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SANEAMENTO

Castelo Branco

Lisboa, Fevereiro de 2010

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA

José Saldanha Matos (Responsável)

António Jorge Monteiro

Filipa Ferreira

Ana Fonseca Galvão

SANEAMENTO

Objectivos da Disciplina:

Competências de conceber e dimensionar infra-estruturas de abastecimento de

água e de drenagem de águas residuais, em zonas urbanas, nomeadamente:

• Sistemas de adução e reserva de abastecimento de água;

• Sistemas de distribuição de água;

• Redes de drenagem de águas residuais.

Competências no domínio dos conceitos:

de drenagem pluvial em meio urbano;

de esquemas de tratamento (água para abastecimento e águas residuais);

de parâmetros básicos de caracterização da qualidade da água.

de gestão e tratamento de resíduos sólidos urbanos.

Saneamento [A1.1]

SANEAMENTO

Programa da Disciplina:

Saneamento [A1.2]

1 - Âmbito e objectivos do saneamento ambiental: conceitos fundamentais

2 - Sistemas de abastecimento de água: perspectiva histórica e conceitos fundamentais

2.1 - Obras de captação e adução;

2.2 - Instalações elevatórias;

2.3 - Reservatórios;

2.4 - Redes de distribuição de água.

3 - Sistemas de águas residuais: perspectiva histórica e actual

3.1 - Origem, quantificação e natureza das águas residuais;

3.2 - Concepção e dimensionamento de redes gerais de drenagem de águas residuais;

3.3 - Órgãos das redes gerais de drenagem;

3.4 - Instalações elevatórias.

4 - Introdução à drenagem pluvial em meio urbano

5 - Conceitos básicos de qualidade da água, de tratamento de água para abastecimento público e de

tratamento de águas residuais

6 - Introdução aos sistemas de resíduos sólidos urbanos (recolha, transporte, tratamento e destino final)

SANEAMENTO

Metodologia de Avaliação:

Exame final no fim do semestre (50%);

(Nota mínima 8,5)

Avaliação dos 2 projectos desenvolvidos ao longo das aulas práticas (50%).

Projecto 1: Estudo de um Sistema Adutor (5 semanas; 35%);

Projecto 2: Projecto Base de uma rede de abastecimento e de uma rede

de drenagem (8 semanas ; 65%).

Saneamento [A1.3]

SANEAMENTO

Planeamento das Aulas:

Planeamento das Aulas:

14 semanas de aulas;

2 Aulas Teóricas/semana de 1h30m;

1 Aula Prática/semana de 1h30m;

Grupos de (3 ou) 4 alunos;

máximo de 8 grupos por turma prática.

A aula prática não tem apresentação geral. São esclarecidas dúvidas sobre o trabalho

que está a ser realizado, normalmente de forma individual a cada grupo.

Saneamento [A1.4]

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO

Ciclo Urbano da Água – Impacto nos aquíferos

Saneamento [A1.5]


Evolução histórica do abastecimento de água e do saneamento

Saneamento [A1.6]


Ciclo Urbano da Água - Constituição dos Sistemas

Saneamento [A1.7]

Componentes Órgãos Objectivo / função

Captação Obras de captação Captar água bruta nas origens (superficiais e

subterrâneas), de acordo com as disponibilidades e

as necessidades.

Tratamento Estações de tratamento

de água (ETA)

Produzir a água potável a partir de água bruta,

obedecendo às normas de qualidade (Decreto-Lei

243/01, de 1 de Agosto - Anexo VI).

Elevação Estações elevatórias e

sobrepressoras

Bombar água (bruta ou tratada) entre um ponto de

cota mais baixa e um ou mais pontos de cota mais

elevada.

Transporte ou

adução

Adutores, aquedutos e

canais

Conjunto de obras destinadas a transportar a água

desde a origem à distribuição. O transporte pode ser:

em pressão (por gravidade e por bombagem); com

superfície livre (aquedutos e canais).

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Constituição dos Sistemas

Saneamento [A1.8]




Armazenamento Reservatórios Servir de volante de regularização, compensando as

flutuações de consumo face à adução.

Constituir reservas de emergência (combate a

incêndios ou em casos de interrupção voluntária ou

acidental do sistema de montante).

Equilibrar as pressões na rede de distribuição.

Regularizar o funcionamento das bombagens.

Distribuição Rede geral pública de

distribuição de água

Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como

sejam juntas, válvulas de seccionamento e de

descarga, redutores de pressão, ventosas, bocas de

rega e lavagem, hidrantes e instrumentação

(medição de caudal, por exemplo), destinado a

transportar água para distribuição.

Ligação domiciliária Ramais de ligação Asseguram o abastecimento predial de água, desde a

rede pública até ao limite da propriedade a servir, em

boas condições de caudal e pressão.

Distribuição interior Redes interiores dos

edifícios

Conjunto de tubagens e elementos acessórios para

distribuição de água no interior dos edifícios.

Saneamento [A1.9]

SISTEMAS DE DRENAGEM E DESTINO FINAL



Rede interior de

drenagem

Rede de drenagem

interior dos edifícios

Conjunto de tubagens e elementos acessórios para

recolha de águas residuais do interior dos edifícios.

Ligação domiciliária Ramais de esgoto Asseguram a recolha das águas residuais, desde o

limite da propriedade a servir e a rede pública.

Sistema de Drenagem Rede geral pública de

drenagem de águas

residuais


caixas de visita destinado a recolher as águas

residuais para os interceptores e emissários.

Transporte para ETAR e

destino Final

Interceptores e

Emissários


caixas de visita, destinado a transportar as águas

residuais para as ETAR ou para destino final.

Tratamento de Águas

Residuais

Estação de tratamento

de águas Residuais

(ETAR)

Tratar a água residual de forma a produzir um

efluente compatível com a respectiva reutilização ou

com a capacidade de assimilação do meio receptor.

Saneamento [A1.10]

SANEAMENTOAula 2 - Sumário

AULA 2

• Bases quantitativas de Projectos de abastecimento e saneamento.

• Captações de águas subterrâneas. Captações de águas superficiais.

Estações de Tratamento (ETA).

• Estações Elevatórias. Reservatórios. Redes de distribuição. Redes

interiores.

Saneamento [A2.1]

Objectivo:

Avaliação, o mais correcta possível, das quantidades de água para as quais se deve

projectar as componentes dos sistemas.

Principais elementos:

A) Horizonte de Projecto;

B) População de Projecto;

C) Caudais de Projecto;

D) Área de Projecto;

E) Hidrologia de Projecto.


Bases Quantitativas de Projectos de Abastecimento e Saneamento

Saneamento [A2.2]

Definição:

Número de anos durante os quais o sistema ou as estruturas e os equipamentos que o

compõem têm que servir em boas condições.

Factores:

Vida útil das obras de construção civil e equipamento;

Facilidade ou dificuldade de ampliação;

Taxa de juro durante o período de amortização do Investimento;

Previsão da Evolução da População;

Funcionamento da Instalação nos primeiros anos de exploração;

Capacidade financeira da entidade gestora;

Disponibilidade em recursos hídricos.


Bases Quantitativas de Projectos / Horizonte de Projecto

Saneamento [A2.3]

Tipo de obraDuração provável

(anos)

Horizonte de Projecto

(anos)

Furos e poços 50 a 60 20 a 30

Tomadasde água 40 a 50 20 a 40


Bases Quantitativas de Projectos / Vida Útil e Horizonte de Projecto

Saneamento [A2.4]


(anos)


(anos)

Grandes adutoras 60 a 80 40 a 50

Reservatórios e torres

de pressão80 a 100 20 a 40



Saneamento [A2.5]


(anos)


(anos)

Estações elevatórias

(construção civil) 40 a 60 20 a 40

Grupos electobomba

e equipamento electromecânico

25 a 35 20 a 25



Saneamento [A2.6]


(anos)


(anos)

Instalações de tratamento

(construção civil) 40 a 60 20 a 40

Instalações de tratamento

(equipamento)20 a 30 20 a 25



Saneamento [A2.7]


(anos)


(anos)

Redes dedistribuição

de água30 a 40

Máxima expansão

urbana

Redes de drenagem de

águas residuais30 a 40

Máxima expansão

urbana



Saneamento [A2.8]

Definição:

População a servir no horizonte de projecto.

Factores:

Métodos de extrapolação ou de regressão;

Comparação;

Extrapolação Visual;

Taxa de crescimento decrescente;

a. Linear P20= P0 + Ka ( t20 - t0 )

b. Geométrica P20= P0 (1+Kg )(t20 - t0)

Taxa de crescimento decrescente;

Curva logística;

Análise parcelar;

Previsão de emprego;

Planos Directores.

Elementos de base:

Censos e o recenseamento eleitoral.

Problemas: Migrações.


Bases Quantitativas de Projectos / População de Projecto

Saneamento [A2.9]

Componentes dos consumos:

População a servir no horizonte de projecto.

Capitação:

Relação entre o consumo anual total pelo número de habitantes e pelo número de dias

do ano [L/(hab.dia)].

Componentes de consumo:

População temporária ou flutuante;

População permanente;

Actividades comerciais;

População residente;

Entidades públicas;

Componentes de consumo:

Combate a incêndios;

Indústria;

Perdas.

Actividades agrícolas e pecuárias;

Emergências;

A capitação é uma característica média de consumo;

Difícil a atribuição de um valor em Projecto.


Bases Quantitativas de Projectos / Caudais de Projecto

Saneamento [A2.10]

Factores que influenciam a capitação:

1. População

Consumos mínimos fixados pelo Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais

de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (RGAAR):

125 L/(hab.dia)

80 L/(hab.dia)

175 L/(hab.dia)

100 L/(hab.dia)

150 L/(hab.dia)

de 10 000 hab. até 20 000 hab.

até 1000 hab.

acima de 50 000 hab.

de 1000 hab. até 10 000 hab.

de 20 000 hab. até 50 000 hab.

2. Condições climáticas

3. Hábito de higiene individual

4. Existência ou não de redes interiores

5. Tipo de drenagem de águas residuais

6. Estado de conservação do sistema

7. Estrutura tarifária

8. Inclusão ou não de pequenas actividades

comerciais, públicas (5 a 20 L/(hab. dia))

ou industriais.

9. Perdas (valor mínimo (RGAAR) 10% do

caudal total)



Saneamento [A2.11]

Tipo de estabelecimento Consumos

AdegasEscolasEscritóriosEstações de serviçoGaragensLacticíniosLavandariasMatadouro (animais de grande porte)Matadouro (animais de médio porte)PadariasPensões (sem cozinha, nem lavandaria)Restaurantes

5 L /litro de produto50 L /(aluno.dia)50 L /(trabalhador.dia)150 L /(veículo.dia)50 L /(veículo.dia)4-12 L/(kg de produto)30 L/(kg de roupa)300 L/(cabeça)150 L/(cabeça)0,6 L/(kg de farinha)120 L/(hóspede.dia)25 L/refeição

Tipo de animal Capitação

BovinosCaprinosOvinosEquídiosGalinhasPerusSuínosBovinos (vacas leiteiras)

40 (L/animal/dia)8 (L/animal/dia)8 (L/animal/dia)

40 (L/animal/dia)0,4 (L/animal/dia)

0,75 (L/animal/dia)10 (L/animal/dia)75 (L/animal/dia)



Saneamento [A2.12]

Caudal médio anual:

Produto da população pela capitação:

Qm = Capitação x População [L3/T-1]

Caudais de ponta:

Definem as características extremas de consumos;

Determinam-se multiplicando o caudal médio pelo correspondente factor de ponta:

Qp = fp x Qm [L3/T-1]

Usualmente definem-se:

Caudal de ponta horário (caudal médio da hora de maior consumo).

Caudal de ponta diário (caudal médio do dia de maior consumo);

Caudal de ponta mensal (caudal médio do mês de maior consumo);



Saneamento [A2.13]

CAPTAÇÕES DE ÁGUA

Captação de Águas Subterrâneas

Nascente Poço Radial

Saneamento [A2.14]


Captação de Águas Subterrâneas

Problemas nas zonas costeiras: intrusão salina

Saneamento [A2.15]


Captação de Águas Superficiais

Tomada de água em rio ou albufeira (corte longitudinal)

Tomada de água e estação elevatória

(planta)

Saneamento [A2.16]

Bombas centrífugas de eixo vertical

em tomada de água directaTomadas de água móveis

Tomada de água flutuante



Saneamento [A2.17]

Captação em albufeira

Captação directa no paramento de montante

duma barragem de terra



Saneamento [A2.18]

Torre de tomada de água em albufeira



Saneamento [A2.19]


Tratamento

Mistura rápida

Floculadores

Filtros

Oficinas

Saturadores

de cal

Espessadores

Desidratação

de lamas

Armazenamento

de cloro e CO2

Edifício

dos reagentes

Edifício

de exploração

Saneamento [A2.20]

Grupos electrobomba


Elevação (Estações Elevatórias)

Saneamento [A2.21]

Câmara de manobras de reservatório com duas células


Armazenamento

Saneamento [A2.22]

Rede de distribuição de água em planta


Distribuição

Saneamento [A2.23]

Rede interior de um edifício – sistema tipo de alimentação de água fria


Distribuição interior

Saneamento [A2.24]


AULA 3

• Traçado de sistemas adutores.

• Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores.

• Dimensionamento das condutas à pressão.

• Características e materiais das tubagens.

Saneamento [A3.1]

Aspectos de traçado:

Obstáculos especiais:

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA

Escoamentos com Superfície Livre

Problemas topográficos:

adaptação do traçado do canal / aqueduto à

topografia do terreno.

Travessias de vales pronunciados

sifões invertidos

Travessias de serras ou montanhas

Túneis ou galerias

Aquedutos

Saneamento [A3.2]

Aspectos de traçado:

O estudo duma adutora pressupõe a análise das condições de traçado, em planta e em

perfil longitudinal.

Condicionantes:

Extensão (o mais curta possível e nos grandes diâmetros com grandes raios de

curvatura);

Pressões de serviço nos troços;

Facilidade de construção, reparação e vigilância;

Transposição de obstáculos topográficos (linhas de água, vales e linhas de cumeada);

Inclinações mínimas nos trechos ascendentes (3 ‰) e descendentes (5 ‰);

Profundidade mínima de assentamento das tubagens (1 m);

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUAEscoamentos em Pressão

0.5%0.5% 0.5%0.3%0.3%

arar ar ar Saneamento [A3.3]

Fonte: Water Supply and Waste-Water Disposal – Fair et al.

SISTEMAS DE ADUÇÃO

Perfil longitudinal duma adutora, em pressão, por gravidade

Saneamento [A3.4]

Duração do transporte:

Transporte por bombagem:

A não ser em casos especiais, 16 h

diárias como período máximo diário

de adução (NP 837);

A fiabilidade dos sistemas mecânicos

permite 20 h/dia, com segurança

razoável.

Transporte gravítico:

Período máximo diário de adução de

24 h/dia.


Adução / Dimensionamento Hidráulico de Adutoras

Saneamento [A3.5]

Caudais de dimensionamento:

Dimensionamento para o dia de maior consumo:

Qdim = Kt x Kp x f D x Qm

em que:

Dimensionamento para o mês de maior consumo:

Qdim = Kt x Kp x fM.Qm

Kt – factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte);

Kp – factor de perdas na adução (1,05 a 1,10);

fM ; fD – factor de ponta mensal ou factor de ponta diário;

Qm – caudal médio anual.



Saneamento [A3.6]

Limitações à velocidade do escoamento:

Razões para a limitação da velocidade máxima:

Sobrepressões provocadas pelo regime variável;Custo de Energia (€)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 200 400 600 800

Perdas de carga excessivas e anti-económicas.

Qualidade da água nas condutas;

Auto-limpeza e deposição de sólidos.

Razões para a limitação da velocidade mínima:

Velocidade do escoamento:

Troços em pressão por bombagem

0,6 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s

Troços em pressão por gravidade

0,3 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s



Saneamento [A3.7]

Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis:

Qdim (m3/s) => Q = V.S => Intervalo de Diâmetros

Vmax, Vmin (m/s) => S = pi.D2/4 => D (m) = (4 Q / pi.V)0.5



Dmin Dmax

D1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin Dmax

D1 D2

Elevatório

(Qdim 20)

(Qdim 40)

Di = diâmetros comerciais cujo diâmetro interior está no intervalo

Saneamento [A3.8]

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORAS

Escolha do diâmetro

No sistema puramente gravítico (sem elevação)

A Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis é função da energia disponível

- Cálculo de Jmáx = Dz / L

- Por fórmula de perda de carga (Fórmula de Colebrook-White), cálculo de Dmín’

Dmin Dmax

D1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin’

Diâmetro mais económico é o diâmetro mínimo (ou a combinação de diâmetros) que

está dentro do intervalo Dmin e Dmax (verifica os dois critérios) e que permite

transportar a água para a cota desejada.

DzL

Jmax

1

Dmin’

D<Dmin’

Linha de energia dinâmica (LED)

D>Dmin’

Saneamento [A3.9]

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORAS

Escolha do diâmetro económico

Em sistemas elevatórios ou num sistema misto (em vale)

Conceito de diâmetro económico

Para determinar o Diâmetro mais económico é necessário contabilizar, para além dos

custos da instalação da tubagem, os custos com a energia.

Assim, retém-se todos os diâmetros tecnicamente viáveis (D1 e D2) e contabiliza-se os

encargos energéticos das diferentes soluções viáveis.

DN

€Custo Total

Custo Condutas

Custo

Exploração

(Energia)

Dec

Qdim 40

Dmin Dmax

D1 D2

Qdim 20

Saneamento [A3.10]

• Fórmula de Colebrook- White

– mais rigorosa +/-15% de erro

– Mais adequada para sistemas adutores (normalmente sistemas longos e com muitas

perdas de carga contínuas)

• Fórmula de Manning Strickler

– Adequada para redes de distribuição e sistemas com superficie livre (redes de

drenagem ou canais/rios)

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORASCálculo das Linhas de Energia

2/13/2 JRSKQ S

JDgDD

k

gJ

QD

nnn

n2

51,2

7,32

2 5/2

10

5/2

1

log

n

nJDgDD

k

Dg

UJ

2

51,2

7,38

2

10

2

1

log

Ks PE,PVC = 100-120 m1/3s-1

(água20ºC) = 10-6 m2s-1

kPE,PVC = 0,003-0,02 mm

kFFD,aço = 0,01-0,1 mm

Quintela (1981), p.140

Quintela (1981), p.153

Ks PE,PVC = 75 - 90 m1/3s-1

Saneamento [A3.11]

Determinação das pressões de serviço das tubagens:

Condutas adutoras gravíticas:

Altura piezométrica estática

Condutas adutoras por bombagem:

Altura piezométrica dinâmica

E-1E-2

E-3

P-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20

E-2

E-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20



Saneamento [A3.12]

Características:Duronil \ Tubagens

Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida de parede compacta

fabricada por extrusão.

As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão:

PN6 kgf/cm2 (0,6 MPa);

PN10 kgf/cm2 (1,0 MPa);

PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa).

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Policloreto de Vinilo (PVC)

Saneamento [A3.13]

http://www.lusofane.pt/produtos/pressao/duronil/duronil.htm

Características:PEAD \ Tubagens

A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão.

As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de pressão de:

PN4 kgf/cm2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa)

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

Saneamento [A3.14]

Características:PRFV \ Tubagens

As tubagens de PRFV são fabricadas através de um processo de centrifugação

automático.

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100;…; 2400

A tubagem é formada por diversas camadas, variando as quantidades de

matérias primas usadas em cada uma.

No fabrico da tubagem entram quatro componentes:

Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma resina de poliester não

saturada e não dissolvente;

Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para melhorar a carga estrutural;

Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas propriedades mecânicas;

Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-se fibras de vidro de alta

qualidade.

As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa


Tubagens / Poliester Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV)

Saneamento [A3.15]

Características:

FERRO FUNDIDO DÚCTIL

FFD \ Tubagens

As tubagens de ferro fundido dúctil (FF) caracterizam-se por serem

tubagens de grande longevidade.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de FF são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Ferro Fundido Dúctil (FFD)

Saneamento [A3.16]

Características:Aço \ Tubagens

As tubagens de aço podem ser dimensionadas com várias

espessuras e são normalmente utilizadas para trechos com

elevadas pressões e em trechos em que a tubagem não esteja

enterrada.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de aço são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Aço

Saneamento [A3.17]

Outras tubagens plásticas:

Fibrocimento

É um material em desuso, mas do qual existem extensões

significativas nas redes mais antigas.

Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30

Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço)

É um material competitivo nos grandes diâmetros com o

ferro fundido dúctil.

Polipropileno

Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o escoamento

e fluidos a altas temperaturas.

Outros tipos \ Tubagens


Tubagens / Outros Tipos

Saneamento [A3.18]


AULA 4

• Regime variável.

• Dispositivos de Perda de carga.

• Exemplos de alternativas em sistemas adutores.

Saneamento [A4.1]

Sobrepressões provocadas pelo regime variável:

Redução instantâneas de velocidade.

com

g

VVaH

)( 10 D

) (

3,48

9900 1

sm

e

Dk

a

a – celeridade (m/s)

Vi – velocidade do escoamento (m/s)

k – constante, que depende do tipo de material

da tubagem (aço = 0,50; ferro fundido = 1,0;

betão = 5,0; plástico = 18)

e – espessura da conduta (m)

D – diâmetro da conduta (m)



Saneamento [A4.2]

SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕESPROVOCADA POR PARAGEM DE GRUPOS ELEVATÓRIOS

Tempo de anulação do caudal

Fórmula de Rosich (1970)

com

C – parâmetro que depende do declive da conduta elevatória:

Ht/L ≤ 20% => C = 1s

Ht/L > 40% => C = 0s

K – coeficiente adimensional, dependente do comprimento:

L – comprimento da conduta

U0 – velocidade do escoamento

Ht – altura de elevação

tHg

ULKCT

.

.. 0

L(m) <500 ~500 500<L<1500 ~1500 >1500

K(-) 2 1,75 1,5 1,25 1,0

Saneamento [A4.3]


Subpressão máxima (Michaud):

g

UaH

a

LT 0.2

D

Tg

ULH

a

LT

.

.22 0D

Normalmente, é necessário proceder à protecção da conduta através de acessórios de

protecção contra os efeitos do golpe de aríete.

Volante de inércia Válvula de escape Reservatório de

ar comprimido

(RAC)

Saneamento [A4.4]


Exemplo:

Fecho instantâneo:

E-1E-2

E-3

P-3

PN 6

mx

g

UaH 85

8,9

4,1600. 0 D

Tempo de

anulação

do caudal

Ht = 50 m

L = 1000 m

V = 1,4 m/s

PEAD

sx

xx

Hg

ULKCT

t

3,5508,9

4,110005,11

.

.. 0

sx

a

LT 3,3

600

100022Subpressão

máxima

Logo

mgT

ULH 54

..2 0 D

Corte de corrente no grupo electrobomba:

Saneamento [A4.5]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor

FUNÇÃO: Órgãos destinados a reduzir a cota piezométrica.

TIPOS:

Câmaras de Perda de Carga (CPC) Válvulas Redutoras de Pressão (VRP)

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [A4.6]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA


FACTORES QUE CONDICIONAM A INSTALAÇÃO:

pressões bastantes elevadas devido ao grande desnível topográfico entre o ponto de

origem e o ponto de destino da conduta adutora;

pressões exageradas em certos troços da conduta adutora.

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [A4.7]

Dispositivos de Perda de Carga

Câmaras de perda de carga

CPC

LEE

LED

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

um reservatório intermédio, em que uma parte da

energia hidráulica do escoamento é dissipada, à

entrada, através de uma válvula (perda de carga

localizada;

a nova cota de partida para o jusante é a cota do

terreno.

Saneamento [A4.8]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas Redutoras de Pressão (VRP)

VRP

LEE

LED

• Tipos de válvulas– de mola, pistão e diafragma

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

destinam-se a manter uma dada pressão, a jusante, que

seja menor do que a de montante, quando esta exceda

determinado valor;

Vantagem (em relação às CPC) de não perder a energia

toda a jusante.

Saneamento [A4.9]


Soluções AlternativasSistema puramente gravítico

LEE

LED

Cenário Base Cenário Alternativo

Dmenor

D1

D2

LEE

LED

CPC

CPC

CPC

CPC

CPCCPC

Diâmetro mínimo

Combinação de Diâmetros

1, 2, 3, 4 CPC

Saneamento [A4.10]


Alterar o diâmetro ou

LEE

D1D2

1 ou 2 EE (2 ou 3 EE)

LEE

D1

D1

D1

EEEstação Elevatória

EE

EE


Soluções AlternativasSistema elevatório

Saneamento [A4.11]

Diâmetro menor (D1)


Diâmetro maior (D2) que o do Cenário Base


Soluções AlternativasSistema misto

Saneamento [A4.12]


AULA 5

• Estudo económico de Sistemas Adutores. Valor Actual Líquido (VAL).

• Diâmetro económico de sistemas elevatórios.(Slides 80 a 95).

Saneamento [A5.1]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA

Custos de Instalação:

Custos de exploração e manutenção:

Tubagem

Estações elevatórias

Órgãos acessórios

Reservatórios

Dispositivos redutores de pressão (CPC ou VRP);

Ventosas;

Descargas de fundo;

Válvulas de seccionamento.

Construção civil;

Equipamento electromecânico.

Levantamento e reposição de pavimentos;

Movimento de terras;

Fornecimento, instalação e montagem (incl. acessórios).

Energia;

Encargos com pessoal;

Manutenção.Saneamento [A5.2]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores gravíticos:

11211

1121212111111 ..

LLL

HDJLDJL

totalLLL

HDJLDJL

21

222111 ..

22221

2222222212121 ..

LLL

HDJLDJL

Saneamento [A5.3]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores com condutas elevatórias:

Determinação do diâmetro económico

Saneamento [A5.4]

• Análise a preços constantes

– Os preços unitários são constantes ao longo da vida do projecto (não há inflação, ti=0);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

– Utilizada para comparar soluções alternativas.

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C0 C0 C0 .... C0 .... C0

1 / (1+ta) n1 / (1+ta) 3 1 / (1+ta) HP

Cactualizado_ano 0 = C0 / (1+ta) n

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [A5.5]

• Análise a preços correntes

– Os preços unitários aumentam em cada ano com a taxa de inflação (ti);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C1 C2 C3 .... Cn .... CHP

1 / (1+ta) n1 / (1+ta) 3

1 / (1+ta) HP

Cn = C0 * (1+ti) n

Cactualizado_ano 0 = CN / (1+ta) n

(1+ti) n (1+ta) HP

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [A5.6]


Custos com energia:

tii

HVE

..Energia consumida no ano i:

Custo da energia no ano i:

Volume elevado no ano i:

Preço unitário da energia

iti

i VKpHV

CE ...

pH

K t

.

diasCapPopV iii 365..

Elevam-se volumes diferentes ao longo do período de projecto;

Para calcular o total da energia anual não é necessário conhecer o tempo médio de

bombagem em cada ano.

Saneamento [A5.7]


Actualização dos encargos com energia:

Custo total da energia actualizada

Ano Valor no ano Valor actualizado

1

2

3

: :

N

1.VK

2.VK

3.VK

NVK.

)1/(. 1 atVK

2

2 )1/(. atVK

3

3 )1/(. atVK

N

aN tVK )1/(.

N

i

i

ai tVK1

)1/(.

N

i iVK1

.

Saneamento [A5.8]

ACTUALIZAÇÃO DOS ENCARGOS COM ENERGIA

Hipótese:

Custo total da energia actualizada

Os volumes elevados anualmente crescem de acordo com uma lei geométrica.

Ano Volume elevado no ano Custo da energia actualizado

1

2

3

: :

N

)1(01 gtVV

22

0 )1/()1(. ag ttVK

N

i

i

a

i

go ttVK1

)1/()1(.

2

02 )1( gtVV

3

03 )1( gtVV

N

gN tVV )1(0

)1/()1(. 0 ag ttVK

33

0 )1/()1(. ag ttVK

N

a

N

g ttVK )1/()1(. 0

N

a

g

ga

g

ot

t

tt

tVK

1

11

)(

)1(.

Saneamento [A5.9]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantes

• Custo total =

= Investimento em Capital fixo + Encargos de exploração

• Investimento em capital fixo

– Condutas adutoras ……….. Ano 0

– Reservatórios ………… Ano 0

– Construção civil EE ………… Ano 0

– Equip. electromecânico EE ……...... Anos 0 e 20

– CPC ………… Ano 0

• Encargos de Exploração

– Operação e manutenção ………… 1 - 40 anos

• Condutas adutoras

• Reservatórios

• Construção civil EE

• Equipamento electromecânico EE

– Energia (de bombagem) ………… 1 - 40 anos

Saneamento [A5.10]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Condutas

– definido por metro linear de conduta (QUADRO A.1 – Enunciado)

• Reservatórios

– definidos por m3

C =1 400 .Vol 0,75

Diâmetro

nominal

(mm)

FFD Aço

revestido

PVC PEAD

PN6 PN10 PN16 PN6 PN10 PN16

60 53.97

63 27.64 27.98 28.99 28.89 30.24 32.02

75 30.42 31.43 34.51 29.54 31.03 33.06

80 57.97 71.32

…

100 64.45 77.66

800 536.33 513.44 490.70 740.88 425.33 572.35

Saneamento [A5.11]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Estações elevatórias– Definidos em função do caudal de dimensionamento e altura de elevação

Construção civil Ccc(€) = 39904 + 374 x Q +0.15 x Q x H

Equipamento Ceq (€) = 1317 x Q0.769 x H0.184 + 2092 x (QxH)0.466

Sendo Q – caudal (l/s) e H – altura de elevação (m)

– O custo da construção civil

• adquirida no ano 0 é calculado com Qdim40 e Hdim40

– O custo do equipamento

• adquirido no ano 0 é calculado com Qdim20 e Hdim20

• adquirido no ano 20 é calculado com Qdim40 e Hdim40 e deverá ser actualizado ao ano 0 multiplicando o valor por 1 / (1+ ta) 20

• Câmaras de perda de carga– Custo unitário = 15 000€

Saneamento [A5.12]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração

• Operação e manutenção

– Definidos em percentagem do Investimento por ano

• Condutas adutoras com ligações por juntas ……… 1% Inv /ano

• Condutas adutoras com ligações por soldadura ….. 0.75% Inv /ano

• Reservatórios e CPC …………………. 1% Inv /ano

• Construção civil EE……………………………….. 1% Inv /ano

• Equip. electromecânico EE …….. ……………….. 2.5% Inv /ano

– Têm de ser calculados ano a ano ao longo de 40 anos (anos 1 a 40) e actualizados ao ano 0:

Custo actualizado_ano_0 = Custo ano_n * 1 / (1+ ta) n

sendo

ta = taxa de actualização (e.g. 6%)

Saneamento [A5.13]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração (continuação)

• Energia (1º Processo de cálculo)

–Deverá ser calculado ano a ano, ao longo de 40 anos (anos 1 a 40), e actualizado ao ano 0

• Energia anual consumida no ano i - Sousa (2001) – Adução, p.32

–Eano_i = Potência * Tempo_Func_ano_i

= ( * Qdim * Hdim / m ) * Tempo_Func_ano_i

= ( * Hdim / m ) * (Qdim *Tempo_Func_ano_i)

= ( * Hdim / m Vmda_ano_i

• Custo da energia anual consumida no ano i

–CEano_i (€) = Eano_i (kWh) * preço_unitário (€/kWh)

• Custo da energia anual consumida no ano i actualizada ao ano 0

–CEactualizado_ano_0 (€) = CEano_i (€) * 1/(1+ta)i

Nota: Atenção à conversão de unidades: 1 joule = W.s

Constante: do ano 1 ao 20 (Hdim20)

do ano 21 ao 40 (Hdim40)

Variável do ano i = Popano i * Capano i

Saneamento [A5.14]


• Energia (2º Processo de cálculo)

– Poderá ser calculada como a soma de n termos de uma progressão geométrica:

• Sn = U1 * ( 1-Rn) / (1-R)

– U1 corresponde ao 1º termo

– R corresponde à razão do da progressão geométrica

– Corresponderá a duas somas

• 1-20 anos e de 21-40 anos

– Por exemplo de 1-20 anos temos

– Sendo tg1 = taxa geométrica de crescimento do volume consumido de 1-20 anos dada por:

tg1 = (V20/V0)(1/20) -1

na expressão homóloga para o período de 21 a 40 esta taxa será dada por:

tg2 = (V40/V20)(1/20) -1

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

Saneamento [A5.15]


• Custo Total Actualizado dum Sistema Elevatório para um dado diâmetro D1:

20

20_)4021(

0_)201(20

40_

20_40_0_)1()1(

1.._a

anoacta

anoacta

a

anoeq

anoeqanocctubagemanoactt

CECE

t

EEEEEECDElevSistC

em que:

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

20

2

2

2

2040dim

20_)4021(1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

anoactat

t

tt

tVp

HCE

20 termos (ano 1 a ano 20) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 0)

20 termos (ano 21 a ano 40) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 20)

O mesmo cálculo terá que ser efectuado para o D2 (se existir).

O diâmetro mais económico é o que apresentar o C_Sist.Elev.act_ano0 menor

Saneamento [A5.16]

departamento de engenharia civil e arquitectura · •redes de drenagem de águas residuais. ... 5...

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