Saneamento Ambiental I. Aula 02 Sistemas de Abastecimento de Água e Consumo

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 02 Sistemas de Abastecimento de Água e Consumo Profª Heloise G. Knapik 1

2 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água Consumo de Água Projeção Populacional

3 Sistemas de abastecimento de água: importância Rede de Distribuição de Água Qualidade Quantidade Pressão Continuidade

4 Sistemas de abastecimento de água: categorias Segundo a modalidade do abastecimento Segundo a abrangência Distribuição Exemplo Solução individual Individual Sem rede Poço raso individual Solução alternativa Coletiva Sem rede Chafariz comunitário Solução alternativa Coletiva Existência de rede Condomínio horizontal Sistema de abastecimento Coletiva Existência de rede Sistema abastecedor de uma cidade 4

5 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água 5

6 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Manancial: Subterrâneo freático ou não confinado Subterrâneo confinado Superficial sem acumulação Superficial com acumulação Água de chuva 6

7 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Captação: Estrutura responsável pela extração de água Depende do tipo de manancial 7

8 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Estação elevatória Estruturas necessárias ou não para vencer desníveis geométricos Função da localização (para água bruta ou tratada) e do tipo de bomba 8

9 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Adutora Transporte da água bruta ou tratada Conduto livre, forçado por gravidade ou em recalque 9

10 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Estação de tratamento Unidades para tornar a água potável e palatável de acordo com os padrões Condições mínimas: Toda água fornecida coletivamente deve ser submetida a processo de desinfecção Toda água suprida por manancial superficial e distribuída por meio de canalização deve incluir tratamento por filtração 10

11 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Reservatório Compensação entre as vazões de produção e as vazões de consumo Contemplam também reservas de emergência Podem assumir várias formas em relação a seu tipo, posição (apoiado, elevado, enterrado) e posição relativa à rede (montante ou jusante) 11

12 Partes constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Rede de Distribuição Composta por tubulações, conexões e peças especiais Função de distribuir a água até o consumidor final (casas, comércio, indústrias) Configurações simples ou complexas em função do porte da cidade, densidade demográfica, topografia e área abastecida. 12

13 Custo relativo das partes integrantes (%) em função da população (P) Partes do sistema P < P < P P > Captação Adução Bombeamento Tratamento Reservação Distribuição Fonte: Tsutiya 2004 (dados de 1996) 13

14 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água É o conjunto de estudos e conclusões referentes ao estabelecimento de todas as diretrizes, parâmetros e definições necessárias e suficientes para a caracterização completa do sistema a projetar. 14

15 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água Identificação e quantificação de todos os fatores intervenientes com o sistema de abastecimento de água Diagnóstico do sistema existente Estabelecimento de parâmetros básicos de projeto Pré-dimensionamento das unidades dos sistemas para as alternativas selecionadas Escolha da alternativa mais adequada mediante comparação técnica, econômica e ambiental 15

16 Atividades a serem desenvolvidas para o estudo da concepção 1. Caracterização da área de estudo Características físicas Uso e ocupação do solo Aspectos sociais e econômicos Sistemas de infraestrutura e condições sanitárias 2. Análise do sistema de abastecimento de água existente Descrição Diagnóstico 3. Levantamento dos estudos e planos existentes 16

17 Atividades a serem desenvolvidas para o estudo da concepção 4. Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo 5. Critérios e parâmetros de projeto 6. Demanda de água Estudo de demanda Cálculo das demandas 7. Estudo de Mananciais Manancial superficial Manancial subterrâneo Seleção de mananciais 8. Formulação de alternativas de concepção 17

18 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água 9. Pré-dimensionamento das unidades dos sistemas Captação Estação elevatória e linha de recalque Adutoras Estação de tratamento de água Reservatórios Redes de distribuição 10. Estimativa de custo das alternativas propostas 11. Análise comparativa das alternativas propostas Análise técnica Análise econômica Análise ambiental Análise social 12. Concepção escolhida 18

19 Concepção de um Sistema de Abastecimento de Água Normas existentes 19

20 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Mananciais Manancial Superficial Captação em curso de água Captação em represas Captação em manancial de serra Manancial subterrâneo Captação através de caixas de tomada e drenos Captação através de poços rasos Captação através de poços profundos 20

21 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água 21

22 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água 22

23 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água 23

24 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas Alternativa A: Captação em manancial superficial sem acumulação Alternativa B: Captação em manancial superficial com acumulação Alternativa C: Captação em manancial subterrâneo confinado 24

25 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas Fator de comparação A B C Custo de implantação da tomada d água * *** ** Número de equipamentos exigindo manutenção * * *** Custo de aquisição das bombas ** * *** Custo de energia elétrica ** * *** Custo de implantação da adutora *** ** * Custo de implantação do tratamento *** ** * Consumo de produtos químicos no tratamento *** ** * Geração de resíduos (lodo) no tratamento *** ** * Riscos potenciais devido a microrganismos *** ** * Riscos devido a substâncias químicas *** ** * Riscos devido à algas tóxicas * *** * Impactos ambientais da exploração ** *** * * Mais vantajosa ** Intermediária *** Menos vantajosa 25

26 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 26

27 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 27

28 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 28

29 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 29

30 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 30

31 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 31

32 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 32

33 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 33

34 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 34

35 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas 35

36 Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Qual a principal variável no dimensionamento das tubulações, estruturas e equipamentos? Q=... (L/s)??? 36

37 Consumo de Água Importante para: Depende de: Operação/ ampliação/ melhorias dos sistemas Consumo médio por habitante Estimativa do número de habitantes (atual e de projeto) Dimensionamento de tubulações, reservatórios e equipamentos Variações de demanda Consumos adicionais (reserva de incêndio, áreas industriais, limpeza pública) 37

38 Consumo de Água Classificação Classificação em função de: Doméstico Comercial Industrial Público É importante para: Identificação de zonas homogêneas Estabelecer políticas tarifárias e de cobrança diferenciadas 38

39 Consumo de água Pode ser determinado por: Micromedição leitura dos hidrômetros Macromedição leitura na saída do reservatório Ausência de medições valores de consumo médio ou valores de áreas semelhantes 39

40 Consumo médio efetivo per capita de Água Estado de São Paulo SP e Região Metropolitana: População: > 14 milhões Extensão de rede > 24 mil km Extensão de ramal predial: > 20 mil km Número de ramais:: > 3 milhões Número de economias: > 5 milhões Interior do Estado de SP Número de municípios: 298 Consumo micromedido per capita Região L/hab.dia L/economia.dia SP e RM Interior do estado 156,3 463,7 Fonte: Dados de 1996 a 2002, retirados de Tisutiya, 2004

41 Consumo médio efetivo por economia litoral do Estado de São Paulo Verão (janeiro e fevereiro): maior afluxo de grandes populações flutuantes e maior consumo de água Restante do ano: residentes fixos da região Consumo por economia Época do ano m³/economia.mês Verão 20 a 23 Restante do ano 15 a 21 Fonte: Dados estimados de 1995 a 2015, retirados de Tisutiya, 2004

42 Consumo de água População flutuante 42

43 Fatores que afetam o consumo de água Condições climáticas Hábitos e nível de vida da população Natureza da cidade Medição da água Pressão na rede Existência de rede de esgoto Preço da água 43

44 Variações no consumo Anuais Mensais Diárias Horárias Tende a crescer com o tempo (aumento da população ou melhoria de hábitos de higiene) Aumento no verão e diminuição no inverno Aumento no verão e diminuição no inverno Aumento médio entre 10 e 12 horas (função de hábitos da população) 44

45 Consumo de Água: Variação Diária Coeficiente do dia de maior consumo (K1) K 1 = maior consumo diário no ano consumo médio diário no ano 45

46 Consumo de Água: Variação Diária Valores médios - Coeficiente do dia de maior consumo (K1) Autor/Entidade - Ano Local K1 Cetesb (1978) Valinhos (SP) 1,25-1,42 Tsutiya (1989) São Paulo (SP) 1,08-3,08 Saporta et al. (1993) Barcelona 1,1-1,25 Walski et al. (2001) EUA 1,2-3,0 Hammer (1996) EUA 1,2-4,0 AEP (1996) Canadá 1,5-2,5 Recomendação ABNT : K1 = 1,2 46

47 Consumo de Água: Variação Horária Coeficiente do dia de maior consumo (K2) K 2 = maior vazão horária no dia vazão média do dia 47

48 Consumo de Água: Variação Horária Valores médios - Coeficiente do dia de maior consumo (K2) Autor/Entidade - Ano Local K2 Cetesb (1978) Valinhos (SP) 2,08 2,35 Tsutiya (1989) São Paulo (SP) 1,5 4,3 Saporta et al. (1993) Barcelona 1,3 1,4 Walski et al. (2001) EUA 3,0 6,0 Hammer (1996) EUA 1,5 10,0 AEP (1996) Canadá 3,0 3,5 Recomendação ABNT : K2 = 1,5 48

49 Projeção Populacional Consumo de Água Período de alcance do projeto: 20 anos ou mais Estudo da população da área de projeto Dados populacionais dos últimos censos Setores censitários da área de projeto Cadastro imobiliário Pesquisa de campo Planos e projetos existentes Planos diretores do município Situação socioeconômica do município Elaboração de projeções da população 49

50 Projeção Populacional Consumo de Água Método dos componentes demográficos Métodos matemáticos Método da extrapolação gráfica 50

51 Projeção Populacional Método dos componentes demográficos 51

52 Projeção Populacional Método dos componentes demográficos Tendências socioeconômicas do processo de metropolização Tendências demográficas globais Tendências de mortalidade Tendência de fecundidade Tendência migratória e população recenseada 52

53 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método aritmético Método geométrico Método da curva logística 53

54 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método aritmético Considera o crescimento linear da população dp dt = K a P = P 2 + K a (t t 2 ) K a = P 2 P 1 t 2 t 1 Em que: t representa o ano de projeção e P a população 54

55 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método geométrico Considera o crescimento exponencial da população dp dt = K gp P = P 2 e K g(t t 2 ) K g = ln (P 2) ln (P 0 ) t 2 t 0 Em que: t representa o ano de projeção e P a população 55

56 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método da curva logística PS PS PS P0 t0 56

57 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método da curva logística dp dt = K lp P S P P S P t = P S 1 + ce K l(t t 0 ) Coeficientes: P S = 2P 0. P 1. P 2 P 2 1 (P 0 + P 2 ) K P 0. P 2 P 2 l = 1. ln P 0(P S P 1 ) 1 t 2 t 1 P 1 (P S P 0 ) c = (P S P 0 ) P 0 Condições: Dados censitários equidistantes no tempo P0<P1<P2 e P0.P2<P1²

58 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Exemplo Com base nos dados censitários, elaborar a projeção populacional através dos métodos apresentados Nomenclatura Ano População medida (censo) P P População estimada Aritmética Geométrica Logística P

59 Projeção Populacional Métodos Matemáticos Método da extrapolação gráfica 59

60 Projeção Populacional Zonas Homogêneas 60

61 Consumo de Água Paraná e Curitiba Fonte: em-curitiba-consumo-de-agua-cresce-mais-que-a-populacao 61

62 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Q=... (L/s)??? 62

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