Saneamento Ambiental I

1

Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental

Aula 05 – Reservatórios de Distribuição de Água

Profª Heloise G. Knapik

2

Reservatórios de Distribuição de Água

• Reservatório de água tratada • São estruturas para a regularização horária das vazões (entre

uma adutora e uma rede de distribuição) • Reserva para incêndios e situações emergenciais • Podem ser de diferentes formas (apoiados, elevados) e com

volumes variados

Dimensionamento de redes: etapas

3

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

Reservatórios: zonas de pressão

4

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

Localização no Terreno

5

Reservatórios: volume e nível

6

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

Reservatórios: zonas de pressão

7

• Pressão dinâmica mínima: 10 mca

• Pressão estática máxima: 50 mca

A

B C

10 m +hf

40 m - hf

Reservatório (R)

Área a ser abastecida por R

Localização no Sistema: Montante

9

Localização no Sistema: Jusante

10

Localização no Sistema: Montante e Jusante

11

Capacidade dos Reservatórios

Volume útil Volume para combate a incêndio

Volume para emergência

Volume útil – Como calcular???

13

Quando se dispõe da curva de

consumo

Quando não há dados de consumo

Tipo de adução: • Adução contínua

• Adução intermitente

Volume útil – Com curva de consumo e Adução Contínua

Formas de cálculo: - Comparação gráfica

- Volumes diferenciais

- Diagrama de massa - Resolução da equação:

Volume útil – Com curva de consumo e Adução Intermitente

15

Adução

Consumo

Volume útil – Sem dados da Curva de Consumo

16

Representação pela curva senoidal

𝑄 = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝑏𝑡 + 𝐾1𝑄

𝑉𝑟𝑒𝑠 = 𝑄𝑑𝑡 − 1224

12

𝐾1𝑄

𝑉𝑟𝑒𝑠 =𝐾2 − 1

𝜋24𝐾1𝑄

Para K2=1,5, o volume é aprox. 16% do volume consumido

durante o dia de maior consumo

Volume para emergência – Combate a incêndio

17

• Nos EUA: 31,4 L/s

• Na Espanha:

• 120 m³ para populações menores que 5.000 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

Volume para emergência

18

• 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

Volume utilizado para projetos

19

• 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

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

• Vazão a ser bombeada:

𝑸𝑬 = 𝑸𝑫𝑴𝑪 𝟏 + 𝝀

𝑄𝐸 : vazão do reservatório elevado; 𝑄𝐷𝑀𝐶 : vazão do dia de maior consumo

𝑉𝑍 : volume total de reservação necessário; 𝑉𝐸 : volume do reservatório elevado

𝝀 =𝑽𝒁 − 𝑽𝑬𝑽𝒁

Exemplo 1: Volume de reservatório

21

Calcular os volume dos reservatórios (elevado para zona alta e apoiado para a zona baixa) considerando os seguintes dados para o alcance do projeto:

• D: densidade populacional de 240 hab/ha

• q: consumo per capita médio de 250 L/hab.dia

• K1= 1,2; K2 = 1,5

Considerando duas zonas de pressão (alta e baixa, de acordo com a topografia):

• Área da zona alta: 3,0 ha

• Área da zona baixa: 6,4 ha

Exemplo 1: Volume de reservatório

22

Sequência de cálculo:

1. População de projeto: 𝑃 = 𝑓(𝐷)

2. Vazões de projeto: 𝑄 = 𝑓(𝑃)

3. Volume de água demandados no dia de maior consumo (VDMC)

4. Volume de reservação necessários (VR)

5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE)

Exemplo 1: Volume de reservatório

23

1. População de projeto: 𝑃 = 𝑓(𝐷)

• Zona alta: 3,0 ha x 240 hab/ha = 720 hab

• Zona baixa: 6,4 ha x 240 hab/ha = 1.536 hab

𝑃(ℎ𝑎𝑏) = 𝐷 (ℎ𝑎𝑏/ℎ𝑎). 𝐴(ℎ𝑎)

Exemplo 1: Volume de reservatório

24

2. Vazões de projeto:𝑄 = 𝑓(𝑃)

- No dia de maior consumo (QDMC)

- Na hora de maior consumo (QHMC)

• Zona alta: 1,2 x 250 x 720/86400 = 2,5 L/s

• Zona baixa: 1,2 x 250 x 1.536 /86400 = 5,33 L/s

• Total: 7,83 L/s

𝑄𝐷𝑀𝐶 =𝑘1 𝑞 𝑃

86400

𝑄𝐻𝑀𝐶 =𝑘1 𝑘2 𝑞 𝑃

86400

• Zona alta: 1,2 x 1,5 x 250 x 720/86400 = 3,75 L/s

• Zona baixa: 1,2 x 1,5 x 250 x 1.536 /86400 = 8,00 L/s

• Total: 11,75 L/s

Exemplo 1: Volume de reservatório

25

3. Volume de água demandados no dia de maior consumo (VDMC)

• Zona alta: 2,5 [L/s].86400 [s] = 216.000 L = 216 m³

• Zona baixa: 5,33 [L/s].86400 [s] = 460.512 L = 461 m³

𝑉𝐷𝑀𝐶[𝐿] = 𝑄𝐷𝑀𝐶[𝐿/𝑠]. 86400[𝑠]

Exemplo 1: Volume de reservatório

26

4. Volume de reservação necessários (VR)

Admitindo-se que a localidade não dispõe de estudos específicos, podemos considerar o VR como 1/3 do volume de água consumido no dia de maior consumo:

• Zona alta: VRZA: 1/3 x 216 = 72 m³

• Zona baixa: VRZB: 1/3 x 461 = 154 m³

• Total: VRT = 226 m³

Exemplo 1: Volume de reservatório

27

4. Volume dos reservatórios

Zona alta: reservatório elevado

Zona baixa: reservatório apoiado

Hipótese (a): sem minimizar o volume do reservatório elevado

• Reservatório elevado = 72 m³ : Volume padrão de 75 m³

• Reservatório apoiado = 154 m³ : Volume padrão de 150 m³

Exemplo 1: Volume de reservatório

28

4. Volume dos reservatórios

Hipótese (b): minimizando o volume do reservatório elevado (aprox. 20% do volume demandado no dia de maior consumo)

• Volume do reservatório elevado

VE = 20% x 216 m³ = 43,2 m³ : Volume padrão de 50 m³

Verificar a autonomia do reservatório na hora de maior consumo:

t = 50.000 [L] / 3,75 [L/s] / 3.600 [s/h] = 3,7 h (> 0.5 h OK!)

• Volume do reservatório apoiado

VA = VR – VE = 226 – 50 = 176 m³ : Volume padrão de 200 m³

Exemplo 1: Volume de reservatório

29

4. Volume dos reservatórios

Hipótese (a): sem minimizar o volume do reservatório elevado

• Reservatório elevado = 72 m³ : Volume padrão de 75 m³

• Reservatório apoiado = 154 m³ : Volume padrão de 150 m³

Hipótese (b): minimizando o volume do reservatório elevado

• Reservatório elevado = 43.2 m³ : Volume padrão de 50 m³

• Reservatório apoiado = 176 m³ : Volume padrão de 200 m³

O reservatório apoiado incluirá 25 m³ do volume de reservação da zona alta: necessita de uma estação elevatória entre os dois reservatórios

Exemplo 1: Volume de reservatório

30

5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE)

𝑄𝐸 = 𝑄𝐷𝑀𝐶 1 + 𝜆

𝑄𝐸 : vazão do reservatório elevado

𝑄𝐷𝑀𝐶 : vazão do dia de maior consumo

𝑉𝑍 : volume total de reservação necessário

𝑉𝐸 : volume do reservatório elevado

𝜆 =𝑉𝑍 − 𝑉𝐸𝑉𝑍

Exemplo 1: Volume de reservatório

31

5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE)

• Para VE = 75 m³

𝜆 =0,5 75 − 75

75= 𝟎

• Para VE = 50 m³

𝜆 =0,5 75 − 50

75= 𝟎, 𝟏𝟕

𝑄𝐸 = 𝑄𝐷𝑀𝐶 = 𝟐. 𝟓𝟎 𝑳/𝒔

𝑄𝐸 = 2,50 1 + 0,17 = 𝟐, 𝟗𝟑 𝑳/𝒔

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

Tubulações e configurações

Exemplos de reservatórios

35

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

Saneamento Ambiental I

36

Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental

Muito Obrigada!

http://people.ufpr.br/~heloise.dhs/th018.html