Saneamento Urbano II TH053

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Arquitetura e Urbanismo Saneamento Urbano II TH053 Estimativas de consumo de água & Reservatórios e redes distribuição de água Profª Heloise G. Knapik 1

2 Consumo de Água Importante para: Depende de: Operação/ ampliação/ melhorias dos sistemas Consumo médio por habitante Estimativa do número de habitantes (atual e de projeto) Dimensionamento de tubulações, reservatórios e equipamentos Variações de demanda Consumos adicionais (reserva de incêndio, áreas industriais, limpeza pública) 2

3 Consumo de Água Classificação Classificação em função de: Doméstico Comercial Industrial Público É importante para: Identificação de zonas homogêneas Estabelecer políticas tarifárias e de cobrança diferenciadas 3

4 Fatores que afetam o consumo de água Condições climáticas Medição da água Hábitos e nível de vida da população Pressão na rede Preço da água Natureza da cidade Existência de rede de esgoto 4

5 Variações no consumo Anuais Mensais Diárias Horárias Tende a crescer com o tempo (aumento da população ou melhoria de hábitos de higiene) Aumento no verão e diminuição no inverno Aumento no verão e diminuição no inverno Aumento médio entre 10 e 12 horas (função de hábitos da população) População flutuante: Regiões turísticas (litorâneas) 5

6 Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento Demanda máxima Macromedição Micromedição

7 Variação temporal da vazão Coeficientes de Reforço K 1 e K 2 Coeficiente do dia de maior consumo (K1) Coeficiente da hora de maior consumo (K2) K 1 = maior consumo diário no ano consumo médio diário no ano K 2 = maior vazão horária no dia vazão média do dia

8 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Sistema de produção (montante do reservatório): Dimensionadas para atender a vazão média do dia de maior consumo do ano (K 1 ). Sistema de distribuição: Dimensionada para maior vazão de demanda, que é a hora de maior consumo do dia de maior consumo (K 1 K 2 ). Reservatório: Recebe a vazão constante (média do dia de maior consumo) e equilibra as variações horárias da demanda. ETA: Consome certa de 1 a 5% do volume tratado para lavagem dos filtros e decantadores. 8

9 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Vazão média: Q = P. qpc Q = vazão média (L /s) P = população (hab) qpc = consumo per capita (L/hab. dia) 9

10 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO Q Prod = Q. K t 1 + C ETA + Q Esp Q AAT = Q. K t Q Dist = Q. K 1. K 2 + Q Esp + Q Esp

11 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água - Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s) Q Prod = Q. K t 1 + C ETA + Q Esp - Vazão da ETA até o reservatório: Adutora de Água Tratada (L/s) Q AAT = Q. K t + Q Esp - Vazão do reservatório até a rede (L/s) Q Dist = Q. K 1. K 2 + Q Esp C ETA = consumo de água na ETA (%) K 1 = coeficiente do dia de maior consumo K 2 = coeficiente da hora de maior consumo Q Esp = vazão singular de grande consumidor (L/s) Q = P.qpc = vazão média (L/s) qpc = consumo per capita (L/hab.dia) t = período de funcionamento da produção (h)

12 Perdas de Água Perdas físicas ou reais Vazamentos nas tubulações de distribuição e das ligações prediais Extravasamento de reservatórios Operações de descargas nas redes de distribuição e limpeza dos reservatórios Perdas não físicas ou aparentes Ligações clandestinas By-pass irregular no ramal das ligações ( gato ) Problemas de micromedição (hidrômetros inoperantes ou com submedição, fraudes, erros de leitura, problemas na calibração dos hidrômetros, entre outros).

13 Reservatórios e Redes Distribuição de Água 13

14 Dimensionamento de redes Etapas do dimensionamento de redes: Vazões de distribuição Delimitação da área Estabelecimento de zonas de pressão Cálculo do volume e níveis de água nos reservatórios Traçado dos condutos Estabelecimento de setores de manobras Localização de acessórios Dimensionamento nos condutos

15 Reservatórios: zonas de pressão Fatores para a escolha do local: Localização mais próxima dos consumidores Características topográficas: questões econômicas e geológicas Possibilidade de aproveitamento de estruturas existentes Reservatório elevado: maior custo

16 Localização no Terreno

17 Localização no Terreno Reservatório elevado

18 Localização no Terreno Reservatório apoiado

19 Reservatórios: volume e nível Para correto funcionamento da rede: Pressão mínima: para vencer os desníveis topográficos e perdas de carga Pressão dinâmica mínima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, no dia e hora de maior consumo e nível mínimo no reservatório Pressão máxima: para não danificar a rede e diminuir a perda de água na tubulação Pressão estática máxima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, sob consumo nulo e nível máximo no reservatório

20 Reservatórios: zonas de pressão Pressão dinâmica mínima: 10 mca Pressão estática máxima: 50 mca Reservatório (R) 10 m +hf 40 m - hf A B Área a ser abastecida por R C

21 Localização no Sistema: Montante

22 Localização no Sistema: Jusante

23 Localização no Sistema: Montante e Jusante

24 Capacidade dos Reservatórios Volume útil Volume para combate a incêndio Volume para emergência

25 Volume útil Como calcular??? Quando se dispõe da curva de consumo Quando não há dados de consumo Tipo de adução: Adução contínua Adução intermitente

26 Volume útil Com curva de consumo e Adução Contínua Formas de cálculo: - Comparação gráfica - Volumes diferenciais - Diagrama de massa - Resolução da equação:

27 Volume útil Com curva de consumo e Adução Intermitente Adução Consumo

28 Volume para emergência: Combate a incêndio Nos EUA: 31,4 L/s Na Espanha: 120 m³ para populações menores que hab 240 m³ para as demais populações No Brasil: Sem reserva para cidades de pequeno e médio portes Em áreas de grande risco deve ser prevista uma reserva técnica

29 Volume para emergência Paralisações no sistema de: Captação Estação elevatória Tratamento Acidentes de curta duração Não há fórmula de cálculo Depende da vulnerabilidade do sistema Critério para o projetista

30 Volume utilizado para projetos Volume total de reservação: Adução contínua: 1/3 do volume do dia de consumo máximo Adução intermitente: 1/3 do volume do dia de consumo máximo e igual ou maior que o produto da vazão média do dia de consumo máximo pelo tempo em que a adução permanecerá inoperante

31 Volume utilizado para projetos Capacidade do reservatório elevado: Para volumes acima de 500 m³ é ideal projetar um reservatório apoiado complementar e um sistema de elevatórias para subdividir o volume. Autonomia de 30 minutos Valores mais utilizados: 10 a 20% do volume total

32 Qualidade de Água em Reservatórios Longos tempos de detenção Crescimento de bactérias/nitrificação Possibilidade do aparecimento de zonas de estagnação Baixos valores do residual desinfetante Localização das tubulações de entrada e de saída dos reservatórios Jusante: mesma entrada e saída / Montante: tubulações distintas Ausência de luz solar Nitrificação Deterioração do concreto Substrato para crescimento de microorganismos

33 Exemplos de reservatórios

34 Operação de Reservatórios Otimização: Redução dos gastos com energia elétrica Minimização das falhas no atendimento a demanda Redução de perdas físicas em função das pressões na rede Flexibilidade na operação de sistemas com múltiplos reservatórios interligados

35 Dimensionamento de redes: etapas Etapas do dimensionamento de redes: Análise hidráulica (vazões, pressão, velocidades) Zonas de pressão (mínima e máxima) Velocidades mínimas e máximas em cada trecho Diâmetros mínimos Dimensionamento de redes: função do tipo de rede, topografia, existência de diferentes zonas de pressão

36 Dimensionamento de redes: Área de projeto Pequenas comunidades Adota-se um único tipo de ocupação Mesma densidade populacional Cidades maiores Vazões específicas de distribuição Área específica da rede de distribuição

37 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Tipos de canalizações: Principal Conduto tronco ou canalização mestra Maior diâmetro Abastece a canalização secundária Secundária Menor diâmetro Abastece diretamente os pontos de consumo

38 Tipos de ruas Sistema fechado Sistema aberto

39 Tipos de ruas Sistema fechado:

40 Tipos de ruas Sistema aberto:

41 Tipos de redes de abastecimento de água: Disposição das canalizações em função da estrutura viária Ramificada Malhada Mista

42 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Rede ramificada: Típica de regiões com desenvolvimento linear em que as ruas não se conectam sistema viário aberto Abastecimento a partir de uma tubulação tronco Em caso de problemas, toda a tubulação de jusante ficará com o abastecimento comprometido

43 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Rede malhada: Típica de áreas com sistema viário fechado Formação de anéis ou blocos Vantagens para a qualidade da água (fluxo nos dois sentidos evita-se zonas mortas) Maior facilidade de manutenção e operações com o mínimo de interrupção

44 Dimensionamento de redes: Recomendações Localização para redução de custos: Ruas sem pavimentação ou com pavimentação menos onerosa Ruas de menor intensidade de trânsito Proximidade de grandes consumidores Proximidade das áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndio Dispostas preferencialmente sob os passeios Procurar limitar em 600 m a tubulação secundária (depende da malha urbana)

45 Dimensionamento de redes Análise hidráulica Condições de escoamento (velocidade, vazão, pressão, perdas de carga) nos trechos e nós da rede Dimensionamento de projeto: há várias soluções!

46 Dimensionamento de redes Velocidades mínimas e máximas na rede: Segurança, durabilidade, custo de implantação e operação Menor Velocidade : Durabilidade Depósito de sedimentos Maior Velocidade : Diâmetro: $ de implantação Perda de Carga: $ bombeamento, reservatórios elevados manutenção devido a desgastes de peças Velocidade mínima recomendada: 0,6 m/s Velocidade máxima recomendada: 3,5 m/s

47 Dimensionamento de redes Diâmetro mínimo: Função das perdas de carga e das vazões disponíveis Recomendação de diâmetro mínimo igual a 50 mm para tubulações secundárias

48 Dimensionamento de redes Métodos de dimensionamento Redes ramificadas Redes malhadas Método tradicional Método do seccionamento Método de cálculos interativos Método da correção de vazões (Hardy- Cross) Método da linearização (matricial)

49 Dimensionamento de redes Planilhas de cálculo Programas de computador: EPANET