aula05_captação Águas superficiais

Captulo 4

Captao de guas Superficiais

As obras de captao devem ser projetadas e construdas

de modo a...

Funcionar ininterruptamente em qualquer poca do ano

Permitir a retirada de gua para o sistema de abastecimento em quantidade suficiente ao

abastecimento e com a melhor qualidade possvel

Facilitar o acesso para operao e manuteno do sistema

Mananciais Superficiais

So aqueles encontrados na superfcie da terra

So os mais utilizados para abastecimento pblico

Mais sujeitos poluio e contaminao

Formados por parcela de gua de precipitao ou pelo lenol subterrneo

Tipos:

Rios perenes, sem represamento

Rio ou curso dgua com reservatrio de acumulao

Lagos naturais


Fonte: www.aesa.pb.gov.br

Aude Acau

Aude Epitcio Pessoa Rio Piranhas


Suas caractersticas dependem de:

rea da bacia

Geologia da bacia

Topografia da bacia

Condies atmosfricas

Atividades humanas (uso do solo)


Com relao quantidade de gua disponvel, pode ocorrer:

Qmn > Qdemanda

Tomada de gua pode ser feita diretamente no rio. Em alguns casos, constri-se uma barragem de nvel para

possibilitar a colocao dos rgos da tomada de gua;

Qmn < Qdemanda e Qdemanda < Qmdia

O aproveitamento deste manancial possvel s com a acumulao da gua.

Qmn < Qdemanda e Qmdia < Qdemanda

Este manancial no atende a cidade.

Escolha do manancial e

do local da captao

Trs conjuntos de elementos e consideraes relevantes:

Tipos de estudos a realizar

Condies gerais a serem atendidas pelo local de captao

Inspeo de campo e consulta comunidade a ser beneficiada


Mapa geogrfico da rea a abastecer e da regio do entorno.

Influencia:

Tipo de tratamento da gua

Comprimento, acesso, perfil topogrfico e desnvel altimtrico de aduo

Aproveitamento de unidades de abastecimento existentes

Racionalidade na disposio das unidades de reservao e distribuio

Estimativa da vazo mnima dos mananciais em estudo


Conhecimento dos usos da gua a jusante

Levantamentos: Sanitrio da bacia hidrogrfica a montante dos possveis pontos

de captao (usos da terra e da gua) qualidade da gua

Nveis mximo e mnimo da gua + perodo de retorno

Dados planialtimtricos, batimtricos e geotcnicos

Os levantamentos possibilitam estudos tcnicos e econmicos comparativos

Condies a serem atendidas pelo local de

captao

Situar-se em ponto que garanta a vazo demandada pelo sistema

Situar-se a montante da localidade a que se destina e a montante de focos de poluio importantes qualidade

Cota altimtrica superior da localidade a ser abastecida (gravidade) ou com o menor desnvel geomtrico (bombeamento)

Situar-se em terreno que apresente condies de acesso, caractersticas geolgicas, batimetria, nveis de inundao e condies de arraste e deposio de slidos favorveis ao tipo e porte da captao


captao

Permitir que as estruturas e dispositivos fiquem protegidos da ao erosiva da gua, de efeitos de

remanso e da variao do nvel da gua

Resultar o mnimo de alteraes no curso de gua em decorrncia da implantao da captao


captao

Caractersticas hidrulicas importantes Vazes:

Vazes mnimas, mximas

Frequncia da vazo

Coeficiente de escoamento superficial:

C = vol. Escoado / vol. Precipitado

Tempo de concentrao: tempo necessrio para que, a partir do incio de uma chuva, toda a bacia passe a contribuir na seo em estudo

Outros fatores:

Velocidade de escoamento e sua distribuio

Declividade

Perda de carga, eq. de linha de gua, curvas de remanso, etc.

Permitem caracterizar a bacia hidrogrfica e melhor entendimento sobre o

comportamento do manancial (cheias, por exemplo)

A vazo do manancial

Mtodo direto (medio da vazo):

Vertedor triangular frmula de Thomson: Q = 1,4 . H5/2

Vertedor retangular frmula de Francis: Q = 1,838 . L . H3/2

Molinete e flutuador medem velocidade (Q= v.A)

Nvel dgua curva chave

Mtodo indireto (frmulas empricas)

Mtodo racional: Q = C.I.A, para pequenas bacias hidrogrficas

Mtodo SCS

L

90o

Partes constituintes de uma captao

Tomada dgua

Barragem de nvel ou soleira

Reservatrio de regularizao

Grades e telas

Desarenador (caixa de areia)

Dispositivos de controle

Canais e tubulaes

Tomada de gua

Dispositivo da captao que conduz a gua do manancial para as demais partes do sistema

Velocidade nos condutos livres ou forados > 0,6 m/s

Nos casos de vrtice, prever dispositivos para evitar formao

Tipos de tomada:

Tubulao de tomada

Caixa de tomada

Canal de derivao

Poo de derivao

Captao flutuante

Torre de tomada

Tomada de gua tipos de tomada tubulao de tomada

Tubulao simples que conduz a gua at a unidade seguinte (caixa de areia ou caixa de passagem de

adutora por gravidade ou poo de suco ou suco

direta por bomba)

Aplica-se a cursos dgua perenes, com pequena variao de nvel e que no possuam escoamento

torrencial

A tubulao provida de crivo ou de tubos perfurados

Tubulao pode ficar apoiada em pilares de alvenaria, concreto, madeira ou de estruturas metlicas

Tomada de gua tipos de tomada caixa de tomada

Empregada quando o escoamento torrencial ou rpido, colocando em risco a integridade das tubulaes instaladas

As caixas de tomada so dotadas de grade em sua entrada (veremos dimensionamento)

Quando aps a caixa de tomada for utilizado um canal passa-se a ter um canal de derivao

Tomada de gua tipos de tomada caixa de derivao

Utilizado em canais de mdio e grande porte, fazendo os papis de caixa de tomada e do canal de a interliga prxima unidade

Bastante semelhante caixa de tomada

Tomada de gua tipos de tomada poo de derivao

um tubulo construdo na margem de rios inundveis e com declividades acentuadas

Quando a variao de nvel do rio for acentuada, pode-se adotar mais de uma tubulao de tomada

Antes do advento das bombas resistentes abraso, no podia ser usado em rios com escoamento torrencial

Tomada de gua tipos de tomada captao flutuante

Utilizada em lagos e reservatrios e em rios com regime de escoamento tranquilo

Mais usada em sistemas de pequenas e mdias comunidades como alternativa mais econmica s

captaes convencionais com torre de tomada

Trs tipos:

Com motor e/ou bomba no submersveis, instalados em balsa

Com conjunto motorbomba submersvel suspenso por flutuadores

Com tomada de gua flutuante (no usual)

Motor e/ou bomba no submersveis, instalados em balsa

Aplica-se em situaes onde no possvel o uso de bombas

submersveis

5 desvantagens:

. Maior preo de aquisio

. Menor rendimento

. Menores vazes

. Menores alturas manomtricas

. Maior risco de danos por choques

Com conjunto motorbomba submersvel suspenso por

flutuadores

Tende a ter menor custo que o anterior

Aplicao depende de avaliao tcnica-econmica

Balsa mais vantajosa para sistemas de maior porte

Flutuadores mais indicada para menores vazes

Tomada de gua tipos de tomada torre de tomada

A tomada de gua feita atravs de torres de grandes dimenses, com entradas de gua em nveis diferentes

Indicado para grandes sistemas (captao em lagos, reservatrios ou grandes rios)

Pode funcionar tambm como tomada de gua e elevatria

Neste caso, os equipamentos de bombeamento so motobombas de eixo prolongado

O motor fica no piso situado acima do NA mximo do manancial e a bomba centrfuga, instalada no poo com gua abaixo do NA

mnimo e com a necessria submergncia

Observar qualidade da gua

Barragem de nvel

Muro de pequena altura construdo perpendicularmente a um curso de gua

Pequenos cursos de gua

A barragem de nvel s deve ser utilizada quando a vazo mnima do curso d'gua supera a demanda mdia do dia de consumo

mximo

Quando a captao direta no pode ser aplicada

FONTE: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Captac02.html

Dimensionamento perfil trapezoidal

1 peso especfico do material de construo

- peso especfico da gua

b largura do coroamento

H altura mxima da gua

Dimensionamento perfil trapezoidal Determina-se Qmx enchente

Frmula de Aguiar para o Nordeste:

)..120.(.

.1150

ZEKZE

SQ emxenchent

S - rea da bacia hidrogrfica, em km2

E - linha de fundo da bacia, em km (igual ao comprimento do riacho, da seo nascente)

K e Z - coeficientes da bacia hidrogrfica (varia de acordo com as caractersticas da bacia):

Bacia hidrogrfica K Z

1. Pequena, ngrime e rochosa 0,10 0,85

2. Acidentada sem depresses 0,15 0,95

3. Mdia 0,20 1,00

4. Ligeiramente acidentada 0,30 1,05

5. Acidentada com depresses 0,40 1,15

6. Quase plana, terreno argiloso 0,65 1,30

7. Quase plana, terreno varivel 1,00 1,45

8. Quase plana, terreno arenoso 2,50 1,60

Dimensionamento perfil trapezoidal

Estima-se o valor de L em funo da seo do rio (boqueiro)

Calcula-se h (para vertedor retangular de parede espessa)

Qmxenchente = 1,71 . L . h3/ 2 h = [Qmxenchente / (1,71 . L)]

2/3

Calcula-se a base menor do trapzio (b)

p/ barragem de concreto simples: 1 = 2416 kgf/m3

gua: = 1000 kgf/m3

h = b [(1 ) / ]1/ 2

b = h / 1,19

Dimensionamento perfil trapezoidal Clculo de B:

).(2

))(.(4)(

1

2

1

2

1

2

11

bHbbB

Para concreto simples:

22 71,0.45,286,0 HbbB

hHH

onde

HfHtotal

1

:

Deve-se prever uma pequena folga para a altura do muro de proteo, em torno de 15% de h.

Dimensionamento perfil Creager

Dimensionamento perfil Creager

O comportamento hidrulico (menor turbulncia) deste perfil melhor que o trapezoidal, sendo maior o seu custo

construtivo.

Roteiro de clculo semelhante ao trapezoidal

Determina Qmxenchente

Estima L

Calcula h

Para o vertedor Creager: Qmxenchente = 2,22 . L . h3/2

Calcula (desenha) o perfil de acordo com coordenadas da tabela abaixo:

Tabela para h=1m

X Y X Y X Y

0,0 0,126 0,6 0,060 1,7 0,870

0,1 0,036 0,8 0,142 2,0 1,220

0,2 0,007 1,0 0,257 2,5 1,960

0,3 0,000 1,2 0,397 3,0 2,820

0,4 0,007 1,4 0,565 3,5 3,820

Grades e Telas

Grades e telas

GRADES GROSSEIRAS GRADES FINAS TELAS

Bitolas padronizadas

Grade grosseira: 3/8 (0,95cm), 7/16 (1,11cm) ou 1/2 (1,27cm)

Grade fina: 1/4 (0,64cm), 5/16 (0,79cm) ou 3/8(0,95cm)

Grades e telas

Limpeza manual ou mecanizada

Na limpeza manual grades ou telas, inclinao a jusante de 70o a 80o

rea das aberturas das grades:

No nvel mnimo da gua: 1,7cm2 para cada L/min

De modo que V

Grades e telas

Perda de carga para grades e telas: hf = k . V2 / 2g

hf perda de carga (m)

V vel. mdia de aproximao sendo a seo de passagem 50% obstruda (m/s)

G acelerao da gravidade (m/s2)

k coeficiente e perda de carga

k = . (s / b)1,33 . sen (para grades)

: coef. adimensional, em funo da forma da barra

s: espessura das barras

b: dist. Livre entre barras

: ngulo em relao horizontal

Grades e telas

Grades e telas

k coeficiente e perda de carga

k = 0,55 . (1 - 2) / 2 (para telas)

: porosidade, igual razo entre a rea livre e a rea total da tela, sendo:

Para tela de malha quadrada: = (1 n.d)2

Para tela de malha retangular: = (1 n1d1). (1 n2d2)

Onde:

n, n1, n2: nmero de fios por unidade de comprimento

d, d1, d2: dimetro dos fios

Desarenador

Utilizado quando o curso de gua apresenta transporte intenso de slidos

Concentrao de slidos sedimentveis em suspenso >= 1,0g/L

Em geral, seo retangular em planta

Comprimento no mnimo 3x a largura

Recomendvel o dimensionamento de 2 (um reserva)

Desarenador

)3)(/.(//

)2()1(

)2(//:.

)1(//:.

ShhS

hh

SS

vvhLvLvh

vLttLvHorizontalMov

vhtthvVerticalMov

)6)(./(

:)3()5(

)5)(./(

)4)(.(.:.

S

h

hh

vBQL

emdoSubstituin

hBQv

hBvAvQdeContinuidaEq

xLLf

bL

5,1

3min

Coeficiente de segurana

Barragens de acumulao

Caractersticas dos

reservatrios Construdos para atender os usos mltiplos dos

recursos hdricos

Tem por finalidade acumular parte das guas dos perodos chuvosos para liber-las no perodo de

estiagem (regularizando as vazes naturais)

So formados por barragens implantadas nos cursos dgua

Suas caractersticas como a capacidade de armazenamento dependem muito das caractersticas

topogrficas do meio

Definio do volume til

Mtodos de Dimensionamento

(Lopes e Santos, 2002)

Quanto ao uso dos dados:

Mtodos estocsticos: propiciam o clculo de probabilidades, como a ocorrncia de

falhas

Mtodos determinsticos: tratam os dados de forma nica, com base na srie

histrica

Mtodos de Dimensionamento

(Lopes e Santos, 2002)

Quanto ao mtodo de clculo:

Mtodos simplificados: mtodos para sistemassimples que dificultam a aplicao para sistemas maiscomplexos, restrigem-se para pequenos reservatriosde uso nico (Diagrama de Rippl)

Modelos de simulao: descrevem o comportamentodo sistema ao longo do tempo e do espao em funode algum cenrio de operao

Modelos de otimizao: determinam um ponto timode uma funo objetivo otimizando o dimensionamento do reservatrio e a sua operao

Dados necessrios

Srie histrica de pluviometria

Srie histrica de vazo

Dados de evaporao

Necessidade de srie ampla (min de 30 anos)

Com os trs anos mais secos realiza-se o balano hdrico (comparao dos afluxos

com as retiradas)

BALANO HDRICO DO RESERVATRIO

t : o intervalo de simulao atual e t+1 o prximo intervalo de

simulao

St : o volume armazenado no reservatrio

Pt : o volume de gua precipitado sobre o lago do reservatrio

Qt : a vazo afluente ao reservatrio

Et : o volume de gua perdido por evaporao e infiltrao do

reservatrio

Rt : o volume retirado do reservatrio para consumo

tttttt REQPSS 1

Restries: o volume mximo (ou a capacidade) K e o volume mnimo (ou

o volume morto) Smin do reservatrio em cada intervalo de simulao t:

Smin StK

Mtodo do balano hdrico

BALANO HDRICO DO RESERVATRIO

VOLUME MORTO

VOLUME MX.

VOLUME ARMAZENADO.

VOLUME MN.

St

Pt

Qt

Et

Rt

AFLUXOS:

Precipitao na bacia hidrulica

Vazo afluente ao reservatrio

Dados monitorados

Estimados por modelos hidrolgicos

RETIRADAS:

Demanda mensal:

consumo mensal do sistema = vazo mx. diria no final do plano x 30 dias (m3 /ms)

Evaporao:

volume mensal evaporado = altura mensal de evaporao x rea da bacia hidrulica.

Como eu sei a rea da bacia hidrulica?

Atravs da

curva

Cota-rea-Vol

Cota (m) rea (km2) Volume (hm)

772,00 0,00 0,00

775,00 0,94 0,94

780,00 2,39 8,97

785,00 4,71 26,40

790,00 8,15 58,16

795,00 12,84 110,19

800,00 19,88 191,30

805,00 29,70 314,39

810,00 43,58 496,50

815,00 58,01 749,62

820,00 74,23 1.079,39

825,00 92,29 1.494,88

830,00 113,89 2.009,38

835,00 139,59 2.642,00

840,00 164,59 3.401,09

845,00 191,44 4.289,81

0100

200

300

400

500

600

700

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Vo

lum

e (

Hm

3)

ou

re

a (

km

2)

Cota (m WGS84)

Volume Hm3

rea (km2)

Relao Cota - rea - Volume

Modelo de planilha

Capacidade til = maior saldo + maior dficit

(1) (2)(3)=

(2)-

(1)

(4) (3)

acumulad

o

(5)=(3)-(4)

>0 saldo

Modelo de planilha

MsNmero de

dias do ms

Volume

(m3)rea (m2)

Vazo

afluente

(m3/s)

Acrscimo

do volume

afluente

(m3)

Precipitao

(m)

Volume

referente a

7 (m3)

Evaporao

(m)

Volume

referente a

8 (m3)

Afluxo

Lquido (m3)

Demandas

(m3/s)

Volume das

demandas

(m3)

Volumes

acumulados

Volumes

final ms

Tubulao de tomada

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