 1,046, como

sm56,0

n52,2SD

V2

1

03

2

cheia ==

portanto Vi = 0,59 m/s

Tensão Trativa Da tabela 3.1, Ri/D = 0,267 m, portanto, Ri = 0,040 m e

0i SRi

γ=τ==9.810 N/m3 x 0,040 m x 0,0025 = 0,98 Pa ˜ 1 Pa OK

Velocidade Crítica:

iic Rg6V = = 3,76 m/s > Vi ==� Escoamento subcrítico, suposição inicial OK.

cheia

f

QQ = 0,703 ⇒

Dyf = 0,616 (Tab. 3.1)

yf = 0, 092 m = 92 mm

para este valor de Dyf , da tabela 3.1

cheia

f

VV = 1,0817, como

portanto Vf = 0,61 m/s

Tensão Trativa Da tabela 3.1, Rf/D = 0,281 m, portanto, Rf = 0,042 m e

0f SRf

γ=τ==9.810 N/m3 x 0,0422 m x 0,0025 = 1,03 Pa ˜ 1 Pa OK

Velocidade Crítica:

ffc Rg6V = = 3,86 m/s > Vf ==� Escoamento subcrítico, suposição inicial OK.

5. TRATAMENTO PRELIMINAR: GRADEAMENTO REMOÇÃO DE

SEDIMENTOS PESADOS ATRAVÉS DAS CAIXAS DE AREIA E MEDIÇÃO

DE VAZÃO ATRAVÉS DA CALHA PARSHALL.

Figura 5.1

Grades em série

Calha Parshall

Caixas de Areia em paralelo

Coletor Estação elevatória ou ETE

Perda de carga na grade hf

Rebaixo na Calha Parshall Z

Lâmina d´água na Calha Parshall Hmáxima

Lâmina d´água na grade hmáxima

Grades em série

Calha Parshall

Coletor de Esgoto

Tanque

Estação elevatória

5.1 DIMENSIONAMENTO DA CALHA PARSHALL

A calha de Parshall ou Vertedor Parshall usa os princípios

de um vertedor de parede espessa e é largamente usada para medir a vazão em canais

abertos. Este vertedor foi projetado por R. L. Parshall em 1920. A calha Parshall foi

desenvolvida usando as unidades do sistema inglês. As calhas tem dimensões que

variam de acordo com as vazões mínima e máxima de projeto .

De acordo com essas vazões mínima e máxima deve-se

usar as dimensões da tabela 9. Equações empíricas que relacionam a altura do poço de

leitura (Ha) com a vazão medida podem também ser encontradas na tabela 10.

Quando a razão entre as leituras Hb/Ha (razão de

submergência) excedem os seguintes valores:

0,50 para calhas com W = 1”, 2” ou 3”

0,60 para calhas com W = 6” ou 9”

0,70 para calhas com W = 1 f t a 8 f t

0,80 para calhas com W > 10 f t

O escoamento é chamado de submerso. O efeito dessa submersão à jusante é

uma diminuição da vazão na calha. Neste caso, a vazão calculada pela equação (tabela)

deve ser corrigida de acordo com os gráficos da figura 5.2.

Tabela 5.1

W Q (L/s) Ha (m)

Vazão (L/s)

Pé

(’)

Pol

(”)

MIN. MAX.

0 6 381,2 1,580aH 1,42 110,44

- 9 535,4 1,530aH 2,55 252,02

1 0 691,0 1,522aH 3,11 455,90

1 6 1.057 1,538aH 4,25 696,60

2 0 1.428 1,550aH 11,89 937

3 0 2.184 1,566aH 17,27 1.427

4 0 2.954 1,578aH 36,81 1.922

5 0 3.732 1,587aH 45,31 2.423

6 0 4.519 1,595aH 73,62 2.930

7 0 5.307 1,6aH 84,95 3.437

8 0 6.065 1,6aH 99,11 3.950

10 0 7.462 1,6aH 170 5.663

12 0 8.860 1,6aH 227 9.911

15 0 10.957 1,6aH 227 16.990

20 0 14.451 1,6aH 283 28.317

25 0 17.945 1,6aH 425 33.980

30 0 21.440 1,6aH 425 33.980

40 0 28.428 1,6aH 526 56.634

50 0 35.417 1,6aH 7.079 84.951

Tabela 5.2

W A

(cm)

B

(cm)

C

(cm)

D

(cm)

F

(cm)

G

(cm)

N

(cm)

6” 15,2 cm 61,0 61,0 39,4 40,3 30,5 61,0 11,4

9” 22,9 cm 88,0 86,4 38,0 57,5 30,5 45,7 11,4

1’ 30,5 cm 137,2 134,4 61,0 84,5 61,0 91,5 22,9

1’ ½” 45,7 cm 144,9 142,0 76,2 102,6 61,0 91,5 22,9

2’ 61,0 cm 152,5 149,6 91,5 120,7 61,0 91,5 22,9

3’ 91,5 cm 167,7 164,5 122,0 157,2 61,0 91,5 22,9

f t m cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s cfs l /s0.300 0.091 0.067 1.897 0.072 2.039 0.077 2.180 0.083 2.350 0.089 2.520 0.100 2.832 0.110 3.115 0.120 3.404 0.132 3.726 0.157 4.4460.400 0.122 0.070 1.982 0.076 2.152 0.083 2.350 0.092 2.605 0.101 2.854 0.116 3.285 0.133 3.766 0.149 4.219 0.173 4.887 0.218 6.1730.500 0.152 0.076 2.152 0.083 2.350 0.091 2.577 0.103 2.917 0.117 3.313 0.135 3.823 0.160 4.531 0.188 5.321 0.225 6.374 0.290 8.2120.600 0.183 0.082 2.322 0.092 2.605 0.105 2.968 0.119 3.373 0.138 3.908 0.160 4.531 0.200 5.663 0.232 6.558 0.290 8.212 0.366 10.3640.800 0.244 0.100 2.832 0.117 3.313 0.139 3.936 0.165 4.672 0.200 5.663 0.232 6.558 0.300 8.495 0.346 9.809 0.438 12.411 0.580 16.4241.000 0.305 0.126 3.568 0.154 4.347 0.181 5.111 0.225 6.371 0.286 8.099 0.350 9.911 0.426 12.066 0.513 14.527 0.640 18.123 0.820 23.2201.500 0.457 0.254 7.192 0.310 8.778 0.393 11.129 0.498 14.102 0.584 16.537 0.700 19.822 0.840 23.786 1.070 30.299 1.286 36.415 1.650 46.7232.000 0.610 0.442 12.516 0.540 15.291 0.671 19.001 0.803 22.738 0.979 27.722 1.220 34.547 1.430 40.493 1.719 48.677 2.177 61.646 2.620 74.1902.500 0.762 0.671 19.001 0.819 23.191 1.039 29.421 1.242 35.170 1.515 42.900 1.821 51.559 2.295 64.987 2.631 74.499 3.184 90.161 3.900 110.436

a 0.2b 2L 5.8l 5.1

cfs 1.515

Valores Numéricos referentes a:Calhas PARSHALL - Fatores de Correção para W = 1.0; 2.0; 3.0; 4.0; 6.0 e 8.0Hb / Ha 88%80% 82% 84% 86%78%70% 72% 74% 76%

Calhas PARSHALL - Fatores de Correção

0.01

0.10

1.00

1 10 100Correção (l /s)

Altu

ra d

e M

onta

nte

(Ha

(m))

70 72 74 76 78 80 82 84 86

70 72

88

74 76 78 80

90 92 94 96

82 84 86 8888 90 92

5.2 GRADEAMENTO

Grade de Barras: São dispositivos constituídos por barras metálicas, igualmente

espaçadas. Destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes.

As dimensões principais de uma grade são estabelecidas para que se tenha uma seção de

escoamento com velocidade adequada. Velocidades muito baixas podem causar um entupimento

na grade e velocidades muito altas induzem a passagem de sólidos que deveriam ficar retidos na

grade.

Normalmente, recomenda-se que, através de grade, 0,50 m/s < V < 0,75 m/s.

Esses valores devem ser verificados para vazões mínimas, médias e máximas.

Estabelecida a velocidade aceitável do escoamento do esgoto através da grade, pode-se

determinar a área útil ou área livre:

max

maxu V

QA = (5.1)

Conhecendo-se o espaçamento entre as barras da grade (a), bem como o diâmetro da barra,

pode-se determinar a área total ou seção de escoamento a montante da barra:

EA

S u= (5.2)

onde E é a eficiência da grade, a qual é função de a e de t, de acordo com a tabela:

E (Eficiência)

t a = ¾” (20 mm) a = 1” (25 mm) a =1 ¾” (30 mm)

t = ¼” (6 mm) 0,750 0,800 0,834

t = 5/16” (8 mm) 0,730 0,768 0,803

t = 3/8” (10 mm) 0,677 0,728 0,770

t = ½” (13 mm) 0,600 0,667 0,715

A perda de carga através da grade pode ser determinada por:

( )g2vV43,1h

22

f−= (5.3)

onde

hf = perda de carga (m)

V = Velocidade através das barras (m/s)

v = E V = Velocidade a montante da grade (m/s)

g = Aceleração da gravidade (9,806 m/s2)

5.3 CAIXAS DE AREIA

Caixas de areia são unidades destinadas a reter areia e/ou outros detritos minerais inertes

e pesados que se encontram em suspensão nos esgotos.

Nas caixas de areia, a velocidade recomendável é de 0,30 m/s, com tolerância de ± 20 %.

A área da caixa de areia deve ser tal que garanta taxas de 600 a 1.200 m3 de esgoto por

m2 de superfície.

Se H é profundidade ou lâmina d’água na caixa de areia,

V é a velocidade de escoamento (0,30 m/s),

b é a largura da caixa,

L = comprimento da Caixa

S é a área da seção transversal ao escoamento e

A é a área da caixa de areia em planta baixa (A = b L),

Desta forma 600 < Q/A < 1.200 dia.m

m2

3

, teremos:

LVH

LbVHb

AVHb

AVS

AQ ====

ou seja:

A/QHVL = (5.4)

para Q/A de 1.200 dia.m

m2

3

, (0,0138 s.m

m2

3

) V = 0,30 m/s

H5,22L =

na prática, usa-se H25L = (5.5)

A largura da Caixa de Areia é dada por

VHQb = (5.6)

Na prática , a caixa de areia geralmente está associada a uma Calha Parshall. Como a largura da

Garganta da Calha Parshall (W) é menor que a largura da Caixa de Areia, a calha Parshall deve

ser instalada com um “rebaixamento” em relação a Caixa de Areia, de acordo com a figura:

O valor de do rebaixamento z é calculado da seguinte forma:

• Calcula-se Ha min e Ha max correspondentes a Qmin e Qmax.

• Determina-se z:

zHazHa

QQ

max

min

max

min

−−

= (5.7)

• Determina-se H na Caixa de Areia:

H = Ha max – z (5.8)

EXEMPLO Vazão média diária = 12,32 l/s

- Vazão mínima diária:= 7,59 l/s - Vazão máxima diária = 19,88 l/s Para a vazão máxima de 19,88 l/s, verifica-se que o menor vertedor Parshall

aplicável é a largura (W) igual a 15,2 cm (G”) adotando-se este tamanho as demais dimensões do vertedor são:

A = 61,0cm, B = 61,0cm, C = 89,4cm, D = 40,3cm, F = 30,5cm, G = 61,0, N = 11,4cm,

(Ver figura do vertedor Parshall). Para este vertedor, as alturas de água Ha são:

Para Q max = 19,88 l /s => Hamax = 15,8cm

Para Q min = 7,59 l /s => Hamin = 8,3cm A Calha Parshall deve ser construída em posição rebaixada de Z metros. O rebaixamento é dado por:

zHazHa

QQ

max

min

max

min

−−

=

0,00759 = 0,083 - z0,01988 = 0,158 - z

z = 0,037 m = 3,7 cm

DIMENSIONAMENTO DA CAIXA DE AREIA:

A altura máxima na caixa de areia (e na grade ) é dada por: H = Ha max - z = 15,8 - 3,7 = 12,1 cm. Deve-se usar uma velocidade em torno de V = 0,30 m/s na caixa de areia, nesse

caso, a largura é dada por: b = Q 0,01988 = 0, 548 m ( H ) ( V ) ( 0,121) (0,30)

Vamos usar b = 0,60 m - Comprimento da caixa de areia L = 25 H = 25 x 0,121 = 3,025 m

Adotaremos L = 3 m Área (Superfície): 3 x 0,6 = 1,8 m2

Taxa de escoamento superficial: Q med = 12,32 l/s = 1.064 m3

dia

Q med =1.064

= 591 m3 / m2 . dia

A 1,8

- Quantidade de material retido:

Espera-se, em média o seguinte volume de detritos (areia):

Base admitida 30 litros / 1000m3

591 ( 30 ) = 18 litros / dia = 0, 018 m3

1000 1,8

Admitindo uma limpeza por mês, a profundidade de depósito inferior máxima ( P ) será dada por:

P = 0,018 x 30 = 0,30 m = 30 cm 1,8

DIMENSIONAMENTO DA GRADE:

A grade será de barras de aço de seção retangular de 10mm x 40 mm ( 3/8” x 1 1/2”) com abertura de 30 mm. Para estes melhores de espessura e abertura da grade, a eficiência é de E = 0,77

- Velocidade máxima adotada na grade: Vmax = 0,65 m/s - Á útil necessária: Au = Q max

Vmax

Au = 0,0198 = 0, 031 m2 0,65 - Área total: S Au = 0 ,031 = 0,040 m2 E 0, 77

- Largura do canal: b = 5 onde H é o mesmo da caixa de areia H

b = 0,040 = 0,33 m adotaremos b = 40 cm 0,121Para este valor , será verificada a velocidade para diferentes vazões:

Qm3/s)

H( m )

S = b H( m2 )

Au = S.E

V = Q

Au ( m/s )

Q max = 0,0198

0,121

0,048

0,037

0,54

Q min = 0,00759

0,046

0,018

0,014

0,54

Verifica-se que a velocidade ( 0,54 m/s ) esta situado entre o valor mínimo ( Vmin ) de 0,40 m/s e o valor máximo de 0,75 m/s .

- Determinação da perda de carga máxima ( hf ) Vamos considerar a grade 50 % suja, neste caso, V = 2 x v max V = 2 ( 0,65 ) = 1,3 m/s hf = 1,43 [ V2 - ( E . V )2 ] onde E = 0,77 e g = 9,81 m / s2

2g hf = 1,43 [( 1,3 )2 ] - ( 0,77 x 1,3 )2 ] hf = 0,050 m = 5 cm ( 2 ) ( 9,81 )

Assim construindo-se um canal com rebaixamento ( r ) de 5 cm, não haverá sob relevação de água no interior do conduto.

EXEMPLO

Uma calha Parshall com W = 4 f t é instalada para medir a vazão

de um sistema de Esgotomento Sanitário.

Sabendo que Ha = 0,76 m e Hb = 0,61 m, determine a vazão que

passa pelo canal.

Da tabela: Q = 2954 Ha1,578 assim Q = 1.916 l/s

como a submergência = 80%HH

a

b = , o valor acima de vazão deve ser corrigido.

Do gráfico da figura :

para Ha = 0,76 m = 2,5 f t, nós obtemos um valor de 1,9 stf 3

=

53,8 l/s, para um vertedor de W = 4 f t , a vazão de correção é dada por (∆Q)c = 3,1 x 53,8 =

167 l/s , portanto a vazão corrigida, Qc = Q – (∆Q)c = 1749 l/s.

.