Sistema de Água

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__________________________________________________________________ Sistemas de gua I - Aula 4 - Captao de gua de superfcie (Parte I e Parte II) 22/10e 29/10/2013

Aula 4 - Captao de gua de superfcie (Parte I)

4.1 - Introduo

O tratamento da gua comea na sua captao

A parte mais importante de um servio de gua potvel o

seu manancial e a respectiva captao de suas guas.

Da escolha adequada do manancial, da sua proteo, alm

da correta construo e operao de seus dispositivos de

captao depende o sucesso das unidades do sistema.

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Tanto no que se refere quantidade como qualidade da

gua a ser disponibilizada aos consumidores.

Deve ser dedicada ateno para a escolha e proteo do

manancial e do local de sua captao

Para a elaborao do projeto e para a construo e

operao das estruturas e dispositivos que compem a

unidade de captao de gua.

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Captao de guas: um conjunto de estruturas

e dispositivos, construdos ou montados junto a

um manancial, para a retirada de gua

destinada a um sistema de abastecimento.

NBR 12213 - Projeto de captao de gua de superfcie para

abastecimento pblico.

Mananciais superficiais: Crregos, Rios, Lagos, Represas.

Mananciais subterrneas: Aquferos fretico e artesiano.

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6


As obras de captao devem ser projetadas e construdas para:

Funcionar ininterruptamente em qualquer poca do ano.

Permitir a retirada de gua para o sistema de

abastecimento em quantidade suficiente e com a melhor

qualidade possvel.

Facilitar o acesso para a operao e manuteno do

sistema.

Quando o manancial encontra-se em cota inferior da

cidade, haver a necessidade de uma estao elevatria.

Neste caso as obras de captao so associadas s obras

de uma estao elevatria.

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4.2 - Escolha do manancial e do local para implantao

Requisitos mnimos dos mananciais:

Aspectos quantitativos: Vazes.

Aspectos qualitativos: caractersticas qumicas, fsicas

biolgicas (bacteriolgicas).

Devem ser levados em conta: tipos de estudos a realizar;

condies gerais a serem atendidas pelo local de captao;

inspeo de campo e consulta comunidade.

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Tipos de estudo a realizar (as informaes, levantamentos e

estudos necessrios para a escolha do manancial e do local

de implantao de sua captao):

Levantamento planialtimtrico da rea a abastecer e da

regio no seu entorno.

O tipo de manancial e a localizao de sua captao.

Ambos tm influncia tcnica e econmica na concepo

do sistema de abastecimento: (i) tipo de tratamento de gua;

(II) comprimento, acesso, perfil topogrfico e desnvel altimtrico de aduo;

(III) aproveitamento de unidades de abastecimento de gua existentes;

(IV) racionalidade na disposio das unidades de reservao e distribuio.

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Estimativa da vazo mnima (e mxima) dos mananciais em

estudo.

Conhecimento das vazes disponveis para captao

segundo o rgo responsvel pela gesto de recursos

hdricos;

Levantamento de dados ou estimativas sobre os nveis de

gua mximo e mnimo, com a indicao dos provveis

perodos de retorno.

Levantamento sanitrio da bacia hidrogrfica a montante dos

possveis pontos de captao.

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Caracterizao dos principais usos da terra e da gua.

Ateno para as atividades degradadoras da vegetao e

poluidoras da gua, do solo e do ar;

Conhecimento dos usos da gua a jusante dos pontos de

captao em estudo.

Levantamento das caractersticas fsicas, qumicas e

biolgicas da gua.

Avaliao do transporte de slidos, em pocas

representativas do ano;

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A maior ou menor complexidade dos elementos depender:

da grandeza da vazo necessria a captao de maiores

vazes exige a utilizao de mananciais de maior porte

estes so mais raros, mais difceis de proteger e apresentam

maiores dificuldades para a captao de suas guas;

da disponibilidade de recursos hdricos na regio de

interesse em reas onde h a escassez de bons mananciais

de gua, em quantidade ou qualidade, mais difcil torna-se a

pesquisa para a sua identificao.

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Nos casos que envolvem comunidades maiores ou regies

carentes de recursos hdricos (em quantidade ou qualidade),

os estudos devero ser de maior abrangncia e exigiro maior

nvel de detalhes.

Quando se tratar de pequenas comunidades localizadas em

regies em que os bons mananciais sejam facilmente

identificveis, esses estudos podero ser simplificados.

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Principais fatores que alteram a qualidade da gua dos

mananciais:

Urbanizao;

Eroso e assoreamento;

Desmatamento e supresso da mata ciliar;

Recreao e lazer;

Indstrias e mineraes;

Resduos slidos;

Contribuies de crregos e guas pluviais;

Resduos agrcolas;

Esgotos domsticos;

Acidentes.

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Medidas de controle dos fatores que alteram a qualidade

da gua dos mananciais.

Carter corretivo: medidas que visam corrigir uma

situao existente, para melhorar a qualidade das guas.

Carter preventivo: medidas que evitam ou minimizam a

piora na qualidade das guas.

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Controle Corretivo:

Implantao de ETEs nas fontes poluidoras localizadas na

bacia hidrogrfica do manancial.

Medidas aplicadas ao manancial.

Eliminao de microrganismos patognicos

Remoo de algas

Combate a insetos, crustceos e moluscos

Remoo do lodo e sedimentos

Aerao da gua

Eliminao da vegetao aqutica superior

Instalao de ETA adequada qualidade da gua bruta.

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Controle Preventivo:

Planejamento do uso e ocupao do solo.

Controle da eroso, do escoamento superficial e da

vegetao.

Controle da qualidade da gua das represas.

Avaliao prvia de impactos ambientais.

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Condies gerais a serem atendidas pelo local de captao

Situar-se em ponto que garanta a vazo demandada pelo

sistema.

Situar-se a montante da localidade a que se destina e a

montante de focos de poluio.

Situar-se em cota altimtrica superior da localidade a ser

abastecida para que a aduo se faa por gravidade (desde

que a distncia de aduo no inviabilize economicamente

essa alternativa).

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Caso a aduo por gravidade seja invivel, o local de

captao deve situar-se em cota que resulte menor altura

geomtrica e que possibilite a condies apropriadas de

bombeamento e de aduo por recalque.

Situar-se em terreno que apresente condies de acesso,

caractersticas geolgicas, nveis de inundao e condies de

arraste e deposio de slidos favorveis ao tipo e porte da

captao a ser implantada.

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Situar-se em trecho reto do curso de gua ou em local prximo

sua margem externa evitando sua implantao em trechos que

favoream o acmulo de sedimento.

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As estruturas de captao devem ficar protegidas da ao erosiva

da gua e dos efeitos da variao de nvel do curso d'gua.

Resultar no mnimo de alteraes no curso de gua

(implantao das estruturas e dispositivos de captao),

inclusive no que se refere possibilidade de eroso ou de

assoreamento.

O projeto de captao deve incluir tambm as obras para

garantir o acesso permanente a essa unidade.

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4.3 Tipos de captao de gua de superfcie

As captaes de gua de superfcie podem ser de cinco tipos:

captao direta ou a fio de gua;

captao com barragem de regularizao de nvel de gua;

captao com reservatrio de regularizao de vazo

destinado prioritariamente para o abastecimento pblico de

gua;

captao em reservatrios ou lagos de usos mltiplos;

captaes no convencionais.

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A captao a fio de gua aplicada em cursos d'gua que:

possuam vazo mnima utilizvel superior vazo de

captao (ou seja, a vazo necessria menor que a vazo

mnima do rio)

apresentam nvel de gua mnimo para o

posicionamento da tubulao ou dispositivo de tomada.

A captao com barragem de regularizao de nvel de gua

tambm se aplica a cursos de gua de superfcie com vazo

mnima utilizvel superior vazo de captao.

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Porm cujo nvel de gua insuficiente para o posicionamento

da tubulao de tomada.

O nvel mnimo de gua elevado por meio de uma barragem

de pequena altura (soleira), cuja finalidade dotar o

manancial do nvel de gua mnimo necessrio sua captao.

Assim, uma barragem de nvel (ou enrocamento): eleva o nvel

de gua do manancial (mas no regulariza vazes), garante

N.A. mnimo na captao.

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A captao com reservatrio de regularizao de vazo destinado

prioritariamente ao abastecimento pblico de gua empregada

quando vazo mdia do curso d'gua superior necessidade de

consumo, entretanto, a vazo mnima inferior vazo de captao

necessria.

Neste caso, torna-se necessria a construo de barragem de maior

altura, suficiente para permitir o acmulo de volume de gua que

possibilite a captao da vazo necessria em qualquer poca do ano

hidrolgico.

Deve ainda garantir o fluxo residual de gua em quantidade adequada

manuteno da vida aqutica e a outros usos a jusante da barragem.

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uma obra cujo projeto e construo so mais complexos do

que os demais tipos de captao.

A captao em reservatrios ou lagos de usos mltiplos

aquela que se d em reservatrios artificiais ou em lagos

naturais cujas guas no tenham o seu uso prioritrio

relacionado ao abastecimento pblico de gua.

As captaes no convencionais so concebidas para permitir

o emprego de equipamentos de elevao ou recalque de gua

movidos por energia no convencional como a elica, a solar

ou as provenientes de transiente hidrulico (golpe de arete).

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4.4 - Dispositivos constituintes das captaes de gua:

Tomada de gua (ocorre em todo o tipo de captao).

Barragem de nvel ou soleira, (eleva o nvel de gua do manancial

garantindo N.A. mnimo na captao).

Reservatrio de regularizao de vazo (situaes em que a vazo

mnima do manancial for menor do que a vazo de captao).

Grades e telas, geralmente presentes em todo o tipo de captao.

Desarenador (caixa de areia), que utilizado quando o curso de

gua apresenta transporte intenso de slidos.

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Tomada de gua: o conjunto de dispositivos que tem por

finalidade conduzir a gua do manancial para as demais partes

constituintes da captao.

Tipos de tomada de gua com base no grau de complexidade:

a) tubulao de tomada;

b) caixa de tomada;

c) canal de derivao;

d) poo de derivao;

e) tomada de gua com estrutura em balano;

f) captao flutuante;

g) torre de tomada.

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a) Tubulao de tomada: o dispositivo de tomada de gua

constitudo por tubulao simples, que conduz a gua desde o

manancial at a unidade seguinte.

Principais cuidados (segundo a NBR 12213 - Projeto de captao

de gua de superfcie para abastecimento pblico):

Velocidade nas tubulaes/canais da tomada de gua no

deve ser inferior a 0,60 m/s.

Prever dispositivo anti-vrtice.

A tubulao de tomada provida de um crivo em sua extremidade

de montante, localizado dentro do curso de gua.

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Tubos perfurados: opo preferida quando o curso de gua possua

margem de pequena declividade ou quando a sua lmina de gua

seja de pequena espessura.

Tomada de gua direta com conjunto motobomba (bombas

anfbias): uma soluo que dispensa a construo de casa de

bombas (minimiza as obras na margem) e no fica limitada por

problemas de altura mxima de suco (o equipamento instalado

dentro do curso de gua).

H a necessidade de uma altura mnima de lmina de gua no local

de sua instalao.

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Tubulao de tomada com crivo, descarregando em desarenador

Tubulao de tomada com crivo, descarregando em caixa de passagem

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Tubulao de tomada com crivo, descarregando em poo de suco de uma elevatria

Tubulao de tomada com crivo ligada diretamente suco de bomba

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Tubulao de tomada com tubos perfurados

Tomada de gua com bomba anfbia modular

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No dimensionamento da unidade de tomada so utilizadas:

A frmula de Hazen - Williams (clculo da perda de carga na

tubulao de tomada):

= ,.,.,.,

Q = vazo (m3/s).

D = dimetro (m).

J = perda de carga unitria (m/m).

C = Coeficiente adimensional que depende do material.

A equao geral para o calculo das perdas de cargas localizadas:

= .

.

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Tubulao de tomada constituda de tubos perfurados (clculo da

perda de carga nos orifcios de tubo feito pela frmula gerel para

pequenos orifcios):

= .. (..),

Q = a vazo por orifcio, calculada dividindo-se a vazo de captao pelo nmero de

orifcios a serem perfurados nos tubos de tomada (m3/s).

S = a seo de cada orifcio (m2).

Cd = coeficiente de descarga (0,6).

h = perda de carga (m).

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Exemplo 1- Dimensionar uma tubulao de tomada de uma captao de

gua de superfcie destinada a uma comunidade com populao de projeto

de 1942 habitantes, consumo per capita mdio de gua macromedido de 150

L/hab.dia e coeficiente do dia de maior consumo (k1) igual a 1,2. As unidades

de produo de gua devero ser projetadas para funcionarem no mximo

16 horas por dia. O comprimento da tubulao de tomada de 5 m e ela

descarrega num poo de tomada.

Adotar:

C=130 para tubo de ferro fundido revestido internamente com argamassa de

cimento.

crivo comercial : k = 0,75

vlvula de gaveta: k = 0,20

sada de tubulao: k = 1,00

Vazo da ETA = 3%

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b) Caixa de tomada: empregada quando o curso de gua

apresenta regime de escoamento torrencial ou rpido.

Isso coloca em risco a estabilidade de tubulaes, pela

possibilidade da coliso destas com slidos transportados pelo

curso de gua em pocas de fortes chuvas.

Nessas situaes, mais indicado que a tubulao de tomada seja

substituda por uma caixa de tomada instalada na margem do

curso de gua.

As caixas de tomada so dotadas de grade em sua entrada.

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Caixa de tomada de gua em captao a fio de gua

c) Canal de derivao: utilizado em captaes de mdio ou

grande portes, cumprindo ao mesmo tempo as funes da caixa de

tomada e do canal que interliga unidade subseqente.

No se aplica a captaes de pequena vazo devido prescrio da

velocidade mnima de 0,60 m/s.

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Canais para pequenas vazes com essa velocidade teriam

dimenses diminutas para viabilizar sua construo e manuteno.

Geralmente os canais de derivao so dotados de grade em sua

entrada.

Canal de derivao e desarenador afastado da margem do curso de gua

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Canal de derivao e desarenador posicionados junto ao curso de gua

d) Poo de derivao: consiste de uma tubulao construda na

margem de rios ou ribeires que seja inundvel e que apresente

declividades acentuadas.

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Poo de derivao com apenas uma tomada de gua

Quando a variao de nvel de gua do rio for acentuada, pode-se

adotar mais de uma tubulao de tomada.

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Poo de derivao com duas tubulaes de tomada

Antigamente esse tipo de soluo s era vivel em cursos de gua com

reduzido transporte de slidos.

Com a entrada no mercado das bombas resistentes abraso (conjuntos

motobomba submersveis para gua bruta), esse tipo de soluo passou

a ser utilizado em cursos de gua cujo transporte de slidos maior.

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Conjuntos motobomba submersveis x motobomba convencionais:

Maior preo de aquisio, menor rendimento, menores vazes,

menores alturas manomtricas, maior risco de danos por choques

com slidos flutuantes de maior massa, arrastados pelo rio.

Essas desvantagens tornam-se tanto mais significativas quanto

maiores forem as vazes envolvidas

Mesmo com as desvantagens apresentadas, isso possibilita

solues mais simples e baratas, com poos de dimenses

reduzidas e sem apresentar inconvenientes de ser inundado.

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Assim o poo de tomada funciona como proteo do conjunto motor-

bomba contra o seu arraste pela gua e contra o seu impacto com

corpos de maior peso arrastados pela correnteza.

e) Tomada de gua com estrutura em balano: a tomada de gua feita

por um conjunto motobomba, resistente abraso, que fica suspenso

dentro do curso de gua, por meio de uma corrente integrada a uma

talha que pode se movimentar ao longo de uma viga em balano.

Aplica-se a rios com grande oscilao do nvel de gua, tanto em

profundidade como no afastamento s margens.

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Tomada de gua com estrutura em balano

f) captao flutuante: se aplica em lagos e represas ou em rios com

regime de escoamento tranqilo, sem arraste freqente de slidos

flutuantes de grandes dimenses.

Tem sido mais utilizada em sistemas de pequenas e mdias

comunidades (como uma alternativa mais econmica as torre de

tomada), de custo mais elevado.

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Pode ser de trs diferentes tipos:

com motor e/ou bomba no submersveis, instalados em balsa.

com conjunto motobomba submersvel suspenso por

flutuadores.

com tomada de gua flutuante.

A captao com conjunto motobomba no submersvel instalado

em balsa aplica-se a situaes em que no seja economicamente

indicada a utilizao de conjuntos submersveis.

Em contrapartida, tem-se que a alternativa de conjunto

motobomba submersvel suspenso por flutuadores tende a

apresentar menor custo do que a construo da balsa.

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A adoo de uma ou de outra das duas primeiras alternativas vai

depender da realizao de estudo tcnico-econmico comparativo.

H a tendncia de que a alternativa com balsa seja mais vantajosa

nos sistemas de maior porte (com maiores vazes de captao),

enquanto que a modalidade que emprega flutuadores mais

indicada para as captaes de menores vazes.

A terceira modalidade, em que apenas a tomada de gua

flutuante, tem a sua viabilidade econmica dependente:

da variao do nvel do manancial; da topografia; da geologia e da

extenso da rea inundvel no local onde ficar o poo que ir

receber a gua da tomada flutuante.

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Qualquer que seja a modalidade de captao flutuante

escolhida, dever ser dada ateno especial ancoragem da

estrutura flutuante, principalmente quando ela instalada em

rios, em que a ao de arraste pela gua mais significativa.

Outra caracterstica: a necessidade de que a tubulao seja

flexvel, o que facilitado pela existncia de tubos de material

plstico de grande resistncia a esforos internos e externos.

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Tomada de gua com conjunto motobomba flutuante instalado em balsa

Tomada de gua com conjunto motobomba suspenso por flutuadores

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Tomada de gua flutuante

Fonte: Zambon e Contrera (2013)

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g) Torre de tomada: a modalidade em que a tomada de gua

feita por meio de uma torre de grandes dimenses, com entradas

de gua em diferentes nveis.


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Pelo seu maior custo indicado para grandes sistemas de

abastecimento de gua (captao se faz em lagos, em reservatrios

de regularizao de vazo ou em grandes rios) com grande variao

no posicionamento do nvel de gua.

A NBR 12213 estabelece que a sua utilizao deve ser precedida de

estudo tcnico-econmico que considere tambm as outras

alternativas tecnicamente viveis.

A torre de tomada pode funcionar apenas como um dispositivo de

tomada de gua ou como tomada de gua e elevatria. Isso vai

depender do porte do sistema e das condies topogrficas do

terreno nas suas imediaes.

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Os equipamentos de bombeamento de gua so geralmente

conjuntos motobomba de eixo prolongado, ficando o motor no

piso situado acima do NA mximo do manancial e a bomba

centrfuga, instalada no poo com gua, abaixo do NA mnimo.

importante levar em considerao, alm das oscilaes de nvel,

as variaes da qualidade da gua em funo da profundidade.

As guas represadas favorecem o desenvolvimento de algas

(cianobactrias), principalmente nas camadas superiores, onde

mais elevada a temperatura e mais intensa a penetrao de luz .

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Nas camadas inferiores ocorre gua com teores excessivos de

matria orgnica e metais como ferro e mangans, favorecendo o

desenvolvimento de compostos causadores de cor, odor e gosto

desagradveis.

Este fenmeno acentua-se nos perodos de temperatura mais

elevada, em que o processo de decomposio mais intensa.

Para "resolver" esse problema fundamental a adequada operao

das entradas de gua que ficam posicionadas em diferentes

profundidades na torre de tomada, alm da correta gesto e

manejo do lago ou represa e de sua bacia hidrogrfica.

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Subsistema de Castelo do Bode. Imagem retirada de http://sandrafernandes.pbworks.com

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Pindobau - Vertedouro e torre de tomada vista da margem direita para esquerda

Cerb - Companhia De Engenharia Ambiental e Recursos Hdricos da Bahia

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Barragem de regularizao de nvel (soleira): um muro de

pequena altura (1 a 2 metros) construdo no curso de gua

com a finalidade de dot-lo de altura de lmina de gua

suficiente para a derivao ou captao de suas guas.

Aplica-se a cursos de gua de superfcie cujo nvel de gua

mnimo (NAmin) seja reduzido.

Na situao mais rudimentar, construda com blocos de

rocha simplesmente colocados no curso de gua, quando

recebe a denominao de enrocamento.

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Captao com barragem de nvel: configurao tpica

Altura: deve ficar a pelo menos 0,60 m acima do fundo e a pelo

menos 0,20 m acima do NA mnimo. A altura dificilmente superior a

1,5 m.

Base da barragem de nvel: deve resistir ao empuxo da gua pelo seu

prprio peso.

Construda em concreto simples ou em alvenaria de pedra (trabalhar

somente compresso).

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A resultante das foras que sobre ela atuam deve passar pelo

tero mdio de sua base:

Esquema para dimensionamento da base

hc: altura mxima da lmina de gua sobre a soleira do vertedor; h : altura externa da barragem no seu vertedor; H: altura mxima da lmina de gua sobre a base da barragem (soma de hc com h); E: empuxo da gua sobre o macio da barragem; P: peso do macio da barragem; b: largura da base da barragem que se deseja calcular; H/3 e b/3: posio dos pontos de aplicao, respectivamente, das foras E e P; a: peso especfico da gua; b: peso especfico do material de construo do macio da barragem.

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O clculo da largura (b) da base feito pela equao:

= . +

Costuma-se adotar para o vertedor da barragem o perfil Creager

(extravasor de barragens):

Perfil Creager para vertedor de barragem

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Perfil Creager para vertedor de barragem

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Para se obter a vazo que passa por um perfil Creager

usaremos a frmula proposta por Azevedo Netto et al., 1998:

Q= 2,2 . L . H 3/2 em que:

Q: vazo que escoa pelo vertedor (m3/s);

L: comprimento da soleira do vertedor (m);

H: altura da lmina da gua sobre a soleira do vertedor (m) =

(hc no caso de vazo de cheia).

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Uma maneira prtica de se achar o perfil Creager de um vertedor

usar os valores da tabela seguinte (Azevedo Netto et al, 1998).

Os valores da tabela seguinte so vlidos para hc = 1m (altura

mxima da lmina de gua sobre a soleira do vertedor = 1m).

Para outros valores de hc, os valores dessa tabela devem ser

multiplicados pelo valor real de hc.

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Exemplo 2: Dimensionar uma barragem de nvel em concreto

simples ( = 2400 kgf/m3), com perfil Creager, para a vazo de

cheia igual a 1200 L/s. A largura do crrego no local da

barragem de 3 m e a vazo residual para atender aos usos

de jusante e vazo ecolgica de 40 L/s.

Adotar h = y = 1,0 m, de modo a garantir a altura de 0,7 m

para o dispositivo de tomada de gua, em relao ao fundo

do crrego (para evitar arraste de lama), e uma lmina

dgua de 0,3 m para afogamento do dispositivo de tomada

(para evitar entrada de ar e possibilitar o escoamento por

gravidade.

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Grades e telas: so dispositivos para reterem materiais

flutuantes ou em suspenso de maiores dimenses.

As grades so constitudas de barras paralelas e destinam-se a

impedir a passagem de materiais grosseiros.

As telas so formadas por fios formando malhas que tm por

finalidade reter materiais flutuantes no retidos na grade.

Ou seja, as telas devem ser sempre instaladas aps as grades.

Existem dois tipos de grades.

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Grade grosseira: destinada reteno de material de dimenses

superiores a 7,5 cm (cursos de gua sujeitos a regime torrencial). O

espaamento entre as barras paralelas de 7,5 cm a 15 cm.

Grade fina: utilizada para a reteno de material de dimenses

inferiores a 7,5 cm. A distncia entre as suas barras paralelas varia

entre 2 cm e 4 cm.

Espessuras das barras:

Grade grosseira: 3/8 (0,95 cm), 7/16 (1,11 cm) ou 1/2 (1,27 cm);

Grade fina: 1/4 (0,64 cm), 5/16 (0,79 cm) ou 3/8 (0,95 cm).

Quanto maior a altura da grade, maior deve ser sua espessura, para

conferir-lhe maior rigidez .

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As telas so de uso mais restrito em captaes de gua. So

constitudas por fios metlicos ou material plstico, formando

malha com 8 a 16 fios por decmetro da tela.

Grades e telas podem ser de limpeza manual ou mecanizada. Os

equipamentos de limpeza mecanizada, pelo seu elevado custo, so

restritos s captaes de grandes vazes (> 1 m3/s).

Dimensionamento das grades e telas (NBR 12213)

rea das aberturas da grade: em relao ao nvel mnimo de gua, deve

ser igual ou superior a 1,7 cm2 para cada litro por minuto de vazo

captada (a velocidade resultante deve ser igual ou inferior a 10 cm/s);

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Perda de carga: calculada pela frmula das perdas de cargas

localizadas considerando como obstruda 50% da seo de passagem.

Coeficiente de perda de carga (k) em grades:

k = .(s/b)1,33.sen.

: coeficiente adimensional, que funo da forma da barra

s: espessura das barras;

b: distncia livre entre barras;

: ngulo da grade em relao horizontal.

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Formas geomtricas e coeficiente b das sees transversais das barras de grades

Coeficiente de perda de carga (k) em telas:

k = 0,55.[(1-2)/2]

: porosidade, igual razo entre a rea livre e a rea total da tela, sendo:

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a) para tela de malha quadrada: = (1-n.d)2

b) para tela de malha retangular: = (1-n1.d1).(1-n2.d2) em que: n, n1, n2: nmero de fios por unidade de comprimento;

d, d1, d2: dimetro dos fios (mesma unidade utilizada para a definio de n).

Exemplo 3: Dimensionar uma grade para captao de 20 L/s num

ribeiro, utilizando caixa de tomada. O manancial apresenta regime de

escoamento torrencial em perodos de chuva, com transporte de

slidos flutuantes de grandes dimenses. As alturas das lminas de

gua mnima e mxima do ribeiro sobre a laje de fundo da caixa de

tomada (colocada 0,40 m acima do leito do curso de gua) so,

respectivamente, de 0,30 m e 1,20 m.

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Grade na captao de gua da cidade de Cardoso


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Desarenador (caixa de areia): uma instalao complementar tem por

finalidade remover da gua captada a areia de uma dada granulometria.

Segundo a NBR 12213 deve ser utilizada quando o curso de gua

apresenta transporte intenso de slidos (concentrao 1,0 g/L).

So geralmente projetados com seo retangular em planta. O seu

comprimento pelo menos 3 vezes maior do que a sua largura, para

minimizar a possibilidade de curto circuito da gua no seu interior.

No seu interior ocorre a chamada sedimentao de partculas discretas

(partculas que no tm alterado o seu tamanho, forma ou peso ao se

sedimentarem).

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Planta e corte de um desarenador com duas clulas

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O dimensionamento consiste na determinao do comprimento L,

necessrio para que o gro de areia que estiver entrando na parte

superior do desarenador (situao mais desfavorvel) nele fique retido

ao final do seu movimento descendente at o fundo do desarenador.

As partculas de areia tem dois movimentos:

movimento horizontal: devido movimentao da gua nessa direo.

Se faz com velocidade constante (vh), igual velocidade da gua.

movimento vertical: resultante da ao da fora da gravidade,

contraposto pelo empuxo da gua e pela fora de atrito do gro de areia

com a gua, em seu movimento descendente.

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Essa velocidade denominada velocidade terminal de sedimentao ou

simplesmente velocidade de sedimentao (vs), e seu valor

determinado experimentalmente.

Velocidade terminal de sedimentao de gros de areia (g=2650 kgf/m3)

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Desenho esquemtico para dimensionamento de desarenador

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Se esse gro de areia em posio mais desfavorvel ficar retido,

todos os demais gros de areia com dimenses iguais ou superiores

ao primeiro tambm ficaro.

Equacionamento:

movimento vertical: h = vs.t t = h/vs (1)

movimento horizontal: L = vh.t t = L/vh (2)

equao da continuidade: Q = vh (b.h) vh =Q/(b.h) (3)

Substituindo (2) em (1): L /vh = h /vs L = h.(vh / vs) (4)

Substituindo (3) em (4): L = Q/(b.vs) (5)

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Da equao 5: vs = Q/(b.L) = Q/A (6)

Sendo A rea em planta do desarenador: A = b.L

As equaes mostram que a altura da lmina de gua (h) no

interessa para o clculo do comprimento do desarenador, porque:

Por um lado, a altura menor implica vh maior;

Por outro, vh maior implica menor tempo (t) para o

movimento desde a superfcie at o fundo.

A duas variveis, vh e t, compensam-se e o comprimento L do

desarenador permanece o mesmo, qualquer que seja h.

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Entretanto, a altura da lmina de gua (h) importante para evitar o

arraste da areia, devendo possuir um valor mnimo que possibilite

que a velocidade horizontal no seja superior a 0,30 m/s.

Existem duas maneiras de verificar o valor da velocidade de

sedimentao (vs) para a qual o desarenador foi dimensionado:

vs = h/t e vs = Q/A

A relao Q/A conhecida como taxa de escoamento superficial

ou, mais simplesmente, taxa de sedimentao.

Sua unidade de medida costuma ser m3/(m2.dia), equivalente a

m/dia ( unidade de velocidade).

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Esta unidade significa que cada 1 m3/dia de vazo do lquido a ser

sedimentado requer uma rea de sedimentao de 1 m2.

Condies para de projeto de desarenadores (NBR 12213):

o desarenador deve ser instalado entre a tomada de gua e a

adutora;

devem existir preferencialmente dois desarenadores,

dimensionados, cada qual, para a vazo total, ou seja, um deles

deve funcionar como unidade de reserva;

o desarenador pode ser dispensado quando se comprovar que o

transporte de slidos sedimentveis no prejudicial ao sistema;

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os desarenadores devem ser dimensionados para a sedimentao

de partculas de areia com vS 0,021m/s (para reterem partculas

com d 0,2 mm);

a velocidade de escoamento horizontal (vh) deve ser menor ou

igual 0,30 m/s;

o comprimento do desarenador obtido no clculo terico deve

ser multiplicado por um coeficiente de segurana de 1,5;

o desarenador com remoo por processo manual deve ter:

a) depsito capaz de acumular o mnimo equivalente a 10% do

volume do desarenador;

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b) largura mnima (B) que facilite a construo e a limpeza do

desarenador (e possibilite tambm que vh 0,30 m/s).

Largura dos desarenadores em funo de sua altura

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Exemplo 4 - Dimensionar um desarenador para a

vazo de 20 l/s, a ser construdo anexo captao

de gua de um ribeiro. No ponto escolhido para a

captao, o NA mnimo do ribeiro apresenta

altura de 0,95 m em relao ao seu leito. J no

local previsto para a construo do desarenador, a

superfcie do terreno fica a 1,25 m acima do NA

mnimo do rio.

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Tomada de gua com barragem de nvel, gradeamento, caixa de areia e estao elevatria


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Captao no rio Una, com barragem de nvel, tomada de gua e caixa de areia mecanizada


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Captaes no convencionais: (emprego de equipamentos movidos por energia no convencional). Captao conjugada a roda de gua: a roda de gua um dos equipamentos mais antigos empregados pelo homem para a elevao da gua (antigo imprio egpcio a cerca de 5.500 anos) Com a atual crise da energia eltrica, a roda de gua volta a ser usada, agora conjugada a bomba de mbolo (pisto): A captao deve proporcionar um desnvel geomtrico em relao ao local de instalao da roda de gua, de modo a resultar vazo adequada para fazer girar a roda com o nmero de rotaes necessrio para o funcionamento da bomba a ela conjugada.

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Captao de gua conjugada a roda de gua (CATLOGO DA HIDROTEC BOMBAS HIDRULICAS)

Uma indstria do Estado de So Paulo fabrica rodas de gua para o recalque de vazes variando de 2.200 L/dia (0,025 L/s) a 84.000 L/dia (0,97 L/s), contra alturas manomtricas de at 100 mca.

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Captao conjugada a carneiro hidrulico (arete hidrulico): neste tipo de instalao, o local da captao deve propiciar uma altura de gua sobre o equipamento de recalque (carneiro ou arete hidrulico). Esse equipamento gera uma seqncia de rpidos e contnuos transientes hidrulicos (golpes de arete) que resultam sobrepresses na linha adutora, possibilitando a elevao ou o recalque de vazes de gua. Os carneiros hidrulicos fabricados comercialmente no Brasil permitem o recalque de vazes que variam de 12 L/hora (0,0033 L/s) a 800 L/hora (0,22 L/s) e altura de recalque que pode chegar at 60 mca, no caso da vazo mxima de 800 L/hora.

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Captao conjugada a carneiro hidrulico

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Na prxima aula:

Avaliao Na outra: adutoras

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