Saneamento Ambiental I

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Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental

Aula 04 – Sistema de Captação Subterrânea, Adução e Estações Elevatórias

Profª Heloise G. Knapik

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Aula passada:

• Vazões de dimensionamento em sistemas de abastecimento de água

• Captação de águas superficiais

• Requisitos

• Dispositivos

Objetivos da presente aula:

• Captação Subterrânea

• Sistema de Adução

• Estações Elevatórias

CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEAS

Captação de Águas Subterrâneas

Água subterrânea: água presente no subsolo, ocupando os interstícios, fendas e canais existentes nas diferentes camadas geológicas, e em condição de escoar,

obedecendo aos princípios da hidráulica.

Aquíferos

Aquíferos – formação geológica que contém água e permite que quantidade significativas dessa água se movimentem no seu interior em condições naturais

Aquitardes – formações de baixa permeabilidade, que armazenam e transmitem água muito lentamente de um aquífero a outro, mas não em quantidade suficiente para suprir poços de bombeamento.

Aquiclude – é uma formação que pode conter água (até mesmo em quantidades significativas), mas é incapaz de transmiti-la em condições naturais

Tipos de Aquíferos

Aquíferos livres – são aqueles cujo topo é demarcado pelo nível freático, estando em contato com a atmosfera

Aquíferos confinados – ocorrem quando um estrato permeável está confinado entre duas unidades pouco permeáveis

Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento

Teste de aquífero

• Objetivo de definir os parâmetros hidrodinâmicos de um sistema aquífero como transmissividade, coeficiente de armazenamento e condutividade hidráulica

Teste de produção

• Têm a finalidade de determinar a vazão ótima de bombeamento, as perdas de carga e a eficiência do poço

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Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento

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Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento

Águas Subterrâneas

Vantagens

• Menor impacto de variações externas

• Água com melhor qualidade

• Não há a necessidade de grandes adutoras

• Dispensam investimentos em grandes ETAs

Desvantagens

• Necessidade de bombeamento

• Vazões individuais dos poços são relativamente pequenas (limitadas pelas características geológicas)

• Podem apresentar alto teor salino

ADUTORAS

Adutoras

São canalizações dos sistemas de abastecimento de água que conduzem

a água para as unidades que precedem a rede de distribuição.

Interligam captação, ETA e reservatórios (não distribuem a água

aos consumidores)

Adutoras

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Adutoras

Adutoras

Quanto à natureza da água transportada:

- Adutoras de água bruta

- Adutoras de água tratada

Quanto à energia para movimentação da água

- Adutoras por gravidade (conduto livre ou forçado)

- Adutoras por recalque

- Adutoras mistas

Adutoras por Gravidade

Situações ideais (sanitárias e estabilidade): 1 (escoamento forçado) e 2 (escoamento livre)

Situações desfavoráveis (acúmulo de ar, sucção, contaminação): 3 e 4 (escoamento só é possível após o enchimento da tubulação - sifão)

Situações críticas (não é possível escoamento por gravidade): 5

Adutoras por Gravidade

Adutoras por Recalque

Adutoras por Recalque e Gravidade (Mistas)

Vazão de Adução

DISTRIBUIÇÃO PRODUÇÃO

𝑄𝐴𝐴𝑇 =𝑄 . 𝐾1. 24

𝑡+ 𝑄𝐸𝑠𝑝

𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡 = 𝑄 . 𝐾1. 𝐾2 + 𝑄𝐸𝑠𝑝 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑑 =𝑄 . 𝐾1. 24

𝑡1 + 𝐶𝐸𝑇𝐴 + 𝑄𝐸𝑠𝑝

Período de funcionamento da adução

Adutoras por Gravidade: podem funcionar durante 24 horas

Adutoras por Recalque: funcionamento de 16 a 20 horas (manutenção de equipamentos e consumo de energia – fora dos horários de pico)

Dimensionamento de Adutoras

Adutora por Gravidade:

• Vazão (Q)

• Velocidade (V)

• Perda de Carga Unitária (J)

• Diâmetro (D)

Parâmetro conhecido

Parâmetro a determinar

Fixa-se V ou J para determinar D

Pequenas velocidades: favorecem a formação de depósitos de materiais sedimentáveis Velocidades elevadas: aumentam as perdas de carga Valor mínimo usual: 0,5 m/s Valor máximo usual: 2,5 a 5,0 m/s em conduto livre e de 4,0 a 6,0 m/s em conduto forçado

Dimensionamento de Adutoras

Adutora por Recalque:

Valores conhecidos

• Vazão (Q)

• Comprimento da Adutora (L)

• Desnível a ser Vencido

• Material da Adutora

Valores a determinar:

• Diâmetro (D): quanto menor o diâmetro, maior a potência do equipamento de recalque (vários pares disponíveis)

Velocidade econômica em adutoras por recalque: 1,0 a 1,5 m/s

Hidráulica para Adutoras

Escoamento em Regime Permanente e Uniforme

Equação da Energia – Bernoulli (verifica-se o escoamento por gravidade ou a necessidade de recalque e o diâmetro)

Equação da Continuidade

𝑄 = 𝑉1𝐴1 = 𝑉2𝐴2 = 𝑉𝐴

𝑧1 +𝑝1

𝛾+

𝑉1²

2𝑔= 𝑧2 +

𝑝2

𝛾+

𝑉2²

2𝑔+ ∆ℎ

Z: carga de posição (cota, m); p/γ = carga de pressão (m)/ V²/2g= carga cinética (m), ∆ℎ= perda de carga (m); Q = vazão (m²/s); V=velocidade (m/s) e A = área da seção de escoamento (m²)

Linha Piezométrica

Linha de carga

Hidráulica para Adutoras

Equações para dimensionamento:

Condutos livres

- Equação de Chézy

- Equação de Manning

Condutos Forçados

- Fórmula Universal

- Fórmula de Hazen-Williams

Perda de Carga

1) Natureza do fluido

2) Material do tubo e conexões

3) Diâmetro da tubulação

Quanto maior a vazão, maior deverá ser o diâmetro interno a fim de diminuir a velocidade e reduzir a perda de carga

4) Comprimento dos tubos e quantidade de conexões e acessórios

Quanto maior o comprimento e o nº de conexões, maior a perda de carga

Traçado da Adutora

• Função do projeto do SAA e da topografia

• Tipo de solo, existência de rochas, várzeas

• Interferências e travessias (rodovias, ferrovias, rios, linhas de força)

• Faixas de servidão ou desapropriação (depende do diâmetro do tubo)

Materiais das Adutoras

Com relação ao material:

• Não ser prejudicial à qualidade da água

• Alteração da rugosidade com o tempo (incrustração)

• Resistência química e mecânica

• Resistência a pressão da água

• Economia

Materiais das Adutoras

Materiais metálicos

• Aço

• Ferro fundido dúctil

Materiais não metálicos

• Polietileno de alta densidade e polipropiletno

• PVC

• Poliéster reforçado com fibra de vidro

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Tubulação de Aço

Vantagens

• Alta resistência às pressões internas e externas

• Vários diâmetros e tipos de juntas

• Competitivo principalmente em maiores diâmetros e pressões

Desvantagens

• Pouca resistência à corrosão externa

• Cuidados com dilatação térmica

• Dimensionamento das paredes dos tubos quanto ao colapso

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Tubulação de Aço

Vantagens

• Leve e flexível

• Resistência química e à abrasão, menor rugosidade

• Diâmetros de 16 a 1600 mm

Operação das Adutoras

Condições operacionais:

• Condição normal

• Condição emergencial (falha operacional de dispositivos)

• Condição catastrófica (acidente operacional/ rupturas)

Travessia aereas em cursos d’água

• Necessitam de outorga

• Estudo hidrológico

• Não devem interferir no corpo hídrico

• Aproveitamento de pontes

Travessia enterradas em cursos d’água

Necessitam de outorga

Não devem interferir no corpo hídrico (gerar obstáculo de fundo)

Utilizar tubos de maior resistência

Envelopamento dos tubos com concreto

ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS

Estações Elevatórias

São componentes essenciais dos sistemas, utilizadas na captação, adução, tratamento e distribuição de água

Estações Elevatórias

Elevatórias de água bruta: destinada a conduzir água não tratada

Elevatórias de água tratada: destinada a conduzir água tratada

Estações Elevatórias – Principais componentes

• Bomba

• Motor

Equipamento eletro-mecânico

• Sucção

• Barrilete

• Recalque

Tubulações

• Poço de sucção

• Casa de bomba

Construção civil

Quantidade de Estações Elevatórias

Função das vazões envolvidas e de suas variações

Equipamentos disponíveis

Análise econômica (custos de obras civis, equipamentos e operação)

Pequenas instalações:

• Mínimo de duas unidades (uma reserva)

Médias instalações:

• Mínimo de três unidades (uma reserva)

Grande porte:

• Várias unidades de recalque (dispositivos de reserva)

Estações Elevatórias - Localização

Próximas ao manancial

No meio do manancial

Junto ou próximas às estações de tratamento de água

Junto ou próximas aos reservatórios de distribuição de água

Para reforço na adução ou na rede de distribuição de água

Estações Elevatórias – Escolha do local

Condições do terreno (aquisição, área)

Disponibilidade de energia elétrica

Topografia da área

Facilidade de acesso

Estabilidade do terreno

Trajeto mais curto da tubulação de recalque

Estações Elevatórias – Vazões de Projeto

Determinadas a partir da concepção básica do sistema de abastecimento, das etapas para a implantação das obras e do

regime de operação.

• Vida útil • Tubulações: 50 anos • Equipamentos de bombeamento: 25 anos • Edificações: 50 anos

• Maior ou menor dificuldade de ampliação • População futura • Critérios econômicos de instalação e operação

Período de projeto para estações elevatórias: 20 anos

Estações Elevatórias – Tipos de estações

Estação elevatória de água bruta

Estação elevatória de água tratada

Elevatórias de reforço na adução na rede de distribuição: “booster” ou estação pressurizadora (aumentar a pressão)

Estação elevatória Santa Inês – Sistema Cantareira

4 conjunto de moto bombas (3 operantes e 1 reserva) Vazão nominal de produção de 33 m³/s

Construção: 1967 a 1972

Capacidade de cada moto bomba:

• Bombeamento: 11 m³/s

• Altura manométrica: 120 metros

• Potência de 20.000 hp

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Muito obrigada

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