PUC MINASENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: SANEAMENTO BSICOASSUNTO: 4 OS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA:

UNIDADES COMPONETES4.1 MANANCIAIS E CAPTAO DE GUA BRUTA;

5 TRATAMENTO CONVENCIONAL DA GUA : DIMENSIONAMENTO DAS UNIDADES:

5.1 - DESARENAO4.2 ESTAES ELEVATRIAS DE GUA BRUTA E TRATADA;

4.3 ADUO DE GUA BRUTA E TRATADA;4.4 ESTAES DE TRATAMENTO DE GUA DE

ABASTECIMENTO;4.5 REDE DE DISTRIBUIO DE GUA TRATADA E,

4.6 RESERVATRIOS DE GUA.Profa. Silvana Ribeiro Liporaci

4 OS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA: UNIDADES COMPONETES

4.1 MANANCIAIS E CAPTAO DE GUA BRUTA

MANANCIAIS

4 OS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA: UNIDADES COMPONETES

4.1 MANANCIAIS E CAPTAO DE GUA BRUTA

CAPTAO DAS GUAS

EXERCCIO COMO EXEMPLO:Dimensionar uma grade para captao de 20L/s num ribeiro,

utilizando caixa de tomada. O manancial apresenta regime deescoamento torrencial em perodos de chuva, com transportede slidos flutuantes em grandes dimenses. As alturas dasLminas de gua mnima e mxima do ribeiro sobre a laje defundo da caixa de tomada (colocada 0,40m acima do leito docurso de gua) so respectivamente, 0,30m e 1,20m.

SOLUO DO EXEMPLO:1) Tipo de grade e especificaes de suas barras

Tendo em vista que o manancial apresenta regime de escoamento torrencialcom transporte de slidos flutuantes de grandes dimenses, e considerandotambm o pequeno valor da vazo a ser captada (20L/s), ser adotada umagrade do tipo grosseira de limpeza manual, tendo Hmin = 0,30m e Hmx =1,20m.

Por se tratar de grade grosseira manual de pequena altura, as suas barrastero espessura (s) de 3/8 (0,95cm), espaamento (b) de 10 cm e inclinaohorizontal (a) de 70, com base nas especificaes recomendadas para opresente caso que fazem parte dos conceitos. As barras tero seo circulare sero de ao carbono com pintura anticorrosiva.

SOLUO:2) rea til mnima da grade Au.

Conforme conceitos, a rea til ou rea das aberturas da grade, na seode passagem referente ao nvel mnimo de gua, deve ser igual ousuperior a 1,7cm2, para cada litro por minuto de vazo captada, demodo que a velocidade resultante seja igual ou inferior a 10 cm/s.

Sendo: Q= 20L/s x 60s/min = 1.200 L/min, tem-se:Au = 1,7 cm2/(L/min) 1.200 L/min= 2.040cm2 = 0,204m2

Adotado Au= 0,204 m2.Ento: Vu = Q/Au = 0,20m3/s/ 0,204 m2 = 0.098m/s = 9,8cm/s (

CONTINUAO DA SOLUO:4 ) Nmero Mnimo de barras (n)

Conforme figura nota-se que:Bu= (n-1)x b --- n = (Bu/b) + 1( n deve ser nmero inteiro com arredondamento para cima).Portanto: n = (0,68/0,1) +1 = 7,8 - adota-se n = 8

5) Largura total (mnima) da grade (B)B = n x s + (n-1) x b.Como: s (0,95 cm) e para b (10 cm) e N = 8B = 8 x 0,95 + 7 x 10 = 77,6 cm = 0,78 m = ento: B= 0,78m

6) Altura da Grade: funo da altura do N.A. mximo do curso de gua em relao laje defundo da caixa de tomada. Sendo essa altura de 1,20m ( conformeenunciado). E admitindo-se uma borda livre de 0,20 m, a grade ter alturade 1,40m. Consequentemente, ser tambm de 1,40m a altura (oucomprimento) de cada uma de suas barras.

CONTINUAO DA SOLUO:7) Dimenses teis da caixa de Tomada.

As dimenses teis da caixa de tomada onde ficar instalada a grade funo dasdimenses da grade, da topografia do terreno na margem onde ela ficar instalada edo dimetro da tubulao ( ou das dimenses do canal) que vem aps ela.

Adimitindo-se que, neste caso, o ponto mais alto do terreno fique 0,25m acima doN.A. mximo e que seja de 200mm o dimetro da tubulao subsequente, a caixa detomada ter as seguintes dimenses teis:

7a) altura ( com mureta de 0,30 m acima do nvel do terreno) : 1,40 + 0,30 = 1,70m( deve ser superior s dimenses da tubulao ou do canal subsequentes);7 b) Comprimento (frontal) = 0,78m ( comprimento de grade, devendo ser >= 0,60m,Para permitir a construo e a manuteno da caixa de tomada onde a grade ficarinstalada;

7 c) largura (lateral): 0,60m (valor mnimo para permitir a construo e a manutenode caixa de tomada com altura de at 1,50m.

CONTINUAO DA SOLUO:

7) Perda de carga na grade. calculada pelas equaes:Hf = K V2/ 2gK = (s/b) 1,33 sen Tendo sido escolhida a seo circular para as grades, tem-se = 1,79.

A velocidade V, que a velocidade de aproximao na seo a montante da grade com50 % de obstruo, calculada como segue:

V = Q/ [ 0,5 x (B x H min.)]V = 0,020 / [ 0,50 x (0,78 x 0,30)] = 0,171 m/s.

Entrando-se com os valores de e de V e das demais variveis conhecidas nasequaes para clculo de K e h escritas acima:

K = 1,79 ( 0,95/10) 1,33. sen 70 ---- K = 0,0735 mm.

h1 = 0, 0735 x 0,1712/ (2 x 9,8)h1 = 0,0001097 m = 0,11 mm.Ou seja a perda de carga muito pequena, caracterstica das grades grosseiras.

EXERCCIOS PROPOSTOS PARA O ALUNO FAZER E ENTREGAR:1) Dimensionar uma grade para captao de 30L/s num ribeiro, utilizando caixa de tomada. O

manancial apresenta regime de escoamento torrencial em perodos de chuva, comtransporte de slidos flutuantes em grandes dimenses. As alturas das Lminas de guamnima e mxima do ribeiro sobre a laje de fundo da caixa de tomada (colocada 0,30macima do leito do curso de gua) so respectivamente, 0,40m e 1,50m.

2) Dimensionar uma grade para captao de 25L/s num ribeiro, utilizando caixa de tomada. Omanancial apresenta regime de escoamento torrencial em perodos de chuva, com transportede slidos flutuantes em grandes dimenses. As alturas das Lminas de gua mnima e mximado ribeiro sobre a laje de fundo da caixa de tomada (colocada 0,60m acima do leito do cursode gua) so respectivamente, 0,30m e 1,60m.3) Dimensionar uma grade para captao de 40L/s num ribeiro, utilizando caixa de tomada. Omanancial apresenta regime de escoamento torrencial em perodos de chuva, com transportede slidos flutuantes em grandes dimenses. As alturas das Lminas de gua mnima e mximado ribeiro sobre a laje de fundo da caixa de tomada (colocada 0,30m acima do leito do cursode gua) so respectivamente, 0,50m e 1,80m.

4) Dimensionar uma grade para captao de 35L/s num ribeiro, utilizando caixa de tomada. Omanancial apresenta regime de escoamento torrencial em perodos de chuva, com transportede slidos flutuantes em grandes dimenses. As alturas das Lminas de gua mnima e mximado ribeiro sobre a laje de fundo da caixa de tomada (colocada 0,30m acima do leito do cursode gua) so respectivamente, 0,35m e 1,55m.

DIMENSIONAMENTO DE TUBULAO DE TOMADA DE UMA CAPTAO: SEGUE UM EXEMPLO

Dimensionar uma tubulao de Tomada de uma Captao de gua de Superfcie destinada a uma comunidade com populao de Projeto de

2.000 habitantes, cujo consumo per capta mdio de gua macromedido de 150 L/habitante/dia. Sendo o Coeficiente de reforo 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,

conforme exemplos mostrados na parte Terica.

Soluo do Exemplo de Dimensionamento da Tomada

1) Vazo de Captao;Q = 2.000 x 150 x 1,2/ (16 x 3.600) = 6,25 L/sQ= 0,00625m3/s.

2) Dimetro da tubulao de Tomada;Velocidade Mnima: 0,6 m/sV= vazo/seo do tubo --- V = Q/(D/4 = 4Q/ D (Equao 1)Sendo D = [ 4Q/ V)]0,5 (Equao 2)

Substituindo, com Q em m3/s e V em m/s (as unidades de medida devem ser compatveis entre si):

D = [ 4 x 0,00625/(3,14 x 0,6)] 0,5 = 0,115m = 115 mmEscolhe-se, ento, o dimetro comercial (DN) igual ou imediatamente inferior ao dimetro calculado (para que a velocidade no fique inferior ao valor mnimo estabelecido: Logo: DN = 100mm

Continuao da Soluo do Exemplo

3) Velocidade da gua na tubulao de TomadaSendo o dimetro da tubulao de Tomada calculado igual a 100 mm ou 0,100m., tem-se,

que pela Equao 1).

V = 4Q / (D) ---- 4 x 0,00625/ (3,14 x 0,100) V = O,80 m/s portanto V > 0,6 m/s, que est Ok.

4) Perda de Carga na Tubulao de Tomada (h f1)Pela frmula de Hazen-Willians (com unidades em m ou m3/s.

(h f) 10,643 x L x (Q/C)1,85 x D-4,87Sendo L = 5,0 m (conforme enunciado do problema) e adotado C= 130 (para tubo de ferro fundido revestido inteiramente com argamassa de cimento);(h f1) = 10,643 x 5 x (0,00625/130)1,85 x 0,100-4,87 = 0,041 m

5) Perdas de carga localizada (h f2 )Pela frmula de clculo de perdas de carga localizadas:(h f1) = (k) V2 / 2g

Continuao da Soluo do Exemplo6) Adotando-se para a Tubulao de Tomada o Desenho das Figuras, tem-se

- Crivo comercial: k = 0,75- Vlvula de gaveta: k = 0,20- sada de tubulao: k = 1,00 --- Portanto k = 1,95

como (h f2) = (k) V2 / 2g --- ento: (h f2) = 1,95 x 0,802 /( 2 x 9,80) --- Portanto; (h f2) = 0,064m

7) Perda de Carga Total(h f) = (h f1) + (h f2) ---- (h f) = 0,41 + 0,064 ---- (h f) = 0,105mOu seja, a perda de carga nesta tubulao de Tomada muito pequena.

Exclusivamente para compens-la, a submergncia da tubulao de tomada teria de ser de apenas 0,105 m ou 10,5 cm.

Caso a tubulao de Tomada fosse constituda de tubos perfurados, o clculo da perda de carga nos orifcios de tubo Perfurado seria feito pela frmula aplicada a Orifcios

Q = Cd S (2gh) 0,5, em que : Q a vazo por orifcio, calculada dividindo-se a vazo de captao (multiplicada por um coeficiente de segurana de 1,5) pelo nmero de orifcios a serem perfurados nos tubos de Tomada; S a seo de cada orifcio; Cd; coeficiente de descarga, pode ser adotado como igual a 0,6; g a acelerao da gravidade (9,8m/s2) e h, a perda de carga que se quer calcular Todos os valores em metros ou em suas unidades mltiplas.

Exerccios Propostos para o Aluno Fazer e Entregar na Prxima Aula:1) Dimensionar uma tubulao de Tomada de uma Captao de gua de Superfcie destinada a uma comunidade

com populao de Projeto de 5.000 habitantes, cujo consumo per capta mdio de gua macromedido de 200L/habitante.dia. Sendo o Coeficiente de reforo do dia de maior consumo (K1) igual a 1,5. As Unidades deProduo de gua devero ser projetadas para funcionarem no mximo 20 horas por dia. O Comprimento daTubulao de Tomada de 8 m e ela descarrega num poo de Tomada, conforme exemplos da parte Terica.

2) Dimensionar uma tubulao de Tomada de uma Captao de gua de Superfcie destinada a uma comunidadecom populao de Projeto de 10.000 habitantes, cujo consumo per capta mdio de gua macromedido de 250L/habitante.dia. Sendo o Coeficiente de reforo do dia de maior consumo (K1) igual a 1,6. As Unidades deProduo de gua devero ser projetadas para funcionarem no mximo 15 horas por dia. O Comprimento daTubulao de Tomada de 10 m e ela descarrega num poo de Tomada, conforme exemplos da parte Terica.

3) Dimensionar uma tubulao de Tomada de uma Captao de gua de Superfcie destinada a uma comunidadecom populao de Projeto de 15.000 habitantes, cujo consumo per capta mdio de gua macromedido de 250L/habitante.dia. Sendo o Coeficiente de reforo do dia de maior consumo (K1) igual a 1,4. As Unidades deProduo de gua devero ser projetadas para funcionarem no mximo 18 horas por dia. O Comprimento daTubulao de Tomada de 7 m e ela descarrega num poo de Tomada, conforme exemplos da parte Terica.

4) Dimensionar uma tubulao de Tomada de uma Captao de gua de Superfcie destinada a uma comunidadecom populao de Projeto de 10.000 habitantes, cujo consumo per capta mdio de gua macromedido de 250L/habitante.dia. Sendo o Coeficiente de reforo do dia de maior consumo (K1) igual a 1,3. As Unidades deProduo de gua devero ser projetadas para funcionarem no mximo 14 horas por dia. O Comprimento daTubulao de Tomada de 09 m e ela descarrega num poo de Tomada, conforme exemplos da parte Terica.

EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM DESARENADOR:

Dimensionar um Desarenador para a vazo de 20l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. 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 N.A. mnimo do rio.

Soluo do Exemplo1) PARA O DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR;

Sero atendidas as orientaes da NBR 12.213 (ABNT, 1992), a saber:- Velocidade de Sedimentao: Vs= 0,021 m/s (para remoo de partculas com

d >= 0,2 mm);- Coeficiente de Segurana: 1,5 (para clculo do comprimento do desarenador);- Velocidade de escoamento Horizontal: Vh 4,00 2,00

Continuao da Soluo do Exemplo2) ALTURA (H) DO DESARENADOR:

Sendo recomendvel que a geratriz inferior do dispositivo de Tomada de gua fique a pelo menos 0,30 m do fundo do curso de gua, adotou-se para a altura da lmina de gua mnima do rio (dado o problema do Dimensionamento da Tomada. Portanto (h = 0,95m ) menos os 0,30 m citados acima, Ou seja:h = 0,95 0,30 = 0,65 m.

Para determinar a altura (H) do Desarenador, deve-se somar ao valor de h a altura do depsito de areia ( 10% de h), o desnvel entre o Nvel da gua no desarenador e a superfcie do terreno (dado do problema igual a 1,25 m), e a altura da mureta de proteo ao longo do desarenador na superfcie do terreno (0,30m). Logo:

H = 0,65 + 0,10 x 0,65 + 1,25 + 0,30 = 2,27 = 2,3 m.

3) LARGURA (b) TIL DO DESARENADOR

Conforme a Tabela: se H = 2,3 m resulta que b = 1,20 m.

Continuao da Soluo do Exemplo4) COMPRIMENTO (C) DO DESARENADOR:

Entrando com os valores de Q, de Vs e de b na Equao: L = Q/(Vs x b)L = (0,020 m3/s) + ( 0,021 m/s x 1,20 m) = 0,80 mCom o coeficiente de segurana de 1,5, o comprimento (C) do Desarenador deve ser de pelo menos:C= 1,5 L = 1,5 x 0,80 m = 1,20 mA relao entre Comprimento e Largura do Desarenador ficaria:C/b = 1,2 m / 1, 2 m = 1Este valor insatisfatrio, visto que C/L deve ser superior ou, no mnimo, igual a 3, para minimizar curtos-circuitos proovocadas pela gua dentro do desarenador. Logo, para atender a essa relao, adotou-se, a favor da segurana ( e com isso o aumento da remoo de areia, incluindo tambm gros com dimetros um pouco menores do que o prescrito pela NBR 12.213):

C = 3 b = 3 x 1,2 = 3,6 m ( C > 1,5 , L = 1,2 m, portanto, est Ok).

Continuao da Soluo do Exemplo

Para facilitar a limpeza, deve-se adotar, conforme a tabela NBR 12.213, uma unidade de reserva, ou seja, o desarenador dever ter duas clulas, cada qual com as dimenses:

de : 3,6 m x 1,20 m x h = 2,3 m.

5) Verificao da Velocidade de Escoamento Horizontal (Vh) pela Equao:

Vh = Q/(b x h) = 0,020 m3/s + (1,2 m x 0,65 m ) = 0,026m/s( Como Vh < 0,30 m/s, portanto est Ok).

Exerccios Propostos para o Aluno Fazer e entregar:1) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 18l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um

Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,00 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,35 m acima do N.A. mnimo do rio.

2) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 21 l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,10 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,32 m acima do N.A. mnimo do rio.

3) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 16 l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,15 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,42 m acima do N.A. mnimo do rio.

4) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 24 l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,10 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,30 m acima do N.A. mnimo do rio.

5) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 23 l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,05 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,35 m acima do N.A. mnimo do rio.

6) Dimensionar um Desarenador para a vazo de 25 l/s, a ser construdo anexo Captao de gua de um Ribeiro. No ponto escolhido para a captao, o N.A. mnimo do Ribeiro apresenta altura de 1,12 m em relao ao seu leito. J no local previsto para a construo do desarenador, a superfcie do terreno fica a 1,44 m acima do N.A. mnimo do rio.

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