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Engenharia

Meio Ambiente – Abastecimento de Água

By 24 de janeiro de 2019 No Comments

Esta aula tem como objetivo descrever os conceitos mais importantes concernentes ao Abastecimento de Água para concursos de engenharia civil. O material é baseado na NBR 12213:1992 e nos resumos preparados para consolidação do conhecimento da matéria ao longo dos anos.

 

Considerações Iniciais

Um sistema de abastecimento de água deve fornecer e garantir à população água de boa qualidade do ponto de vista físico, químico, biológico e bacteriológico, sem impurezas prejudiciais à saúde.

Esses sistemas compreendem cinco etapas:

  • Captação: a água bruta é captada em mananciais superficiais (barragens, lagos, etc) ou subterrâneos (poços);
  • Adução: a água captada nos mananciais é bombeada até as ETAs (Estações de Tratamento de Água) para que possa ter tratamento adequado;
  • Tratamento: através de uma série de processos químicos e físicos, a água bruta é tornada potável para que possa ser distribuída à população;
  • Transporte e reserva: depois de tratada, a água é bombeada até reservatórios para que fique à disposição da rede distribuidora;
  • Distribuição: a parte final do sistema, onde a água é efetivamente entregue ao consumidor, pronta para ser consumida.

Algumas bancas incluem algumas unidades adicionais no sistema convencional de abastecimento público de água as seguintes unidades: manancial, captação, adução, tratamento, reservação, distribuição e recalque.

O recalque é a atividade de elevar a água, com o objetivo de aumentar a pressão de serviço.

Como esses sistemas são concebidos?

Para que o estudo de concepção possa ser feito é necessário:

 

  • definição do objetivo do estudo;
  • definição do grau de detalhamento e de precisão do estudo de concepção em geral e das partes constituintes do sistema, que exigem diferentes graus de detalhamento e de precisão;
  • aspectos e condições econômicas e financeiras, condicionantes do estudo; definição de condições e parâmetros que, pela Norma, são de iniciativa do contratante.

A implantação ou a melhoria de um sistema de abastecimento de água vai repercutir imediatamente sobre a saúde da população, assim porque:

  • ocorre a erradicação de doenças de veiculação ou de origem hídrica;
  • ocorre a diminuição dos índices de mortalidade geral e em especial da mortalidade infantil;
  • as melhores condições de higiene pessoal e do ambiente que proporciona vai implicar diminuição de uma série de doenças não relacionadas diretamente à água. (Efeito Mills-Reincke).

A importância econômica é também relevante. A implantação do abastecimento público de água se traduz num aumento de vida média útil da população e na redução de número de horas perdidas com diversas doenças, refletindo num aumento sensível de número de horas trabalhadas dos membros da comunidade beneficiada e com isto, aumento de produção. O homem é um ser que trabalha, sendo portanto um fator de produção. A água constitui matéria-prima de muitas indústrias ou auxiliar de processos em atividades industriais, como água para caldeira e outras.

O estudo de concepção de uma rede de abastecimento de água deve abordar, dependendo de sua aplicação e definição do contratante, os seguintes aspectos:

  • os problemas relacionados com a configuração topográfica e características geológicas da região de localização dos elementos constituintes do sistema;
  • os consumidores a serem atendidos até o alcance do plano e sua distribuição na área a ser abastecida pelo sistema;
  • a quantidade de água exigida por diferentes classes de consumidores e as vazões de dimensionamento;
  • no caso de existir sistema de distribuição, a integração das partes deste ao novo sistema;
  • a pesquisa e a definição dos mananciais abastecedores;
  • a demonstração de que o sistema proposto apresenta total compatibilidade entre suas partes;
  • o método de operação do sistema;
  • a definição das etapas de implantação do sistema;
  • a comparação técnico-econômica das concepções;
  • o estudo de viabilidade econômico-financeira da concepção básica.

Os elementos cartográficos utilizados para elaboração de estudos de concepção podem ser constituídos de mapas, fotografias aéreas, levantamentos aerofotogramétricos, topográficos planimétricos ou planialtimétricos ou levantamentos expeditos.

Devem pelo menos cobrir a região em que se encontra a área urbana a ser abastecida (incluindo as áreas de expansão previstas) e de possível localização das partes isoladas do sistema; devem também cobrir as regiões em que se encontram os presumíveis mananciais abastecedores e as faixas de terreno nas quais podem se localizar os condutos de interligação dos mananciais e partes do sistema, isoladas ou não.

A escala dos elementos cartográficos utilizados deve:

  • ser suficiente para permitir a análise e comparação das soluções possíveis (a figura anterior claramente não atende, por exemplo);
  • possibilitar a apresentação dos estudos de forma que resultem perfeitamente caracterizados todos os elementos definidores de cada uma das soluções.

 

Exemplos:

Escalas de 1:250 000 a 1:50 000

  • indicação de mananciais disponíveis;
  • evidenciação     de núcleos populacionais e localização de outros agentes     poluidores com vistas a problemas de poluição de mananciais.

 

Escala de 1:25 000

  • estudo da localização de mananciais;
  • indicação de posição aproximada da rede e dos demais elementos constitutivos do sistema de distribuição em textos explicativos ou em folhas-índices;
  • Localização aproximada e forma de escoamento, baseadas em inspeção e cotas significativas levantadas com altímetro.
  • Pesquisa da região para localização da ETA, considerando vias de acesso e posição relativa ao sistema.

 

Escala de 1:10 000

  • Definição das áreas a serem atendidas pelas diferentes redes;
  • Definição do local e posição do fundo com relação ao terreno, baseadas em inspeção local ou em levantamento expedito.

 

Escala de 1:5000 a 1:2000

  • Definição da área servida pela rede com delimitação de perímetro das zonas de pressão;
  • Escolha do local para implantação de reservatórios;

 

Escala de 1:2000 a 1:000

  • Escolha da área destinada à implantação da ETA;
  • Avaliação da área e desapropriação.

 

Veja que quanto maior a escala (menor denominador), maior o nível possível de detalhamento. Podem ser utilizadas fotografias aéreas para as mesmas finalidades indicadas, para os levantamentos nas escalas de 1:250 000 até 1:25 000.

Ampliações gráficas de elementos cartográficos podem ser feitas unicamente com a finalidade de facilitar a apresentação do sistema estudado, permanecendo para grau de precisão, no máximo, aquele do documento que deu origem à ampliação.

Podem ser utilizados levantamentos expeditos para comparação de soluções, desde que o erro cometido na avaliação das grandezas relacionadas com as concepções comparadas não prejudique a conclusão do estudo.

Os levantamentos expeditos podem ser feitos mediante o uso de altímetro, bússola, goniômetro, trena ou odômetro, bem como mediante qualquer artifício que permita estabelecer as posições relativas das diferentes partes que devem constituir o sistema de abastecimento.

Os levantamentos que não dispuserem de elementos comprobatórios de sua precisão ou de elementos que tornem possível a verificação dessa precisão só podem ser utilizados em estudos de concepção como se fossem levantamentos expeditos.

Nenhuma concepção pode deixar de ser examinada, por falta ou inadequação, de elementos cartográficos.

Os consumidores a serem considerados compreendem os estabelecimentos residenciais, industriais e públicos. A População abastecível deve ser constituída, no alcance do plano, de:

  • pelo menos 80% da população residente, quando esse percentual não é fixado pelo contratante;
  • parcelas das populações flutuante e temporária, cujos abastecimentos apresentem interesse econômico ou social, a juízo do contratante.

Devem ser abastecidos os estabelecimentos comerciais e públicos que:

  • se situem no interior da área abastecível;
  • se situem fora da área abastecível, mas que, a juízo do contratante, sejam considerados consumidores especiais.

Podem ser abastecidos os estabelecimentos industriais que:

  • se situem no interior da área abastecível e não utilizem água do sistema público em seus processamentos;
  • se situem fora da área abastecível, mas que, a juízo do contratante, sejam considerados consumidores especiais, quer utilizem ou não água nos seus processamentos.

A população residente deve ser avaliada de acordo com um dos seguintes critérios:

Mediante a extrapolação de tendências de crescimento, definidas por dados estatísticos suficientes para constituir uma série histórica, observando- se:

  • a aplicação de modelos matemáticos (mínimos quadrados) aos dados censitários do IBGE. Deve ser escolhida como curva representativa de crescimento futuro, aquela que melhor se ajustar aos dados censitários;
  • o emprego de métodos que considerem os índices de natalidade, mortalidade, crescimento vegetativo e correntes migratórias. Em ambos os casos, devem ser considerados fatores que venham a alterar a tendência de evolução sócio-econômica da comunidade em estudo e da região;
  • todas as discrepâncias apresentadas nos dados estatísticos, utilizados para definir a tendência de crescimento, devem ser devidamente estudadas e explicadas;
  • a utilização de dados estatísticos não provenientes do IBGE exige a comprovação de confiabilidade.

Mediante a aplicação à última população conhecida da comunidade em estudo das mesmas tendências verificadas em comunidades com características análogas às da comunidade em estudo, quando inexistirem dados característicos suficientes para constituir uma série histórica. Pode ser aceito o estudo de crescimento de população, realizado com outra finalidade, desde que satisfaça aos critérios acima.

As populações flutuante e temporária devem ser avaliadas mediante critérios particulares, estabelecidos de comum acordo com o contratante.

Na falta de dados estatísticos ou informações de outras fontes e a critério do contratante, pode ser admitido que o número de estabelecimentos comerciais e públicos deve manter o mesmo fator de proporcionalidade com a população residente.

Os estabelecimentos industriais, que utilizam ou não água em seus processamentos, devem ser definidos por ocasião da elaboração do estudo de concepção, a partir de levantamento dos estabelecimentos existentes, com seus planos de expansão e dos que tiveram sua instalação já autorizada.

A população que condiciona o dimensionamento do sistema de abastecimento deve ser a população prevista até o alcance do plano, estudada segundo os critérios estabelecidos anteriormente.

Na determinação da demanda de água devem ser considerados o consumo das ligações medidas e não medidas e o volume de perdas no sistema.

Os volumes faturados não servem de base para o cálculo da demanda de água. Os valores das demandas de água, adotados para dimensionamento do sistema de abastecimento, devem ser baseados em condições locais, ressalvados os casos previstos em norma.

No caso de comunidade que contam com sistema público de abastecimento de água, as demandas devem ser determinadas através de dados de operação do próprio sistema, a menos que ocorram condições que tornem esses dados não confiáveis.

Devem ser apresentadas, em relatório, condições que tornem os dados não confiáveis, seus efeitos e as possibilidades de solução.

Quando os dados disponíveis são confiáveis, os valores de consumo devem ser determinados de acordo com os seguintes critérios:

O consumo médio é igual à média dos volumes diários, consumidos no período mínimo de um ano.

O coeficiente do dia de maior consumo (k1) deve ser obtido da relação entre o maior consumo diário, verificado no período de um ano e o consumo médio diário neste mesmo período, considerando- se sempre as mesmas ligações. Recomenda-se que sejam considerados, no mínimo, cinco anos consecutivos de observações, adotando-se a média dos coeficientes determinados. Esse valor varia de 1,2 a 2,0 dependendo das condições locais.

  • O  coeficiente da hora de maior consumo (k2) é a relação entre a máxima vazão horária e a vazão média do dia de maior consumo. Durante o dia ocorrem sensíveis variações no consumo de água. As horas de maior demanda situam-se em torno daquelas em que a população está habituada a tomar refeições, em virtude do uso mais acentuado de água na cozinha, antes e depois das mesmas. O consumo mínimo verifica-se no período noturno, geralmente nas fases iniciais da madrugada. Seu valor varia entre 1,5 e 3,0.

  • Para a determinação dos valores do consumo médio diário, do coeficiente do dia de maior consumo e do coeficiente da hora de maior consumo, devem ser excluídos os consumos dos dias em que ocorram acidentes, no sistema, ou fatos excepcionais responsáveis por alteração do consumo.

 

O coeficiente K1 é utilizado na composição da vazão de dimensionamento das unidades do sistema que antecedem o reservatório de distribuição, ou seja: as unidades de produção, tais como obras de captação, adutoras, elevatórias de água bruta, estações de tratamento, elevatórias de água tratada. Já o coeficiente K2 é utilizado quando se pretende dimensionar a rede de distribuição.

Os estabelecimentos residenciais, comerciais e públicos devem ter seus consumos avaliados com base no histórico das economias medidas e através de uma estimativa de consumo para as economias não medidas, cujos critérios devem ser fixados de comum acordo com as entidades intervenientes.

Aproveitamento do sistema existente Para as comunidades que dispõem de sistema de abastecimento deve ser feito estudo do aproveitamento de suas partes para constituir partes do novo sistema a ser projetado. O aproveitamento de qualquer das partes deve ser feito de modo a se integrar, permanente ou temporariamente, no novo sistema.

 

Fatores que afetam o consumo:

 

  • Clima: quanto mais quente a região maior é o consumo de água.
  • Hábitos e Nível de Vida da População: quanto maior o nível de vida e o poder aquisitivo maior o consumo.
  • Natureza da Cidade: as cidades industriais e mistas apresentam maior consumo que as cidades tipicamente residenciais.
  • Tamanho da Cidade: A experiência tem demonstrado que quanto maior a cidade, maior o número de estabelecimentos comerciais e industriais e de repartições públicas, jardins e equipamentos públicos, implicando aumento nesses dois tipos de consumo.
  • A maior extensão de redes de distribuição vai também acarretar maior volume de perdas por vazamentos, além de apresentarem, obviamente, um maior contingente populacional e, portanto, maior consumo doméstico.
  • Existência ou Ausência de Medição: Quando o consumo é estimado em lugar de ser hidrometrado, a população não se sente motivada a economizar água, nem evitar desperdícios.
  • Pressão na Rede: quando na rede reina pressões elevadas, uma abertura mínima de torneiras e válvulas ocasiona uma grande saída de água, elevando o consumo.

 

Captação

Devem ser considerados abastecedores todos os mananciais que apresentem condições sanitárias satisfatórias e que, isolados ou agrupados, apresentem vazão suficiente para atender à demanda máxima prevista para o alcance do plano.

O levantamento das condições sanitárias de qualquer manancial superficial, com vistas à escolha do ponto de captação, deve ser feito por inspeção sanitária realizada na sua bacia, complementada por análises de amostras de suas águas coletadas em pontos significativos e em períodos representativos.

A inspeção sanitária deve englobar o levantamento, com localização em planta dos núcleos populacionais, das indústrias, das explorações agropecuárias e de qualquer outro agente poluidor, bem como suas características e seu regime de funcionamento. Quando a área da bacia for consideravelmente maior do que a necessária para abastecer a população no alcance do plano, sem obras de regularização, a inspeção sanitária pode-se restringir aos agentes poluidores considerados mais significativos, de acordo com indicação do contratante.

As análises das águas dos mananciais devem realizar-se conforme indicação do contratante.

Devem ser levadas em conta as condições futuras que os mananciais possam apresentar, em decorrência do crescimento de agentes poluidores. A vazão a ser considerada, para fins de escolha de mananciais abastecedores, deve ser a correspondente ao dia de demanda máxima prevista para o alcance do plano.

Devem ser criteriosamente considerados quaisquer outros usos dos mananciais que possam ser abastecedores do sistema. Cabe ao contratante tomar as providências legais necessárias para tornar possível o uso de um manancial como abastecedor e para garantir a possibilidade das expansões previstas em projeto.

Quando a diferença entre a vazão disponível estimada para o manancial ou mananciais e a vazão requerida não ultrapassar 10% da vazão necessária, além do manancial ou dos mananciais estudados para abastecer o sistema, deve ser prevista solução para a hipótese de aqueles se revelarem insuficientes. Deve-se complementar a vazão requerida em condições técnicas e econômicas aceitáveis.

As obras de captação deverão ser implantadas, preferencialmente em trechos retilíneos do curso de água ou, quando em curva, junto à sua curvatura externa (margem côncava), onde a velocidade da água é maior. Evitam-se, assim, bancos de areia que poderão obstruir as entradas de água. Nessa margem côncava as profundidades são maiores e poderão oferecer melhor submersão aos componentes da entrada de água.

Quanto à tomada de água, deve-se prever nos condutos livres e forçados à velocidade de pelo menos 0,60 m/s.

Deverá ser considerada a necessidade de acesso ao local da captação, mesmo ocorrendo fortes temporais e inundações, pântanos e áreas alagadiças devem ser evitados.

Por essa razão, é contraindicada a construção de obras em terrenos baixos, próximos do curso de água, mesma que a casa de bombas fique ao abrigo das cheias.

As estradas de acesso devem propiciar livre trânsito em qualquer época do ano.

Para definir um manancial, se está mais interessado na vazão que poderá ser utilizada, ou seja, nas vazões médias e mínimas. A vazão mínima é importante porque normalmente não é desejável utilizar toda a água de um manancial, porque isso poderia comprometer os cursos naturais a jusante.

Reforçando, a captação é o conjunto de estruturas e dispositivos construído ou montado junto ao manancial, para se efetuar a tomada de água destinada ao sistema de abastecimento. As obras de captação devem ser projetadas e construídas de forma a assegurar, em qualquer época do ano, condições de fácil entrada de água e, tanto quanto possível, da melhor qualidade encontrada no manancial escolhido. As obras de captação deverão ser implantadas, preferencialmente em trechos retilíneos do curso de água ou, quando em curva, junto à sua curvatura externa, onde a velocidade da água é maior.

Em um sistema de abastecimento de água convencional, a unidade para retirada de água do manancial abastecedor é denominada captação. Sendo a Adução, o transporte da água. Não confundir!

No caso de captação de lençol profundo mediante poços, deve-se proceder através das seguintes atividades:

  • prescrição do método de perfuração;
  • locação topográfica do poço;
  • estimativa das profundidades mínima e máxima do poço;
  • estimativa da vazão do poço;
  • fixação dos diâmetros nominais úteis do poço;
  • fixação do(s) diâmetro(s) nominal(is) de perfuração do poço;
  • previsão da coluna estratigráfica a ser perfurada até o limite do solo, da transição solo-rocha e da extensão em rocha(s);
  • previsão da zona de saturação a ser explotada, do potencial e das pressões existentes, representadas pelos níveis piezométricos, tipos de vazios e sua geometria;
  • previsão das prováveis posições do nível dinâmico;
  • avaliação do perfil hidroquímico da(s) água(s) na zona de saturação;
  • previsão da extensão e do tipo de revestimento de acabamento em tubo liso ou filtro; quando necessária, a colocação de filtro deve ser decidida após a perfilagem elétrica do trecho considerado,  indicando- se o posicionamento das seções de filtros na coluna de revestimento;
  • indicação da cota de posição da sapata da coluna parcial de tubos de revestimento lisos ou filtro, a fim de se obter absoluta estanqueidade na transição da formação friável para a consistente;
  • análise granulométrica da formação aquífera, quando friável, e verificação da necessidade de pré-filtro;
  • definição das características do filtro quanto à abertura, área útil e qualidade do material;
  • definição das dimensões e dos materiais usados no revestimento definitivo do poço, tais como tubos lisos e filtros;
  • caracterização da natureza e previsão da granulometria dos materiais do pré-filtro;
  • indicação dos trechos do poço e do revestimento a serem cimentados;
  • indicação do trecho de cimentação de proteção sanitária superficial;
  • especificação da laje de concreto de proteção do poço;
  • definição do tipo de desinfecção do poço, após a conclusão de todos os trabalhos.

No arranjo das partes de um sistema, o pré-dimensionamento dessas partes e o relacionamento entre elas devem garantir o abastecimento contínuo, sanitariamente seguro e sob condições de operação aceitáveis, em qualquer etapa prevista de implantação do sistema.

Deve ser feita uma análise de funcionamento de cada uma das partes do sistema e das condições que esse funcionamento impõe às demais partes, direta ou indiretamente relacionadas, determinando os parâmetros indicativos de suas qualidades ou características técnicas, tendo em vista a projeção anual de demandas até o alcance do plano, sob as condições de operação estabelecidas para o sistema.

O abastecimento é considerado contínuo quando o sistema, em todas as suas partes, é dotado de condições operacionais que, em qualquer instante, haja na rede distribuidora água com pressão e quantidade suficiente, conforme condições estabelecidas em Norma.

A operação de um órgão ou parte do sistema pode ser automática quando se destina ao ajuste de qualquer condição de funcionamento desse órgão ou parte do sistema, podendo ser condicionada através de medidas e controle, sob forma permanente, de uma ou mais das seguintes grandezas:

  • pressão em condutos forçados;
  • velocidade ou vazão de água em condutos;
  • nível de água;
  • intensidade de corrente elétrica em condutores de energia;
  • diferença de potencial disponível no fornecimento de energia elétrica.

A comparação econômica das concepções técnicas deve ser feita, considerando os valores de investimentos ao longo do plano e as despesas de operação e manutenção. As seguintes simplicações são admitidas para a comparação econômica:

  • as diferentes concepções de uma parte ou unidade do sistema podem ser comparadas economicamente em separado das demais partes ou unidades, quando a escolha resultante da comparação feita não interfere na comparação de qualquer outra parte ou unidade do sistema;
  • para a comparação econômica de concepções de qualquer parte ou unidade do sistema, não é necessário considerar as condições comuns a todas elas.

O estudo de concepção deve conter estimativa de custos para cada parte ou unidade do sistema. A estimativa de custos deve ser baseada em orçamento e/ou curva de custos, sendo indispensável citar a origem dos preços e das curvas, bem como justificar suas validades.

Os índices para avaliação de custos de partes ou unidades do sistema, quando dados por curvas de custos, devem ser específicos para cada uma dessas partes ou unidades, em função das grandezas que as caracterizam.

As despesas de manutenção e operação resultam da avaliação com:

  • pessoal;
  • consumo de energia elétrica;
  • reposição de materiais e ferramentas;
  • consumo de produtos químicos;
  • consumo de combustíveis;
  • oficinas;
  • transporte.

A comparação econômica de diversas concepções técnicas para a escolha da concepção básica deve ser feita mediante métodos e critérios de uso corrente, ou de acordo com os estabelecidos pelo contratante ou entidade financiadora do investimento.

A extração de água do aquífero subterrâneo para consumo dos moradores dos edifícios está entre as atividades sujeitas à outorga de direito de uso dos recursos hídricos pelo poder público. É importante lembrar que o tratamento de esgoto é cobrado em função do consumo de água. Com a utilização de água sem outorga o consumidor está deixando de pagar o tratamento desta água.

 

Adução

 

Adutoras são canalizações que conduzem a água entre as unidades do sistema que precedem a rede de distribuição. Não possuem derivações para alimentarem distribuidores de rua ou ramais prediais. Há casos em que da adutora principal partem ramificações (subadutoras) para levar água a outros pontos fixos do sistema. As adutoras interligam tomadas de água, estações de tratamento e reservatórios, geralmente na sequência indicada.

São canalizações de importância vital para o abastecimento de cidades. Qualquer interrupção, que venham a sofrer, afetará o abastecimento da população, com reflexos negativos.

As adutoras devem ser criteriosamente projetadas e construídas de forma a minimizar as possibilidades de “panes” que podem determinar falta de água por longos períodos.

Para o traçado das adutoras, devem-se levar em consideração vários fatores, tais como: topografia, características geológicas do solo, facilidades de acesso. Deve-se evitar a passagem por regiões acidentadas, com rampas muito fortes, pois isto, além de encarecer a construção e a manutenção, pode dar origem a pressões elevadas nos pontos baixos da linha, obrigando o emprego de tubos de maior resistência.

Os terrenos rochosos dificultam seriamente o assentamento de adutoras enterradas. Os solos agressivos como os de pântanos ou terreno turfosos podem prejudicar a durabilidade de certos tipos de tubulação. Por isso, um exame local complementado por sondagens é desejável na fase que precede a elaboração do projeto definitivo.

Devem ser evitados os trajetos que necessitem de obras complementares caras tanto na construção como na manutenção. A escolha do caminhamento deve se pautar pela economia, segurança e facilidades futuras de operação e de manutenção.

As adutoras são classificadas quanto ao líquido transportado (água bruta ou tratada) e quanto à energia de movimentação da água:

  • Adutoras por gravidade
    • o conduto forçado

    • conduto livre

    • combinação de forçados e livres

  • Adutoras por recalque
    • recalque único

    • recalque múltiplus

  • Adutoras Mistas

 

No dimensionamento das adutoras, a vazão é condicionada, entre outros aspectos, pelo consumo de água da população e pela posição dos reservatórios em relação à adutora considerada.

Nas adutoras por gravidade devem-se conhecer ainda os seguintes parâmetros:

  • Vazão de adução (Q)
  • Comprimento da adutora (L)
  • Material do conduto

A vazão (Q) é estabelecida em função da população a ser abastecida, do consumo médio per capita e do coeficiente de variação diária do consumo K1.

O comprimento do trecho e a diferença entre os níveis de água (no início e no fim da adutora) são dados físicos previamente fixados. Utiliza-se comumente a fórmula de Hazen & Williams para os condutos forçados. A fórmula de Manning é a mais usada para condutos livres.

A rigor, no dimensionamento de adutoras deveriam também ser computadas as perdas de carga localizadas. Contudo, tais perdas atingem, na maioria dos casos, um valor desprezível, comparativamente às perdas por atrito ao longo da tubulação. Por esse motivo são desprezadas.

No traçado de uma linha adutora em conduto forçado, deve-se fazer com que a linha piezométrica fique sempre acima da tubulação. Caso contrário, o trecho teria pressão inferior à atmosférica, situação que deve ser evitada. A vazão veiculada por um conduto forçado independe da pressão reinante no seu interior.

Entretanto, por razões econômicas, não é desejável que uma tubulação fique sujeita a uma pressão excessiva, quando é possível evitar. Às vezes a simples alteração do traçado poderá aliviar consideravelmente a pressão interna. Podem-se adotar caixas de quebra de pressão, em adutoras por gravidade e em conduto forçado, para evitar pressões inconvenientes.

Nas adutoras por recalque devem-se conhecer os seguintes parâmetros:

  • Vazão de adução (Q)
  • Comprimento da adutora (L)
  • Material do conduto
  • Desnível a ser vencido (Hg)

O pré-dimensionamento é feito através da fórmula de Bresse modificada.

 

Transporte

Muito raramente, nos dias atuais, são encontrados sistemas de abastecimento de água que não possuam um ou vários conjuntos elevatórios.

Os sistemas que funcionam inteiramente por gravidade escasseiam-se, cada vez mais, apesar das vantagens que oferecem, a saber:

  • evitam despesas com energia elétrica e com pessoal e material de operação e manutenção;
  • independem de falhas ou interrupções de energia e são mais fácies de operar e manter, por não possuírem equipamentos mecanizados;
  • resultam, frequentemente, em maior facilidade de proteção da bacia hidrográfica, para a preservação da qualidade, pois as águas mais altas acham-se mais próximas das nascentes ou cabeceiras.

O fato de muitas cidades se localizarem em cotas bastante elevadas, em relação aos mananciais próximos, ou às enormes distâncias dos mananciais que podem suprir as cidades por gravidade, torna-se necessário o uso de equipamentos de bombeamento.

Uma estação elevatória compõe-se, geralmente de:

  • salão de máquinas e dependências complementares;
  • poço de sucção;
  • tubulação e órgãos acessórios;
  • equipamentos elétricos e dispositivos auxiliares.

 

Reservatório de distribuição de água

Depois de tratada, a água é armazenada em reservatórios de distribuição para, depois, ser levada até os reservatórios de bairros, estrategicamente localizados. De lá, a água segue por tubulações maiores (adutoras) e entra nas redes de distribuição até chegar ao consumidor final.

Geralmente, o armazenamento é feito em caixas-d’água. A responsabilidade da concessionária de serviços de água é levar a água até a entrada da residência, onde estão o cavalete e o hidrômetro (o relógio que registra o consumo de água). A partir daí, o cliente deve cuidar das instalações internas e da limpeza e conservação do seu reservatório.

Os reservatórios têm por finalidades:

  • atendimento das variações do consumo;
  • atendimento das demandas de emergência da cidade;
  • melhoria e adequação das condições de pressão.

 

Atendimento das variações de consumo

O consumo de água não é constante, variando ao longo do dia. A colocação do reservatório entre o sistema produtor e a rede de distribuição possibilita adotar uma vazão constante para dimensionar as unidades componentes do sistema. Essas unidades serão dimensionadas para a vazão correspondente ao dia de maior consumo. A rede de distribuição terá seus condutos dimensionados para a vazão correspondente ao consumo máximo horário desse dia.

 

Atendimento das demandas de emergência

Os reservatórios podem permitir a continuidade do abastecimento da cidade, quando ocorrem paralisações do sistema produtor por falta de energia elétrica ou por qualquer outro acidente tais como: rupturas das canalizações de adução, queima de motores e outros. Nesses casos os reservatórios devem ser dimensionados prevendo tais ocorrências. Para o combate a incêndios deve ser também previsto em projeto o armazenamento de vazões para atender tais situações.

 

Melhoria das condições de pressão

As localizações dos reservatórios vão servir para estabelecer “zonas de pressão” convenientes para os diversos setores da cidade, levando em consideração a topografia da localidade em suas condições altimétricas. Usualmente as pressões devem ficar compreendidas entre os seguintes limites em uma rede de distribuição:

Pressão máxima (estática) = 50 mca (500 kPa)

Pressão mínima (dinâmica) = 10 mca (100 kPa)

 

Classificação dos reservatórios

  • Quanto à localização no sistema
    • o reservatório de montante

    • reservatório de jusante (ou de sobras)

  • Quanto à localização no terreno
    • enterrado

 

  • semienterrado

 

  • apoiado

Reforçando: Os reservatórios têm por finalidades: atendimento das variações do consumo; atendimento das demandas de emergência da cidade; melhoria e adequação das condições de pressão.

Para definir a capacidade do reservatório de um sistema de distribuição, existem várias fórmulas e maneiras, porém na prática se adota 1/3 do consumo máximo diário.

Um reservatório retangular em planta terá o menor comprimento de paredes se suas dimensões guardarem a relação x/y = ¾. Fixado o tipo, a forma e a capacidade do reservatório é possível estudar as dimensões que o tornem de mínimo custo. Um reservatório apoiado para o qual foram fixadas a capacidade e a altura, e que se deseja ampliar no futuro deverá ser retangular.

Um reservatório elevado será mais econômico se sua seção horizontal for circular. Os reservatórios cilíndricos têm dimensões econômicas, quando a relação entre a altura de água e o raio do reservatório estiver na proporção 1:1, ou h = R.

 

Redes de distribuição de água

A rede de distribuição é constituída por um conjunto de condutos assentados nas vias públicas, com a função de conduzir a água para os prédios e demais edificações e pontos de consumo público.

Esses condutos caracterizam-se pelas numerosas derivações (distribuição em marcha) e uma disposição em rede, derivando daí o seu nome. Nas redes de distribuição têm-se dois tipos de condutos: principais e secundários.

Os condutos principais, troncos ou mestres, são as canalizações de maior diâmetro, responsáveis pela alimentação dos condutos secundários. Efetuam o abastecimento de extensas áreas da cidade.

Os condutos secundários, de menor diâmetro (usualmente 50 e 75mm), são os que estão em imediato contato com os prédios a abastecer. A área servida por um conduto secundário é restrita e está nas suas vizinhanças.

O traçado dos condutos principais deve considerar de preferência:

  • ruas sem pavimentação ou de pavimento barato;
  • ruas de menor intensidade de trânsito;
  • proximidade de grandes usuários;
  • proximidades de áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndios.

Conforme a disposição dos condutos principais, as redes podem ser: ramificadas ou malhadas.

As redes ramificadas são aquelas em que os condutos principais são traçadas, a partir de um conduto principal central, com disposição ramificada, como sugere sua denominação. É um sistema típico de cidades ou setores que têm uma dimensão mais pronunciada. As redes ramificadas podem ser:

  • Espinha de peixe  

 

  • Grelha

Nas redes ramificadas a circulação da água faz-se praticamente em um único sentido. Uma interrupção acidental em um conduto tronco prejudica sensivelmente as áreas situadas a jusante do local em que ocorreu o acidente.

Já as redes malhadas são aquelas nas quais os condutos principais formam malhas, anéis ou circuitos.

A vazão de distribuição é calculada para as condições atualmente comuns nas cidades brasileiras isto é, existem reservatórios domiciliares que recebem água da rede pública e alimentam a rede predial. Nestas condições, a vazão de dimensionamento da rede pública se referirá a uma particular situação desfavorável, correspondente à hora de maior consumo do dia de maior consumo.

P é a população prevista para o fim do plano;

q é o consumo per capita;

K1 é o coeficiente de variação diária do consumo;

k2 é o coeficiente de variação horária do consumo e Q é a vazão de dimensionamento da rede.

Condições de funcionamento das redes de distribuição:

  • Diâmetros mínimos: condutos principais = 100 mm;
  • Diâmetros mínimos condutos secundários = 50mm;
  • Pressão dinâmica mínima = 10 mca;

Para ilustrar, consideremos o sistema de abastecimento de um município, esquematizado a seguir.

Para fins de projeto, estima-se que o município terá uma população futura de 100.000 habitantes, consumo médio per capita de 172,8 litros por dia, coeficiente de

variação diária (k1) igual a 1,2 e coeficiente de variação horária (k2) igual a 1,4. Sabendo-se que a água necessária para a lavagem dos filtros da estação de tratamento é de 4% do volume tratado, como calculamos a vazão do trecho “a”?

A vazão no trecho a será a demanda populacional mais a quantidade de água necessária para a lavagem dos filtros, ou seja, mais 4%.

Calculando-se a demanda populacional:

Vazão no trecho a:

O coeficiente de variação horária (k2) não é considerado no trecho a não é considerado por causa do reservatório. Caso não exista tem que incluir o efeito de k2 no cálculo.

A Funasa, por meio do Departamento de Engenharia de Saúde Pública (Densp), financia a implantação, ampliação e/ou melhorias em sistemas de abastecimento de água nos municípios com população de até 50.000 habitantes.

Esta ação tem como objetivo fomentar a implantação de sistemas de abastecimento de água para controle de doenças e outros agravos, com a finalidade de contribuir para a redução da morbimortalidade – provocada por doenças de veiculação hídrica – e para o aumento da expectativa de vida e da produtividade da população.

Nesta ação, são financiadas a execução de serviços tais como captação de água bruta em mananciais superficiais, captação subterrânea, adutora, estação elevatória de água, estação de tratamento de água, reservatórios, rede de distribuição, ligações domiciliares etc.

Os projetos de abastecimento de água deverão seguir as orientações contidas no manual “Apresentação de Projetos de Sistemas de Abastecimento de Água”, disponível na página da Funasa na Internet. (http://www.funasa.gov.br/site/wp-content/uploads/2012/05/eng_abastec.pdf)

Não serão passíveis de financiamento os sistemas de abastecimento de água dos municípios que estejam sob contrato de prestação de serviço com empresa privada.

É exigido da entidade pública concessionária do serviço de abastecimento de  água o aval ao empreendimento proposto, mediante documento, e ainda     termo de compromisso para operar e manter as obras e os serviços implantados.

Os projetos devem incluir programas que visem à sustentabilidade dos sistemas implantados e contemplem os aspectos administrativos, tecnológicos, financeiros e de participação da comunidade.

Os proponentes deverão promover ações de educação em saúde e de mobilização social durante as fases de planejamento, implantação e operação das obras e serviços de engenharia como uma estratégia integrada para alcançar os indicadores de impacto correspondentes, de modo a estimular o controle social e a participação da comunidade beneficiada.

Para finalizar, alguns aspectos gerais sobre o assunto que podem ser cobrados:

Existem três sistemas de abastecimento: o direto, o indireto e o misto. O sistema indireto

  • mais vantajoso, por garantir o Fornecimento de água contínuo, pequena     variação de pressão nos aparelhos, e golpe de aríete desprezível.

A NBR 5626/98 – Instalações Prediais de Água Fria, estabelece as exigências mínimas quanto á higiene, segurança, economia e conforto a que devem obedecer as instalações prediais de água fria.

De acordo com a NBR 12.217, os reservatório de tem a função de regularizar as variações entre as vazões de adução e distribuição e condicionar as pressões na rede de distribuição.

As redes duplas de distribuição de água são constituídas de uma rede para água potável e outra para água sem tratamento. A classificação desse tipo de rede tem como critério a água distribuída.

A presença de ferro e manganês na água distribuída à população causa sérios inconvenientes, como, por exemplo, o sabor desagradável da água para consumo, o favorecimento de depósitos e incrustações e o possível aparecimento de bactérias ferruginosas. Nesse sentido, o tratamento recomendado para águas em que a concentração de ferro e manganês seja alta (superior a 0,5 mg/L) é a oxidação.

O tratamento da água pode ser realizado para atender a várias finalidades, a saber: higiênicas, estéticas e econômicas. Entre os vários processos de tratamento de água, o que se destina a remoção de substâncias voláteis, que podem ter influência sobre o sabor e odor da água, remoção de dióxido de carbono (CO2) e sais de ferro denomina-se AERAÇÃO.

A ultrafiltração tem se destacado como uma técnica muito eficaz na obtenção de água com alto grau de pureza. Nesse metodo são utilizados filtros com membranas com poros de 1 nm a 10 nm de diâmetro.

Tanto a água potável quanto os efluentes podem ser desinfetados com radiação ultravioleta. Apesar de caro para instalação, requer pouca manutenção e portanto baixo custo operacional.

Em uma ETA (Estação de Tratamento de Água), a unidade utilizada para promover a agregação de partículas formadas na mistura rápida são os FLOCULADORES. Abaixo uma visão geral sobre a ETA:

 

A respeito do reúso potável indireto da água é correto afirmar que o esgoto, após tratamento, é disposto na coleção de águas superficiais ou subterrâneas para diluição, purificação natural e subsequente captação, tratamento e, finalmente, utilização como água potável. A seguir uma visão geral de uma ETE.

Em uma amostra d’água, o conjunto de parâmetros caracterizados por provocar estímulos sensoriais que afetam a aceitação para consumo humano, mas que não necessariamente implicam risco à saúde, é o padrão organoléptico.

A NBR 12.216 normatiza o projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público. Para fins desta Norma, devem ser considerados os tipos A, B, C e D de águas naturais para abastecimento público. O tratamento mínimo necessário para a água do Tipo A é desinfecção e correção do pH. Abaixo a classificação ABNT:

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