DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA · Asseguram o abastecimento predial de água, desde a rede pública até ao limite da propriedade a servir, em boas condições de

SANEAMENTO

Castelo Branco

Lisboa, Fevereiro de 2009

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA

Docentes: José Saldanha Matos

Eduardo Ribeiro de Sousa

António Jorge Monteiro

Filipa Ferreira

Ana Fonseca Galvão

Saneamento [2]

SANEAMENTO

Objectivos da Disciplina:

Competências de conceber e dimensionar infra-estruturas de abastecimento de

água e de drenagem de águas residuais, em zonas urbanas, nomeadamente:

• Sistemas de adução e reserva de abastecimento de água;

• Sistemas de distribuição de água;

• Redes de drenagem de águas residuais.

Competências no domínio dos conceitos:

� de esquemas de tratamento (água para abastecimento e águas residuais);

�de parâmetros básicos de caracterização da qualidade da água.

� de gestão e tratamento de resíduos sólidos urbanos.

Saneamento [3]

SANEAMENTO

Programa da Disciplina:

1 - Âmbito e objectivos do saneamento ambiental: conceitos fundamentais;

2 - Sistemas de abastecimento de água: uma perspectiva histórica e conceitos fundamentais;

2.1 - Obras de captação e adução;

2.2 - Instalações elevatórias;

2.3 - Reservatórios;

2.4 - Redes gerais de distribuição de água;

3 - Sistemas de águas residuais: uma perspectiva histórica e actual;

3.1 - Origem, quantificação e natureza das águas residuais;

3.2 - Concepção e dimensionamento de redes gerais de drenagem de águas residuais;

3.3 - Órgãos das redes gerais de drenagem;

3.4 - Instalações elevatórias;

4 - Conceitos básicos de qualidade da água, de tratamento de água para abastecimento público

e de tratamento de águas residuais;

5 - Introdução aos sistemas de resíduos sólidos urbanos (recolha, transporte, tratamento e

destino final).

Saneamento [4]

SANEAMENTO

Metodologia de Avaliação:

� Exame final no fim do semestre (50%);

� (Nota mínima 9,0)

� Avaliação dos 2 projectos desenvolvidos ao longo das aulas práticas (50%).

� Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor (8 semanas);

� Projecto 2: Projecto Base de uma rede de abastecimento e de uma rede

de drenagem (6 semanas).

Saneamento [5]

SANEAMENTO

Planeamento das Aulas:

Planeamento das Aulas:

� 14 semanas de aulas;

� 2 Aulas Teóricas/semana de 1h30m;

� 1 Aula Prática/semana de 1h30m;

� Grupos de (3 ou) 4 alunos;

� máximo de 7 grupos por turma prática.

� Uma das aulas teóricas semanais é dirigida à realização do trabalho prático. Podem ser

esclarecidas dúvidas do trabalho de interesse geral de toda a turma;

� A aula prática não tem apresentação geral. São esclarecidas dúvidas sobre o trabalho

que está a ser realizado, normalmente de forma individual a cada grupo (12 min/grupo);

� Existem Feriados que afectam as aulas práticas que necessitam de ser compensadas.

Saneamento [6]

SANEAMENTO

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor

Aula Prática da Semana 1:

� Preparação Prévia:

� Constituição do Grupo (inscrição no FENIX);

� Impressão do enunciado;

� Objectivos da Semana 1:

� receber a Carta Militar 1/25000 da área de projecto;

�Receber os dados de base para o cálculo dos caudais de projecto dos

aglomerados a servir (População Ai e Aj);

� Localização na carta militar da Captação e dos aglomerados a servir;

Saneamento [7]

Localização na carta militar da Captação e dos aglomerados a servir

Traçado em planta e perfil das condutas

Carta militar 1:25 0000;Abastecimento de duas povoações;Comprimento total entre 10-15 km;Desnível topográfico mínimo 150 m;Traçado por vias de comunicação;

em linha

em derivação

SANEAMENTO


Saneamento [8]

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO

Ciclo Urbano da Água – Impacto nos aquíferos

Saneamento [9]


Evolução histórica do abastecimento de água e do saneamento

Saneamento [10]


Ciclo Urbano da Água - Constituição dos Sistemas

Saneamento [11]

Produzir a água potável a partir de água bruta, obedecendo às normas de qualidade (Decreto-Lei 243/01, de 1 de Agosto - Anexo VI).

Estações de tratamento de água (ETA)

Tratamento

Conjunto de obras destinadas a transportar a água desde a origem à distribuição. O transporte pode ser: em pressão (por gravidade e por bombagem); com superfície livre (aquedutos e canais).

Adutores, aquedutos e canais

Transporte ou adução

Bombar água (bruta ou tratada) entre um ponto de cota mais baixa e um ou mais pontos de cota mais elevada.

Estações elevatórias e sobrepressoras

Elevação

Captar água bruta nas origens (superficiais e subterrâneas), de acordo com as disponibilidades e as necessidades.

Obras de captaçãoCaptação

Objectivo / funçãoÓrgãosComponentes

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Constituição dos Sistemas

Saneamento [12]



Conjunto de tubagens e elementos acessórios para distribuição de água no interior dos edifícios.

Redes interiores dos edifícios

Distribuição interior

Asseguram o abastecimento predial de água, desde a rede pública até ao limite da propriedade a servir, em boas condições de caudal e pressão.

Ramais de ligaçãoLigação domiciliária

Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como sejam juntas, válvulas de seccionamento e de descarga, redutores de pressão, ventosas, bocas de rega e lavagem, hidrantes e instrumentação (medição de caudal, por exemplo), destinado a transportar água para distribuição.

Rede geral pública de distribuição de água

Distribuição

Servir de volante de regularização, compensando as flutuações de consumo face à adução.

Constituir reservas de emergência (combate a incêndios ou em casos de interrupção voluntária ou acidental do sistema de montante).

Equilibrar as pressões na rede de distribuição.

Regularizar o funcionamento das bombagens.

ReservatóriosArmazenamento


Saneamento [13]

SISTEMAS DE DRENAGEM E DESTINO FINAL


Conjunto de tubagens e elementos acessórios para recolha de águas residuais do interior dos edifícios.

Rede de drenagem interior dos edifícios

Rede interior de drenagem

Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como caixas de visita, destinado a transportar as águas residuais para as ETAR ou para destino final.

Interceptores e Emissários

Transporte para ETAR e destino Final

Asseguram a recolha das águas residuais, desde o limite da propriedade a servir e a rede pública.

Ramais de esgotoLigação domiciliária

Conjunto de tubagens e elementos acessórios para recolha de águas residuais do interior dos edifícios.

Rede de drenagem interior dos edifícios

Rede interior de drenagem

Tratar a água residual de forma a produzir um efluente compatível com a respectiva reutilização ou com a capacidade de assimilação do meio receptor.

Estação de tratamento de águas Residuais (ETAR)

Tratamento de Águas Residuais

Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como caixas de visita destinado a recolher as águas residuais para os interceptores e emissários.

Rede geral pública de drenagem de águas residuais

Sistema de Drenagem


Saneamento [14]

SANEAMENTOAula 2 - Sumário

AULA 2• Bases Quantitativas de Projectos de Abastecimento e Saneamento

Saneamento [15]

Objectivo:

Avaliação, o mais correcta possível, das quantidades de água para as quais se deve

projectar as componentes dos sistemas.

Principais elementos:

A) Horizonte de Projecto;

B) População de Projecto;

C) Caudais de Projecto;

D) Área de Projecto;

E) Hidrologia de Projecto.


Bases Quantitativas de Projectos de Abastecimento e Saneamento

Saneamento [16]

Definição:

Número de anos durante os quais o sistema ou as estruturas e os equipamentos que o

compõem têm que servir em boas condições.

Factores:

Vida útil das obras de construção civil e equipamento;��

Facilidade ou dificuldade de ampliação;��

Taxa de juro durante o período de amortização do Investimento;��

Previsão da Evolução da População;��

Funcionamento da Instalação nos primeiros anos de exploração;��

Capacidade financeira da entidade gestora;��

Disponibilidade em recursos hídricos.��


Bases Quantitativas de Projectos / Horizonte de Projecto

Saneamento [17]

20 a 4040 a 50Tomadasde água

20 a 3050 a 60 Furos e poços

Horizonte de Projecto

(anos)

Duração provável

(anos)Tipo de obra


Bases Quantitativas de Projectos / Vida Útil e Horizonte de Projecto

Saneamento [18]

20 a 4080 a 100Reservatórios

e torres de pressão

40 a 5060 a 80 Grandes adutoras


(anos)

Duração provável

(anos)Tipo de obra



Saneamento [19]

20 a 2525 a 35

Grupos electobomba

e equipamento electromecânico

20 a 4040 a 60 Estações

elevatórias(construção civil)


(anos)

Duração provável

(anos)Tipo de obra



Saneamento [20]

20 a 2520 a 30Instalações de

tratamento(equipamento)

20 a 4040 a 60 Instalações de

tratamento(construção civil)


(anos)

Duração provável

(anos)Tipo de obra



Saneamento [21]

Máxima expansão

urbana30 a 40

Redes de drenagem de

águas residuais

Máxima expansão

urbana30 a 40

Redes dedistribuição

de água


(anos)

Duração provável

(anos)Tipo de obra



Saneamento [22]

Definição:

População a servir no horizonte de projecto.

Factores:

Métodos de extrapolação ou de regressão;��

Comparação;��

Extrapolação Visual;��

Taxa de crescimento decrescente;��

a. Linear P20= P0 + Ka ( t20 - t0 )

b. Geométrica P20= P0 (1+Kg )(t20 - t0)

Taxa de crescimento decrescente;��

Curva logística;��

Análise parcelar;��

Previsão de emprego;��

Planos Directores.��

Elementos de base:

Censos e o recenseamento eleitoral.

Problemas: Migrações.


Bases Quantitativas de Projectos / População de Projecto

Saneamento [23]

Componentes dos consumos:

População a servir no horizonte de projecto.

Capitação:

Relação entre o consumo anual total pelo número de habitantes e pelo número de dias

do ano [L/(hab.dia)].

Componentes de consumo:Componentes de consumo:

População temporária ou flutuante;

População permanente;��

��

Actividades comerciais;��

População residente;��

Entidades públicas;��

Componentes de consumo:Componentes de consumo:

Combate a incêndios;

Indústria;��

��

Perdas.��

Actividades agrícolas e pecuárias;��

Emergências;��

A capitação é uma característica média de consumo;��

Difícil a atribuição de um valor em Projecto.��


Bases Quantitativas de Projectos / Caudais de Projecto

Saneamento [24]

Factores que influenciam a capitação:

1. PopulaçãoConsumos mínimos fixados pelo Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais

de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (RGAAR):

125 L/(hab.dia)

80 L/(hab.dia)

175 L/(hab.dia)

100 L/(hab.dia)

150 L/(hab.dia)de 10 000 hab. até 20 000 hab.

até 1000 hab.

acima de 50 000 hab.

de 1000 hab. até 10 000 hab.

de 20 000 hab. até 50 000 hab.

2. Condições climáticas

3. Hábito de higiene individual

4. Existência ou não de redes interiores

5. Tipo de drenagem de águas residuais

6. Estado de conservação do sistema

7. Estrutura tarifária

8. Inclusão ou não de pequenas actividades comerciais, públicas (5 a 20 L/(hab. dia)) ou industriais.

9. Perdas (valor mínimo (RGAAR) 10% do caudal total)



Saneamento [25]

CapitaçãoTipo de animal

40 (L/animal/dia)8 (L/animal/dia)8 (L/animal/dia)

40 (L/animal/dia)0,4 (L/animal/dia)

0,75 (L/animal/dia)10 (L/animal/dia)75 (L/animal/dia)

BovinosCaprinosOvinosEquídiosGalinhasPerusSuínosBovinos (vacas leiteiras)

5 L /litro de produto50 L /(aluno.dia)50 L /(trabalhador.dia)150 L /(veículo.dia)50 L /(veículo.dia)4-12 L/(kg de produto)30 L/(kg de roupa)300 L/(cabeça)150 L/(cabeça)0,6 L/(kg de farinha)120 L/(hóspede.dia)25 L/refeição

AdegasEscolasEscritóriosEstações de serviçoGaragensLacticíniosLavandariasMatadouro (animais de grande porte)Matadouro (animais de médio porte)PadariasPensões (sem cozinha, nem lavandaria)Restaurantes

ConsumosTipo de estabelecimento



Saneamento [26]

Caudal médio anual:

Produto da população pela capitação:

Qm = Capitação x População [L3/T-1]

Caudais de ponta:

Definem as características extremas de consumos;��

Determinam-se multiplicando o caudal médio pelo correspondente factor de ponta:

Qp = fp x Qm [L3/T-1]

��

Usualmente definem-se:��

Caudal de ponta horário (caudal médio da hora de maior consumo).��

�� Caudal de ponta diário (caudal médio do dia de maior consumo);

�� Caudal de ponta mensal (caudal médio do mês de maior consumo);



Saneamento [27]

SANEAMENTO

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor (Semana 2)

Apresentação do Enunciado do Trabalho:

Saneamento [28]

SANEAMENTO

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor (semana 2)



� Constituição do Grupo (inscrição no FENIX);

�Receber a Carta Militar 1/25000 da área de projecto;

�Receber os dados de base para o cálculo dos caudais de projecto dos

aglomerados a servir (População Ai e Aj);

� Localização na carta militar da Captação e dos aglomerados a servir;


�Determinar a População de Projecto; (Lei geométrica de evolução da população)

�Determinar para os aglomerados os caudais médios, do mês de maior consumo e

do dia de maior consumo com as capitações do enunciado;

�Desenhar o perfil longitudinal dos traçados das condutas entre as captações e os

aglomerados.

b. Geométrica P20= P0 (1+Kg )(t20 - t0)

Saneamento [29]

� Escolha de Traçados entre a captação e os aglomerados:

� Escolher o traçado mais curto entre a captação e os aglomerados com o traçado

por vias de comunicação (estradas e carreteiros);

�Não adoptar traçados a corta-mato ou caminhos de pé-posto;

� escolher preferencialmente soluções com trechos gravíticos;

� no caso de serem necessárias condutas elevatórias fazer com que a respectiva

extensão seja a menor possível.

SANEAMENTO


em linha

em derivação

Saneamento [30]


AULA 3• Constituição dos sistemas de abastecimento e de distribuição de água.

Saneamento [31]

CAPTAÇÕES DE ÁGUA

Captação de Águas Subterrâneas

Nascente Poço Radial

Saneamento [32]


Captação de Águas Subterrâneas

Problemas nas zonas costeiras: intrusão salina

Saneamento [33]


Captação de Águas Superficiais

Tomada de água em rio ou albufeira (corte longitudinal)

Tomada de água e estação elevatória(planta)

Saneamento [34]

Bombas centrífugas de eixo verticalem tomada de água directa

Tomadas de água móveis

Tomada de água flutuante



Saneamento [35]

Captação em albufeira

Captação directa no paramento de montante duma barragem de terra



Saneamento [36]

Torre de tomada de água em albufeira



Saneamento [37]


Tratamento

Mistura rápida

Floculadores

Filtros

Oficinas

Saturadoresde cal

Espessadores

Desidrataçãode lamas

Armazenamentode cloro e CO2

Edifíciodos reagentes

Edifíciode exploração

Saneamento [38]

Grupos electrobomba


Elevação (Estações Elevatórias)

Saneamento [39]

Adução por bombagem com um troço pouco inclinado


Transporte ou Adução / Escoamentos em Pressão

Adução mista:por gravidade e por bombagem

Saneamento [40]

Câmara de manobras de reservatório com duas células


Armazenamento

Saneamento [41]

Rede de distribuição de água em planta


Distribuição

Saneamento [42]

Rede interior de um edifício – sistema tipo de alimentação de água fria


Distribuição interior

Saneamento [43]


AULA 4• Traçado de sistemas de adução de água;

• Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores.

Saneamento [44]

Aspectos de traçado:

Obstáculos especiais:

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA

Escoamentos com Superfície Livre

Problemas topográficos:��

�� adaptação do traçado do canal / aqueduto àtopografia do terreno.

Travessias de vales pronunciados��

�� sifões invertidos

Travessias de serras ou montanhas��

�� Túneis ou galerias

�� Aquedutos

Saneamento [45]

Aspectos de traçado:

O estudo duma adutora pressupõe a análise das condições de traçado, em planta e em

perfil longitudinal.

��

Condicionantes:

Extensão (o mais curta possível e nos grandes diâmetros com grandes raios de

curvatura);

��

Pressões de serviço nos troços;��

Facilidade de construção, reparação e vigilância;��

Transposição de obstáculos topográficos (linhas de água, vales e linhas de cumeada);��

Inclinações mínimas nos trechos ascendentes (3 ‰) e descendentes (5 ‰);��

Profundidade mínima de assentamento das tubagens (1 m);��

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUAEscoamentos em Pressão

0.5%0.5% 0.5%0.3%0.3%

arar ar ar

Saneamento [46]

Fonte: Water Supply and Waste-Water Disposal – Fair et al.

SISTEMAS DE ADUÇÃO

Perfil longitudinal duma adutora, em pressão, por gravidade

Saneamento [47]

Duração do transporte:

Transporte por bombagem:��

�� A não ser em casos especiais, 16 h diárias como período máximo diário de adução (NP 837);

�� A fiabilidade dos sistemas mecânicos permite 20 h/dia, com segurança razoável.

Transporte gravítico:��

�� Período máximo diário de adução de 24 h/dia.


Adução / Dimensionamento Hidráulico de Adutoras

Saneamento [48]

Caudais de dimensionamento:

Dimensionamento para o dia de maior consumo:

Qdim = Kt x Kp x f D x Qm

��

em que:

Dimensionamento para o mês de maior consumo:

Qdim = Kt x Kp x fM.Qm

��

Kt – factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte);

Kp – factor de perdas na adução (1,05 a 1,10);

fM ; fD – factor de ponta mensal ou factor de ponta diário;

Qm – caudal médio anual.



Saneamento [49]

Limitações à velocidade do escoamento:

Razões para a limitação da velocidade máxima:��

�� Sobrepressões provocadas pelo regime variável;Custo de Energia (€)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 200 400 600 800

�� Perdas de carga excessivas e anti-económicas.

�� Qualidade da água nas condutas;

�� Auto-limpeza e deposição de sólidos.

Razões para a limitação da velocidade mínima:��

Velocidade do escoamento:

Troços em pressão por bombagem

0,6 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s

��

Troços em pressão por gravidade

0,3 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s

��



Saneamento [50]

Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis:

QdimQdim (m3/s) (m3/s) => => Q = V.S Q = V.S =>=> Intervalo de Diâmetros Intervalo de Diâmetros

VmaxVmax, , VminVmin (m/s) (m/s) => => S = pi.DS = pi.D22/4 => /4 => D (m) = (4 Q / D (m) = (4 Q / pi.Vpi.V))0.50.5

��



Dmin Dmax

D1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin Dmax

D1 D2

Elevatório

(Qdim 20)(Qdim 40)

Di = diâmetros comerciais cujo diâmetro interior está no intervalo

Saneamento [51]

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORASEscolha do diâmetro

No sistema puramente gravítico (sem elevação)A Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis é função da energia disponível

- Cálculo de Jmáx = ∆∆∆∆z / L

- Por fórmula de perda de carga (Fórmula de Colebrook-White), cálculo de Dmín’

Dmin DmaxD1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin’

Diâmetro mais económico é o diâmetro mínimo (ou a combinação de diâmetros) que está dentro do intervalo Dmin e Dmax (verifica os dois critérios) e que permite transportar a água para a cota desejada.

∆∆∆∆zL

Jmax1

Dmin’

D<Dmin’

Linha de energia dinâmica (LED)

D>Dmin’

Saneamento [52]

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORASEscolha do diâmetro económico

Em sistemas elevatórios ou num sistema misto (em vale)

Conceito de diâmetro económico

Para determinar o Diâmetro mais económico é necessário contabilizar, para além dos custos da instalação da tubagem, os custos com a energia.

Assim, retém-se todos os diâmetros tecnicamente viáveis (D1 e D2) e contabiliza-se os encargos energéticos das diferentes soluções viáveis.

DN

€

Custo Total

Custo Condutas

Custo Exploração (Energia)

Dec

Qdim 40

Dmin DmaxD1 D2

Qdim 20

Saneamento [53]

• Fórmula de Colebrook- White– mais rigorosa +/-15% de erro– Mais adequada para sistemas adutores (normalmente sistemas longos e com muitas

perdas de carga contínuas)

• Fórmula de Manning Strickler– Adequada para redes de distribuição e sistemas com superficie livre (redes de

drenagem ou canais/rios)

DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ADUTORASCálculo das Linhas de Energia

2/13/2JRSKQ S=

+

= −

+JDgDD

k

gJ

QD

nnn

n2

51,2

7,32

2 5/2

10

5/2

1

ν

πlog

+= −

+

n

nJDgDD

k

Dg

UJ

2

51,2

7,38

2

10

2

1

νlog

Ks PEAD; PVC = 100-120 m1/3s-

1

ν(água20ºC) = 10-6 m2s-1

kPEAD,PVC = 0,003-0,02 mm

kFFD,aço = 0,01-0,1 mm

Quintela (1981), p.140

Quintela (1981), p.153

Ks FFD; Aço; Betão = 75 - 90 m1/3s-1

Saneamento [54]

SANEAMENTO




� Caudais médios, do mês de maior consumo e do dia de maior consumo com as

capitações do enunciado;

� Perfil longitudinal dos traçados das condutas entre as captações e os

aglomerados.


� Calcular caudais de dimensionamento dos trechos adutores;

�Determinar os diâmetros tecnicamente viáveis;

� Traçar linhas de energia dinâmica para determinar necessidades de Estações

Elevatórias.

Saneamento [55]


AULA 5• Determinação das pressões de serviço.

• Características e materiais das tubagens.

• Regime variável

Saneamento [56]

Determinação das pressões de serviço das tubagens:

Condutas adutoras gravíticas:

Altura piezométrica estática

�� Condutas adutoras por bombagem:

Altura piezométrica dinâmica

��

E-2

E-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20



Saneamento [57]

Características:Duronil \ Tubagens

Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida de parede compacta fabricada por extrusão.

As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão:PN6 kgf/cm2 (0,6 MPa);��

PN10 kgf/cm2 (1,0 MPa);��

PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa).��

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Policloreto de Vinilo (PVC)

Saneamento [58]

Características:PEAD \ Tubagens

A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão.

As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de pressão de:

PN4 kgf/cm2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa)

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

Saneamento [59]

Características:PRFV \ Tubagens

As tubagens de PRFV são fabricadas através de um processo de centrifugação automático.

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100;…; 2400

A tubagem é formada por diversas camadas, variando as quantidades de matérias primas usadas em cada uma.

No fabrico da tubagem entram quatro componentes:

Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma resina de poliester não saturada e não dissolvente;

��

Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para melhorar a carga estrutural;��

Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas propriedades mecânicas;��

Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-se fibras de vidro de alta qualidade.

��

As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa


Tubagens / Poliester Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV)

Saneamento [60]

Características:

FERRO FUNDIDO DÚCTIL

FFD \ Tubagens

As tubagens de ferro fundido dúctil (FF) caracterizam-se por serem tubagens de grande longevidade.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de FF são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Ferro Fundido Dúctil (FFD)

Saneamento [61]

Características:Aço \ Tubagens

As tubagens de aço podem ser dimensionadas com várias espessuras e são normalmente utilizadas para trechos com elevadas pressões e em trechos em que a tubagem não esteja enterrada.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de aço são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Aço

Saneamento [62]

Outras tubagens plásticas:

Fibrocimento

É um material em desuso, mas do qual existem extensões significativas nas redes mais antigas.

Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30

Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço)

É um material competitivo nos grandes diâmetros com o ferro fundido dúctil.

Polipropileno

Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o escoamento e fluidos a altas temperaturas.

Outros tipos \ Tubagens


Tubagens / Outros Tipos

Saneamento [63]

Sobrepressões provocadas pelo regime variável:

Redução instantâneas de velocidade.

com

g

VVaH

)( 10 −=∆

) (

3,48

9900 1−

+

= sm

e

Dk

a

a – celeridade (m/s)Vi – velocidade do escoamento (m/s)k – constante, que depende do tipo de material

da tubagem (aço = 0,50; ferro fundido = 1,0; betão = 5,0; plástico = 18)

e – espessura da conduta (m)D – diâmetro da conduta (m)



Saneamento [64]

SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕESPROVOCADA POR PARAGEM DE GRUPOS ELEVATÓRIOS

Tempo de anulação do caudal

Fórmula de Rosich (1970)

com

C – parâmetro que depende do declive da conduta elevatória:Ht/L ≤ 20% => C = 1sHt/L > 40% => C = 0s

K – coeficiente adimensional, dependente do comprimento:

L – comprimento da condutaU0 – velocidade do escoamentoHt – altura de elevação

tHg

ULKCT

.

.. 0+=

1,01,251,51,752K(-)

>1500~1500500<L<1500~500<500L(m)

Saneamento [65]


Subpressão máxima (Michaud):

g

UaH

a

LT 0.2

−=∆⇒<

Tg

ULH

a

LT

.

.22 0−=∆⇒>

Normalmente, é necessário proceder à protecção da conduta através de acessórios de

protecção contra os efeitos do golpe de aríete.

Volante de inércia Válvula de escape Reservatório dear comprimido

(RAC)

Saneamento [66]


Exemplo:

Fecho instantâneo:

mx

g

UaH 85

8,9

4,1600. 0 ==−=∆

Tempo de anulação do caudal

Ht = 50 m

L = 1000 m

V = 1,4 m/s

PEAD

sx

xx

Hg

ULKCT

t

3,5508,9

4,110005,11

.

.. 0 =+=+=

sx

a

LT 3,3

600

100022==>Subpressão

máxima

Logo

mgT

ULH 54

..2 0 =−=∆

Corte de corrente no grupo electrobomba:

Saneamento [67]


AULA 6• Dispositivos de perda de carga.

• Exemplos de soluções alternativas.

Saneamento [68]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA


FUNÇÃO: Órgãos destinados a reduzir a cota piezométrica.

TIPOS:

Câmaras de Perda de Carga (CPC) Válvulas Redutoras de Pressão (VRP)

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [69]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA


FACTORES QUE CONDICIONAM A INSTALAÇÃO:

� pressões bastantes elevadas devido ao grande desnível topográfico entre o ponto de

origem e o ponto de destino da conduta adutora;

� pressões exageradas em certos troços da conduta adutora.

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [70]

Dispositivos de Perda de CargaCâmaras de perda de carga

CPC

LEE

LED

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

� um reservatório intermédio, em que uma parte da energia hidráulica do escoamento é dissipada, àentrada, através de uma válvula (perda de carga localizada;

� a nova cota de partida para o jusante é a cota do terreno.

Saneamento [71]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas Redutoras de Pressão (VRP)

VRP

LEE

LED

• Tipos de válvulas– de mola, pistão e diafragma

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

� destinam-se a manter uma dada pressão, a jusante, que seja menor do que a de montante, quando esta exceda determinado valor;

� Vantagem (em relação às CPC) de não perder a energia toda a jusante.

Saneamento [72]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas redutoras de pressão(VRP)

• Modo de funcionamento1. Estado activo - sempre que a pressão a jusante for demasiado elevada é accionado o

dispositivo de obturação da válvula, reduzindo o valor da pressão a jusante até ao HVRP (carga de definição da válvula redutora de pressão), caso contrário abre ;

2. Estado passivo - se a pressão a montante for insuficiente e inferior à carga de definição da VRP, a válvula abre totalmente, mantendo a montante e a jusante a mesma pressão;

3. Válvula fechada – se a pressão a jusante for superior à pressão a montante, a válvula fecha totalmente funcionando como uma válvula de retenção (não permite a inversão do escoamento).

HVRP

Hm

VRPVRPVRPVRP

L.E.

Q

VRPVRP

Hm

HjQ=0

HVRP

Hm

VRPVRP

Hj

Q

Estado activo Estado passivo Válvula fechada

Hj

Saneamento [73]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas redutoras de pressão(VRP)

• Tipos de Funcionamento– VRP com carga constante - mantém a pressão constante e igual a um determinado

valor;

– VRP com queda constante - introduz uma perda de carga localizada constante independente da pressão a montante;

– VRP com carga constante variável no tempo - análoga à VRP com carga constante a jusante, mas variando de intervalo para intervalo;

– VRP com carga ajustável automaticamente em função da variação dos consumos.

Hji+1

Hmi+1

Hmi

L.E.

L.E.Hj

i∆H

∆H

VRP

L.E.

HVRP

Hmi

Hmi+1

VRPVRP

Hmi+1

Hji+1(ti+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E.Hj

i(ti)

VRP

Hji+1(Qi+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E.

Hji(Qi))

VRP

Hji+2(Qi+2)

Hmi+2

L.E.

Saneamento [74]


Soluções AlternativasSistema puramente gravítico

LEE

LED

Cenário Base Cenário Alternativo

Dmenor

D1

D2

LEE

LED

CPC

CPC

CPC

CPC

CPCCPC

Diâmetro mínimo

Combinação de Diâmetros

1, 2, 3, 4 CPC

Saneamento [75]


Alterar o diâmetro ou

LEE

D1D2

1 ou 2 EE (2 ou 3 EE)

LEE

D1D1

D1

EEEstação Elevatória

EE

EE


Soluções AlternativasSistema elevatório

Saneamento [76]

D1 (e.g. Dec40)

Diâmetro menor (D1)


D2 >D1D2 >D1

Diâmetro maior (D2) que o do Cenário Base

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema AdutorSoluções AlternativasSistema misto

Saneamento [77]

SANEAMENTO


Peças do Projecto (Estudo Prévio):

� Peças Escritas:

�Memória Descritiva e Justificativa;

� Peças Desenhadas:

� Planta de localização com os traçados analisados e propostos (1/25000);

�Desenho em perfil longitudinal com as alternativas em perfil analisadas;

� Perfil longitudinal da solução proposta (Escala V=1/2500; H= 1/25000).

Saneamento [78]

SANEAMENTO


Memória Descritiva e Justificativa:

� Proposta de índice (indicativo):

1.INTRODUÇÃO2.ELEMENTOS BASE

2.1 Considerações gerais2.2 Estudo populacional2.3 Determinação de caudais

3.TRAÇADO DA ADUTORA EM PLANTA4.DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DA ADUTORA

4.1 Selecção de diâmetros viáveis4.2 Soluções alternativas e respectivo dimensionamento em termos de pressão 4.3 Análise económica das soluções estudadas4.4 Capacidade de reservatórios4.5 Solução recomendada

5.ACESSÓRIOS6.RESUMO DO ESTUDO E CONSIDERAÇÕES FINAIS

Referências bibliográficasÍndice de desenhos

Saneamento [79]

SANEAMENTO




�Diâmetros tecnicamente viáveis;

� Perdas de carga e linhas de energia dinâmica nos trechos adutores.


�Definir esquematicamente soluções alternativas;

� Início do dimensionamento das alternativas (máximo 4 alternativas);

�Diâmetro de cada trecho;

�Dimensionamento dos trechos, em termos de pressão;

�Alturas de elevação e caudais de cada Estação Elevatória (EE).

Saneamento [80]


AULA 7• Estudo económico de sistemas adutores.

Saneamento [81]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA

Custos de InstalaCustos de Instalaçção:ão:

Custos de exploraCustos de exploraçção e manutenão e manutençção:ão:

Tubagem

Estações elevatórias

Órgãos acessórios

Reservatórios

Dispositivos redutores de pressão (CPC ou VRP);Ventosas;Descargas de fundo;Válvulas de seccionamento.

Construção civil;Equipamento electromecânico.

Levantamento e reposição de pavimentos;Movimento de terras;Fornecimento, instalação e montagem (incl. acessórios).

Energia;Encargos com pessoal;Manutenção.

Saneamento [82]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores gravSistemas adutores gravííticosticos::

( ) ( )

=+

=+

11211

1121212111111 ..

LLL

HDJLDJL

( ) ( )

=+

=+

totalLLL

HDJLDJL

21

222111 ..

( ) ( )

=+

=+

22221

2222222212121 ..

LLL

HDJLDJL

Saneamento [83]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores com condutas elevatSistemas adutores com condutas elevatóóriasrias::

Determinação do diâmetro económico

Saneamento [84]

• Análise a preços constantes – Os preços unitários são constantes ao longo da vida do projecto (não há inflação, ti=0);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

– Utilizada para comparar soluções alternativas.

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C0 C0 C0 .... C0 .... C0

1 / (1+ta) 1 / (1+ta) nn1 / (1+ta) 1 / (1+ta) 33 1 / (1+ta) 1 / (1+ta) HPHP

CCactualizado_anoactualizado_ano 00 = C= C00 / (1+ta) / (1+ta) nn

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [85]

• Análise a preços correntes – Os preços unitários aumentam em cada ano com a taxa de inflação (ti);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C1 C2 C3 .... Cn .... CHP

1 / (1+1 / (1+tjtj) ) nn1 / (1+1 / (1+tjtj) ) 33 1 / (1+1 / (1+tjtj) ) HPHP

CCnn = C= C00 * (1+ti) * (1+ti) nn

CCactualizado_anoactualizado_ano 00 = C= CNN / (1+/ (1+tjtj) ) nn

(1+ti) (1+ti) nn (1+ta) (1+ta) HPHP

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [86]


Custos com energiaCustos com energia::

η

γ tii

HVE

..=Energia consumida no ano i:

Custo da energia no ano i:

Volume elevado no ano i:

Preço unitário da energia

iti

i VKpHV

CE ...

==η

γ pH

K t

η

γ .=

diasCapPopV iii 365..=

Elevam-se volumes diferentes ao longo do período de projecto;��

Para calcular o total da energia anual não é necessário conhecer o tempo médio de bombagem em cada ano.

��

Saneamento [87]


ActualizaActualizaçção dos encargos com energiaão dos encargos com energia::

Custo total da energia actualizada

N

::

3

2

1

Valor actualizadoValor no anoAno

1.VK

2.VK

3.VK

NVK.

)1/(. 1 atVK +

2

2 )1/(. atVK +

3

3 )1/(. atVK +

N

aN tVK )1/(. +

∑ =+

N

i

i

ai tVK1

)1/(.∑ =

N

i iVK1

.

Saneamento [88]

ACTUALIZAÇÃO DOS ENCARGOS COM ENERGIA

HipHipóótesetese::

Custo total da energia actualizada

Os volumes elevados anualmente crescem de acordo com uma lei geométrica.

N

::

3

2

1

Custo da energia actualizadoVolume elevado no anoAno

)1(01 gtVV +=

22

0 )1/()1(. ag ttVK ++

=++∑ =

N

i

i

a

i

go ttVK1

)1/()1(.

2

02 )1( gtVV +=

3

03 )1( gtVV +=

N

gN tVV )1(0 +=

)1/()1(. 0 ag ttVK ++

33

0 )1/()1(. ag ttVK ++

N

a

N

g ttVK )1/()1(. 0 ++

+

+−

−

+=

N

a

g

ga

g

ot

t

tt

tVK

1

11

)(

)1(.

Saneamento [89]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantes

• Custo total = = Investimento em Capital fixo + Encargos de exploração

• Investimento em capital fixo– Condutas adutoras ……….. Ano 0

– Reservatórios ………… Ano 0

– Construção civil EE ………… Ano 0

– Equip. electromecânico EE ……...... Anos 0 e 20

– CPC ………… Ano 0

• Encargos de Exploração– Operação e manutenção ………… 1 - 40 anos

• Condutas adutoras

• Reservatórios

• Construção civil EE

• Equipamento electromecânico EE

– Energia (de bombagem) ………… 1 - 40 anos

Saneamento [90]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Condutas– definido por metro linear de conduta (QUADRO A.1 – Enunciado)

• Reservatórios– definidos por m3

C =1 400 .Vol 0,75

572.35425.33740.88490.70513.44536.33800

77.6664.45100

…

71.3257.9780

33.0631.0329.5434.5131.4330.4275

32.0230.2428.8928.9927.9827.6463

53.9760

PN16PN10PN6PN16PN10PN6

PEAD PVC

Aço

revestidoFFD

Diâmetro

nominal

(mm)

Saneamento [91]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Estações elevatórias– Definidos em função do caudal de dimensionamento e altura de elevação

Construção civil Ccc(€) = 2580 x Q 0,250 x H 0,212

Equipamento Ceq (€) = 1740 x Q 0,504 x H 0,279

Sendo Q – caudal (l/s) e H – altura de elevação (m)

– O custo da construção civil

• adquirida no ano 0 é calculado com Qdim40 e Hdim40

– O custo do equipamento

• adquirido no ano 0 é calculado com Qdim20 e Hdim20

• adquirido no ano 20 é calculado com Qdim40 e Hdim40 e deverá ser actualizado ao ano 0 multiplicando o valor por 1 / (1+ ta) 20

• Câmaras de perda de carga– Custo unitário = 10 000€

Saneamento [92]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração

• Operação e manutenção

– Definidos em percentagem do Investimento por ano • Condutas adutoras com ligações por juntas ……… 1% Inv /ano

• Condutas adutoras com ligações por soldadura ….. 0.75% Inv /ano

• Reservatórios e CPC …………………. 1% Inv /ano

• Construção civil EE……………………………….. 1% Inv /ano

• Equip. electromecânico EE …….. ……………….. 2.5% Inv /ano

– Têm de ser calculados ano a ano ao longo de 40 anos (anos 1 a 40) e actualizados ao ano 0:

Custo actualizado_ano_0 = Custo ano_n * 1 / (1+ ta) n

sendo ta = taxa de actualização (e.g. 6%)

Saneamento [93]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração (continuação)

• Energia (1º Processo de cálculo)–Deverá ser calculado ano a ano, ao longo de 40 anos (anos 1 a 40), e actualizado ao ano 0

• Energia anual consumida no ano i - Sousa (2001) – Adução, p.32–Eano_i = Potência * Tempo_Func_ano_i

= ( γ * Qdim * Hdim / µ ) * Tempo_Func_ano_i

= ( γ * Hdim / µ ) * (Qdim *Tempo_Func_ano_i)= ( γ * Hdim / µ ) ∗ Vmda_ano_i

• Custo da energia anual consumida no ano i–CEano_i (€) = Eano_i (kWh) * preço_unitário (€/kWh)

• Custo da energia anual consumida no ano i actualizada ao ano 0–CEactualizado_ano_0 (€) = CEano_i (€) * 1/(1+ta)

i

Nota: Atenção à conversão de unidades: 1 joule = W.s

Constante: do ano 1 ao 20 (Hdim20)

do ano 21 ao 40 (Hdim40)

Variável do ano i = Popano i * Capano i

Saneamento [94]


• Energia (2º Processo de cálculo)– Poderá ser calculada como a soma de n termos de uma progressão geométrica:

• Sn = U1 * ( 1-Rn) / (1-R)

– U1 corresponde ao 1º termo

– R corresponde à razão do da progressão geométrica

– Corresponderá a duas somas• 1-20 anos e de 21-40 anos

– Por exemplo de 1-20 anos temos

– Sendo tg1 = taxa geométrica de crescimento do volume consumido de 1-20 anos dada por:tg1 = (V20/V0)

(1/20) -1

na expressão homóloga para o período de 21 a 40 esta taxa será dada por:tg2 = (V40/V20)

(1/20) -1

+

+−

−

+=

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

Saneamento [95]


• Custo Total Actualizado dum Sistema Elevatório para um dado diâmetro D1:

20

20_)4021(

0_)201(20

40_

20_40_0_)1()1(

1.._a

anoacta

anoacta

a

anoeq

anoeqanocctubagemanoactt

CECE

t

EEEEEECDElevSistC

+++

++++=

em que:

+

+−

−

+=

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

+

+−

−

+=

20

2

2

2

2040dim

20_)4021(1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

anoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

20 termos (ano 1 a ano 20) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 0)

20 termos (ano 21 a ano 40) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 20)

O mesmo cálculo terá que ser efectuado para o D2 (se existir).

O diâmetro mais económico é o que apresentar o C_Sist.Elev.act_ano0 menor

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA · Asseguram o abastecimento predial de água, desde a rede pública até ao limite da propriedade a servir, em boas condições de