Saneamento Ambiental I

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 04 Sistema de Captação Subterrânea, Adução e Estações Elevatórias Profª Heloise G. Knapik 1

2 2

3 Aula passada: Vazões de dimensionamento em sistemas de abastecimento de água Captação de águas superficiais Requisitos Dispositivos

4 Objetivos da presente aula: Captação Subterrânea Sistema de Adução Estações Elevatórias

5 CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEAS

6 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.

7 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

8 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

9 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

10 Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento 10

11 Águas Subterrâneas - Teste de Bombeamento 11

12 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

13 ADUTORAS

14 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)

15 Adutoras

16 Adutoras 16

17 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

18 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

19 Adutoras por Gravidade

20 Adutoras por Recalque

21 Adutoras por Recalque e Gravidade (Mistas)

22 Vazão de Adução PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO Q Prod = Q. K t 1 + C ETA + Q Esp Q AAT = Q. K t Q Dist = Q. K 1. K 2 + Q Esp + Q Esp

23 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)

24 Dimensionamento de Adutoras Adutora por Gravidade: Vazão (Q) Velocidade (V) Perda de Carga Unitária (J) Diâmetro (D) Parâmetro conhecido Fixa-se V ou J para determinar D Parâmetro a determinar 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

25 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

26 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) z 1 + p 1 γ + V 1² 2g = z 2 + p 2 γ + V 2² 2g + h Equação da Continuidade Linha Piezométrica Linha de carga Q = V 1 A 1 = V 2 A 2 = VA 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)

27 Hidráulica para Adutoras Equações para dimensionamento: Condutos livres - Equação de Chézy - Equação de Manning Condutos Forçados - Fórmula Universal - Fórmula de Hazen-Williams

28 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

29 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)

30 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

31 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

32 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 32

33 Tubulação de Aço Vantagens Leve e flexível Resistência química e à abrasão, menor rugosidade Diâmetros de 16 a 1600 mm 33

34 Operação das Adutoras Condições operacionais: Condição normal Condição emergencial (falha operacional de dispositivos) Condição catastrófica (acidente operacional/ rupturas)

35 Travessia aereas em cursos d água Necessitam de outorga Estudo hidrológico Não devem interferir no corpo hídrico Aproveitamento de pontes

36 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

37 ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS

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

39 Estações Elevatórias Elevatórias de água bruta: destinada a conduzir água não tratada Elevatórias de água tratada: destinada a conduzir água tratada

40 Estações Elevatórias Principais componentes Equipamento eletromecânico Bomba Motor Tubulações Sucção Barrilete Recalque Construção civil Poço de sucção Casa de bomba

41 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)

42 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

43 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

44 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

45 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)

46

47 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 hp

48 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Muito obrigada 48

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