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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSCAMPUS AVANÇADO DE CATALÃO

ENGENHARIA CIVIL - SANEAMENTO BÁSICO II

SIFÕES INVERTIDOS

Introdução

• Os coletores de esgotos são projetados para trabalharemcom escoamento livre;

• Devem estar em profundidades economicamente viáveis esuficientes para não serem afetados estruturalmente poresforços externos;

• Devem estar a profundidades que permitam o esgotamentodas descargas procedentes das ligações prediais.

• Seguindo a condição de escoamento livre, cada trecho decoletor terá que ser projetado para instalação em linha reta.

Introdução

• Eventualmente a sequência de trechos consecutivos

em linha reta continuamente, poderá não ser possível

em virtude do surgimento de obstáculos

intransponíveis, embora haja uma necessidade da

continuidade da canalização para jusante.

Introdução

• Diante da impossibilidade da travessia em linha reta dacanalização através de um obstáculo qualquer, oescoamento só teria continuidade por meio de umbombeamento por sobre a seção de impedimento ou sob amesma seção.

• Tendo em vista que a passagem através de sifonamentonormal torna-se inviável por vários motivos, principalmente,

• Tendo em vista que a passagem através de sifonamentonormal torna-se inviável por vários motivos, principalmente,hidráulicos.

• A canalização rebaixada, passando por baixo do obstáculo aser vencido, é denominada de sifão invertido tendo em vista operfil inverso desta ao de uma tubulação de sifonamentonormal.

Introdução

Definição

• Portanto, por definição, em sistemas de esgotos, sifões

invertidos são canalizações rebaixadas, sob pressão,

destinadas a travessia sob obstáculos que impeçam a

passagem da canalização em linha reta.

• Sua principal vantagem sobre instalações elevatórias é

que os mesmos não requerem equipamentos

eletromecânicos, o que implicaria em consumo contínuo

de energia mecânica.

Tipos de obstáculo

• No meio urbano, principalmente nas grandes cidades,

são frequentes a ocorrência de canais e galerias

subterrâneas, linhas férreas, metrôs, galerias de cabos

elétricos ou de comunicações etc., os quais não

poderiam ser deslocados ou alterados em suas cotas.poderiam ser deslocados ou alterados em suas cotas.

• Esses, portanto, são exemplos de obstáculos que em

virtude das suas estruturas físicas e funcionais, não

podem ser transpassados em sua seção útil.

Tipos de obstáculo

• No caso de encontro de condutos de esgoto escoando

livremente com obstáculos como os citados e diante da

necessidade de continuação do escoamento para jusante,

a opção frequentemente mais viável, será fazer com que

a linha de esgotamento seja rebaixada para passagem

sob a seção impedida, voltando a profundidade normal

após vencida horizontalmente a largura do acidente a ser

transposto.

Hidráulica do sifão invertido

• Em perfil, o sifão invertido tem forma similar a um U

interligando duas câmaras.

• Em sua entrada existe uma câmara cuja função é• Em sua entrada existe uma câmara cuja função é

encaminhar o fluxo para o sifão e, em sua saída, há

outra que orienta o fluxo efluente para a canalização de

jusante.


• O escoamento do esgoto através do sifão invertido é

proporcionado, como na maioria das canalizações de

esgotamento, por força da energia gravitacional, porém

ao longo do trecho rebaixado o escoamento é forçado,

sob pressão maior que a atmosférica local, exigindo

projeto cuidadoso para que sejam reduzidas ao mínimo

as possibilidades de sedimentações e obstruções na

seção mais baixa do sifão.


• Os conceitos hidráulicos aplicáveis são, portanto, aqueles doscondutos forçados.

• Para os cálculos da perda de carga distribuída, recomenda-se ouso da fórmula Universal com o coeficiente de rugosidadeuniforme equivalente K = 2.

• Caso se utilize a fórmula de Hazen-Williams, recomenda-se utilizaro coeficiente de Hazen-Williams C=100.

• Para a fórmula de Manning, recomenda-se o valor do coeficientede Manning n=0,015.


• Para os cálculos da perda de carga distribuída, recomenda-se ouso da fórmula Universal com o coeficiente de rugosidadeuniforme equivalente K de 2 mm.


• Caso se utilize a fórmula de Hazen-Williams, recomenda-se utilizar

o coeficiente de Hazen-Williams C=100.


• Para a fórmula de Manning, recomenda-se o valor do coeficientede Manning n=0,015.


• Para o cálculo da perda de carga localizada, pode-se utilizar aseguinte expressão, que é em função da carga cinética:

∑=2g

VK∆H

2

sL

Onde:

∆HL = perda de carga localizada, m;

ΣKs = somatório dos coeficientes de perda de carga localizada;

V = velocidade média na seção, m s-1;

g = aceleração da gravidade, m s-2.

∑ 2g

Velocidades

• O objetivo principal de um projeto de sifão é garantiruma condição de escoamento que, pelo menos uma vezpor dia, propicie a autolimpeza das tubulações, ao longodo período do projeto.

• Para garantir a autolimpeza dos sifões, é necessário adeterminação minuciosa das vazões de esgoto afluentedeterminação minuciosa das vazões de esgoto afluenteao sifão.

• Como as obstruções no sifão invertido são maisdifíceis de serem removidas do que em coletores deesgoto, devem ser tomados cuidados especiais paraevitar sua formação.

Velocidades

• A maioria dos estudos realizados a respeito de sifões invertidosindica que escoamento no sifão com velocidade igual ou superiora 0,9 m s-1, além de impedir deposição de material sólido (areia) natubulação, é capaz de arrastar a areia já depositada.

• A ocorrência de velocidades iguais ou superiores a 0,9 m s-1 pelomenos uma vez ao dia é capaz de propiciar a autolimpeza do sifão,o que impede a formação de depósito de material sólido, impedindoo que impede a formação de depósito de material sólido, impedindofuturas obstruções e entupimentos.

• Portanto um critério racional para o dimensionamento de sifõesinvertidos é a imposição de se ter em qualquer época umavelocidade maior ou igual a 0,9 m s-1 para a vazão máxima deesgotos de um dia qualquer, portanto, no cálculo dessa vazãomáxima não se deve incluir o coeficiente do dia de maior demanda,k1.

Velocidades

• A imposição de uma velocidade mínima de 0,9 m s-1, recomendadapor alguns autores para as vazões mínimas de esgotos, não é umcritério de dimensionamento adequado e leva a valores excessivos daperda de carga no sifão para as vazões máximas. Em muito casos atémesmo inviabilizando o uso dos sifões invertidos.

• Um outro critério de dimensionamento de sifões invertidos que vemsendo adotado com êxito, é o de se garantir uma velocidade mínima desendo adotado com êxito, é o de se garantir uma velocidade mínima de0,6 m s-1, para a vazão média, ao longo de todo o período de projeto.Este critério, leva a resultados semelhantes ao critério anteriormenteexposto (0,9 m s-1 para vazão máxima de um dia qualquer – k2).

• A velocidade máxima é função das características do material do sifãoe da carga disponível e, em geral, não deverá ser maior do que 3,0 a 4,0m s-1.

Diâmetro mínimo

• Quanto menor for o diâmetro da tubulação, maior

será a possibilidade de entupimentos, em vista disso é

recomendável que o diâmetro mínimo do sifão seja de

150 mm. Este é um valor prático usual.

Número de tubulações

• O sifão invertido deve ter no mínimo duas tubulações, a

fim de possibilitar o isolamento de uma delas sem

prejuízo de funcionamento, quando for necessária a

execução de reparos ou desobstrução.

• No caso de instalação onde há grandes variações de

vazão, o número de tubulações poderá ser aumentado,

convenientemente de modo a garantir a manutenção de

velocidades adequadas ao longo do tempo.

Perfil do sifão

• As perdas de cargas e a facilidade de limpeza são dois

aspectos que devem ser considerados para a definição do

perfil de um sifão.

• O perfil que tem sido normalmente utilizado é o que se

assemelha a um trapézio, com a base menor para baixo e

sem a base maior.

Perfil do sifão

• Dependendo do espaço disponível para implantação

emprega-se também perfis em U.

• Embora a escolha do perfil seja função das condições• Embora a escolha do perfil seja função das condições

locais e do espaço disponível para sua implantação, é

de fundamental importância que se procure projetar o

sifão com ângulos suaves que permitam a utilização de

equipamentos mais simples de limpeza e desobstrução.

Perfil do sifão

Perfil Trapézio Perfil Misto

Perfil Misto Perfil U

Câmaras visitáveis

• O sifão invertido deve ser projetado com duas câmarasvisitáveis, câmara de montante ou de entrada e câmarade jusante ou de saída.

• A câmara de montante é projetada de maneira aencaminhar o escoamento para as canalizações queencaminhar o escoamento para as canalizações queconstituem o sifão propriamente dito e a câmara dejusante, destinada a induzir o efluente para o coletor dejusante, evitando-se refluxos de águas para as tubulaçõesdo sifão que não estiverem sendo utilizadas.


• A distribuição do fluxo para as tubulações na câmara demontante poderá ser feita através de vertedores laterais ou daoperação de stop-logs ou comportas.

• Em geral, tem sido utilizada a alternativa de stop-logs que possui avantagem de poder distribuir melhor as vazões, de modo a mantersempre uma velocidade mínima de autolimpeza. Por outro lado,sempre uma velocidade mínima de autolimpeza. Por outro lado,essa alternativa tem a desvantagem de requerer a entrada de pessoasna câmara de montante para efetuar a operação dos stop-logs.

• A utilização do vertedor lateral tem a vantagem de dispensar aentrada frequente de pessoas na câmara, porém ocasiona maiorperda de carga, pois pode ser considerado um obstáculo submersoquando o escoamento passa sobre ele.


• Quando se utiliza o vertedor lateral, devem ser

tomados os devidos cuidados quanto às velocidades para

que atendam as condições de autolimpeza.

• As câmaras de montante e de jusante devem ser

projetadas com dimensões adequadas, de modo que

permitam o acesso e a movimentação de pessoas e

equipamentos.

Ventilação

• Quantidades consideráveis de ar e gases são arrastadas peloescoamento dos esgotos nos coletores funcionando em condutolivre. Entretanto, esse fluxo é interrompido na câmara demontante do sifão invertido, uma vez que o escoamento no sifãose dará em conduto forçado.

• Se a câmara de montante for completamente vedada, os gases• Se a câmara de montante for completamente vedada, os gasespassam a caminhar em sentido inverso ao do escoamento, atéconseguir escapar, através de poços de visita a montante do sifão.

• Neste caso todo o oxigênio na câmara é exaurido e gases,principalmente, o sulfídrico que desprende do líquido devido aoaumento de turbulência ocasionado pelo dispositivo de controle devazão, se concentram podendo trazer sérios problemas de odor.

Ventilação

• Com o acúmulo de sulfetos na câmara de entrada, este local setorna um ambiente altamente tóxico que pode causar a morte deoperadores que visitam a câmara sem a devida máscara de proteção.

• Para minimizar estes problemas, pode-se interligar a câmara demontante (entrada) à de jusante (saída) por meio de tubulação, demodo que os gases sejam transferidos para a câmara de jusante emodo que os gases sejam transferidos para a câmara de jusante earrastados pelo fluxo de esgotos a jusante do sifão.

• Dependendo da localização da câmara de montante, os gasespoderão ser lançados na atmosfera, desde que as condiçõesambientais do local não sejam afetadas. Não havendo nesse casoa necessidade de interligação das câmaras.

Ventilação

Extravasores

• A possibilidade de ocorrência de acidentes, quebras,entupimentos etc. que podem interromper ofuncionamento do sifão requer a instalação dedispositivos de extravasão ou de descarga.

• Quando o sifão destina-se à travessia de um curso• Quando o sifão destina-se à travessia de um cursod’água, pode-se prever uma canalização extravasora nacâmara de montante, com cota suficiente para olançamento dos esgotos no rio. Esta solução só não deveser utilizada nos casos em que a manutenção daqualidade da água no corpo receptor a torna inviável.

Materiais

• Para o sifão invertido podem utilizados tubos de ferrofundido dúctil, concreto armado, aço ou plástico.

• Nos casos em que o sifão é construído sobre leitos decursos d’água, deve-se verificar seu peso ou ancorar astubulações para prevenir sua flutuação, condição quetubulações para prevenir sua flutuação, condição quepode ocorrer durante o período de construção ou quandodo seu esvaziamento para reparos.

• Os tubos leves geralmente são revestidos com umacamada de concreto visando impedir seu deslocamentoe, às vezes, para sua proteção.

Considerações complementares

• Uma das principais preocupações ligadas ao uso de sifõesinvertidos se refere a eventuais necessidades de desobstruí-los,particularmente quando ocorre o acumulo de sólidos mais pesados,como pedras, que resistem ao arraste hidráulico e requerem autilização de equipamentos mecanizados de limpeza.

• Procura-se utilizar os mesmos equipamentos utilizados para a• Procura-se utilizar os mesmos equipamentos utilizados para alimpeza das redes coletoras.

• Um equipamento de limpeza de sifões invertidos bastante utilizadoe eficiente é o “Bucket machine”, utilizado para limpeza de redescoletoras, quando estas contêm terra ou pedra depositadas em quasetoda sua extensão.

Bucket Machine


- a velocidade nas canalizações deve ser tal que impeça adeposição de partículas (V ≥ 0,9 m s-1);

- como as vazões são muito variáveis, as canalizaçõesdevem ser projetadas de maneira que uma delas sejadevem ser projetadas de maneira que uma delas sejasuficiente para conduzir as águas no período de baixavazão e, as demais, para atender escalonadamente, asvazões maiores;


- a câmara de entrada deve ser projetada de maneira aencaminhar a vazão mínima para a canalizaçãocorrespondente e, tão logo a vazão atinja o valorlimitado para essa canalização, através de vertedorlateral (calculado convenientemente) começa aalimentação da segunda linha e posteriormente, demaneira semelhante, da terceira linha;maneira semelhante, da terceira linha;

- a câmara de saída deve dispor de acessórios queimpeçam o refluxo para as canalizações que nãoestiverem sendo utilizadas;

- devem ser previstas instalações que permitam a limpezadas canalizações e câmaras de acesso.

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