projeto 7° semestre-recalque

PROJETO INTEGRADO - RECURSOS HÍDRICOS


SÃO PAULO2014 Página 1


PROJETO INTEGRADO -RECURSOS HÍDRICOS

1.INTRODUÇÃO

Define-se por sistema de abastecimento de água o conjunto de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável a uma comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos. Essa água fornecida pelo sistema deverá ser, em quantidade suficiente e da melhor qualidade, do ponto de vista físico, químico e bacteriológico.


Projeto Integrado apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil Produção Editorial, da Universidade Nove de Julho.Orientador:Luiz Ricardo Dos Santos Malta


Um sistema de abastecimento, quando instalado, deve ter condições de fornecer água em quantidade superior ao consumo. Então, depois de certo número de anos, a demanda passa a corresponder à capacidade máxima de adução, por conta disso, diz-se que o sistema atingiu o seu limite de eficiência.

O comum é planejar-se um sistema para funcionar durante certo número de anos. Isto impõe o conhecimento da população total que deverá ser beneficiada“n” anos depois da elaboração do projeto.

A população futura tem que ser definida por previsão. Como está é sujeita a falhas, encontram-se sistemas atingindo o seu limite de eficiência antes ou depois de decorrido a quantidade de anos estimados. O importante, é que a previsão seja feita de modo criterioso, com base no desenvolvimento demográfico do passado próximo, a fim de que a margem de erro seja pequena.

Para calcularmos o número de habitantes e a vazão necessária para atender a demanda da população nos basearemos em três métodos matemáticos de estudo demográficos.

• ARITMÉTICO

• GEOMÉTRICO

• CURVA LOGÍSTICA

O resultado obtido com maior valor populacional, considerando a situação mais critica será usado como base para nosso projeto de Recursos Hídricos.

1.1. OBJETIVO

Projetar um sistema de capitação, tratamento e distribuição de água para a população de uma determinada região. Também, identificar e quantificar todos os fatores intervenientes com o sistema de abastecimento de água. Além disso, estabelecer todos os parâmetros básicos de projeto e pré-dimensionar as unidades do sistema, para as alternativas selecionadas. Escolher a alternativa mais adequada mediante comparação técnica, econômica e ambiental, entre as alternativas. E estabelecer diretrizes gerais de projeto e estimativa de quantidades de serviços que devem ser executados na fase de projeto.

1.2 POPULAÇÕE DE PROJETO

1.2.1 MÉTODO ARITMÉTICO

Ka= P2−P1T 2−T 1

= 149890−125312

2010−2000 = 2457,8 → Após os cálculos, observamos que o Ka é

constante.

Em que:

Ka = Coeficiente Autmético



P2 = População do último censo;

P1 = População do penúltimo censo;

T2 = Ano do último censo;

T1 = Ano do penúltimo censo;

Pf = P2+Ka(Tf-T2)

Em que:

Pf = População futura (habitantes);

Tf = Ano futuro;

Portanto:

Pf = 149890+2457,8(2024-2010) = 184.299 habitantes em 2024.

Pf = 184.299+2457,8(2034-2024) = 208.877 habitantes em 2034.

Pf = 208.877+2457,8(2044-2034) = 233.455 habitantes em 2044.

1.2.2. MÉTODO GEOMÉTRICO

Kg = lnP2−lnP1t 2−t 1 →Kg =

ln 149890−ln1253122010−2000

= 0,01791 →Kg é constante.

Pf = P2.ekg(tf−t2)

Pf = 149890.e0,01791(2024−2010)= 192.603 habitantes em 2024.

Pf = 192603.e0,01791 (2034−2024) = 230.379 habitantes em 2034.

Pf = 230379.e0,01791 (2044−2034) = 275.565 habitantes em 2044.

1.2.3. MÉTODO DA CURVA LOGÍSTICA

K = 2.Po .P1. P2−(P1 )2 .(Po+P2)

Po . P2−(P1)²; → a =

10,4343

. logK−PoPo

; → b = −

10,4343.d

logPo(K−P1)P1(K−Po)

;



Pf = K

1+ea−b (tf−¿ ) → Onde:

Po = População do antepenúltimo censo;

To = Ano do antepenúltimo censo;

d = Intervalo entre anos dos censos;

Condições→P0<P1< P2; P0.P2 <( P1)²;

Este método foi descartado, pois não atendeu as condições de uso. Nos cálculos, ( P0.P2, se mostraram maior que (P1)²).

Após a realização dos cálculos chegamos a nossa população de projeto, que foi obtida através do Método Geométrico, já que, segundo orientação do professor seria a maior população obtida entre os três métodos. Portanto, começamos a partir de agora o cálculo da Vazão de Projeto.

2.VAZÃO DE PROJETO

Para a Vazão de Projeto usaremos o valor populacional de 275.565 pessoas como referencia e as seguintes equações matemáticas para o cálculo das vazões Q1, Q2 e Q3:

Q1 = [ P .q . K186400

+Qesp .]+ CETA ;

Q2 = P .q . K 1

86400 + Qesp. ;

Q3 = P .q . K 1.K 2

86400 + Qesp. ;

Em que:

P → População (habitantes);

q → Consumo percapita (L/habitantes*dia);

K1 → Coeficiente do dia de maior consumo (adimensional);

K2 → Coeficiente da hora d maior consumo (adimensional);



Qesp. → Vazão específica (geralmente demanda industrial);

CETA → Consumo da ETA (%);

Q1 = [ 275565.220 .1,286400

+10] .1,05=894,6044ls→0,8946

m3

s → 3220,56 m³/h

Q2 = [ 275565.220 .1,286400

+10]=852,004ls→0,852

m3

s →3067,20 m³/h

Q3 = [ 275565.220 .1,2 .1,586400

+10 ]=¿ 1273,0062 l/s → 1,273 m³/s → 4582,80 m³/h

3. ADUTORA DE ÁGUA BRUTA / ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUA BRUTA

3.1. CÁLCULOS DE ADUTORA E BOMBAS EMPREGANDO COEFIENTE DE BRESSE

Ø = K√Q

Em que:

Ø → Diâmetro da tubulação (m);

K → Coeficiente econômico de Bresse (adimensional); (0,7 – 1,4);

Q → Vazão (m³/s);

Para o cálculo dos diâmetros usamos a vazão Q1, e os valores de K adotados em 0,9 e 1,2;

Ø1 = 0,9√0,8946 = 0,8512m

Ø2 = 1,2√0,8946 = 1,135m

3.1.1. DIMENSIONAMENTO DA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUA BRUTA (k = 0,9)



3.1.2. DIÂMETRO NA SUCÇÃO

Calculando diâmetro na sucção

Para nosso projeto adotaremos sete bombas. Pois, trabalharemos com vazão abaixo de 500 m³/h, para cada bomba. Assim, atendendo requisitos de projeto.

Q1 = (0,8946m³/s)/ 7 = 0,1278m³/s →127,80 l/s →460,08 m³/h

Ø = 0,9.√0,1278 = 0,3217m→321,74 mm

Usando um diâmetro comercial acima temos: Ø 350mm, e para sucção Ø 400mm

3.1.3.CALCULANDO A PERDA DE CARGA NA SUCÇÃO

Quantidade Descrição Leq.(m)01 Válvula de pé com crivo → Ø 400mm 106,0001 Curva de 90° → Ø 400mm 7,0001 Tubulação de sucção → Ø 400mm 7,50

Σ = 120,50m

Δhs→ Perda de Carga na Sucção

Δhs = 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)

Δhs = 10,65.0,12781,85.100−1,85.0,4−4,87 .120,50

Δhs= 0,4936m

3.1.4. CALCULANDO A PERDA DE CARGA NO RECALQUE(trecho de barrilete; Ø 350 mm)

Quantidade Descrição → Ø 350 mm Leq.(m)01 Válvula de retenção 45,5001 Registro de gaveta aberto 2,4501 Curva de 90° 6,1301 Tê saída bi lateral 24,1501 Tê saída lateral 24,15



01 Tubo de ferro fundido (L normal) 1,50Σ = 103,88 m

Δhr= 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)

Δhr = 10,65.0,12781,85.100−1,85.0,35−4,87 .103,88

Δhrb = 0,8154 m

3.1.5.CALCULANDO A PERDA DE CARGA NO RECALQUE(Trecho de adutora)

Ø = 0,9.√Q1

Ø= 0,9√0,8946 = 0,8512m

Usando um comercial acima: Ø = 0,9m → Ø 900 mm

Quantidade Descrição → Ø 900 mm Leq.(m)06 Curva de 90° 94,5604 Cotovelo 45° 55,4402 Tê 90° passagem direta 39,2401 Tubo de ferro fundido (L normal) 895,44

Σ = 1084,68 m

Δhr= 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)

Δhr = 10,65.0,89461,85.100−1,85.0,9−4,87 .1084,68

Δhra = 3,1333 m

3.1.6.ALTURA MANOMÉTRICA

Hm = Hgs+ Δhs + Hgr + Δhrb + Δhra

Hm = 2,5 + 0,4936+ 8,0 + 0,8154+ 3,1333



Hm = 14,94 m

3.1.7 NPSH DISPONÍVEL

NPSHd = ± Hgs + hatm – hv − Δhs

NPSHd = −2,5 + 10,33 – 0,238 –0,4936

NPSHd = 7,10 m

3.1.8. CURVAS CARACTERISTICA DA BOMBA (150 – 200)




Q = 460,08 m³/h

Hm = 14,94 m

TAMANHO

150 - 200



NPSHd = 7,10 m

NPSHr = 5 m

RENDIMENT

POTÊNCIA =

ROTOR = 218 mm

Q = 460,08 m³/h

Hm = 14,94


3.1.9. CARACTERÍSTICAS DA BOMBA

VAZÃO UNITÁRIA 460,08 m³/hALTURA MANOMÉTRICA 14,94 mNPSHd 7,10 mNPSHr 5,0 mRENDIMENTO 83,5%ROTOR 218 mmROTAÇÃO 1750 rpmTAMANHO 150 – 200TIPO MEGANORMPOTÊNCIA 25,34 cv

3.2.1. DIMENSIONAMENTO DA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUA BRUTA (k = 1,2)

3.2.2. DIÂMETRO NA SUCÇÃO

Calculando diâmetro na sucção (k 1,2)

Para nosso projeto adotaremos sete bombas. Pois, trabalharemos com vazão abaixo de 500 m³/h, para cada bomba. Assim, atendendo requisitos de projeto.

Q1 = (0,8946m³/s) / 7 = 0,1278m³/s→127,8 l/s → 460,08m³/h

Ø = 1,2.√0,1278 = 0,429 m → 429mm

Usando um diâmetro comercial acima temos: Ø 450 mm, e para sucção Ø 500mm

3.2.3. CALCULANDO A PERDA DE CARGA NA SUCÇÃO

Quantidade Descrição Leq.(m)01 Válvula de pé com crivo → Ø 500 mm 132,5001 Curva de 90° → Ø 500 mm 8,7501 Tubulação de sucção → Ø 500 mm 7,50

Σ = 148,75m

Δhs→ Perda de Carga na Sucção

Δhs = 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)



Δhs = 10,65.0,12781,85.100−1,85.0,5−4,87 .148,75

Δhs= 0,2055m

3.2.4. CALCULANDO A PERDA DE CARGA NO RECALQUE(trecho de barrilete; Ø 450 mm)

Quantidade Descrição → Ø 450 mm Leq.(m)01 Válvula de retenção 58,5001 Registro de gaveta aberto 3,1501 Curva de 90° 7,8801 Tê saída bi lateral 31,0501 Tê saída lateral 31,0501 Tubo de ferro fundido ( L normal ) 1,50

Σ = 133,13 m

Δhr= 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)

Δhr = 10,65.0,12781,85.100−1,85.0,45−4,87 .133,13

Δhrb = 0,3073m

3.2.5. CALCULANDO A PERDA DE CARGA NO RECALQUE(Trecho de adutora)

Ø = 1,2.√Q1

Ø= 1,2.√0,8946 = 1,135 m

Usando um comercial acima: Ø = 1,2 m → Ø 1200mm

Quantidade Descrição → Ø 1200 mm Leq.(m)06 Curva de 90° 126,0004 Cotovelo 45° 73,9202 Tê 90° passagem direta 52,3201 Tubo de ferro fundido ( L normal ) 895,44

Σ = 1.147,68 m



Δhr= 10,65.Q1,85.C−1,85.D−4,87.(L+Leq)

Δhr = 10,65.0,89461,85.100−1,85 1,2−4,87 .1.147,68

Δhra = 0,8167 m

3.2.6. ALTURA MANOMÉTRICA

Hm = Hgs+ Δhs + Hgr + Δhrb + Δhra

Hm = 2,5 + 0,2055 + 8,0 +0,3073 + 0,8167

Hm = 11,83 m

3.2.7. NPSH DISPONÍVEL

NPSHd = ± Hgs + hatm – hv − Δhs

NPSHd = −2,5 + 10,33 – 0,238 – 0,2055

NPSHd = 7,38 m

3.2.8. CURVAS CARACTERISTICA DA BOMBA (150 – 200)




Hm = 11,83 m

Q = 460,08m³/h



POTÊNCIA

Hm = 11,83

RENDIMENTO = 82 %

NPSHr = 5 m

Q = 460,08


3.2.9. CARACTERÍSTICAS DA BOMBA

VAZÃO UNITÁRIA 460,08 m³/hALTURA MANOMÉTRICA 11,83 mNPSHd 7,38 mNPSHr 5,0 mRENDIMENTO 82 %ROTOR 218 mmROTAÇÃO 1750 rpmTAMANHO 150 – 200TIPO MEGANORMPOTÊNCIA 15,20 cv

3.3.1 ESTUDO ECONÔMICO ENTRE OS RESULTADOS DE 3.1.1 E 3.2.1

Para o item (3.1.1.), temos os seguintes custos:

3.3.2. CUSTO DAS BOMBAS k = 0,9

Bomba = 5.531,08 (Q l/s . P cv)(0,309) → ⦋R$⦌

Bomba = 5.531,08 (127,80 . 25,34)(0,309)

Bomba → R$ 67.220,89 por unidade.

PARA 10 BOMBAS TEMOS:

67.220,89 * 10 →R$ 672.208,83

3.3.3 CUSTO DE ENERGIA ELÉTRCA PARA SETE BOMBAS

Energia elétrica contratada:

1 kW/h = R$ 0,10

Taxa de juros fixados em 12 % ao ano.

Potência da bomba → 25,34 cv →18,64W1cv = 0,7355W

Custo de energia elétrica por bomba, trabalhando 24 horas por dia.

Cenergia = 18,64W * 8760h * 0,10 R$ / W h →R$ 16.328,64/ano



Para sete bombas temos um custo de energia de:

R$ 114.300,48/ano

E para o tempo de projeto que é de 30 anos temos:

Cenergia,30 = 114.300,48 * 30 → R$ 3.429.014,40

Levando esse valor para o futuro temos:

VF=PMT×(1+ i)n−1

i

VF=114.300,48×(1+0,12)30−1

0,12

VF = R$ 27.584.441,66

3.3.4. CUSTO DA ADUTORA DE ÁGUA BRUTA K = 0,9

DN (mm) Tubulação instalada (FoFo) R$ / m

Quantidadem

Custo totalR$

350 174,45 1,5 261,67400 210,46 7,5 1.578,45900 649,96 895,44 582.000

Σ = 583.840,12

Obras civis custam o equivalente a 50 % do custo total das bombas, então temos:

Custo das bombas R$ = 672.208,83

Obras civis R$ = 672.208,83 * 0,5 →R$ 336.104,41

CUSTO TOTAL DA ADUTORA DE ÁGUA BRUTA

R$ → 919.944,53



3.3.5. CUSTO TOTAL DA EEAB (K = 0,9)

Custo de 10 bombas → R$ 672.208,83

Custo de energia elétrica para 7 bombas → R$ 27.584.441,66

Custo total da adutora de água bruta →R$ 919.944,53

CUSTO TOTAL

R$ 29.176.595,02

Para o item (3.2.1.), temos os seguintes custos:

3.3.6. CUSTO DAS BOMBAS k = 1,2

Bomba = 5.531,08 (Q l/s . P cv)(0,309) → ⦋R$⦌

Bomba = 5.531,08 (127,80 . 15,20 )(0,309)

Bomba → R$ 57.400,76 por unidade.

PARA 10 BOMBAS TEMOS:

57.400,76 * 10 →R$ 574.007,60

3.3.3 CUSTO DE ENERGIA ELÉTRCA PARA SETE BOMBAS

Energia elétrica contratada:

1 kW/h = R$ 0,10

Taxa de juros fixados em 12 % ao ano.

Potência da bomba → 15,20 cv →11,18 W1cv = 0,7355W

Custo de energia elétrica por bomba, trabalhando 24 horas por dia durante um ano.



Cenergia = 15,20W * 8760h * 0,10 R$ / W h →R$ 13.315,20/ano

Para sete bombas temos um custo de energia de:

R$ 93.206,40/ano

E para o tempo de projeto que é de 30 anos temos:

Cenergia,30 = 93.206,40 * 30 → R$ 2.796.192,00

Levando esse valor para o futuro temos:

VF=PMT×(1+ i)n−1

i

VF=93.206,40×(1+0,12)30−1

0,12

VF = R$ 22.493.750,71

3.3.7. CUSTO DA ADUTORA DE ÁGUA BRUTA (K = 1,2)

DN (mm) Tubulação instalada (FoFo) R$ / m

Quantidadem

Custo totalR$

450 240,77 1,5 361,16500 280,84 7,5 2.106,30

1200 1021,45 895,44 914.647,19Σ = 917.114,65

Obras civis custam o equivalente a 50 % do custo total das bombas, então temos:

Custo das bombas R$ = R$ 574.007,60

Obras civis R$ = R$ 574.007,60* 0,5 →R$ 287.003,80

CUSTO TOTAL DA ADUTORA DE ÁGUA BRUTA

R$ → 1.204.118,45



3.3.8. CUSTO TOTAL DA EEAB (K = 1,2)

Custo de 10 bombas → R$ 574.007,60

Custo de energia elétrica para 7 bombas → R$ 22.493.750,71

Custo total da adutora de água bruta →R$ 1.204.118,45

CUSTO TOTAL

R$ 24.271.876,76

3.3.9 Conclusão do estudo econômico

Após a realização dos estudos econômicos referente à construção e instalação da estação elevatória de água bruta e adutoras de água bruta, que para isso usamos como parâmetro os coeficientes k = 0,9 e k = 1,2 para determinarmos o diâmetro dos tubos e tipos de bombas, continua...

3.4. RELAÇÃO DE MATERIAIS PARA EEAB COM K = 1,2

BOMBAS10 BOMBAS KSB MEGANORM (150 – 200) - 15 HP - 1750 rpm

CONEXÕES NA SUCÇÃO - Ø 500 mm – (FoFo)10 VÁLVULAS DE PÉ COM CRIVO 10 CURVAS DE 90° 10 REDUÇÕES DE DIÂMETRO 13 TUBOS DE 6m CONEXÕES NO RECALQUE – TRECHO DE BARRILETE Ø 450 mm – (FoFo)10 AMPLIAÇÕES DE DIÂMETRO 10 REGISTROS DE GAVETA ABERTO10 VÁLVULAS DE RETENÇÃO10 CURVAS DE 90°10 TÊ SAÍDA BI LATERAL10 TÊ SAÍDA LATERAL03 TUBOS

CONEXÕES NO RECALQUE TRECHO DE ADUTORA – Ø 1200 mm – (FoFo)01 AMPLIAÇÃO DE DIÂMETRO

JUNTA ELÁSTICA



4.ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA – ETA

4.1. CANAL DE ENTRADA


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