ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental II - 075

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1 USO RACIONAL DA ÁGUA: AVALIAÇÃO DE IMPACTOS NOS SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTO SANITÁRIOS ATRAVÉS DE METODOLOGIA RACIONAL PARA CONCEPÇÃO, PROJETO E DIMENSIONAMENTO Daniel C. Santos (1) Eng. Civil, Professor da UFPR. Centro Politécnico. Curso de Engenharia Civil Doutorando da EPUSP Endereço (1) : dcsantos@cce.ufpr.br. FOTO RESUMO Este trabalho apresenta uma aplicação da metodologia racional para concepção, projeto e dimensionamento dos Sistemas Prediais de Esgoto Sanitários (SPES), a qual, convém ressaltar, integra o novo texto da NBR-8160-PROJETO E EXECUÇÃO DE SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS a ser proposto pelo comitê CB-02 / CE.02: que está revisando esta norma. A referida metodologia, visa flexibilizar a atuação do projetista do SPES, objetivando outorgar ao mesmo um poder de decisão maior do que aquele proporcionado pela metodologia convencional. O trabalho apresenta também um estudo de caso onde aparelhos sanitários economizadores de água substituem aqueles convencionais. Em tal estudo é demonstrado tanto o controle sistêmico sobre todo o processo de concepção, projeto e dimensionamento propiciado pela metodologia racional, assim como as economias obtidas na concretização do sistema, seja através da eliminação de alguns trechos, seja através da redução de diâmetros. PALAVRAS-CHAVE: Metodologia Racional, Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários, Uso Racional da Água. INTRODUÇÃO É crescente a conscientização de diversos segmentos da sociedade no sentido de racionalizar e otimizar recursos, sejam eles naturais, técnicos ou financeiros. Um exemplo que se impõe pela sua importância, é o uso racional da água nos Sistemas Prediais de Água Fria, onde diversas inovações na concepção do sistema e na tecnologia tem sido apresentadas. Consequentemente, se os Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários (SPES) forem dimensionados pela NBR PROJETO E EXECUÇÃO DE SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS vigente, o sistema resultará super-dimensionado, uma vez que tal norma não apresenta flexibilidade no tratamento dos volumes de descarga. Desta forma, observando-se a necessidade de flexibilização das atividades do projetista, foi proposto por integrantes do 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1508

2 comitê CB-02 / CE.02:013.01, responsável pela atual revisão da NBR- 8160, a introdução na mesma, sob caráter optativo, de uma metodologia racional para a concepção, projeto e dimensionamento, a qual propicia maior poder de decisão ao projetista. Isto posto, é apresentado este trabalho, cujo objetivo é apresentar a referida metodologia racional e demonstrar sua aplicação no sentido de avaliar os impactos do uso racional da água sobre a concepção, projeto e dimensionamento do SPES. Tal avaliação é através do dimensionamento de um sistema convencional e de um sistema com aparelhos sanitários de consumo reduzido de água. Metodologia Racional para a Concepção, Projeto e Dimensionamento do SPES. A filosofia que norteia o desenvolvimento desta metodologia é que um SPES seja inicialmente concebido apenas com ventilação primária. Assim sendo, após a concepção e o projeto, dimensiona-se as tubulações do SPES através das seguintes equações, as quais tem como base a equação de Manning para o escoamento permanente e livre: a) diâmetro do tubo de queda: 0,116 n3/8 Q tq 3/8 d tq = (01) to 5/8 onde dtq é o diâmetro interno do tubo de queda (m), Qtq é a vazão de projeto no tubo de queda ( l/s), n é o coeficiente de Manning (s/m 1/3 ) e to é a taxa de ocupação de água durante o escoamento no tubo de queda; a fim de se garantir a manutenção do escoamento anular no tubo de queda, recomenda-se utilizar to entre 1/4 e 1/3. b) diâmetro dos ramais de descarga, ramais de esgoto, sub-coletores e coletor predial considerando-se escoamento à meia seção: n3/8 Q e 3/8 I-3/16 d e = (02) 6,644 onde de é o diâmetro do trecho considerado (m), n é o coeficiente de Manning, Qe é a vazão no trecho considerado (l/s), I é a declividade do trecho considerado. A vazão de projeto em cada trecho do SPES, é dada por: J Qp =? ( mi qi ) (03) i =1 onde Qp é a vazão de projeto no trecho considerado (l/s), i é o índice representativo do tipo de aparelho sanitário, J é o número de tipos de aparelhos sanitários conectados ao trecho 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1509

3 considerado, mi é o número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso simultâneo, entre Ni aparelhos instalados, para um dado fator de falha; Ni é o número de aparelhos sanitários do tipo i instalados no trecho considerado, qi é a vazão unitária do aparelho sanitário do tipo i (l/s). A vazão de projeto é tratada como função da simultaneidade de uso e da tipologia dos aparelhos sanitários. Há diversas metodologias estatísticas desenvolvidas para determinar a simultaneidade de uso, entre elas aplicações das distribuições normal, binomial e multionomial. Tais métodos estabelecem, para um dado nível de confiança a ser estipulado pelo projetista, o número de aparelhos sanitários do tipo i em uso simultâneo (mi) entre o total instalado ao trecho considerado (Ni). O tipo de aparelho sanitário em questão determinará as respectivas vazões a serem fornecidas pelos fabricantes, assim como as frequências de uso e durações das descargas, as quais são dados de campo. Uma vez concebido o SPES apenas com a ventilação primária e devidamente dimensionado, deve ser verificado se este nível de ventilação é suficiente. Neste caso, é utilizado um equacionamento desenvolvido por GRAÇA (1985), onde são determinadas, a partir das características geométricas do sistema previamente definidas e condições climáticas do ambiente em questão, as magnitudes estimadas e admissíveis das variáveis referentes às perdas de altura do fecho hídrico, bem como as pressões desenvolvidas nas tubulações.o conjunto de inequações abaixo explícita estas relações: a) Ha,i? Hr,i b) Da,s? Dr c) Sa,s? Sr Onde Ha,i é a perda de altura do fecho hídrico admissível para o desconector i (mm), Da,s é a depressão admissível no sistema (N/m 2 ), Sa,s é a sobrepressão admissível no sistema (N/m 2 ), Hr,i é a perda de altura do fecho hídrico provocada por auto-sifonagem(mm), Dr é a depressão máxima provocada pelos efeitos de sifonagem induzida, tiragem térmica e ação do vento e das variações da pressão ambiental (N/m 2 ) e Sr é a sobrepressão máxima no sistema ( N/m 2 ). Caso os valores admissíveis sejam ultrapassados pelos valores estimados, significando a insuficiência da ventilação primária, pode o projetista alterar as características geométricas dos sistemas ou adotar componentes que suportem as variações de pressões verificadas no interior do sistema de maneira a evitar a implantação da ventilação secundária. Estas alternativas não sendo suficientes ou viáveis, concebe-se, projeta-se e dimensiona-se o subsistema de ventilação secundária. O fluxograma referente a filosofia apresentada acima encontra-se na figura 01 a seguir: concepção, projeto e dimensionamento do SPES com apenas ventilação 1º verificação da suficiência da ventilação 1º suficiente? não sim fim alteração das concepção, projeto e 19 o Congresso características Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental dimensionamento da 1510 geométricas ventilação 2º

4 Figura 01: Fluxograma representativo da metodologia. O subsistema de ventilação pode ser composto por tubulações ou dispositivos de ventilação ou, ainda, uma combinação de ambos. Caso a concepção, o projeto e o dimensionamento da ventilação secundária seja através de tubulações, a seguinte equação é utilizada considerandose uma perda de carga máxima de 25mmca e desconsiderando-se a perda de carga nas singularidades (MONTENEGRO, 1987): D v = 4,06 * [f * L v * (Q ar' ) 2 )] 1/5 ( 04) onde D v é o diâmetro da tubulação de ventilação(mm), L v é o comprimento da tubulação de ventilação(mm), f é o coeficiente de perda de carga distribuída(adimensional) e Qar é a vazão de ar na tubulação (l/s); se a ventilação secundária seja composta por dispositivos de ventilação, serão necessárias as especificações dos fabricantes. APLICAÇÃO DA METODOLOGIA E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS O objeto de estudo foi um prédio de 20 andares com as seguintes características: - 02 apartamentos por andar cômodos por apartamento: 01 sala, 03 dormitórios, 01 cozinha, 01 área de serviço e 01 banheiro - 01 tubo de queda atendendo a 02 banheiros por andar. Neste estudo dimensionou-se, em um primeiro momento, o sistema predial de esgoto sanitário quando uma bacia sanitária com válvula de descarga é utilizada. Num segundo momento dimensiona-se o sistema quando a bacia sanitária com válvula de descarga é substituída por uma bacia com caixa acoplada de 12 litros; e, finalmente, substitui-se a caixa acoplada de 12 litros por uma de 06 litros, além de se substituir também os lavatórios e chuveiros convencionais por lavatórios e chuveiros de volume de descarga reduzido. Isto pode ser assim sintetizado: 1º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde as vazões características das bacias sanitárias são as seguintes: - vazão média da bacia sanitária com válvula de descarga: 1,90 L / s - lavatório convencional: 0,10 L / s - chuveiro convencional: 0,20 L / s 2º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde apenas as vazões características das bacias sanitárias são modificadas: - vazão média da bacia sanitária com caixa acoplada de 12 litros: 0,96 L / s 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1511

5 - lavatório convencional: 0,10 L / s - chuveiro convencional: 0,20 L / s 3º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde as vazões características das bacias sanitárias, lavatórios e chuveiros são modificadas: - vazão média da bacia sanitária com caixa acoplada de 06 litros: 0,40 L / s - lavatório de volume reduzido: 0,08 L / s - chuveiro convencional: 0,08 L / s 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1512

6 Tais valores de vazão constam nos trabalhos de BELINAZO (1991) e SANTOS (1997), além de alguns catálogos de fabricantes. Cabe ainda considerar que o SPES é inicialmente concebido apenas com ventilação primária, conforme premissa da metodologia racional e, desta forma, são dimensionadas as tubulações do subsistema de coleta e transporte. O coeficiente de Manning considerado foi de 0,013. Para o cálculo do diâmetro do ramal de esgoto (eq. 02), o valor da vazão de projeto foi considerada a somatória das vazões unitárias dos aparelhos sanitários contribuintes. A declividade foi estabelecida em 2,0 %. Para a determinação do diâmetro do tubo de queda (eq. 01), considerou-se to = 1/3. Para a vazão de projeto neste caso (eq. 03), utilizou-se a distribuição binomial para o estabelecimento de mi para N lv = N bs =N ch =40 aparelhos instalados, sendo o fator de falha de 1,0%. O diâmetro do coletor foi calculado através da equação 02, todavia adaptada para escoamento a 1/2 de seção. A vazão de projeto foi considerada a mesma do tubo de queda e a declividade de 1,0%. Para o cálculo do subsistema de ventilação (eq. 04), considerou-se f como função do diâmetro. Para o ramal, trabalhou-se com Lv = 6,0m, enquanto que para a coluna, Lv = 80,0 m; os valores de vazões de ar foram calculados conforme equacionamento descrito em GRAÇA (1985). Os resultados encontram-se na tabela 01: Tabela 01: Resultados da Aplicação da Metodologia. TRECHOS BS c/ Válvula de Descarga; Lav. e Chuv. Convencionais DIÂMETROS NOMINAIS BS c/ Caixa Acoplada 12L. Lav. e Chuv. Convencionais BS c/ Caixa Acoplada 12L. Lav. e Chuv. Economizadore s RAMAL DE ESGOTO 100 mm 75 mm 50 mm TUBO DE QUEDA 150 mm 100 mm 75 mm COLETOR 200 mm 150 mm 100 mm RAMAL DE VENTILAÇÃO 50 mm 50 mm não necessário COLUNA DE VENTILAÇÃO 100 mm 100 mm não necessária Na sequência foi verificada a suficiência da ventilação primária para a configuração então dimensionada. As relações abaixo apresentam o resultado: 1º Estudo: a) Ha,bs = 29,73mm? Hr,bs = 0,0mm Ha,cs = 34,20mm? Hr,cs = 0,0mm b) Da,s= 183,10 Pa? Dr =259,97 Pa c) Sa,s = 490,00Pa? Sr = 0,0 Pa 2º Estudo: a) Ha,bs = 29,73mm? Hr,bs = 0,0mm Ha,cs = 34,20mm? Hr,cs = 0,0mm b) Da,s= 183,10 Pa? Dr =267,63 Pa c) Sa,s = 490,00Pa? Sr = 0,0 Pa 3º Estudo: a) Ha,bs = 29,73mm? Hr,bs = 0,0mm Ha,cs = 34,20mm? Hr,cs = 0,0mm b) Da,s= 183,10 Pa > Dr =142,07 Pa c) Sa,s = 490,00Pa? Sr = 0,0 Pa onde cs representa caixa sifonada. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1513

7 Na tabela 01 percebe-se claramente que a redução dos volumes de descarga reduz sensivelmente os diâmetros das tubulações. Quando se usa bacias de 06 litros e os aparelhos economizadores de água, todos os trechos de tubulação tem seus diâmetros reduzidos. Percebe-se que o procedimento racional estabelece, para o escoamento a meia seção, que o diâmetro do ramal de esgoto da bacia sanitária seja de 50 mm e que o diâmetro do tubo de queda é de 75 mm. Porém, o diâmetro do ramal de esgoto da bacia sanitária, definido por norma, é de 100 mm, condição esta que torna-se um fator restritivo para que o tubo de queda seja de 75 mm. Evidencia-se então a flexibilidade oferecida pela metodologia racional, a qual permite constante adequação às inovações tecnológicas relativas aos aparelhos sanitários de baixo consumo de água. Conclui-se também que apenas a ventilação primária não foi suficiente nos primeiro e segundo estudos; desta forma dimensionou-se o subsistema de ventilação secundária, cujos resultados também encontram-se na tabela 01. Não obstante, para o 3º estudo a depressão resultante apresentou-se menor que a depressão admissível, indicando a suficiência da ventilação primária. Percebe-se então que na tabela a ventilação secundária não é necessária. CONCLUSÃO A aplicação da metodologia procurou demonstrar a liberdade que o projetista pode dispor no manuseio das variáveis, possibilitando assim a busca de soluções racionais e otimizadas. A economia na concretização do sistema predial de esgotos sanitários, a ser obtida com relação ao uso de aparelhos economizadores de água, é bastante evidenciada, está relacionada a eficiência de tais soluções, sejam através de reduções de diâmetros, conexões apropriadas, dispositivos específicos, entre outros recursos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASPE. Vents & Venting. ASPE DATA BOOK. Chapter 1, USA, BELINAZO, H. J. Relatório de Pesquisa Sobre a Análise Comparativa do Desempenho da Torneira Automática em Relação a Torneira Comum. UFSM, BUTLER, D. The influence of dwelling occupancy and day of the week on domestic appliance wastewater discharges. Building and Environment. Pergamon Press. Vol 28, nº 1, UK, GRAÇA, M. E. A. Formulação de modelo para a avaliação das condições determinantes da necessidade de ventilação secundária em sistemas prediais de coleta de esgotos sanitários. PCC-EPUSP, São Paulo, MONTENEGRO, M. H. F. Estudos Sobre Tubo de Queda Único em Prédios Habitacionais até Cinco Pavimentos. Seminário Internacional, CIB W 62. São Paulo, SANTOS, D.C. Memorial de Qualificação: Metodologia Racional para Concepção, Projeto e Dimensionamento dos Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários. PCC. EPUSP. São Paulo, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1514