sistemas de abastecimento de água, slides da aula de rogério frade

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE

ÁGUAAULA 07 – CONSUMO

DE ÁGUA

Prof. Rogério Frade da Silva Souza

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃOCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTOCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

AULA 07 – CONSUMO DE ÁGUA

1 INTRODUÇÃO

O consumo de água em um sistema de abastecimento é calculado com base:

- PERÍODO DE PROJETO (vida útil do projeto instalado e em funcionamento)

- POPULAÇÃO ATUAL E FUTURA (estimativa de população)

- CONSUMO PER CAPTA (quantidade de água consumida/ habitante . dia)

- VARIAÇÕES NO CONSUMO DE ÁGUA (anuais, mensais, diárias, horárias)

- VAZÕES DE PROJETO ATUAIS E FUTURAS (volume de água consumido / tempo)

- RESERVAÇÃO (existência ou não de reservatórios)

2 PERÍODO DE PROJETO OU ALCANCE DE PROJETO

Período de projeto ou alcance de projeto: tempo em que o sistema funcionará com utilização plena de sua capacidade sem sobrecargas e deficiências na distribuição que comprometam a qualidade e a quantidade da água potável. Unidade: anos.

O período de projeto pode estar relacionado com um ou mais fatores:

- a vida útil prevista das obras e dos equipamentos;

- o período de financiamento do investimento financeiro no sistema;

- a velocidade do crescimento populacional e a dimensão do sistema;

- a dificuldade em futuras ampliações – exigindo maior vida útil do sistema.

Necessidade de ampliação e/ou melhorias no sistema após o período de projeto.

2 PERÍODO DE PROJETO OU ALCANCE DE PROJETO

No Brasil, geralmente, adota-se os seguintes PERÍODOS DE PROJETO:

20 anos para pequenas e médias cidades;

30 anos para capitais e suas áreas metropolitanas.

Aconselhável que as obras sejam subdivididas e executadas em etapas;

Isso evita nos anos iniciais de operação: ociosidade do sistema e onerar a população desnecessariamente.

3 ESTIMATIVA DE POPULAÇÃO

2.1 ESTIMATIVA DA POPULAÇÃO FUTURA OU POPULAÇÃO DE PROJETO

Método aritmético

Esse método admite que a população varie linearmente com o tempo (taxa de crescimento constante).

ka = (P2 – P1) / (t2 – t1)

P = P2 + ka . (t – t2)Sendo:ka = taxa aritmética de crescimento da populaçãoP1 = população no ano t1

P2 = população no ano t2

P = população de projetot = ano de alcance do projeto


ESTIMATIVA DA POPULAÇÃO FUTURA OU POPULAÇÃO DE PROJETO

Método geométrico

Esse método considera para iguais períodos de tempo, a mesma percentagem de aumento da população.

Sendo:kg = taxa geométrica de crescimento da populaçãoP1 = população no ano t1

P2 = população no ano t2

P = população de projetot = ano de alcance do projetoe = base do logaritmo neperiano 2,718≈



Método da curva logística

Esse método admite o crescimento da população obedece a uma relação matemática do tipo curva logística – população cresce assintoticamente em função do tempo para um valor limite de saturação (K).

Condições para aplicação do método:

Conhecer 03 pontos da curva P0 (t0), P1 (t1), P2 (t2) igualmente espaçados no tempo.

t1 – t0 = t2 – t1

P0 < P1 < P2 e P0.P2 < P1²



Método da curva logística

T = t – t0 t = ano da projeção


POPULAÇÃO FLUTUANTE

É a população que se estabelece no núcleo urbano por curtos períodos de tempo (ex.: municípios de veraneio, estâncias climáticas, cidades-dormitório, etc.).

Nesse caso, utilizar: população residente + população flutuante.

Avaliação da população flutuante feita a partir:

a)das informações do censo demográfico: proporção entre domicílios de uso ocasional e residencial;

b)séries de informações sobre consumo de energia elétr./ água das concessionárias;

c)outras fontes: redes de hotéis, pousadas e infraestrutura de camping.

Enfim, a população flutuante (contingente adicional) prevista com dados estatísticos sobre as ocorrências anteriores e as tendências esperadas de comportamento futuro.


Tabela – Densidade demográficas observadas em áreas urbanas

Previsão de como a população vai ocupar a malha urbana e as tendências de expansão de futuros loteamentos.

Utilizar em áreas parciais na cidade com características de ocupação semelhantes.

Tipo de ocupação Densidade demográfica

(hab./hectare)

Áreas periféricas – casas isoladas, lotes grandes 25 – 50

Casas isoladas – lotes médios e pequenos 50 – 75

Casas geminadas – predominando 1 pavimento 75 – 100

Casas geminadas – predominando 2 pavimentos 100 – 150

Pequenos prédios de apartamentos (até 6 pavimentos)

150 – 250

Prédios de apartamentos altos 250 – 750

Áreas comerciais e industriais 25 – 100Fonte: DE ANDRADE, 2010.

4 CONSUMO PER CAPTA DE ÁGUA

O consumo “per capta” é o valor médio do consumo de água por pessoa, por dia (unidade: litros/hab.dia)

Obtido dividindo-se o volume total de água distribuída durante um ano, por 365 e pelo número de habitantes beneficiados. Unidade: litros/habitante.dia

Onde:qm = consumo médio per capta (litros/ habitante.dia)Volume distribuído anual (litros)População beneficiada (nº de habitantes)

qm = volume distribuído anual / (365 . população beneficiada)


Tabela – Composição do consumo doméstico médio segundo os tipos de uso

Fonte: DE ANDRADE, 2010.


Porém, o consumo per capta de água varia conforme o tipo de projeto, a população de projeto, a região, a classe social, a cultura, o clima, as atividades econômicas, etc.

No Brasil, normalmente adota-se nos projetos os seguintes consumos per capta (BRASIL, MS/FUNASA, 2004):

a) Em sistemas com ligações domiciliares: 100 a 300 litros/habitante.dia

b) Em sistemas com chafarizes/torneiras públicas: 30 a 50 l/hab.dia

c) Em sistemas com chafarizes/torneiras públicas/lavanderias públicas: 40 a 80 l/hab.dia

d) Em sistemas com chafarizes/torn. públicas/com sanitário público: 60 a 100 l/hab.dia


Em indústrias e áreas exclusivamente comerciais: consumo (vazão) conforme o tipo de estabelecimento, determinar em cada caso – utilizar adutora de abastecimento individual no caso de indústrias.

Em uso público: irrigação de jardins, lavagem de ruas ou passeios, nos edifícios públicos, alimentação de fontes, esghichos e chafarizes e demais equipamentos públicos – consumo “contabilizado” no doméstico.

Em perdas e desperdícios: água que se pede por vazamentos na rede pública e nas residências e as que são desperdiçadas pelos maus hábitos da população – consumo “contabilizado” no doméstico.

Consumo per capta normalmente adotado nos projetos na Região Nordeste brasileira: 120 a 250 litros/habitante.dia


Fonte: Adaptado de BRASIL, MS/FUNASA, 2004.

Tabela – População a ser abastecida e respectivos consumos médios “per capta” - FUNASA, 2004

Tabela – Consumos médios “per capta” de acordo com população a ser abastecida – DE ANDRADE, 2010POPULAÇÃO DE FIM DE PLANO

(habitantes)CONSUMOS MÉDIOS PER CAPTA (litros/hab./dia)

Até 50.000 150

50.000 a 500.000 habitantes 200

500.000 a 3.000.000 250

3.000.000 a 10.000.000 300

Acima de 10.000.000 350

Fonte: Adaptado de DE ANDRADE, 2010.

POPULAÇÃO DE FIM DE PLANO (habitantes)

CONSUMO PER CAPTA (litros/hab. / dia)

até 6.000 habitantes de 100 a 150

de 6.000 a 30.000 de 150 a 200

De 30.000 a 100.000 De 250 a 250

Acima de 100.000 de 250 a 300

5 VARIAÇÕES NO CONSUMO DE ÁGUA

Fatores que afetam o consumo de água:

Clima;

Hábitos e nível de vida da população;

Natureza crescimento da cidade;

Tamanho da cidade;

Medição do consumo;

Pressão na rede;

Preço da água;

Variação do consumo ao longo do ano, dos dias e no decorrer das horas do dia.


Nos sistemas de abastecimento, o consumo de água - expresso em termos de vazão - pode variar ao longo do ano, do dia e da hora.

Mas, por que e como essas variações acontecem?


Variações diárias

k1 = maior consumo diário no ano

consumo médio diário do anok1 = coeficiente do dia de

maior consumo

O valor de k1 varia entre 1,2 a 2,0 - conforme as condições locais

No Brasil, normalmente adota-se k1 = 1,2


Variações horárias

k2 = maior vazão horária do dia vazão média horária do

dia

k2 = coeficiente da hora de maior consumo

O valor de k2 varia entre 1,5 e 3,0

No Brasil, normalmente adota-se k2 = 1,5


Como os reservatórios interferem nas variações no consumo?

Os reservatórios são utilizados para absorver as variações de consumo ao longo do dia (variações horárias), permitindo a continuidade no abastecimento.

Recebem (e acumulam) uma vazão constante, que é a do dia de maior consumo, e servir de volante para as variações horárias na rede de distribuição.

Reservatórios situados entre a ADUTORA DE ÁGUA TRATADA e a REDE DE DISTRIBUIÇÃO (mais comuns).

Reservatórios intermediários e de extremidade (sistemas de maior porte).

As estações de tratamento de água consomem de 1 a 5% do volume tratado para lavagem dos filtros e decantadores.

6 CÁLCULO DO CONSUMO DE ÁGUA


Num sistema de abastecimento, o consumo de água (demanda) é expresso em termos de vazão. Unidades: litros/s , m³/s, m³/hora, etc.

a) Em sistemas sem reservatório, utilizamos:

Nesse caso, é necessário incluir-se as variações diárias (k1) e horárias (k2), no cálculo da vazão (Q).

Onde:Q = vazão a ser aduzida (l/s)k1 = coeficiente do dia de maior consumok2 = coeficiente da hora de maior consumop = população de projetoq = consumo “per capta” (l/hab.dia)

Q = k1 . k2 . p . q / 86.400


b) Em sistemas com reservatório de distribuição

b.1 Nas unidades que antecedem o reservatório de distribuição (captação, adutoras, estações elevatórias de água bruta, estações de tratamento, elevatórias de água bruta e tratada).

As obras a montante do reservatório de distribuição devem ser dimensionadas para atender a vazão média do dia de maior consumo do ano.

Para adução contínua (24 horas/dia):

Q = k1 . p . q / 86400

Para adução intermitente:

Q = (k1 . p . q) / (N . 3600)

Sendo:Q = vazão (l/s)k1 = coeficiente do dia de maior consumop = população de projetoN = número de horas de funcionamento do sistemaq = consumo “per capta” (l/hab.dia)


b) Em sistemas com reservatório de distribuição

b.2 Nas unidades que sucedem o reservatório de distribuição (rede de distribuição):

A rede de distribuição deve ser dimensionada para a maior vazão de demanda, que é a hora de maior consumo do dia de maior consumo.

Geralmente existem reservatórios no interior dos domicílios - situação desfavorável na hora de maior consumo do dia de maior consumo.

Para adução contínua (24 horas/dia):

Q = k1 . k2 . p . q / 86400

Para adução intermitente:

Q = (k1 . k2 . p . q) / (N . 3600)

Sendo:Q = vazão (l/s)k1 = coeficiente do dia de maior consumoK2 = coeficiente da hora de maior consumop = população de projetoN = número de horas de funcionamento do sistemaq = consumo “per capta” (l/hab.dia)


Se existirem grandes consumidores (indústrias, comércios), que exijam vazão específica, podem ser adotadas as expressões gerais propostas por TSUTIYA (2006):

= 1,01 a 1,05

A ETA geralmente consome cerca de 1 a 5% do volume tratado para lavagem dos filtros e decantadores.

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