Saneamento Geral - Material

Prof.: José Mendes SANEAMENTO GERAL

SANEAMENTO GERAL

1 - INTRODUÇÃO

1.1 - Finalidade da Disciplina

Abastecimento urbano de água;

Caracterização de águas;

Noções sobre tratamento d’água;

Sistema urbano de esgoto;

Tratamento de esgotos;

Abastecimento d’água no meio rural;

Disposição de despejos.

2 - Conceitos Gerais

2.1 - Saneamento Ambiental

É o conjunto de ações sócio-econômicas que têm por objetivo alcançar níveis de Salubridade Ambiental, por meio de

abastecimento de água potável, coleta e disposição sanitária de resíduos sólidos, líquidos e gasosos, promoção da

disciplina sanitária de uso do solo, drenagem urbana, controle de doenças transmissíveis e demais serviços e obras

especializadas, com a finalidade de proteger e melhorar as condições de vida urbana e rural.

2.2 - Meio Ambiente

A lei 6.938, de 31/08/81, que dispõe sobre a Política Nacional de Meio Ambiente, seus fins e mecanismos de

formulação e aplicação no Brasil, define: “Meio ambiente é o conjunto de condições, leis, influências e interações de

ordem física, química e biológica, que permite, abriga e rege a vida em todas as suas formas”.

2.3 - Salubridade Ambiental

É o estado de higidez em que vive a população urbana e rural, tanto no que se refere a sua capacidade de inibir, prevenir

ou impedir a ocorrência de endemias ou epidemias veiculadas pelo meio ambiente, como no tocante ao seu potencial de

promover o aperfeiçoamento de condições mesológicas favoráveis ao pleno gozo de saúde e bem estar.

2.4 - Água

2.4.1 - Considerações Gerais

Todas as reações nos seres vivos necessitam de um veículo que as facilite e que sirva para regular a temperatura devido

ao grande desprendimento de calorias resultante da oxidação da matéria orgânica.

A água que é fundamental à vida, satisfaz completamente a estas exigências e se encontra presente em proporções

elevadas na constituição de todos os seres vivos, inclusive no homem, onde atinge cerca de 75% de seu peso. Sua

influência foi primordial na formação das aglomerações humanas.

O homem sempre se preocupou com o problema da obtenção da qualidade da água e em quantidade suficiente ao seu

consumo e desde muito cedo, embora sem grandes conhecimentos, soube distinguir uma água limpa, sem cor e odor, de

outra que não possuísse estas propriedades atrativas.

1


2.4.2 - Ciclo Hidrológico

A água presente em nosso ambiente encontra-se em constante movimento. Os processos de transporte de massa tem

lugar na atmosfera, em terra e nos oceanos. O conjunto desses processos é chamado de ciclo hidrológico e a energia

necessária para seu funcionamento é de origem solar – mais precisamente, a diferença entre a radiação emitida pelo Sol

e a refletida pela atmosfera terrestre. O insumo básico, em termos hídricos, constituísse pela precipitação.

O homem sempre procurou entender os fenômenos do ciclo hidrológico e mensurar as suas fases, na medida em que se

capacitava tecnologicamente. Entretanto, em que pese o atual conhecimento sobre o ciclo, há o caráter aleatório inerente

ao mesmo, que nos obriga a trabalhar sempre com estatística.

Figura 1 - Ciclo Hidrológico

2.4.3 - Distribuição Geográfica da Água

A quantidade de água livre sobre a terra atinge 1.370 milhões km3, correspondente a uma camada imaginária de 2.700m

de espessura sobre toda a superfície terrestre (510 milhões de km2) ou a profundidade de 3.700m se considerarmos as

superfícies dos mares e oceanos somados (274 milhões de km2).

À primeira vista, o abastecimento de água parece realmente inesgotável, mas se considerarmos que 97% (noventa e

sete) são água salgada, não utilizável para a agricultura, uso industrial ou consumo humano, a impressão já muda.

Agrava-se ainda que, da quantidade de água doce existente 3% (três por cento), apenas 0,3% (zero vírgula três por

cento), aproximadamente, é aproveitável pois a maior parte encontra-se presente na neve, gelo ou em lençóis

subterrâneos situados abaixo de uma profundidade de 800m, tornando-se inviável ao consumo humano.

Em resumo, a água utilizável é um total de 98.400km3 sob a forma de rios e lagos e 4.050.800km3 sob a forma de

águas subterrâneas, equivalentes a uma camada de 70,3cm, distribuída ao longo da face terrestre (136 milhões de km2).

2.4.4 - A Utilização da Água e as Exigências de Qualidade

A água pode ser considerada sob três aspectos distintos, em função de sua utilidade, conforme apresentado a seguir:

2


Quadro 1 -Usos da Água

Com o aumento das aglomerações humanas e com a respectiva elevação do consumo da água o homem passou a

executar grandes obras destinadas a captação, transporte e armazenamento deste líquido e também a desenvolver

técnicas de tratamento interferindo assim no ciclo hidrológico e gerando um ciclo artificial da água.

Algumas comunidades captam água subterrânea para abastecimento público, mas a maioria delas se aproveita de águas

superficiais que após o tratamento é distribuída para as residências e indústrias. Os esgotos gerados são coletados e

transportados para uma estação para tratamento anterior à sua disposição final. Os métodos convencionais promovem,

apenas, uma recuperação parcial da qualidade da água original. A diluição em um corpo receptor e a purificação pela

natureza promovem melhora adicional na qualidade da água. Entretanto, outra cidade a jusante da primeira,

provavelmente, captará água para abastecimento municipal antes que ocorra a recuperação completa. Essa cidade, por

sua vez, a trata e dispõe o esgoto gerado novamente por diluição.

Esse processo de captação e devolução por sucessivas cidades em uma bacia resulta numa reutilização indireta da água.

Durante as estiagens, a manutenção da vazão mínima em muitos rios pequenos dependem, fundamentalmente, do

retorno destas descargas de esgotos efetuadas a montante. Assim, o ciclo artificial da água integrado ao ciclo

hidrológico natural é:

- captação de água superficial, tratamento e distribuição;

- coleta, tratamento e disposição em corpos receptores dos esgotos gerados;

- purificação natural do corpo receptor; e

- repetição deste esquema por cidades a jusante.

A descarga de esgotos tratados de modo convencional em lagos, reservatórios e estuários, os quais agem como lagos,

acelera o processo de eutrofização. A deterioração da qualidade da água, assim resultante, interfere no reuso indireto

para abastecimento público e atividades recreativas.

Na reutilização da água surgem problemas gerados pelos sólidos dissolvidos que poderiam ser solucionados com

métodos avançados, porém de custo muito elevado, de tratamento de despejos e de água do abastecimento. Tais águas

conterão traços de compostos orgânicos, que poderão acarretar problemas de gosto e odor ou outros ainda piores à

saúde, tornando-a imprópria para os usuários de jusante.

Os compostos químicos mais sofisticados (como, por exemplo, os organofosforados, policlorados e bifenóis, usados na

indústria e agricultura) causam preocupações, uma vez que não podem ser detectados rapidamente nas baixíssimas

concentrações em que geralmente ocorrem.

3


Como podemos notar o rápido crescimento da população e os acelerados avanços no processo de industrialização e

urbanização das sociedades, tem repercussões sem precedentes sobre o ambiente humano.

Nas Américas segundo a Organização Pan-Americana de Saúde os principais problemas encontrados no setor de

abastecimento de água são:

- instalações de abastecimento público ou abastecimento individual em mau estado, com deficiências nos projetos ou sem a adequada manutenção;

- deficiência nos sistemas de desinfecção de água destinada ao consumo humano com especial incidência em pequenos povoados;

- contaminação crescente das águas superficiais e subterrâneos por causa de deficiente infra-estrutura de sistema de esgotamento sanitário, ausência de sistema de depuração de águas residuárias, urbanas e industriais e inadequado tratamento dos resíduos sólidos com possível repercussão no abastecimento de água, em área para banhos e recreativas, na irrigação e outros usos da água que interfira na saúde da população.

Os riscos expostos anteriormente se traduzem em um meio degradado com águas poluídas e uma alta incidência de

mortalidade por transmissão hídrica. Em vários países da América Latina e Caribe, as gastroenterites e as doenças

diarréicas figuram entre as dez principais causas de mortalidade, sendo responsáveis por cerca de 200.000 mortes ao

ano sem incluir as causadas pela febre tifóide e hepatite e outras similares.

Para abordar esses problemas a OPAS (1998), através do Programa Marco de Atenção ao Meio Ambiente, propõe

medidas de controle e vigilância a serem empreendidas por Sistemas Locais de Saúde que permitam uma gestão correta

da água cujos objetivos específicos são:

- estabelecer um controle das instalações e uma vigilância contínua da qualidade das águas de abastecimento, principalmente as não procedentes da rede;

- identificar o déficit e as prioridades no fornecimento dos serviços de água e de esgoto;

- estabelecer um controle periódico dos lançamentos nos corpos d’água e fossas;

- estabelecer uma vigilância e controle das piscinas e áreas para banho e recreativas;

- estabelecer um sistema de previsão de danos causados por catástrofes;

- estabelecer um controle periódico da qualidade da água para irrigação de hortaliças;

- estabelecer, quando necessário, um sistema de desinfecção de água nos domicílios.

2.4.5 - Processos de Poluição da Água

As formas de poluição da água são várias, de origem natural ou como resultado das atividades humanas. Existem

essencialmente três situações de poluição, cada uma delas característica do estágio de desenvolvimento social e

industrial:

- Primeiro estágio: poluição patogênica. Neste estágio, as exigências quanto à qualidade da água são

relativamente pequenas, tornando-se comuns as enfermidades veiculadas pela água. O uso de estações de

tratamento de água e sistemas de adução podem prevenir os problemas sanitários neste estágio;

- Segundo estágio: poluição total. Este estágio define-se como aquele em que os corpos receptores tornam-se

realmente afetados pela carga poluidora que recebem (expressa como sólidos em suspensão e consumo de

oxigênio). Este estágio normalmente ocorre durante o desenvolvimento industrial e o crescimento das áreas

urbanas. Os prejuízos causados ao corpo receptor e, em conseqüência, à população podem ser reduzidos com a

implantação de sistemas eficientes de tratamento de água e de esgotos;

- Terceiro estágio: poluição química. Este estágio é o da poluição insidiosa, causada pelo contínuo uso da água.

O consumo de água aumenta em função do aumento da população e da produção industrial. Cada dia é maior a

quantidade de água retirada dos rios e maior e mais diversa a poluição neles descarregada.

4


Quadro 2 - Principais Processos Poluidores da Água

2.4.6 - Controle da Poluição da Água

No planejamento das atividades, visando estratégias de controle da poluição da água, é fundamental que se considere a

bacia hidrográfica como um todo a fim de se obter uma maior eficiência na realização dessas atividades. Dentre as

principais técnicas encontradas podemos citar: implantação de sistemas de coleta e tratamento de esgotos sanitários e

indústrias; controle de focos de erosão e recuperação de rios objetivando o retorno ao seu equilíbrio dinâmico, através

da restauração de suas condições naturais.

Quanto a recuperação dos rios existem dois tipos de técnicas: não estruturais que não requerem alterações físicas no

curso d’água e incluem as políticas administrativas e legais e os procedimentos que limitam ou regulamentam alguma

atividade; e técnicas estruturais que requerem algum tipo de alteração física no corpo d’água e incluem reformas nas

estruturas já existentes acelerando os processos naturais de sua recuperação.

Com relação à agentes poluidores de origem industrial o problema mais importante parece estar centralizado nos

seguintes aspectos:

- providenciar um controle ambiental seguro, sem prejuízos dos investimentos econômicos;

- obtenção de informação técnica referente aos melhores meios de que se dispõe para controlar a poluição;

- obtenção e emprego de técnicas de combate à poluição ambiental e de pessoal especializado na aplicação das mesmas;

- selecionar e adaptar as soluções de controle importadas ao conjunto de técnicas desenvolvidas no país.

Para o Brasil encarar os problemas da poluição ambiental já existentes e os do futuro, resultantes da atividade industrial,

é necessário um senso de perspectiva de tal modo que as medidas de controle possam fazer parte do contexto de uma

economia planejada e de um desenvolvimento social.

Aceitar tecnologia definida por outros países pode trazer sérios entraves aos investimentos nacionais e estrangeiros em

vários setores industriais. É preciso estar sempre desenvolvendo uma tecnologia nacional de controle da poluição

industrial fundamentada na pesquisa e desenvolvendo métodos adequados a nossa realidade, aliados à seleção e

adaptação da tecnologia importada, paralelamente à formação e capacitação de pessoal técnico especializado.

5


3 - ABASTECIMENTO URBANO DE ÁGUA

3.1 - Aspectos sanitários econômicos

Um Sistema de Abastecimento de Água pode ser concebido e projetado para atender a pequenos povoados ou a grandes

cidades, variando nas características e no porte de suas instalações. Caracteriza-se pela retirada da água da natureza,

adequação de sua qualidade, transporte até os aglomerados humanos e fornecimento à população em quantidade

compatível com suas necessidades.

Como definição o Sistema de Abastecimento Público de Água constitui-se no conjunto de obras, instalações e serviços,

destinados a produzir e distribuir água a uma comunidade, em quantidade e qualidade compatíveis com as necessidades

da população, para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos.

A água constitui elemento essencial à vida vegetal e animal. O homem necessita de água de qualidade adequada e em

quantidade suficiente para atender a suas necessidades, para proteção de sua saúde e para propiciar o desenvolvimento

econômico.

Sob o ponto de vista sanitário, a solução coletiva é a mais interessante por diversos aspectos como:

mais fácil proteger o manancial;

mais fácil supervisionar o sistema do que fazer supervisão de grande número de mananciais e sistemas;

mais fácil controlar a qualidade da água consumida;

redução de recursos humanos e financeiros (economia de escala).

Os sistemas individuais são soluções precárias para os centros urbanos, embora indicados para as áreas rurais onde a

população é dispersa e, também, para as áreas periféricas de centros urbanos, para comunidades urbanas com

características rurais ou, ainda, para as áreas urbanas, como solução provisória, enquanto se aguardam soluções mais

adequadas. Mesmo para pequenas comunidades e para áreas periféricas, a solução coletiva é, atualmente, possível e

economicamente interessante, desde que se adotem projetos adequados.

3.2 - Importância Sanitária e Social

Sob o aspecto sanitário e social, o abastecimento de água visa, fundamentalmente, a:

controlar e prevenir doenças;

implantar hábitos higiênicos na população como, por exemplo, a lavagem das mãos, o banho e a limpeza de utensílios e higiene do ambiente;

facilitar a limpeza pública;

facilitar as práticas desportivas;

propiciar conforto, bem estar e segurança;

aumentar a esperança de vida da população.

Em 1958, o extinto Serviços Especial de Saúde Pública (SESP), realizou pesquisas na cidade de Palmares, situada no

Estado de Pernambuco, onde demonstrou-se a possibilidade de redução de mais de 50% na mortalidade infantil por

diarréia com a implantação do sistema de abastecimento de água.

3.3 - Importância Econômica

Sob o aspecto econômico, o abastecimento de água visa, em primeiro lugar, a:

aumentar a vida média pela redução da mortalidade;

6


aumentar a vida produtiva do indivíduo, quer pelo aumento da vida média quer pela redução do tempo perdido com doença;

facilitar a instalação de indústrias, inclusive a de turismo, e consequentemente ao maior progresso das comunidades;

facilitar o combate a incêndios.

3.4 - Doenças Relacionadas com a Água

De várias maneiras a água pode afetar a saúde do homem: através da ingestão direta, na preparação de alimentos; na

higiene pessoal, na agricultura, na higiene do ambiente, nos processos industriais ou nas atividades de lazer.

Os riscos para a saúde relacionados com a água podem ser distribuídos em duas categorias:

Riscos relacionados com a ingestão de água contaminada por agentes biológicos (bactérias, vírus e parasitos), através de contato direto, ou por meio de insetos vetores que necessitam da água em seu ciclo biológico;

Riscos derivados de poluentes químicos e radioativos, geralmente efluentes de esgotos industriais, ou causados por acidentes ambientais.

Os principais agentes biológicos encontrados nas águas contaminadas são as bactérias patogênicas, os vírus e os

parasitos. As bactérias patogênicas encontradas na água e/ou alimentos constituem uma das principais fontes de

morbidade e mortalidade em nosso meio. São responsáveis por numerosos casos de enterites, diarréias infantis e

doenças epidêmicas (como o cólera e a febre tifóide), que podem resultar em casos letais.

Quadro 3 - Doenças Relacionadas com o Abastecimento de Água

7


3.5 - Qualidade da Água

A água não é encontrada pura na natureza. Ao cair em forma de chuva, já carreia impurezas do próprio ar. Ao atingir o

solo seu grande poder de dissolver e carrear substâncias altera ainda mais suas qualidades.

Dentre o material dissolvido encontram-se as mais variadas substâncias como, por exemplo, substâncias calcárias e

magnesianas que tornam a água dura; substâncias ferruginosas que dão cor e sabor diferentes à mesma e substâncias

resultantes das atividades humanas, tais como produtos industriais, que a tornam imprópria ao consumo. Por sua vez, a

água pode carrear substâncias em suspensão, tais como partículas finas dos terrenos por onde passa e que dão turbidez à

mesma; pode também carrear substâncias animadas, como algas, que modificam seu sabor, ou ainda, quando passa

sobre terrenos sujeitos à atividade humana, pode levar em suspensão microorganismos patogênicos.

3.5.1 - Padrões de Potabilidade

A água própria para o consumo humano, ou água potável, deve obedecer a certos requisitos de ordem:

organoléptica: não possuir sabor e odor objetáveis;

física: ser de aspecto agradável; não ter cor e turbidez acima dos limites estabelecidos nos padrões de potabilidade;

química: não conter substâncias nocivas ou tóxicas acima dos limites de tolerância para o homem;

biológica: não conter microorganismos patogênicos;

radioativa: não ultrapassar o valor de referência previsto na Portaria 036 do Ministério da Saúde, de 19.01.90;

segundo recomendações da Portaria 036/90 do M.S, o pH deverá ficar situado no intervalo de 6,5 a 8,5 e a concentração mínima de cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuição, deverá ser de 0,2mg/l.

As exigências humanas quanto à qualidade da água crescem com o progresso humano e o da técnica. Justamente para

evitar os perigos decorrentes da má qualidade da água, são estabelecidos padrões de potabilidade. Estes apresentam os

Valores Máximos permissíveis (VMP) com que elementos nocivos ou características desagradáveis podem estar

presentes na água, sem que esta se torne inconveniente para o consumo humano.

Características Físicas e Organolépticas

- a água deve ter aspecto agradável. A medida é pessoal;

- deve ter sabor agradável ou ausência de sabor objetável. A medida do sabor é pessoal;

- não deve ter odores desagradáveis ou não ter odor objetável. A medida do odor é também pessoal;

- a cor é determinada pela presença de substâncias em dissolução na água e não afeta sua transparência;

- a turbidez é devida a matéria em suspensão na água (argila, silte, matéria orgânica, etc.) e altera sua transparência.

Características Químicas

São fixados limites de concentração por motivos de ordens sanitária e econômica.

- Substâncias relacionadas com aspectos econômicos:

a) substâncias causadoras de dureza, como os cloretos, sulfatos e bicarbonatos de cálcio e magnésio. As águas

mais duras consomem mais sabão e, além disso, são inconvenientes para a indústria, pois incrustam-se nas

caldeiras e podem causar danos e explosões.

- Substâncias relacionadas com o pH da água:

a) a água de baixo pH, isto é, ácida, é corrosiva. Águas de pH elevado, isto é, alcalinas, são incrustativas.

Alcalinidade e dureza são expressas em mg/L de CaCO3.

8


- Substâncias indicadoras de poluição por matéria orgânica:

a) compostos nitrogenados: nitrogênio amoniacal, nitritos e nitratos. Os compostos de nitrogênio provêm de

matéria orgânica e sua presença indica poluição recente ou remota. Quanto mais oxidados são os compostos de

nitrogênio, tanto mais remota é a poluição. Assim, o nitrogênio amoniacal indica poluição recente e os nitratos

indicam que a poluição ocorreu há mais tempo;

b) oxigênio consumido: a água possui normalmente oxigênio dissolvido em quantidade variável conforme a

temperatura e a pressão. A matéria orgânica em decomposição exige oxigênio para sua estabilização;

consequentemente, uma vez lançada na água, consome o oxigênio nela dissolvido. Assim, quanto maior for o

consumo de oxigênio, mais próxima e maior terá sido a poluição;

c) cloretos: os cloretos existem normalmente nos dejetos animais. Estes, sob certas circunstâncias, podem causar

poluição orgânica dos mananciais.

Características Bacteriológicas

A água é normalmente habitada por vários tipos de microorganismos de vida livre e não parasitária, que dela extraem os

elementos indispensáveis à sua subsistência.

Ocasionalmente, são aí introduzidos organismos parasitários e/ou patogênicos que, utilizando a água como veículo,

podem causar doenças, constituindo, portanto, um perigo sanitário potencial.

É interessante notar que a quase totalidade dos seres patogênicos é incapaz de viver em sua forma adulta ou reproduzir-

se fora do organismo que lhe serve de hospedeiro e, portanto, tem vida limitada quando se encontram na água, isto é,

fora do seu habitat natural.

Alexander Houston demonstrou, em 1908, que, quando uma água contaminada com bacilos de febre tifóide era

armazenada por uma semana, mais de 90% dessas bactérias eram destruídas. São vários os agentes de destruição normal

de organismos patogênicos nas águas armazenadas. Além da temperatura, destacam-se os efeitos da luz, a

sedimentação, a presença ou não de oxigênio dissolvido, parasitas ou predadores de bactérias, substâncias tóxicas ou

antibióticas produzidas por outros microorganismos como algas e fungos, etc.

Entre os principais tipos de organismos patogênicos que podem encontrar-se na água, estão as bactérias, vírus,

protozoários e helmintos.

Devido à grande dificuldade para identificação dos vários organismos patogênicos encontrados na água, dá-se

preferência, para isso, a métodos que permitam a identificação de bactérias do “grupo coliforme” que, por serem

habitantes normais do intestino humano, existem, obrigatoriamente, em águas poluídas por matéria fecal.

As bactérias coliformes são normalmente eliminadas com a matéria fecal, à razão de 50 a 400 bilhões de organismos

por pessoa por dia. Dado o grande número de coliformes existentes na matéria fecal (até 300 milhões por grama de

fezes), os testes de avaliação qualitativa desses organismos na água têm uma precisão ou sensibilidade muito maior do

que a de qualquer outro teste.

Observação: “No Brasil os padrões de potabilidade da água para o consumo humano são estabelecidos pelo Ministério

da Saúde”, atualmente encontra-se em vigor a portaria MS-036/90.

9


3.6 - Unidades do Sistema

Um sistema de abastecimento público de água compreende diversas unidades:

Manancial

Captação

Adução

de água bruta

de água tratada

Tratamento

Reservação

Reservatórios enterrados

Reservatórios semi-enterrados

Reservatórios apoiados

Reservatórios elevados

Distribuição

Redes distribuidoras

Estações elevatórias ou recalque (quando necessárias)

de água bruta

de água tratada

3.7 - Quantidade de Água para Fins Diversos

O homem precisa de água com qualidade satisfatória e quantidade suficiente, para satisfazer suas necessidades de

alimentação, higiene e outras, sendo um princípio considerar a quantidade de água, do ponto de vista sanitário, de

grande importância no controle e na prevenção de doenças, como nos casos de gastroenterites.

O volume de água necessário para abastecer uma população é obtido levando em consideração os seguintes aspectos:

3.7.1 - Parcelas Componentes dos Diferentes Usos da Água

· Demanda de Água

- Doméstico:a) bebida;b) cozinha;c) banho;d) lavagem de roupas e utensílios;

e) limpeza da casa;f) descarga dos aparelhos sanitários;g) rega de jardins;h) lavagem dos veículos.

- Comercial:

a) hotéis;b) pensões;c) restaurantes;d) estabelecimento de ensinos particulares;

e) postos de abastecimento de combustível;f) padarias;g) açougues.

- Industrial:

a) transformação de matéria prima;b) entra na composição do produto;

c) fins agropecuários;d) clubes recreativos.

- Público:

a) fontes;b) irrigação de jardins públicos;

c) limpeza pública;d) edifícios públicos.

- Segurança:

a) combate de Incêndio.

É necessário o desenvolvimento de estratégias para redução de perdas físicas de água nas unidades de adução,

tratamento, reservação, rede de distribuição e ramais prediais.

10


O desperdício nas unidades de consumo deve ser evitado.

3.7.2 - Consumo Médio de Água por Pessoa por Dia (Consumo Per Capita)

O "per capita" de uma comunidade é obtido, dividindo-se o total de seu consumo de água por dia pelo número total da

população servida.

A quantidade de água consumida por uma população varia conforme a existência ou não de abastecimento público, a

proximidade de água do domicílio, o clima, os hábitos da população. Havendo abastecimento público, varia, ainda,

segundo a existência de indústria e de comércio, a qualidade da água e o seu custo.

Nos projetos de abastecimento público de água, o "per capita" adotado varia de acordo com a natureza da cidade e o

tamanho da população. Normalmente adota-se as seguintes estimativas de consumo:

· População Abastecida sem Ligações Domiciliares:

Adota-se os seguintes consumos per capitã (Origem:Manual de Saneamento – Funasa):

- abastecida somente com torneiras públicas ou chafarizes, de 30 a 50 l/hab/dia;- além de torneiras públicas e chafarizes, possuem lavanderias públicas, de 40 a 80 l/hab./dia;- abastecidas com torneiras públicas e chafarizes, lavanderias públicas e sanitário ou banheiro público, de 60 a

100 l/hab./dia.

· Populações Abastecidas com Ligações Domiciliares:

Quadro 4 -

Observação: População flutuante : adotar o consumo de 100 1/hab/dia (Origem:Manual de Saneamento – Funasa)

De um modo geral, no Brasil adotam-se per capitas médios diários de consumo de água da ordem de 150 a 200 l/hab.dia

para cidades de até 10.000 hab e per capitas maiores para cidades com populações superiores. As normas brasileiras

permitem o dimensionamento com um mínimo de 100 l/hab.dia, devidamente justificado, e o mesmo valor para indicar

o consumo médio para populações flutuantes. Em áreas onde a população tem renda média muito pequena e os recursos

hídricos são limitados, como por exemplo em pequenas localidades do interior nordestino, este per capita pode atingir

valores inferiores a 100 l/hab.dia. Em situações contrárias e onde o sistema de abastecimento de água garante

quantidade e qualidade de água potável continuamente, este coeficiente pode ultrapassar os 500 l/hab.dia.

11


Quadro 5 - Consumo de água em algumas cidades (l/hab.dia)

Cidade População Ano Quota/ Fontecapita

BRASILCaieiras, SP 16000 1980 200 SabespS.Bernardo do Campo, SP 264000 1980 250 SabespAracaju, SE 320 000 1979 192 AbesPorto Alegre, RS 1 123 000 1981 318 DMAESalvador, BA 1 295 000 1979 248 AbesRio de Janeiro, RJ 4 410 000 1968 359 Cedae

Grande S.Paulo, SP 12 400 000 1980 282 Rev.DAE

AMÉRICA DO SUL

Assunção 380000 1972 250 Azevedo NettoMontevidéu 1 600 000 1972 350 Azevedo NettoBogotá 4300000 1981 240 EAAB

EUA.Atlanta 675 000 1978 562 AquaSão Francisco 665 000 1978 608 Aqua

Los Angeles 2 000 000 1968 645 Azevedo Netto

ÁFRICA

Cidade do Cabo 750 000 1978 225 AquaJohanesburgo 1 390000 1978 355 Aqua

Alger 500 000 1954 164 Lèau

EUROPA

Amsterdam 760 000 1978 241 AquaEstocolmo 930000 1978 328 AquaBerlim 2000000 1978 268 AquaRoma 2 790 000 1978 651 AquaBarcelona 3 150 000 1978 267 AquaParis 3 960000 1978 249 Aqua

Londres 5 710 000 1978 314 Aqua

OUTRAS CIDADES

Tel Aviv 340 000 1978 281 AquaMoscou 6 500 000 1968 500 Azevedo Netto

Sidney 1 650 000 1963 330 Twort

3.7.3 - Fatores que Afetam o Consumo de Água em Uma Cidade

De Caráter Geral:

- tamanho da cidade;- crescimento da população;- características da cidade (turística, comercial, industrial);- tipos e quantidades de indústrias;- clima mais quente e seco, maior o consumo de água verificado;- hábitos e nível sócio-econômico da população.

Fatores Específicos:

- qualidade de água (sabor, odor, cor);- custo da água: valor da tarifa;- a disponibilidade de água;- a pressão na rede de distribuição;- percentual de medição da água distribuída;- ocorrência de chuvas.

12


3.7.4 - As Variações de Consumo

No sistema de abastecimento de água ocorrem variações de consumo significativas, que podem ser anuais, mensais,

diárias, horárias e instantâneas. No projeto do sistema de abastecimento de água, algumas dessas variações de consumo

são levadas em consideração no cálculo do volume a ser consumido. São elas:

· Anuais: o consumo “per capita” tende a aumentar com o passar do tempo e com o crescimento populacional.

Em geral aceita-se um incremento de 1% ao ano no valor desta taxa;

· Mensais: as variações climáticas (temperatura e precipitação) promovem uma variação mensal do consumo.

Quanto mais quente e seco for o clima maior é o consumo verificado;

· Diária: ao longo do ano, haverá um dia em que se verifica o maior consumo. É utilizado o coeficiente do dia de

maior consumo (K1), que é obtido da relação entre o máximo consumo diário verificado no período de um ano e

o consumo médio diário. O valor usualmente adotado no Brasil para K1 é 1,20;

Observações estatísticas levadas a efeito em várias regiões indicaram os resultados a seguir, onde se fornecem os

valores de K1:

No Estado de São Paulo tem sido adotados os valores de 1,20 e 1,25.

Nos países de clima mais rigoroso e muito variável, os valores do coeficiente K1 são mais

elevados.

· Horária: ao longo do dia tem-se valores distintos de pique de vazões horária. Entretanto haverá “uma

determinada hora” do dia em que a vazão de consumo será máxima. É utilizado o coeficiente da hora de maior

consumo (K2), que é a relação entre o máximo consumo horário verificado no dia de maior consumo e o consumo

médio horário do dia de maior consumo. O consumo é maior nos horários de refeições e menores no início da

madrugada. O coeficiente K1 é utilizado no cálculo de todas as unidades do sistema, enquanto K2 é usado apenas

no cálculo da rede de distribuição.

Os seguintes valores de K2, são típicos:

Alemanha (Hutte) 1,5 a 2,5Espanha (Lázaro Urra) 1,6França (Debauve-Imbeaux) 1,5Estados Unidos (Fair-Geyer) 2 a 3Inglaterra (Gourley, Twort) 1,5 a 2Uruguai (OSE) 1,5

Pesquisa brasileira. Pesquisa feita pela Cetesb para o BNH, em 1978, abrangendo as cidades de Valinhos e Iracemápolis

(SP), revelou para o coeficiente k1 resultados que variam desde 1,25 até 1,42, conforme o setor.

O coeficiente k2, por sua vez oscilou entre 2,08 e 2,35. Atualmente os valores recomendáveis para projeto são:

K1: 1,1 a 1,4 e K2: 1,5 a 2, 3

13


Os menores valores de k1 são encontrados em cidades com pequenas variações climáticas. Os maiores valores de k2

decorrem de pequeno número ou inexistência de reservatórios domiciliares. Nesse caso geralmente se recomenda para o

produto K1xK2 o valor 2,8.

Figura 2 - Variação de consumo em um setor da cidade de São Paulo (registro de um medidor Venturi, em 19 de dezembro de 1952)

Coeficiente de reforço e coeficiente de variação instantânea: os coeficientes anteriormente definidos, multiplicados,

constituem o que se denomina coeficiente de reforço(K),

Se forem levadas em conta as variações instantâneas de vazão, deverá ser introduzido um novo fator: k3 (consultar

estudo do Prof. E. R. Yassuda "Contribuição para o Estudo das Vazões de Distribuição em Redes de Água Potável").

Critérios para projetos das diversas unidade de sistema: Sempre que forem previstos reservatórios de distribuição com

capacidade adequada, esses reservatórios serão capazes de suprir os volumes excedentes nas horas de grande consumo,

de modo que as instalações situadas a montante não precisam ser dimensionadas com o coeficiente k2. Assim as obras

14


de tomada de água, recalque de água bruta, adução, tratamento e reservação devem ser projetadas levando-se em conta

o coeficiente k1 relativo ao dia de maior consumo.

Nessas condições apenas o sistema distribuidor (rede) será calculado com a utilização dos dois coeficientes (k1e k2)

Fig. 3.

Em casos especiais de flutuações repentinas e significativas de vazão, pode-se aplicar o coeficiente k3 (tais casos

geralmente ocorrem onde são inexistentes os reservatórios prediais).

Figura 3 - Coeficientes de variação no dimensionamento das partes do sistema

3.7.5 - Vazões necessárias

Diante dos conceitos expostos acima, verifica-se que, para o dimensionamenl das diversas unidades de um sistema

público de abastecimento de água, há necessidade de se definir as vazões apresentadas a seguir.

onde:

Q = vazão média anual, l/s;

P = população abastecivel a ser considerada no projeto (habitantes);

q = taxa de consumo per capita em l/hab. por dia;

h = número de horas de funcionamento do sistema ou da unidade considerac

b) Vazão dos dias de maior consumo.

15


onde,

k1 = coeficiente do dia de maior consumo

c) vazão dos dias de maior consumo e na hora de maior demanda

onde

K = K1xK2 = coeficiente de reforço

Na figura 3 é mostrada esquematicamente a aplicação dos coeficientes de variação de consumo no dimensionamento

das unidades de um sistema de abastecimento de água.

3.8 - Mananciais

Os mananciais naturais de água, passíveis de aproveitamento para fins de abastecimento público, podem ser

classificados em dois grande grupos.

a) Manancial subterrâneo. Entende-se por manancial subterrâneo todo aquele cuja água provenha dos

interstícios do subsolo, podendo aflorar à superfície (fontes, bicas d'água, etc.) ou ser elevada artificialmente

através de conjuntos motor-bomba (poços rasos, poços profundos, galerias de infiltração).

b) Manancial superficial. É constituído pelos córregos, rios, lagos, represas, etc. que, como o próprio nome

indica, tem o espelho de água na superfície terrestre.

As águas desses mananciais deverão preencher requisitos mínimos no que tange à qualidade das mesmas no ponto de

vista físico, químico, biológico e bacteriológico, assim como no que diz respeito aos aspectos quantitativos; se o

manancial é capaz de suprir a comunidade por um período considerado razoável do ponto de vista técnico económico

(no mínimo a primeira etapa das obras, ou seja, 5 a 10 anos posteriores à implantação das mesmas).

Os padrões de potabilidade da água para consumo humano são definidos pela Portaria 36/90 do Ministério da Saúde.

3.9 - Captação de água

Na análise das obras de captação de água deverá ser levado em consideração o manancial a ser aproveitado na

implantação do sistema de abastecimento de água. Vejam-se as seções seguintes.

Figura 4 - Formas de captação

16


3.9.1 - Captação de água subterrânea

Para o aproveitamento da água subterrânea, é de fundamental importância o empreendimento de estudos prospectivos

que visem objetivamente a avaliação das reservas existentes.

Fontes ou bicas de água (água aflorante ou surgente)

Normalmente fornecem pouca vazão. As obras são constituídas basicamente de uma caixa receptora e acumuladora.

Dessa caixa, a água deverá ser levada à estação de tratamento para posterior distribuição. As obras deverão ser

suficientemente protegidas contra enxurradas e/ou qualquer outro agente pomidon Recomendam-se cuidados especiais

na proteção contra o acesso de animais à captação e tomada de água.

Lençol freático ou subsuperficial

O aproveitamento do lençol freático ou subsuperficial é feito normalmente em fundos de vale ou nas suas proximidades.

Como no caso anterior, a vazão é relativamente baixa. Esse aproveitamento pode ser feito horizontalmente, através de

um sistema de drenos coletores, ou verticalmente, mediante a perfuração de poços rasos.

A natureza da captação depende exclusivamente da espessura da camada aquífera, sendo que é recomendável uma

profundidade mínima de 3 m, para a coleta dessas águas, a fim de impedir a entrada de água insuficientemente filtrada

através do solo.

As obras de captação podem ser constituídas respectivamente como segue.

a) Sistema de drenos coletores. Composto de tubos perfurados interligados e encarregados de reunir a água

coletada num único ponto, de onde a mesma é devidamente conduzida para o seu aproveitamento, após

tratamento adequado. Os drenos são envolvidos externamente com camadas sucessivas de areia e pedra

britada (ou pedregulho) com o intuito de evitar a colmatação dos furos e a queda no rendimento do sistema

coletor. Alternativamente podem ser usadas mantas geotéxteis.

A área onde esse sistema é implantado deverá ser cuidadosamente protegida, a fim de evitar a contaminação

do lençol por agentes externos.

17


Figura 5 - Galeria de infiltração Figura 6 - Fonte de fundo de vale

b) Poços rasos. Obras compreendendo um ou mais poços perfurados verticalmente e, de um modo geral,

revestidos. A afluência da água do lençol freático ao poço poderá ser feita através de orifícios abertos no

revestimento protetor e pelo fundo do poço.

O diâmetro desses poços varia em função da capacidade de fornecimento de água do aquífero e do processo

de abertura e de construção, podendo ser adotado como diâmetro mínimo o valor de l m. Em casos de

camadas que só possam fornecer água muito lentamente, os mesmos poderão atingir até 8 m de diâmetro.

Com relação à profundidade recomenda-se que os mesmos não ultrapassem 30 m, sendo que a penetração na

camada aquífera poderá ir até cerca de 7 m, dependendo, evidentemente, da formação geológica da camada

aquífera e da posição do lençol a ser aproveitado. A medida que aumenta o diâmetro, aumenta a capacidade

de armazenamento do poço, porém um acréscimo maior é obtido aumentando a i penetração na camada

aquífera, ou seja, a profundidade da lâmina líquida. A água pode ser bombeada para o local de tratamento e

posterior distribuição.

Figura 7 - Poço raso

Lençol profundo ou artesiano

18


Após o lençol freático ou subsuperficial, geralmente se encontram camadas de terreno impermeável, quase sempre

argilosas, que contêm entre elas camadas aquíferas, denominadas lençol profundo ou artesiano. Esse lençol encontra-se

normalmente entre duas camadas impermeáveis de terreno, que o protegem contra a contaminação. A extração de água

desse lençol se faz mediante a perfuração de poços tubulares profundos, que, devido à grande variedade de tipos de

terreno e de formações aquíferas, assim como a diversidade dos métodos construtivos empregados, apresentam-se com

características construtivas que diferem bastante em cada caso.

Procedendo-se à perfuração de poços profundos numa região sinclinal, a água contida no lençol artesiano poderá jorrar,

pressionada pela água situada nas partes mais elevadas do lençol, obtendo-se o que se convenciona chamar

normalmente de artesianismo natural. Caso contrário, se a perfuração é feita numa região plana sem elevações

próximas, para atingir a superfície a água do lençol terá de ser elevada mediante conjuntos motor-bomba, o que se

denomina artesianismo comum. Nesse último caso, que é o mais frequente, deverá se proceder a ensaios de

bombeamento em poços de pesquisa, procurando-se estabelecer a correlação entre a vazão de extração e o nível

dinâmico da água no interior do poço.

Figura 8 - Corte do Terreno Mostrando os Lençóis de Água

Recomenda-se a perfuração de poços tubulares profundos desde que seja comprovado o potencial da camada aquífera

no local da perfuração ou nas suas imediações, e desde que esse potencial atenda à demanda de água prevista para a

comunidade a ser atendida. Evidentemente, para o atendimento dessa demanda, poderão ser perfurados dois ou mais

poços.

Os poços tubulares são de um modo geral revestidos internamente com tubos de aço, a fim de evitar a entrada de água

indesejável e não permitir o desmoronamento de camadas instáveis de terreno que foram atravessadas na perfuração.

O diâmetro útil desses poços é função direta da vazão de aproveitamento do poço, que por sua vez determina as

características do equipamento a ser implantado no mesmo para a elevação de água. Varia normalmente entre 150 a 300

mm, podendo chegar até a 600mm.

19


Quando a camada aquífera é constituída de material granular, são colocados, no extremo inferior do revestimento,

dispositivos que permitam a fácil passagem da água a ser captada, evitando-se o arrastamento desse material granular

para o interior da bomba. Esses dispositivos são conhecidos como filtros, telas ou crivos, sendo normalmente

constituídos de peças metálicas tubulares com orifícios, grelhas ou fendas destinadas a dar passagem à água. A norma

da ABTN, NBR 12212/1990 (NB 588), define as condições gerais e específicas para o projeto de poço para a captação

de água subterrânea.

Os poços profundos são construídos por meio de perfuratrizes, que podem ser:

· De Percussão

Mais simples, requerem menos conhecimento técnico; aplicam-se em qualquer tipo de terreno e em áreas de

rocha mais dura; exigem muito pouca água durante a operação;

· Rotativas

Exigem maiores conhecimentos do operador; requerem muita água durante a operação; levam vantagem em

terrenos de rocha mais branda, e são mais rápidas em terrenos sedimentares.

A proteção do poço é feita com tubos de revestimento em aço ou PVC, destinados a impedir o desmoronamento das

camadas de solo não consolidadas e evitar sua contaminação.

A retirada da água do poço, normalmente é realizada através de bombas centrífugas submersíveis, ou bombas a

compressor - “AIR LIFT”.

Para a montagem do poço e dimensionamento do conjunto elevatório são necessários as seguintes informações

fornecidas pelo perfurador:

- diâmetro do poço determinado pelo diâmetro interno do tubo de revestimento;

- vazão: vazão ótima que visa o aproveitamento técnico e econômico do poço, definida pela curva característica do poço (curva-vazão/rebaixamento);

- nível estático: nível que atinge a água no poço quando não há bombeamento;

- nível dinâmico: nível em que a água se estabiliza no poço, durante o bombeamento;

- profundidade de instalação da bomba: definida em função da posição prevista para o nível dinâmico, correspondente a vazão de bombeamento. Normalmente é localizada 10,00 metros abaixo do nível dinâmico;

- outros: condições de verticalidade e alinhamento do poço, características físicoquímicas da água, características da energia elétrica disponível, distância do poço ao ponto de abastecimento (reservatório por exemplo) e desnível geométrico

3.9.2 - Captação de águas superficiais

Os mananciais superficiais são constituídos pelo córregos, rios, lagos e reservatórios artificialmente criados, sendo que

esses últimos, quando construídos com a finalidade de garantir um determinado volume de água para fins de

abastecimento público, passam a fazer parte da captação do sistema.

Para o projeto de captação de mananciais superficiais, devem ser examinados cuidadosamente todos os dados e

elementos que digam respeito às características quantitativas e qualitativas dos mesmos, tais como:

a) dados hidrológicos da bacia em estudo e, na falta destes, dados referentesa bacias próximas e/ou semelhantes

para estudos de correlação entre elas. notadamente no que tange à vazão específica da bacia;

b) dados fluviométricos do curso d'água a ser aproveitado e, na sua falta, elementos que digam

respeito às oscilações do nível de água nos períodos de estiagem e de enchentes, assim como por

20


ocasião de chuvas torrenciais. Tais informações poderão ser coletadas junto a pessoas conhecedoras

da região ou moradores das imediações.

c) elementos referentes às características físicas, químicas e bacteriológicas da água a ser

aproveitada, dando especial ênfase à determinação dos eventuais focos poluidores e/ou

contaminantes existentes a montante do local de captação escolhido. Deverá ser procedida a coleta de

amostras d'água a ser captada para exames de laboratório.

A elaboração do projeto de captação em mananciais superficiais deverá ser precedida de uma minuciosa análise das

condições locais da área de implantação das obras a serem projetadas, e somente após o balanço de todos os aspectos

referentes ao local de implantação é que poderá ser feita a escolha desse local, levando-se ainda em conta os eventuais

custos de desapropriação e, quando necessário, o recalque das águas mediante a construção de estações elevatórias, a

disponibilidade de energia elétrica para alimentação dos motores, etc.

De um modo geral, os elementos componentes de uma captação e tomada de água em mananciais superficiais são:

a) barragens de acumulação ou de manutenção de nível (quando necessárias) a fim de complementar a vazão na época das estiagens ou facilitar a retirada da água:

b) dispositivo de tomada de água devidamente protegido, a fim de impedir a entrada de materiais em suspensão na água (grades, caixas desarenadoras, etc.);

c) mecanismos de controle de entrada de água;

d) tubulações e órgãos acessórios;

e) poço de sucção das bombas;

f) casa de bombas, para alojamento dos conjuntos elevatórios (quando necessários).

No caso particular de lagos e rios de grande profundidade, onde se verificam grandes oscilações do nível de água,

recomenda-se a construção de torres de tomada ou tubulações junto ou nas proximidades da margem, dentro das quais

são instaladas bombas de eixo vertical, sendo que os motores e o equipamento elétrico de comando e controle ficam

alojados na parte superior da estrutura, acima do nível de enchente máxima.

A norma da ABNT, NBR 12213/1992 (NB589) define as condições gerais e específicas para projeto de captação de

água de superfície para o abastecimento público.

3.10 - Adução e subadução

Às canalizações principais destinadas a conduzir água entre as unidades de um sistema público de abastecimento que

antecedem a rede de distribuição dá-se o nome de adutoras. Elas interligam a captação e tomada de água à estação de

tratamento de água, e esta aos reservatórios de um mesmo sistema.

No caso de existirem derivações de uma adutora destinadas a conduzir água até outros pontos do sistema, constituindo

canalizações secundárias, as mesmas receberão a denominação de subadutoras. Também são denominadas subadutoras

as canalizações que conduzem água de um reservatório de distribuição para outro.

As adutoras e subadutoras são unidades principais de um sistema público de abastecimento de água, devendo-se tomar

cuidados especiais na elaboração do projeto respectivo e quando da implantação das obras. Recomenda-se uma

criteriosa análise de seu traçado em planta e perfil, a fim de verificar a correta colocação de órgãos acessórios (válvulas

de parada, válvulas de descarga e ventosas), assim como ancoragens nos pontos onde ocorrem esforços que possam

causar o deslocamento das peças (curvas, por exemplo).

Em função da natureza da água conduzida, as adutoras e subadutoras podem ser denominadas:

a) de água bruta;

21


b) de água tratada.

Já levando em consideração a energia utilizada para a movimentação da água, as adutoras e subadutoras podem ser:

a) por gravidade (conduto livre ou conduto forçado);

b) por recalque;

c) mistas: combinação das duas anteriores.

A norma da ABNT, NBR 12215/1991 (NB 591) define as condições gerais e específicas para projeto de adutora de

água para abastecimento público.

22


3.11 - População de Projeto

3.11.1 - Generalidades

Denomina-se população de projeto a população total a que o sistema deverá atender e volume diário médio doméstico o

produto entre o número de habitantes beneficiados pelo sistema e o per capita médio de consumo da comunidade.

Com relação a determinação desta população, dois são os problemas que se apresentam como de maior importância:

população futura e densidade populacional. A determinação da população futura é essencial, pois não se deve projetar

um sistema de abastecimento de água para beneficiar apenas a população atual de uma cidade com tendência de

crescimento contínuo. Esse procedimento, muito provavelmente, inviabilizaria o sistema logo após sua implantação por

problemas de subdimensionamento.

Além do estudo para determinação do crescimento da população há a necessidade também de que sejam desenvolvidos

estudos sobre a distribuição desta população sobre a área a abastecer, pois, principalmente em cidades maiores, a

ocupação das áreas centrais, por exemplo, é significativamente diferenciada da ocupação nas áreas periféricas.

Assim se torna prioritário que os sistemas de abastecimento devam ser projetados para funcionarem com eficiência ao

longo de um predeterminado número de anos após sua implantação e, por isto, é necessário que o projetista seja

bastante criterioso na previsão da população de projeto.

3.11.2 - Crescimento de população

A expressão geral que define o crescimento de uma população ao longo dos anos é

P = Po+ ( N - M ) + ( I - E ) Eq. – 3.1

onde:

P = população após “t” anos;

Po= população inicial;

N = nascimento no período “t”;

M = mortes, no período “t”;

I = imigrantes no mesmo período;

E = emigrantes no período.

Esta expressão, embora seja uma função dos números intervenientes no crescimento da população, não tem aplicação

prática para efeito de previsão devido a complexidade do fenômeno, o qual está na dependência de fatores políticos,

econômicos e sociais.

Para que estas dificuldades sejam contornadas, várias hipóteses simplificadoras têm sido expostas para obtenção de

resultados confiáveis e, acima de tudo, justificáveis.

Logicamente não havendo fatores notáveis de perturbações, como longos períodos de estiagem, guerras, etc, ou pelo

contrário, o surgimento de um fator acelerador de crescimento como, por exemplo, a instalação de um pólo industrial,

pode-se considerar que o crescimento populacional apresenta três fases distintas:

23


1ª fase - crescimento rápido quando a população é pequena em relação aos recursos regionais;

2ª fase - crescimento linear em virtude de uma relação menos favorável entre os recursos econômicos e a população;

3ª fase - taxa de crescimento decrescente com o núcleo urbano aproximando-se do limite de saturação, tendo em vista a redução dos recursos e da área de expansão.

Na primeira fase ocorre o crescimento geométrico que pode ser expresso da seguinte forma

P = Po ( 1 + g )t Eq. – 3.2

onde “P” é a população prevista, “Po” a população inicial do projeto, “t” o intervalo de anos da previsão e “g” a taxa de

crescimento geométrico (ou exponencial) que pode ser obtida através de pares conhecidos (ano T ii, população Pi), da

seguinte forma

onde “P” é a população prevista, “Po” a população inicial do projeto, “t” o intervalo de anos da previsão e “g” a taxa de

crescimento geométrico (ou exponencial) que pode ser obtida através de pares conhecidos (ano T ii, população Pi), da

seguinte forma

. Eq. – 3.3

Na segunda fase o acréscimo de população deverá ter características lineares ao longo do tempo e será expresso assim

P = Po + at , Eq. – 3.4

onde P, Po e “t” tem o mesmo significado e “a” é a taxa de crescimento aritmético (ou linear) obtida pela razão entre o

crescimento da população em um intervalo de tempo conhecido e este intervalo de tempo, ou seja,

. Eq. – 3.5

Na terceira fase os acréscimos de população tornam-se decrescentes ao longo do tempo e proporcionais a

diferença entre população efetiva Pe e a população máxima de subsistência na região, P s (população de saturação). Esta

relação é expressa da seguinte maneira:

, Eq. – 3.6

que é conhecida como equação da curva logística e cuja representação gráfica encontra-se representada na Figura 9.

Esta expressão foi desenvolvida pelo matemático belga Pierre François Verhulst (1804 - 1849), em 1838.

24


Figura 9 - Curva logística de crescimento de população

Deve-se observar, no entanto, que o progresso técnico pode alterar a população máxima prevista para um determinado

conglomerado urbano, sendo um complicador a mais a ser avaliado em um estudo para determinação do crescimento da

população.

Para aplicação da equação Eq.3.5 deve-se dispor de três dados de populações correspondentes a três censos anteriores

recentes e eqüidistantes, ou seja, três pares (T1,P1), (T2,P2) e (T3,P3) de modo que

(T3- T1) = 2 (T2 - T1) , P1 < P2 < P3 e P22 > P3 . P1.

Feitas essas verificações calculam-se

Eq. 3.7

Eq. 3.8

Eq. 3.9

e

e = 2,718281828, base neperiana.

25


Por exemplo, se para uma cidade fictícia os resultados dos últimos três censos registrassem o seguinte quadro:

Ano do censo População ( hab )1970 1980 1990

274 403 375 766 491 199

então,

T3 - T1= 2 ( T2 - T1 ), ou seja, 1990 - 1970 = 2 ( 1980 - 1970 ) e P22> P1.P3, isto é,

375 7662 = 1,412. 1011 > 274 403 x 491 199 = 1,348. 1011,

o que permite a aplicação do método da curva logística. Sendo assim, pode-se calcular

De acordo com os parâmetros encontrados pode-se verificar, por exemplo, a população para

t = 0

o que eqüivale a P1 (mostrando que o estudo de projeção indica a população inicial);

t = 20 anos

eqüivalendo pois, a população P3;

t = 50 anos (30 anos após o último censo)

t = ilimitado ou infinito

26


e, como era de se esperar nesta situação, encontrou-se um valor semelhante ao de saturação.

Além desses três métodos de crescimento ditos matemáticos convencionais, o projetista poderá criar outras expressões

que o mesmo achar mais conveniente e justificável como, por exemplo, relacionar o crescimento da cidade com o

crescimento do estado, com o crescimento de empregos, etc. Também poderá lançar mão de métodos gráficos como o

simples traçado de uma curva arbitrária que se ajuste aos dados já observados sem a preocupação de estabelecimento de

uma expressão matemática para a mesma. Este método é denominado de prolongamento manual ou extrapolação

gráfica.

Outro método freqüentemente mencionado na literatura sobre o assunto é o método gráfico denominado comparativo. O

mesmo consiste na utilização de dados censitários de cidades nas mesmas condições geo-econômicas que a cidade em

previsão e que já tenham população superior a esta. Admite-se, então, que a cidade em análise tenha um crescimento

análogo às maiores em comparação. Colocando-se os dados de população em um sistema de eixos cartesianos tempo x

população e transportando-se para o ponto referente a população atual da cidade em estudo, paralelas às curvas de

crescimento das cidades em comparação, a partir do ponto onde tais cidades tinham a população atual da cidade em

previsão, obtém-se um feixe de curvas cuja resultante média considera-se como a curva de previsão para a cidade menor

( Figura 10 ).

Figura 10 - Curvas comparativas

OBS: Em termos de normalização, a NB-587/89-ABNT prevê para estimativa de população a aplicação de modelos

matemáticos (mínimos quadrados) aos dados censitários do IBGE.

3.11.3 - População Flutuante

Em certas cidades, além da população residente, o número de pessoas que a utilizam temporariamente é‚ também,

significativo e tem que ser considerado no cálculo para determinação das vazões. É o caso de cidades balneárias,

estâncias climáticas, estâncias minerais, etc. Esta população é denominada de população flutuante.

Da mesma maneira que é feito para a população fixa, também estudos deverão ser desenvolvidos para que a população

flutuante seja determinada.

27


3.11.4 - Densidade Demográfica

Por definição a intensidade de ocupação de uma área urbana é a densidade demográfica e, em termos de abastecimento,

é geralmente expressa em habitantes por hectare (hab/ha) com tendência a valores crescentes das áreas periféricas para

as centrais nas cidades maiores.

Como ilustração para essas afirmações é apresentado a seguir um quadro com valores médios freqüentemente

encontrados no estudo de distribuição urbana das populações Área x Densidade:

Tipo de Ocupação Urbana da Área Densidade (hab/ha)

- áreas periféricas c/casas isolados e grandes lotes (~800m²) 25 a 50

- casas isolados com lotes médios e pequenos(250 a 450m²) 60 a 75

- casas geminadas com predominância de um pavimento 75 a 100

- casas geminadas com predominância de dois pavimentos 100 a 150

- prédios pequenos de apartamentos (3 a 4 pavimentos) 150 a 300

- prédios altos de apartamentos (10 a 12 pavimentos) 400 a 600

- áreas comerciais c/ edificações de escritórios 500 a 1000

- áreas industriais 25 a 50

É prioritário nas obras de abastecimento analisar como as populações futuras serão distribuídas sobre a área. Para que

estes resultados sejam confiáveis e resultem em um bom desempenho do projeto, diversos fatores devem ser

considerados tais como condições topográficas, expansão urbana, custo das áreas, planos urbanísticos, facilidades de

transporte e comunicação, hábitos e condições sócio-econômicas da população, infra-estrutura sanitária, etc.

São importantes nestes estudos, os levantamentos cadastrais da cidade bem como a existência de um plano diretor

associado a uma rígida obediência ao código municipal de obras.

28


3.12 - Reservatórios de distribuição

São unidades destinadas a compensar as variações horárias de vazão e garantir a alimentação da rede de distribuição em

casos de emergência, fornecendo também os níveis necessários à manutenção de pressões na rede.

A norma da ABNT, NBR 12217/1994 (NB 593), Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para Abastecimento

Público, define as condições gerais e específicas para essas unidades, bem com as canalizações e outro dispositivos

necessários. As Figuras. 11 e 12 mostram detalhes dessas canalizações.

Dependendo da sua configuração e sua posição com relação à rede, podem ser classificados em :

a) enterrados, semi-enterrados, apoiados ou elevados;

b) de montante ou de jusante.

Figura 11 - Canalizações de entrada e saída

Figura 12 - Capacidade do extravasor

Os materiais normalmente empregados na sua construção, em função das suas características básicas, são alvenaria de

pedra, concreto armado, chapa metálica e materiais especiais (fibra de vidro, por exemplo).

29


Os reservatórios de distribuição são dimensionados para satisfazer às condições seguintes:

a) funcionar como volantes da distribuição, atendendo à variação horária do consumo (volume útil);

b) assegurar uma reserva de água para combate a incêndios;

c) manter uma reserva para atender as condições de emergência (acidentes, reparos nas instalações,

interrupções da adução e outras);

d) manutenção de pressões na rede distribuidora.

Para satisfazer à primeira condição, os reservatórios, empiricamente, devem ter capacidade superior a 1/6 do volume

consumido em 24 horas. O cálculo do volume necessário deve ser feito com o diagrama de massas, quando é conhecida

a variação de consumo.

Para se atender à segunda condição, deve-se considerar uma parcela mínima de 250 m3 a 500 m3 nas pequenas cidades.

Esses valores correspondem ao funcionamento de uma mangueira ou de um carro-bomba durante 5 horas. No caso de

cidades relativamente grandes, deve-se consultar o corpo de bombeiros sobre a frequência de incêndios e características

do equipamento empregado.

A parcela para emergência dependerá muito das condições locais e do critério do engenheiro. Essa reserva adicional

tem sido considerada por engenheiros americanos na base de 25% sobre o total, ou seja, um acréscimo de 33% sobre a

soma das parcelas anteriores.

No Estado de São Paulo é usualmente adotada a relação de Frúhling:

"Os reservatórios de distribuição devem ter capacidade suficiente para armazenar o terço do consumo diário

correspondente aos setores por eles abastecidos."

No caso de reservatórios elevados (torres), por medida económica, tolera-se o dimensionamento na base de 1/5 do

volume distribuído em 24 horas (torres isoladas).

Quando existirem reservatórios elevados e enterrados, a capacidade total deverá corresponder a 1/3 do volume

distribuído em 24 horas. A capacidade da torre é estabelecida de modo a evitar uma frequência excessiva de partidas e

paradas das bombas e garantir uma reserva mínima em cota elevada, para o caso de possíveis interrupções no

fornecimento de energia elétrica (30 minutos ou mais).

Para atender a condição de manutenção das pressões na rede de distribuição dentro dos limites pré-fixados, é necessário

que:

a) o nível de água mínimo do reservatório seja NAmin > pmin + + z, onde:

pmin = pressão dinâmica mínima da rede em Z (nó mais desfavorável da rede);

pmin =100kPa(10mca)

= soma das perdas de carga dos trechos da rede desde o reservatório até Z;

z = cota topográfica do nó Z.

b) O nível de água máximo do reservatório seja NAmax < Pmax + b, onde:

pmax =pressão estática máxima da rede em B (nó mais baixo da rede);

pmax =500 kPa (50 mca)

b = cota topográfica do nó B.

30


Exercício 3.12.1 - No projeto de abastecimento de água para uma cidade do interior está prevista uma população de 12

500 habitantes. A adução será feita por recalque, até um reservatório de distribuição cuja capacidade deverá ser

estabelecida.

Conhecendo-se a variação do consumo nessa cidade, determinar:

a) volume de reservatório, admitindo-se o recalque nas 24 horas:

b) volume do reservatório, considerando-se 8 horas de recalque.

a) Primeiro caso

Horas Porcentagem do Consumo no Porcentagem + -consumo médio intervalo % aduzida Diferenças

0-2 40 3,35 8,33 4,98 -2-4 40 3,35 8,33 4,98 -4-6 60 5 8,33 3,33 -6-8 110 9,20 8,33 - 0,878-10 145 12,05 8,33 - 3,7210-12 140 11,70 8,33 - 3,3712-14 145 12,05 8,33 - 3,7214-16 130 10,80 8,33 - 2,4716-18 140 11,70 8,33 - 3,3718-20 115 9,60 8,33 - 1,2720-22 75 6,20 8,33 2,13 -22-24 60 5 8,33 3,33 -

- - 100 100 18,77% 18,77%

Quantidade de água flutuante: 18,77%

Q = k1 q P= 1,25 x 200 x 12.500 = 3.125.000 l/d

18,77% (3.125 m3) = 587 m3

para combate a incêndios: 250 m3

reserva adicional de 33% (587 + 250) = 276 m3

Capacidade do reservatório: 587 + 250 + 276 = l.113 m3 (o que corresponde a cerca de 1/3 do volume diário).

b) Segundo caso

HorasConsumo no Porcentagem + -intervalo % aduzida Diferenças

0-2 3,35 - - 3,352-4 3,35 - - 3,354-6 5 - - 56-8 9,20 - 9,208-10 12,05 25 12,95 -10-12 11,70 25 13,30 -12-14 12,05 25 12,95 -14-16 10,80 25 14,20 -16-18 11,70 - - 11,7018-20 9,60 - - 9,6020-22 6,20 - - 6,2022-24 5 - - 5

- 100 100 53,40% 53,40%

Quantidade de água flutuante: 53,40%; consumo médio diário: 3.125.000 l/d

53,40% (3.125 m3) = 1.669 m3; para combate a incêndios: 250 m3; reserva adicional de 33% (1.669 + 250) = 633 m3.

Capacidade do reservatório: 1.669 + 250 + 633 = 2.552 m3 (cerca de 80% do volume diário).

31


Figura 13 - Torre d'água em praça pública, Arapongas, PR.

3.13 - Rede de distribuição

É a unidade do sistema que conduz a água para os pontos de consumo (prédios, indústrias, etc.) É constituída por um

conjunto de tubulações e peças especiais dispostas convenientemente, a fim de garantir o abastecimento dos

consumidores de forma contínua nas quantidade e pressão recomendadas.

A norma da ABNT, NBR 12218/1994 (NB 594) define as condições gerais e específicas para projeto de rede de

distribuição de água para abastecimento público.

São disposições dessa norma os seguintes limites:

• pressão estática máxima = 500 kPa (50 mca)• pressão dinâmica mínima = 100 kPa (10 mca)

Para atendimento desses limites, a rede de distribuição pode ser dividida por í zonas de pressão, com reservatórios

próprios ou simplesmente, Válvulas de Redução de Pressão (VRP).

• diâmetro mínimo = DN 50• velocidade mínima = 0,60 m/s• velocidade máxima = 3,50 m/s

Para limitar as perdas de carga em valores baixos é usual a expressão v = 0,60 + 1,5 D (D em m).

A Tabela 1 pode ser usada para pré-dimensionamento dos trechos da rede de distribuição.

Tabela 1 - Limites de pré-dimensionamento

DN Vazão (l/s) Velocidade (m/s)50 1,4 0,7060 2,3 0,8075 4 0,90100 8 1150 18 1200 35 1,10250 54 1,10300 85 1,20

32


Os condutos formadores da rede de distribuição podem ser assim classificados:

a) condutos principais:

b) condutos secundários.

Dá-se à denominação de condutos principais aos condutos de maior diâmetro, responsáveis pela alimentação de

condutos secundários.

Os condutos secundários de menor diâmetro, são encarregados do abastecimento direto aos prédios a serem atendidos

pelo sistema.

Segundo seu traçado, as redes de distribuição, podem ser:

a) ramificadas, quando admitem um único sentido de circulação da água;

b) malhadas, quando o sentido de circulação em cada trecho depende da diferença de pressões em seus

nós extremos.

Figura 14 - Nós, malhas e anéis

Nó: Qualquer ponto que represente uma quebra de continuidade na tubulação, podendo ser um cruzamento de mais de

um tubo, uma mudança de direção, uma mudança de diâmetro, etc.

Trecho: Porção de tubulação entre dois nós.

Malha ou Anel: É um circuito formado por dois tubos que interligam dois nós por caminhos diferentes ou um circuito

que, saindo de um nó, retorna a esse mesmo nó. É o caso mais normal em cidades, onde as redes de distribuição

formam malhas acompanhando as malhas das ruas, envolvendo quarteirão por quarteirão e interligando-se nos

cruzamentos. (Fig. 15)

Especificamente, chama-se de anel um circuito de tubulações que envolve determinada região onde existem outras

tubulações e até outras malhas.

33


Sistema ramificado: Quando é composto de dois ou mais tubos que, partindo de um mesmo ponto, se ramificam,

divergindo a partir daí e não se reúnem num só ponto.

Figura 15 - Malha

3.13.1 - Cálculo de vazão específica

No dimensionamento das redes ramificadas ou das redes malhadas sujeitas ao seccionamento, para efeito de cálculo,

considera-se uma vazão específica por metro de canalização.

Em um determinado setor do sistema de distribuição, a vazão a ser distribuída, expressa em l/s por metro de

canalização, será dada por:

qm =Vazão de distribuição ao longo da canalização, na hora de maior consumo, do dia de maior demanda (l/s por metro

de canalização).

n = número médio de pessoas abastecidas por metro de canalização. Em um setor, o valor é dado por:

Nas grandes cidade consideram-se vários setores com valores diversos de n: zonas residenciais de grande densidade de população, zonas comerciais, indústrias, etc. (Veja Quadro 6).

34


Quadro 6 -Densidade demográfica e comprimentos médios de ruas

k1 =Coeficiente relativo aos dias de maior consumo (valores usuais: 1,25 e 1,20).

k2 =Coeficiente correspondente à hora de maior demanda (valor comum: 1,50).

O coeficiente de demanda de reforço, igual ao produto k1 x k2, tem umvalor em torno de 2 (havendo reservatórios

domiciliares).

q = Quota de água a ser distribuída por habitante, expressa em litros por 24 horas.

Na cidade de São Paulo são adotadas vazões que variavam desde 0,004 até 0,012 l/s, por metro de distribuidor.

Para as cidades do interior, os valores das vazões específicas, frequentemente, são inferiores aos indicados.

3.13.2 - Dimensionamento da rede (seccionada ou ramificada)

No projeto de uma rede de distribuição de água, é usual o emprego de folhas de cálculo semelhantes ao modelo

apresentado no Quadro 7.

Com o critério adotado de seccionamento, as operações seguem uma seqüência lógica, ficando determinados todos os

elementos, uma vez concluído o preenchimento das folhas.

O preenchimento das folhas de cálculo obedece à seguinte sequência;

Coluna 1. Número do trecho; os trechos da rede ou os nós devem ser numerados de acordo com um sistema racional, a

critério do projetista;

Coluna 2. Nome da rua, obtido na planta da cidade ou estabelecido simbolicamente (ruas sem nomes);

Coluna 3. Extensão do trecho, em metros, medida na própria planta, (símbolo L )

35


Coluna 4. Vazão a jusante Qj, em l/s, assim obtida: na extremidade de jusante de uma ramificação, Q j = 0. Na

extremidade de jusante de um trecho T qualquer, Qj = Qm dos trechos abastecidos por T.

Coluna 5. Vazão em marcha expressa em l/s = qm L, onde qm é a vazão distribuída por metro linear de canalização

(vazão específica).

Coluna 6. Vazão a montante Qm, em l/sQm = Qj + qm L

Coluna 7. Vazão fictícia,

Devem ser computadas, nos vários trechos, quaisquer vazões especiais, como por exemplo demandas de indústrias ou

de hidrantes. É conveniente subdividiras ramificações que abastecem indústrias de grande consumo por dois trechos,

com numeração diferente.

Coluna 8. Diâmetro D, determinado pela imposição de velocidades-limite e pela vazão a montante, empregando-se, por

exemplo, a Tabela 1. Exprime-se o diâmetro em milímetros ou DN, diâmetro nominal. No Estado de São Paulo, adota-

se o diâmetro mínimo de 50 mm (2"), excecão feita para a capital, onde 75 mm (3") é o valor mínimo (DN 50 a DN 75 l

Coluna 9. Velocidade em m/s, obtida pela equação da continuidade e registrada com a finalidade de demonstrar que os

limites foram respeitados (v = Qm/A).

Coluna 11. Perda de carga total em metros (hf). Determinada a vazão fictícia Qf e o diâmetro D, com o emprego de uma

tabela da fórmula de resistência adotada (Hazen-Williams, por exemplo) obtém-se J, perda unitária em metros/metro, e

hf =JL, perda de carga total no trecho, em metros.

J = 10,643.C-1,85. D-4,87. Q1,85 (Fórmula de Hazen-Williams)

onde C é o coeficiente de rugosidade que depende do material e da conservação deste, conforme exemplos no quadro abaixo.

Tipo de tubo Idade Diâmetro (mm) C

- Ferro fundido pichado

- Aço sem revestimento, soldado

Novo

< 100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

118 120 125 130

10 anos

< 100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

107 110 113 115

20 anos

<100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

89 93 96 100

30 anos

< 100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

65 74 80 85

- Manilha cerâmicaNova ou usada

< 100 100 - 200 225 - 400

107 110 113

- Aço sem revestimento, rebitado

Novo

< 100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

107 110 113 115

usado < 100 89

36


100 - 200 225 - 400 450 - 600

93 96 100

Tipo de tubo Idade Diâmetro (mm) C

- Ferro fundido cimentado - Cimento amianto - Concreto- Aço revestido - Concreto- Plástico (PVC)

Novo

< 100 100 - 200 225 - 400 450 - 600

120 130 136 140

ou500 - 1000 > 1000

135 140

usadoAté 50 60 - 100 125 - 350

125 135 140

Colunas 10 e 12. Cotas piezométricas de montante e de jusante. Identificado o nó em posição mais desfavorável na

rede, ou aquele assim suposto, estabelece-se para ele uma pressão igual ao pouco superior à mínima, que será somada à

cota do terreno, resultando, assim, a cota piezométrica do nó. A pressão mínima recomendável é de 100 kPa (10 mca).

Num outro trecho qualquer, a cota piezométrica de montante é igual à cota piezométrica de jusante mais a perda de

carga no trecho. Uma vez determinada uma cota piezométrica qualquer e as perdas de carga, ficarão determinadas

todas as demais cotas piezométricas.

Coluna 13 e 14. Cotas do terreno, obtidas nas plantas e relativas aos nós dos trechos a montante e a jusante.

Colunas 15 e 16. Pressões disponíveis a montante e a jusante. Pressão disponível = cota piezométrica menos cota do

terreno.

Verifica-se, então, se a hipótese referente ao ponto mais desfavorável foi correta e se as pressões-limite foram

respeitadas, ou se convém fazer correções.

O seccionamento feito também deve ser verificado. Estará correto se em cada ponto de seccionamento as pressões que

resultam dos diversos percursos da água para alcançá-lo são iguais. Tolera-se uma diferença entre pressões de no

máximo 10% do valor da média das várias pressões obtidas para os nós, seguindo diferentes percursos. Os resultados

podem ser tabelados com se indica a seguir:

Ponto de seccionamento

Pressões calculadas Valor médio Máxima diferença Porcentagem do valor médio

Se isso não se verificar, ou se alterará convenientemente o diâmetro de algumas tubulações, ou se modificará o

seccionamento adotado.

37


Exercício 3.13.1 - Projetar a rede de distribuição de água de uma vila com 910 m de extensão de ruas e com a

topografia indicada na Fig. 16.

O número previsto de habitações é de 140, admitindo-se uma população futura de 840 habitantes;

a quota de água por habitante é 200 l/d;

o volume médio consumido, 168 000 l/d;

o volume correspondente aos dias de maior consumo, 210 000 l/d; e

a pressão mínima exigida é 15 mca

Figura 16 -

Calcula-se a vazão a aduzir,

l/s

O volume do reservatório de distribuição, considerando-se 1/3 do volume diário, é 70 m3, sendo a vazão máxima a

distribuir (considerando-se o coeficiente correspondente à hora de maior demanda k2=1,5)

2,43 x 1,5 = 3,64 l/s.

Determina-se a seguir o coeficiente para cálculo da rede de distribuição.

l/s por metro linear.

O dimensionamento da rede seguiu a sequência das operações indicadas (l a 16) e encontra-se na folha de cálculo da

página seguinte. Foi utilizada a fórmula de Hazen-Williams com C = 90.

38

Quadro 7 -Folha de Cálculo

F o l h a d e C á l c u l o N ° :^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ • ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ • • • • • • ^ ^CIDADE Vila Itajaí PROJETISTA DATA

Trecho RuaExtensão

m

Vazão litros/sDiâ-

metro mm ou

DN

Veloc. m/s.

Cota piezo-

métrica à mont.

m

Perda de

carga total

m

Cota piezo-

métrica a jusante m

Cota do terrenoPressão

disponível mObservações

A jusante

Em marcha

A montante

Fictícia Amontante

Ajusant

e

Amontante

Ajusante

(D (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)

1 Paz 90 0,000 0,360 0,360 0,180 50 0,18 109,83 0,07 109,76 67,20 63,80 42,63 45,96 Descarga

2 S.Luís 130 0,360 0,520 0,880 0,620 50 0,45 119,63 0,80 109,83 69,50 67,20 41,14 42,63 Coef..0,004

3 S.Lufs 60 0,000 0,240 0,240 0,120 50 0,12 110,63 0,01 110,62 69,50 72 41,13 38,62

4 Comércio 110 1,120 0,440 1,560 1,340 75 0,35 111,03 0,40 110,63 77,40 69,50 33,63 41,13

5 Paz 70 0,000 0,280 0,280 0,140 50 0,14 110,59 0,06 110,53 71,70 67,20 38,89 43,33

6 S.Paulo 110 0,280 0,440 0,720 0,500 50 0,37 111,03 0,44 110,59 77,40 71,7 33,63 38,89

7 S.Paulo 130 0,000 0,520 0,520 0,260 50 0,26 111,03 0,16 110,87 77,40 79 33,63 31,87

8 Comércio 80 2,800 0,320 3,120 2,960 75 0,70 112,37 1,34 111,03 85,80 77,4 26,5 33,63 Hidrante

9 Tupi 70 0,000 0,280 0,280 0,140 50 0,14 112,37 0,06 112,31 85,80 84,40 26,57 27,91

10 Comércio 60 3,400 0,240 3,640 3,520 100 0,45 112,70 0,33 112,37 97,70* 85,80 15 26,57

11 — 120 3,640 0,000 3,640 3,640 100 0,45 113,50 0,80 112,70 112 97,70 1,50 15 Reservatório

* = nó + desfavorável = pmim = 15

NA do reservatório = 113, 50

3.14 - Método de Hardy Cross

O método de Cross é um processo iterativo de tentativas diretas; os ajustamentos feitos sobre os valores previamente

admitidos ou adotados são computados e portanto, controlados. Nessas condições, a convergência dos erros é rápida, obtendo-

se quase sempre uma precisão satisfatória nos resultados, após três tentativas apenas.

Para a sua aplicação ao estudo das grandes redes, sempre que houver conveniência, as cidades poderão ser divididas em

setores. Além disso, podem-se reduzir as redes hidráulicas aos seus elementos principais, de vez que as canalizações

secundárias resultam da imposição de certas condições mínima (diâmetro, velocidade ou perda de carga).

Embora sejam duas as modalidades segundo as quais o método pode ser aplicado, comumente se adota o ajustamento das

vazões, modalidade esta que aqui será considerada.

O método se aplica ao dimensionamento dos condutos principais dispostos em anéis ou circuitos fechados, no quais se

estabelecem os pontos (nós) onde se supõem concentradas as demandas das suas áreas circundantes (vazões concentradas nos

nós). Essas áreas parciais dos setores, correspondentes a cada um dos nós estabelecidos denominam-se áreas de influência e

suas demandas ou vazões de carregamento dos nós são inicialmente determinadas por:

Q = vazão total do setor (l/s) =

a = área total do setor (ha)

qa = Q/a (l/s x ha) = vazão específica do setor

Considerada a densidade populacional do setor, tem-se

qa= (l/s x ha)

Então a vazão de carregamento de um nó determinado desse setor será:

Qnó = qa x área de influência do nó (parcela da área total suposta abastecida nesse nó).

Admite-se para o setor um sentido de circulação da água nos diversos trechos dos anéis, a partir do reservatório de

distribuição até qualquer nó, segundo o menor percurso.

Ficam assim definidas as vazões que chegam ao nó (positivas) e as que saem do nó (negativas).

É evidente que em cada nó Q = O e conhecidas as vazões dos nós, podem ser estimadas as vazões dos trechos, iniciando-se

pelos nós extremos do setor (ajusante).

Considerados os limites de velocidade, podem ser adotados diâmetros de pré-dimensionamento para cada trecho e calculadas

as respectivas perdas de carga. Admitido o sentido horário como positivo, em cada anel deve ser verificada a condição

hf = O, ou seja, qualquer que seja o percurso a pressão resultante em qualquer nó é a mesma.

Dadas as aproximações adotadas, isso não se verifica, exigindo uma correçao das vazões nos trechos de cada anel.

A perda de carga ao longo de um trecho pode ser expressa pela fórmula geral

h f = kQn

e a perda de carga total em cada circuito fechado

hf = kQn 0

Se a distribuição de vazões fosse exata de início, a correçao a ser feita em cada circuito seria nula. Como não é o caso, a vazão

deverá ser ajustada ou corrigida no circuito, podendo-se escrever, para cada uma das canalizações,

Q = Q0 + tal que, k (Q0 + )n = 0

em que Q0 é a vazão adotada inicialmente. E, pelo binómio de Newton,

Sendo o valor de pequeno, comparado a Q0, todos os termos que contenham elevado a um potência igual ou superior a 2

serão desprezados. Obtém-se, então,

ou seja,

podendo-se ainda escrever, sendo hf0 = k , (hf0 = perdas inicialmente calculadas)

Utilizando-se a fórmula de Hazen-Williams onde n = 1,85 resulta

Se o valor de for grande em face de Q0, sendo n maior do que a unidade, evidentemente a

aproximação não será boa; isso no entanto não prejudicará o processo, uma vez que, com as correções a serem feitas, o erro

irá diminuindo progressivamente, com uma convergência relativamente rápida.

Recalculam-se as perdas de carga em cada circuito e determina-se a nova correção para as vazões.

Repete-se o processo até que seja obtida a precisão desejada. A NBR 12218/1994 admite resíduos máximos de vazão e perda

de carga de 0,1 l/s e 0,5 kPa (0,05 mca).

3.15 - Aplicação do método de Hardy Cross ao cálculo das redes malhadas

A seguir, serão resumidas as várias fases do trabalho.

a) Considerações gerais. O método do Cross não se destina ao estudo das redes tipicamente ramificadas. Ao contrário, está

intimamente ligado à concepção dos sistemas com a distribuição por anéis, que se caracteriza por uma flexibilidade muito

maior, bem como por uma distribuição mais equilibrada das pressões.

Também não se emprega o método para a investigação das canalizações secundárias, as quais resultam simplesmente de

certas condições mínimas estabelecidas para as redes.

b) Traçado dos anéis. No traçado dos anéis ou circuitos, deve-se ter em vista uma boa distribuição com relação às áreas a

serem abastecidas e aos seus consumos. As linhas são orientadas pelos pontos de maior consumo, pelos centros de massa,

e são influenciadas por vários fatores, ou seja, demandas de incêndio (localizadas), instalações portuárias , vias principais,

condições topográficas e especialmente altimétricas, facilidades de execução, etc.

Numa determinada parte da rede a ser servida por um anel, o traçado deste não deverá ser feito perifericamente (condição

desfavorável e antieconômica). O traçado poderá ser tal que a área envolvida corresponda aproximadamente à área

externa.

c) Consumo e sua distribuição. A área a ser abastecida por um nó é conhecida e a população pode ser estimada ou prevista.

Estabelecendo-se a vazão específica (qa), determina-se o consumo, isto é, a quantidade de água a ser suprida pelo nó.

Distribui-se essa quantidade pelos trechos concorrentes ao nó, segundo o sentido de circulação estimado (Fig. 17) e a

condição Q = 0 em cada nó (vazões que chegam +, vazões que saem -).

d) Anotações no trechos. Medem-se as distâncias entre os nós, marcam-se as quantidades de água a serem supridas e o

sentido imaginado para o escoamento nos diversos trechos. Esse sentido será verificado ou corrigido com a análise.

e) Condições a que devem satisfazer as canalizações. Fixa-se uma das seguintes condições comuns aos projetos de redes de

distribuição:

• velocidade máxima nas canalizações, de acordo com os respectivos diâmetros comerciais (Tab. 1, por exemplo);• perda de carga unitária máxima, tolerada na rede;• pressões disponíveis mínimas em pontos ao longo da rede.

De qualquer uma dessas condições resultará uma indicação inicial para os diâmetros das canalizações. Com a análise, tais

diâmetros poderão ser alterados ou corrigidos. Calculadas as perdas de carga dos trechos, verifica-se se hf= 0 em cada

anel (sentido horário +, anti-horário -), efetuando-se em seguida a correção das vazões.

f) Cálculos. Os elementos mencionados nos itens anteriores permitem a organização de um quadro de cálculo semelhante ao

Quadro 8, apresentado no exemplo seguinte. Os cálculos, a partir dos elementos iniciais (vazões, diâmetros e perdas de

carga dos trechos) devem ser desenvolvidos simultaneamente para todos os anéis, encerrando-se quando todos os anéis

forem considerados satisfatórios (hf = 0).

Figura 17 - Diagrama para cálculo (Hardy-Cross), conforme planta do setor, em escala conveniente para cálculo das áreas.

Exercício 18.14.1 - Como exemplo de aplicação prática do método de Hardy Cross, com as simplificações já consideradas,

será estudada a rede de abastecimento de água, projetada para a parte baixa da cidade de Ilhéus, Bahia*.

Para aquela cidade foram projetados dois anéis de abastecimento, interligados, um destinado a suprir a denominada Cidade

Velha, mais densamente construída e povoada; outro para a distribuição na Cidade Nova. Desse segundo circuito partirá uma

linha importante, destinada a suprir futuramente um dos bairros previstos para expansão da cidade (Malhado, com 17 l/s).

Do levantamento topográfico cadastral da cidade e do recenseamento realizado, obtiveram-se os seguintes dados relativos

àqueles distritos e foram feitas as seguintes estimativas e previsões:

* Projeto pioneiro feito para o Serviço Especial de Saúde Pública pelos Eng°s. Edmundo P. Sellner, José M. de Azevedo

Netto e Walter R. Sanches, 1950. Na versão original o cálculo das perdas de carga foi feito com o emprego do nomograma de

O'Connor da fórmula de Hazen-Williams. Nesta edição foi utilizada diretamente a fórmula, resultando os mesmos valores,

com aproximação desprezível.

DADOS ATUAIS DADOS FUTUROSCidade Velha Cidade Nova Cidade Velha Cidade Nova

Área, ha 35 36Extensão de ruas, m 9450 6956 — —Ruas, m/ha 268 193 — —N°. de prédios 1 126 441 1 175 820Prédios/ha 32 12 34 23Testada, m 16,7 31,6 16 17Habitantes / prédio 5,6 6,3 6 6População 6305 2 778 7050 4920Habitantes/ha 180 77 201 137Habitantes/m rua 0,67 0,40 0,75 0,70

Partindo-se dos valores do quadro, cota per capita 150 l/dia e K= 1,50 chegou-se às vazões:

a) anel I (Cidade Nova) 12,8 l/s;

b) anel II (Cidade Velha) 18,4 l/s;

Os dois circuitos foram convenientemente traçados em uma mapa da cidade. Em determinados cruzamentos de ruas foram

estabelecidas as tomadas, de maneira a perfazer as vazões totais fixadas para as áreas servidas (Fig. 18).

Com essas vazões de carregamento e a partir do nó J foram estimadas as vazões dos trechos; os diâmetros foram adotados pela

limitação da velocidade e as perdas de carga, calculadas pela fórmula de Hazen-Williams com coeficiente de rugosidade igual

a 100.

Com as vazões Q0 e perdas de carga hf0 foi calculada a expressão:

Obtida a correção 0, foram calculadas as vazões corrigidas Q1... e assim por diante.

É interessante observar a rápida convergência dos erros; para o primeiro circuito eles foram, consecutivamente, -1,60, 0,29 e

0,00; e para o seguinte, + 1,57,-0,34 e-0,03.

Com base nos sinais obtidos para os valores de Q3, pode-se indicar nos dois anéis o sentido de circulação da água.

Figura 18 - Anéis I e II com vazões iniciais

Quadro 8 - Planilha de cálculo do exercício

*O trecho FG recebe as correções dos dois anéis, por ser trecho comum.- Observar convenção de sinais nas colunas de vazões e perdas de carga (sentido horário, positivo).

3.16 - Cuidados operacionais com a rede de distribuição

1. O sistema de distribuição de água deve ser projetado e construído para funcionar, durante todo o tempo, com a

pressão adequada em qualquer ponto da rede.

2. A segurança oferecida pela água deve ser mantida em toda a rede, sem alteração de qualidade.

3. O sistema deve incluir registros e dispositivos de descarga em todos os pontos convenientes para possibilitar reparos

e descargas, sempre que houver necessidade, sem interrupções prejudiciais para o abastecimento.

4. O sistema deve estar protegido contra poluição externa, os reservatórios devem ser cobertos e deve ser evitada

qualquer possibilidade de introdução de água de qualidade inferior na rede.

5. As perdas nas canalizações devem ser limitadas aos valores normais ou aceitáveis. Devem ser evitadas as

canalizações imersas em líquidos poluídos.

A rede deve ser planejada para assegurar uma boa circulação da água. tolerando-se um número mínimo de pontas secas.

3.17 - Tratamento de água

A qualidade físico-química e bacteriológica da água obtida no manancial, definirá o método de tratamento necessário para

atender os padrões de potabilidade estabelecidos pela Portaria 036 do Ministério da Saúde.

O tratamento de água consiste em melhorar suas características organolépticas, físicas, químicas e bacteriológicas, a fim de

que se torne adequada ao consumo humano.

As águas de superfície são as que mais necessitam de tratamento, porque se apresentam com qualidades físicas e

bacteriológicas impróprias, com exceção das águas de nascentes que, com uma simples proteção das cabeceiras e cloração,

podem ser, muitas vezes, consumidas sem perigo.

As águas de grandes rios, embora não satisfazendo pelo seu aspecto físico, podem ser relativamente satisfatórias, sob os

pontos de vista químico e bacteriológico, quando captadas ou colhidas em locais do rio menos sujeitos à contaminação.

O Conselho Nacional do Meio Ambiente através da Resolução n.o 20, de 16 de junho de 1986 classificou as águas doces,

salobras e salinas do Território Nacional, segundo seus usos preponderantes.

Portanto, a definição da necessidade ou do método de tratamento a ser implantado, deve obedecer a classificação das águas

estabelecidas pela Resolução CONAMA/ N° 20 de 16.06.1986.

De modo geral, a qualidade das águas de superfície varia ao longo do tempo, de acordo com a época do ano e o regime das

chuvas. A variação da qualidade da água dos grandes rios é mais lenta que a dos pequenos rios, cuja turbidez, por exemplo,

pode variar entre largos limites e em curto espaço de tempo. Mesmo a qualidade da água de lagos artificiais ou de lagos

naturais varia com o decorrer do tempo.

Nem toda água pode ser utilizada, por que cada método de tratamento tem eficiência limitada. Sendo a poluição muito alta, a

água tratada poderá não ser ainda satisfatória. Assim, por exemplo, não é possível, nem prático, tratar água de esgotos por

métodos convencionais, a ponto de torná-la potável.

Métodos de Tratamentos:

- Fervura;

- Sedimentação simples;

- Filtração lenta;

- Tratamento convencional com coagulação, floculação, decantação e filtração rápida;

- Aeração;

- Correção da dureza;

- Remoção de Ferro;

- Correção da acidez excessiva;

- Remoção de odor e sabor desagradáveis;

- Desinfecção;

- Fluoretação.

3.17.1 - Fervura

O método mais seguro de tratamento para a água de beber, em áreas desprovidas de outros recursos, é a fervura. Ferver a água

para beber é um hábito que se deve infundir na população para ser adotado quando sua qualidade não mereça confiança e em

épocas de surtos epidêmicos ou de emergência.

A água fervida perde o ar nela dissolvido e, em conseqüência, torna-se de sabor desagradável. Para fazer desaparecer esse

sabor, é necessário arejar a água.

3.17.2 - Sedimentação Simples

A água tem grande poder de dissolver e de carrear substâncias.

O poder de carrear substâncias aumenta ou diminui com a velocidade da água em movimento. Diminuindo-se a velocidade da

água, diminui-se seu poder de carrear substâncias, pois estas se depositam no fundo. Primeiro, decantam-se as partículas mais

pesadas e, à medida que diminui a velocidade, as mais leves também se decantam. As partículas sólidas que se depositam

arrastam consigo microorganismos presentes na água, melhorando sua qualidade. Obtém-se a sedimentação, fazendo passar

ou retendo a água em reservatórios, onde sua velocidade diminui.

A sedimentação pode ser conseguida em canais, se lhe aumentar a seção sem aumentar o volume da água. Isto em

conseqüência de que:

mantendo Q e aumentando S, diminui V;

Sendo:

V = velocidade;

S = área da seção e

Q = vazão.

Quando a água é captada em pequenas fontes superficiais, deve-se ter uma caixa de areia antes da tomada. A função dessa

caixa é decantar a areia, protegendo a tubulação, as bombas, etc., contra a obstrução e o desgaste excessivo. Mesmo os filtros

lentos devem ser protegidos por caixas de areia.

3.17.3 - - Filtração Lenta

É um método de tratamento da água, adotado principalmente para comunidades de pequeno porte, cujas águas dos mananciais

apresentam baixos teores de turbidez e cor ( menor que 50UT).

O processo consiste em fazer a água passar através de um meio granular com a finalidade de remover impurezas físicas,

químicas e biológicas.

a) Mecanismos que Atuam na Filtração:

Ação Mecânica de Coar : retenção das partículas maiores nos interstícios existentes entre os grãos de areia:

Sedimentação: reposição de partículas sobre a superfície dos grãos de areia;

Ação Biológica: feita através de uma camada gelatinosa (Schumtzdecke) formada pelo desenvolvimento de certas

variedades de bactérias, que envolvem os grãos de areia na superfície do leito, que por adsorção retém

microorganismos e partículas finamente divididas.

b) Aspectos Construtivos:

Taxa de Filtração:

- FNS : 3 a 5m3/m2/ dia;

- ARBOLEDA : 6 a 9m3/m2/dia;

- ABNT : não sendo possível determinar experimentalmente, a taxa de filtração a ser adaptada não deve ser superior

a 6m3/m2/dia.

Sistema de Drenagem :

Situado no fundo do filtro tem por objetivo coletar e conduzir para fora do filtro a água filtrada.

Constitui-se de um dreno principal, passando pelo centro do filtro, o qual recebe os drenos laterais (Figura 19).

Figura 19 - Sistema de Drenagem

Fonte: CETESB, 1987

Camada Suporte (seixos rolados)

- altura : 0,30m

- tamanho : 2” a 3/4” 17,5cm

3 /4” a 3/8” 7,5cm

Pedrisco 5,0cm

Leito de Areia:

- espessura: entre 0,90m e 1,20 metros;

- granulometrica: tamanho efetivo entre 0,25 e 0,35mm coeficiente de uniformidade menor que 3.

Altura da Lâmina de Água sobre o Leito Filtrante:

- geralmente entre 0,90m 1,20 metros.

Figura 20 - Corte do Filtro Lento Detalhado

Fonte: Adaptado BARROS 1995

c) Aspectos Operacionais

A entrada e saída da água nos filtros é controlada por meio de registros, devendo-se ter o cuidado de manter uma

camada de água sobre a areia.

No início da filtração, com a areia ainda limpa, a formação da camada gelatinosa só se processará após alguns dias de

operação. Portanto, durante este período, maiores cuidados deverão ser tomados quanto a desinfecção da água

filtrada.

Com o prosseguimento da filtração, a camada superior da areia vai se sujando cada vez mais, diminuindo, em

conseqüência, a vazão da água filtrada.

Quando esta vazão cai consideravelmente, deve-se proceder a limpeza do filtro. Faz-se a limpeza do filtro,

removendo-se uma camada de dois a três centímetros da areia. Quando a camada de areia nos filtros atingir 0,70m de

altura, recoloca-se a areia retirada, depois de totalmente lavada (Figura 21).

Figura 21 - Limpeza do Filtro Lento

d) Vantagens dos Filtros Lentos:

· operação simples;

· custos operacionais baixos;

· boa eficiência na remoção de microorganismos patogênicos;

· boa eficiência na remoção de turbidez.

e) Desvantagens dos Filtros Lentos:

· ocupam grandes áreas;

· necessidade periódica de remoção e lavagem da areia;

· possibilidade de degradação do manancial com o tempo, alterando as características físico-químicas iniciais da água (aumento excessivo da turbidez).

Tabela 2 - Tabela de Hazen para Dimensionamento de Drenos para Filtros Lentos

Exemplo : Se temos um filtro cuja área é de 274m2 e desejamos ter uma taxa de filtração de 3,75m3/m2/dia, a área do dreno

principal deverá ser:

Tabela 3 - Tabela de Hazen para Dimensionamento de Drenos para Filtros Lentos

Em alguns sistemas utiliza-se como pré-tratamento para a filtração lenta o pré-filtro

(Figura 42) que elimina algumas impurezas, especialmente sólidas, e remove parte da carga bacteriológica da água bruta, onde

parte dos organismos são removidos conjuntamente com os sólidos. São localizados normalmente junto às captações.

Podem ser classificados segundo a direção e o sentido do fluxo, em:

pré-filtro de fluxo horizontal;

pré-filtro de fluxo vertical descendente;

pré-filtro de fluxo vertical ascendente.

Figura 22 - Corte de um Pré-Filtro

Fonte: BARROS, et al., 1995

3.17.4 - - Tratamento Convencional com Coagulação, Floculação, Decantação e Filtração Rápida (Figura 23)

As águas que possuem partículas finamente divididas em suspensão e partículas coloidais, necessitam de um tratamento

químico capaz de propiciar sua deposição, com um baixo período de detenção. Este tratamento é realizado provocando-se a

coagulação, sendo geralmente empregado o sulfato de alumínio ou o sulfato ferroso. O sulfato de alumínio normalmente é o

produto mais utilizado, tanto pelas suas propriedades, como pelo seu menor custo (Figura 23).

Figura 23 - Seqüência do Tratamento Clássico ou Convencional

a) Tratamento Utilizando Coagulante

Mistura Rápida

Geralmente é feita no medidor “Parshall”, ou também por um vertedor. Este ponto é muito bom para adição dos compostos

químicos, em função da turbulência da água nesse local (Figura 23).

Figura 24 - Coagulação

Mistura Lenta ou Floculação

Os compostos químicos já completamente misturados anteriormente, vão reagir com a alcalinidade da água, ou se esta não é

suficiente, com a cal adicionada, formando compostos que tenham propriedades de adsorção, isto é, aqueles cujas partículas

sejam carregadas eletricamente na sua superfície, e que possam, assim, atrair cargas elétricas contrárias. Essas partículas são

chamadas flocos e tem cargas elétricas superficiais positivas, enquanto que as impurezas presentes na água, como as matérias

suspensas, as coloidais, alguns sais dissolvidos e bactérias, tem carga elétrica negativa, sendo, assim, retidas por aqueles

flocos.

Isto significa, que a fase de limpeza em um tratamento d’água, se processa no floculador, e esta parte deve ser bem conduzida,

pois é da boa formação dos flocos, que devem ser do tamanho de uma cabeça de alfinete, que dependerá o consumo dos

agentes floculadores chamados coagulantes e, também, a eficiência e melhores condições de funcionamento das outras partes.

A água deve ter ao longo dos canais, uma velocidade bem dimensionada, pois se for abaixo de um mínimo ( 10cm/seg ), o

floco depositará, e se for muito alta, poderá “quebrar” o floco, o que irá prejudicar bastante as condições nas fases

subseqüentes (geralmente acima de 30cm/seg) (Figura 25).

Figura 25 - Floculação

b) Decantação ou Sedimentação

Os flocos do coagulante que já clarificaram a água pelos processos ocorridos no floculador, irão, nessa nova fase, ser

removidos da água por sedimentação. Podem ser decantadores convencionais (baixa taxa) e decantadores com escoamento

laminar (elementos tubulares ou de placas) denominados decantadores de alta taxa.

O decantador convencional é um tanque de forma geralmente retangular ou circular, cujo fundo é muitas vezes inclinado para

um ou mais pontos de descarga (Figura 26).

A saída da água é feita junto à superfície, e comumente por calhas dispostas, formando desenhos diversos e sobre cujos bordos

superiores a água flui, constituindo esses bordos autênticos vertedouros.

As dimensões do decantador são determinadas de maneira que :

O tempo de decantação seja geralmente em torno de duas a três horas.

Nos decantadores retangulares, o comprimento seja mais ou menos três vezes a largura.

A profundidade seja de um mínimo de 2,5 metros e de um máximo de 5,50m.

Depósitos de lodo são geralmente previstos no fundo dos decantadores, sendo o volume deles adicionado àquele necessário

para obter o período de detenção.

O dispositivo comumente usado para dispersar melhor a água na entrada do decantador, é chamado cortina de distribuição, na

qual são abertos orifícios acima do primeiro terço, a partir do fundo, geralmente em três fileiras, favorecendo, assim, a melhor

distribuição do líquido.

A função do decantador, em um tratamento de água, ou de águas residuais, é como dissemos, o de permitir que os flocos que

já clarificaram a água se sedimentem.

Comuns na operação de decantadores são os termos: Vazão por Unidade de Superfície e Velocidade Transversal de

Escoamento.

- Vazão por Unidade de Superfície: é o volume de água tratada por dia, dividido pela área de superfície do decantador.

- Vazão de Escoamento: é a vazão, em m3/seg, dividida pela área de escoamento, isto é, pelo produto da largura pela altura

útil.

Limpeza dos Decantadores

Deve ser feita periodicamente, dependendo da regularidade da natureza da água, da quantidade de coagulante gasto, e da

estação do ano, pois na época das chuvas ela deve ser bem mais freqüente.

Nos sistemas em que a limpeza não é mecanizada ou automática, ela é feita esvaziando-se o decantador e removendo-se a

sujeira com jato de água, de preferência tendo bastante pressão.

A falta de uma limpeza periódica faz com que o período de detenção se torne menor, prejudicando as condições de operação,

e faz com que o lodo do fundo se decomponha, conferindo sabor desagradável à água.

Figura 26 - Sedimentação

c) Filtração

A grande maioria das partículas ficam retidas no decantador, porém, uma parte ainda persiste em suspensão, no seio da água;

desta forma, o líquido é feito passar através de uma camada filtrante, constituída por um leito arenoso, de granulometria

especificada, suportada por uma camada de cascalho.

A água filtrada, numa operação bem conduzida, é límpida. A remoção de bactérias neste estágio já é, no mínimo, igual a

90% . Fator influente na velocidade de filtração, é a granulometria da areia, isto é, o tamanho de seus grãos. De acordo com

essa granulometria, a filtração pode ser lenta ou rápida.

Com relação a filtração rápida, os filtros podem ser de camada simples ou dupla, de fluxo ascendente ou descendente (Figura

27) sendo os de fluxo ascendente sempre de camada simples.

A norma da ABNT nº NB-592, referente a “Projeto de Estação de Tratamento de água para abastecimento público de água”,

estabelece:

1. Que a taxa de filtração e as características granulométricas dos materiais filtrantes sejam determinados com base em ensaios em filtro piloto;

2. Quando os ensaios não puderem ser realizados, a norma estabelece:

2.1. Taxas Máximas de Filtração

Para Filtro de camada simples: 180m3/m2 x dia;

Para filtro de camada dupla : 360m3/m2 x dia.Observação: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração deve ser de 120 m3/m2 x dia.

Figura 27 - Filtração Rápida Descendente

2.2. Camadas Filtrantes

A camada filtrante simples deve ser constituída de areia, com espessura mínima de 45cm, tamanho efetivo de 0,45mm a

0,55mm e coeficiente de uniformidade de 1,4 a 1,6 (Figura 28).

Nota: Em caso de filtro de fluxo ascendente, pode-se utilizar camada filtrante com espessura mínima de 2,0m tamanho efetivo

de 0,7mm a 0,8mm e coeficiente de uniformidade inferior ou igual a 2.

A camada filtrante dupla deve ser constituída de camadas sobrepostas de areia e antracito, utilizando a especificação básica

seguinte:

Areia :- espessura minha de camada, 25cm;

- tamanho efetivo, de 0,40mm a 0,45mm;

- coeficientes de uniformidade, de 1,4 a 1,6.

Antracito:- espessura mínima de camada, 45cm;

- tamanho efetivo, de 0,8mm a 1,0mm;

- coeficiente de uniformidade, inferior ou igual a 1,4.

3. A camada suporte deve ser constituída de seixos rolados, com as seguintes características:

- espessura mínima igual ou superior a duas vezes a distância entre os bocais do fundo do filtro, porém não inferior a 25cm;

- material distribuído em estratos com granulometria decrescente no sentido ascendente, espessura de cada estrato igual ou superior a duas vezes e meia a dimensão característica dos seixos maiores que o constituem, não inferior, porém, a 5cm;

- cada estrato deve ser formado por seixos de tamanho máximo superior ou igual ao dobro do tamanho dos menores;

- os seixos maiores de um estrato devem ser iguais ou inferiores aos menores do estrato situado imediatamente abaixo;

- estrato situado diretamente sobre os bocais deve ser constituído de material cujos seixos menores tenham o tamanho pelo menos igual ao dobro dos orifícios dos bocais e dimensão mínima de 1cm;

- estrato em contato direto com a camada filtrante deve ter material de tamanho mínimo igual ou inferior ao tamanho máximo do material da camada filtrante adjacente.

4. O fundo do filtro deve ter características geométricas e hidráulicas que garantam a distribuição uniforme da água de lavagem.

- nos filtros rápidos clássicos, a água filtrada é recolhida por um sistema de drenos ou bocais e levada à câmara de contato, onde é desinfectada; parte da água vai para o consumo e parte é recalcada para um reservatório de água de lavagem;

- para fazer a limpeza dos filtros, fecha-se a admissão da água dos decantadores e da água filtrante; e abre-se a admissão do reservatório de água de lavagem;

é a operação chamada de inversão de corrente. A água de lavagem penetra sob pressão através dos drenos, revolve a areia e carrega a sujeira acumulada para os canais de descarga de água de lavagem. Ao término da lavagem dos filtros, fecha-se a admissão da água do reservatório de lavagem, abre-se a da água dos decantadores e inicia-se novamente a filtração com a abertura do registro da água filtrada.

Figura 28 - Corte de Filtro Rápido Descendente

Foto 1 - Estação de Tratamento de Água Convencional Capacidade 5l/s – São Pedro do Avaí - Manhuaçu - MG

3.17.5 - - Aeração

A água retirada de poços, fontes ou regiões profundas de grandes represas, pode ter ferro e outros elementos dissolvidos, ou

ainda ter perdido o oxigênio em contato com as camadas que atravessou e, em conseqüência, seu gosto é desagradável. Torna-

se necessário, portanto, arejá-la para que melhore sua qualidade.

A aeração é também usada para a melhoria da qualidade biológica da água e como parte de tratamentos mais completos.

Para as pequenas instalações, a aeração pode ser feita no próprio reservatório de água; basta que este seja bem ventilado e que,

ao passar para o reservatório, a água seja forçada a uma queda livre.

a) Métodos de Aeração

A aeração pode ser obtida, provocando a queda da água sobre bandejas ou tabuleiros, nas quais exista cascalho ou pedra

britada. A água sai de uma fonte no topo do conjunto de bandejas e as atravessa sucessivamente até ser recolhida na mais

baixa (Figura 30).

Pode dar-se ainda pelo sistema de cascatas, fazendo a água tombar sucessivamente sobre diversos degraus (Figura 29).

Pode ser obtida, levando-a a sair de bocais sob a forma de jato, recebendo oxigênio quando em contato com o ar.

E finalmente, a aeração também pode ser feita através de aeradores por borbulhamento que consistem, geralmente, de tanques

retangulares, nos quais se instalam tubos perfurados, placas ou tubos porosos difusores que servem para distribuir ar em forma

de pequenas bolhas. Essas bolhas tendem a flutuar e escapar pela superfície da água. A relação largura-profundidade deve

manter-se inferior a dois. A profundidade varia entre 2,75 e 4,50m.

O comprimento do tanque é calculado em função do tempo de permanência que varia entre 10 a 30 minutos. A quantidade de

ar varia entre 75 e 1.125 litros por metro cúbico de água aerada.

Figura 29 - Aerador de Cascata

Fonte: CETESB, 1987

Figura 30 - Aerador de Tabuleiros ou Bandejas

3.17.6 - - Correção da Dureza

A dureza da água é devida à presença de sais de cálcio e magnésio sob forma de carbonatos, bicarbonatos e sulfatos.

A Dureza é dita temporária, quando desaparece com o calor, e permanente, quando não desaparece com o calor.

Normalmente, reconhece-se que uma água é mais dura ou menos dura, pela maior ou menor facilidade que se tem de obter,

com ela, espuma de sabão.

A água dura tem uma série de inconvenientes:

é desagradável ao paladar;gasta muito sabão para formar espuma;dá lugar a depósitos perigosos nas caldeiras e aquecedores;deposita sais em equipamentos;mancha louças.

Para a remoção de dureza da água, usam-se os processos da cal-solda , dos zeólitos e mais recentemente a osmose inversa. Os

zeolitos têm a propriedade de trocar o sódio, que entra na sua composição, pelo cálcio ou magnésio dos sais presentes na água,

acabando, assim com a dureza da mesma. Com a continuação do tratamento, os zeólitos esgotam sua capacidade de remoção

de dureza.

Quando os zeólitos estiverem saturados, sua recuperação é feita com sal de cozinha (cloreto de sódio). A instalação da

remoção de dureza é similar à de um filtro rápido de pressão (filtro rápido encerrado em um recipiente de aço, onde a água

entra e sai sob pressão).

A osmose é um fenômeno natural físico-químico. Quando duas soluções, com diferentes concentrações, são colocadas em um

mesmo recipiente separado por uma membrana semi-permeável, onde ocorre naturalmente a passagem do solvente da solução

mais diluída para a solução mais concentrada, até que se encontre o equilíbrio. Neste ponto a coluna de solução mais

concentrada estará acima da coluna da solução mais diluída. A esta diferença entre colunas de solução se denomina Pressão

Osmótica. A Osmose Inversa é obtida através da aplicação mecânica de uma pressão superior à Pressão Osmótica do lado da

solução mais concentrada.

A tecnologia de osmose inversa já utilizada desde a década de 60, teve seu mecanismo integrado para a produção de água

ultrapura, utilizada na indústria a partir de 1976. Esta primeira geração de membranas demonstrou sua utilidade, reduzindo a

necessidade de regeneração dos leitos de troca iônica e de consumo de resina, além de significativas reduções de despesas na

operação e manutenção destes leitos. Uma segunda geração de membranas, as membranas de película fina compostas,

enroladas em espiral, foram descobertas em 1978, e introduzidas na produção de água ultrapura no início da década de 80.

Estas membranas operam com baixa pressão e consequentemente com reduzido consumo de energia.

3.17.7 - - Remoção de Ferro

A água que passa por camadas ferruginosas, na falta de oxigênio suficiente, dissolve sais de ferro sob forma de sais ferrosos.

Quando por exemplo, retirada de um poço, essa água apresenta o inconveniente de manchar a roupa, as pias e de corroer as

tubulações.

O processo utilizado para a remoção do ferro depende da forma como as impurezas de ferro se apresentam.

Para águas limpas que prescindem de tratamento químico, como as águas de (poços, fontes, galerias de infiltração), contendo

bicarbonato ferroso dissolvido (na ausência de oxigênio), utiliza-se a simples aeração.

Se o ferro estiver presente junto com a matéria orgânica, as águas, em geral, não dispensarão o tratamento completo com

aeração inicial (aeração, coagulação, floculação, decantação e filtração).

3.17.8 - - Correção de Acidez Excessiva

É obtida pelo aumento do pH, com a adição de cal ou carbonatos.

Na prática rural, consegue-se a remoção fazendo-se a água passar por um leito de pedra calcária.

3.17.9 - - Remoção de Odor e Sabor Desagradáveis

Depende da natureza das substâncias que os provocam. Como métodos gerais, usam-se:

a) carvão ativado;b) filtração lenta;c) tratamento completo.

Em algumas águas subterrâneas, o odor de gás sulfídrico desaparece com a aeração.

3.17.10 - - Desinfecção

Desinfectar uma água significa eliminar os microorganismos patogênicos presentes na mesma.

Tecnicamente, aplica-se a simples desinfecção como meio de tratamento para águas que apresentam boas características

físicas e químicas, a fim de garantir seu aspecto bacteriológico. É o caso das águas de vertentes ou nascentes, águas de fontes

ou de poços protegidos, que se encontrem enquadradas na classe Especial da Resolução CONAMA Nº 20 de 18.06.1986.

Na prática, a simples desinfecção, sem outro tratamento, é aplicada muito frequentemente.

Em épocas de surtos epidêmicos a água de abastecimento público deve ter a dosagem de desinfectante aumentada. Em casos

de emergências deve-se garantir, por todos os meios, a água de bebida, sendo que a desinfecção, em alguns casos, é mais

prática que a fervura.

A desinfecção é também aplicada à água após seu tratamento, para eliminar microorganismos patogênicos porventura

presentes.

a) Métodos Químicos de Desinfecção

Ozona: é um desinfectante poderoso. Não deixa cheiro na água, mas, origina um sabor especial, ainda que não desagradável. Apresenta o inconveniente de uma operação difícil, e, o que é mais importante, não tem ação residual;

Iodo: desinfecta bem a água após um tempo de contato de meia hora. É, entretanto, muito mais caro para ser empregado em sistemas públicos de abastecimento de água;

Prata: é bastante eficiente; sob forma coloidal ou iônica não deixa sabor nem cheiro na água e tem uma ação residual satisfatória. Porém, para águas que contenham certos tipos de substâncias, tais como cloretos, sua eficiência diminui consideravelmente;

Cloro: constitui o mais importante dentre todos os elementos utilizados na desinfecção da água.

Além desta aplicação, é ele também usado no tratamento de águas para:

eliminar odores e sabores;diminuir a intensidade da cor;auxiliar no combate à proliferação de algas;colaborar na eliminação de matérias orgânicas;auxiliar a coagulação de matérias orgânicas.

O cloro é o desinfectante mais empregado e é considerado bom, porque:

realmente age sobre os microorganismos patogênicos presentes na água;não é nocivo ao homem na dosagem requerida para desinfecção;é econômico;não altera outras qualidades da água, depois de aplicado;é de aplicação relativamente fácil;deixa um residual ativo na água, isto é, sua ação continua depois de aplicado;é tolerado pela grande maioria da população.

O cloro é aplicado na água por meio de dosadores, que são aparelhos que regulam a quantidade do produto a ser ministrado,

dando-lhe vazão constante.

Pode ser aplicado sob a forma gasosa. Nesse caso, usam-se dosadores de diversos tipos. O acondicionamento do cloro gasoso

é feito em cilindros de aço, com várias capacidades de armazenamento (Figura 31).

Figura 31 - Instalação Típica de Cloro Gasoso

Pode ainda ser aplicado sob a forma líquida, proveniente de diversos produtos que libertam cloro quando dissolvidos na água.

Os aparelhos usados nesse caso são os hipocloradores e as bombas dosadoras.

Os produtos de cloro mais empregados, suas vantagens e desvantagens estão indicadas na Tabela 4.

Tabela 4 - Compostos e Produtos de Cloro para Desinfecção de Água

3.17.11 - - Fluoretação das Águas

Com a descoberta da importância dos sais de flúor na prevenção da cárie dental, quando aplicados aos indivíduos na idade

suscetível, isto é, até aos 14 anos de idade, e em ordem decrescente de efetividade à medida que aumenta a idade da criança,

generalizou-se a técnica de fluoretação de abastecimento público como meio mais eficaz e econômico de contrôle da cárie

dental.

As aplicações no abastecimento de água fazem-se por meio de aparelhos dosadores, sendo usados o fluoreto de sódio, o

fluossilicato de sódio e o ácido fluossilicico.

Os sistemas públicos de abastecimento de água fluoretada deverão obedecer os seguintes requisitos mínimos:

abastecimento contínuo da água distribuída à população, em caráter regular e sem interrupção;a água distribuída deve atender os padrões de potabilidade;sistemas de operação e manutenção adequados;controle regular da água distribuída.

A concentração de íon fluoreto varia, em função da média das temperaturas máximas diárias, observadas durante um período

mínimo de um ano (recomenda-se cinco anos). A concentração ótima situa-se em torno de 1,0mg/l.

Após dez a 15 anos de aplicação do fluor na água, para cada criança é efetuado um levantamento dos dentes cariados,

perdidos e obturados, denominado índice cpo, para avaliação da redução de incidência de cáries.

A extinta Fundação SESP foi a primeira entidade a aplicar a fluoretação de água no Brasil e também foi a pioneira na

aplicação da fluorita, sal encontrado no nosso País e de uso fácil onde já existe tratamento de água com sulfato de alumínio.

Foto 2 - Cone de Saturação

Estações Compactas

São unidades pré-fabricadas, que reúnem todas as etapas necessárias ao processo de limpeza da água. Normalmente são

transportadas e montadas na localidade de implantação do sistema. É necessário a construção de uma Casa de Química.

Vantagens da Instalação de Estações Compactas:

- redução nos prazos de implantação do sistema;

- possibilidade de deslocamento da Estação para atender a outros sistemas.

Materiais Utilizados na Fabricação:

- normalmente são confeccionadas em chapas de aço com proteção e fibra de vidro.

Foto 3 - ETA Compacta com Casa de Química

3.17.12 - Dessalinizadores de Água

A água salobra ou do mar transforma-se em água potável através da tecnologia de osmose inversa para dessalinização da água.

A osmose é um fenômeno natural físico-químico, é o nível final de processos de filtração disponíveis com a utilização de

membranas.

Pequenas localidades do Nordeste têm resolvido seus problemas de abastecimento de água com os dessalinizadores.

Saneamento Geral - Material

Documents

Transcript of Saneamento Geral - Material