Saneamento Urbano TH419

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Arquitetura e Urbanismo Saneamento Urbano TH419 Estimativas de consumo de água e sistemas de captação Profª Heloise G. Knapik 1

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7 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 7

8 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas Alternativa A: Captação em manancial superficial sem acumulação 8

9 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas Alternativa B: Captação em manancial superficial com acumulação 9

10 Concepção de Sistemas de Abastecimento de Água - Alternativas Alternativa C: Captação em manancial subterrâneo confinado 10

11 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 11

12 Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 75 mil habitantes 12

13 Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 14 mil habitantes 13

14 Exemplos de Sistemas de Abastecimento de Água 14

15 Sistema Cantareira Produção: 33 m³/s (metade da demanda dos 19 milhões de habitantes da RMSP) Área aproximada de 228 mil hectares, abrangendo 12 municípios (4 em MG) Bacias: Piracicaba, Capivari e Jundiaí (Bacias PCJ) e transpostas para a região da Bacia do Alto Tietê 15

16 Captação de água Condições para a captação: Quantidade de água Qualidade da água Garantia de funcionamento Economia das instalações Localização 16

17 Captação de água Quantidade de Água A vazão é suficiente na estiagem Situação ideal Captação direta da correnteza Vazão suficiente, mas pouco nível: construção de barragem de nível (soleiras) É insuficiente na estiagem, mas suficiente na média O excesso de vazão nos períodos de cheia podem ser armazenados para o período de estiagem (barragem de regularização) Existe vazão, mas inferior ao consumo previsto Necessidade de buscar um outro manancial ou utilizar de forma complementar as vazões de outro manancial. 17

18 Captação de água Qualidade da Água Rios: Instalar a montante de descargas poluidoras Reservatórios: Nem tão superficiais, nem tão profundas (podem ocorrer problemas de natureza física, química e biológica) 18

19 Captação de água Qualidade da Água Natureza física: Superficialmente: ações físicas danosas (ventos, correntezas, impactos de corpos afluentes). Em profundidade: maior quantidade de sedimentos em suspensão (encarece ou dificulta a remoção da turbidez no processo de tratamento) Natureza química: Tendência na superfície de maior teor de dureza, de ferro e manganês Natureza biológica: Maior proliferação de algas nas camas superiores da massa de água (odor desagradável e gosto ruim). A profundidade da lâmina dependerá da zona fótica (presença de luz) Fundo dos lagos: massa biológica de plânctons. 19

20 Captação de água Garantia de funcionamento: Nível mínimo (para que a entrada de sucção permaneça sempre afogada) Nível máximo (para que não haja inundações danosas às instalações de captação) Velocidade de escoamento Estabilidade das estruturas Proteção contra correnteza Proteção contra desmoronamentos Proteção contra obstruções (utilização de grades, telas ou crivos) 20

21 Captação de água Economia nas instalações: Estudos prévios: Permanência natural das vazões no ponto de captação Velocidade da correnteza Natureza do leito de apoio das estruturas a serem edificadas Vida útil das edificações Facilidade de acesso e de instalação de todas as edificações necessárias (por exemplo, a estação de recalque, quando for o caso, depósitos, etc.) Flexibilidade física para futuras ampliações Custos de aquisição do terreno 21

22 Captação de água Localização: Situação ideal: menor percurso de adução com menores alturas de transposição pela mesma adutora no seu caminhamento 22

23 Captação de água Localização das Instalações Localização Rios Situação desejável Situação aceitável Situação incorreta 23

24 Captação de água Localização das Instalações Localização - Reservatórios Mais próximo possível da maciço de barramento: Há maior lâmina disponível Correntezas de menores velocidades Menor turbidez Condições mais favoráveis para captação por gravidade 24

25 Captação de água Localização das Instalações Localização Lagos naturais Em lagos naturais as captações devem ser instaladas, de preferência, em posições intermediárias entre as desembocaduras afluentes e o local de extravamento do lago 25

26 Captação de água de superfície Tipos Captação direta ou a fio de água Captação com barragem de regularização de nível de água Captação com reservatório de regularização de vazão destinado prioritariamente para abastecimento de água Captação em reservatórios ou lagos de usos múltiplos Captações não convencionais 26

27 Captação de água de superfície Dispositivos Dispositivos nas instalações de captação Tomada de água (presente em todo tipo de captação) Barragem de nível ou soleira (mananciais com lâmina mínima de água insuficiente) Reservatório de regularização de vazão (vazão mínima disponível menor que a vazão de captação) Grades e telas Desarenador (transporte intenso de sólidos) 27

28 Captação de água de superfície Dispositivos Tomada de água Função de conduzir a água do manancial até as demais partes do dispositivo de captação Tubulação de tomada Caixa de tomada Canal de derivação Poço de derivação Tomada de água com estrutura em balanço Captação flutuante Torre de tomada 28

29 Captação de água Tomada de água Tubulação de tomada Dispositivo de tomada de água constituído por tubulação simples, que conduz a água desde o manancial até a unidade seguinte 29

30 Captação de água Tomada de água Margens estáveis Margens sujeitas a erosão 30

31 Captação de água Tomada de água Margens instáveis Leitos rochosos com lâmina muito baixa 31

32 Captação de água Tomada de água Caixa de tomada Empregada quando o curso de água apresenta regime de escoamento torrencial ou rápido (risco para a estabilidade das estruturas) 32

33 Captação de água Tomada de água Caixa de tomada Não se aplica quando: Altura reduzida da lâmina de água mínima do manancial A calha molhada se afastar muito das margens no período de estiagem Excesso de algas no manancial (deverá ser adotada a tomada subsuperficial) São dotadas de grade na sua entrada: Proteção contra materiais suspensos 33

34 Captação de água Tomada de água Canal de Derivação Captações de médio ou grande porte (funcionam como caixa de tomada e canal de ligação para as unidades seguintes) Não se aplica a captações de pequena vazão devido à necessidade da velocidade mínima de 0,60 m/s Também são dotados de grade na sua entrada 34

35 Captação de água Tomada de água Poço de Derivação Tubulação construída na margem de rios ou ribeirões que seja inundável e que apresente declividades acentuadas 35

36 Captação de água Tomada de água Tomada de água com estrutura em balanço A tomada de água é feita por um conjunto moto-bomba submersível para água bruta, resistente à abrasão, que fica suspenso dentro do curso de água por meio de uma corrente integrada a uma talha que pode se movimentar ao longo de uma viga. Aplicação: - Rios pouco encaixados, com grande oscilação de nível de água (profundidade ou afastamento das margens) 36

37 Captação de água Tomada de água Captação flutuante Utilizada em lagos e represas ou em rios maiores e com regime de escoamento tranquilo ou fluvial (grande largura e profundidade) 37

38 Captação de água Tomada de água Captação flutuante Alternativa econômica em pequenas e médias comunidades: 38

39 Captação de água Tomada de água Captação flutuante - Exemplo com motor e/ou bomba não submersíveis, instalados em balsa 39

40 Captação de água Tomada de água Torre de Tomada Tomada de água é feita por meio de uma torre de grandes dimensões, com entradas de água em diferentes níveis 40

41 Captação de água Tomada de água Barragem de Nível 41

42 Captação de água Tomada de água Reservatório de regularização 42

43 Captação de água: Grades e Telas Dispositivos empregados em captações de água de superfície para reterem materiais flutuantes ou em suspensão de maiores dimensões Grades: barras paralelas destinam-se a impedir a passagem de materiais grosseiros Grade grosseira: espaçamento entre as barras de 7,5 a 15 cm Grade fina: espaçamento entre 2 e 4 cm Telas: fios formando malhas para reter os materiais flutuantes não retidos na grade Utilização obrigatória em captações à superfície da água (NBR ) 43

44 Captação de água: Desarenador Instalação complementar das captações de água de superfície utilizado quando o manancial apresenta transporte intenso de sólidos (NBR : > 1,0 g/l) Formato comum: seção retangular, com comprimento três vezes maior do que sua altura. Critérios de dimensionamento: sedimentação das partículas (velocidade de sedimentação, características do manancial) 44

45 Captação de água: Desarenador Localização: entre a tomada de água e a adutora Quantidade: preferencialmente duas unidades (uma unidade de reserva) Dimensionamento: Velocidade de sedimentação 0,021 m/s (para reterem partículas com D 0,2 mm) Velocidade de escoamento horizontal 0,30 m/s Comprimento do desarenador: deverá ser utilizado um coeficiente de segurança de, no mínimo, 1,5. 45

46 Captação de água superficial - Rios Captação superficial em rios - Desafios Comportamento do ciclo de chuvas Topografia Condição do leito e margens Material flutuante e submerso transportado 46

47 Captação de água superficial - Rios Captação superficial em rios - Topografia - Deve atender à variação de nível em função da vazão - Problemas com afundamento do canal ou formação de bancos de areia (mudança dos níveis operacionais) 47

48 Captação de água superficial - Rios Captação superficial em rios - Problemas Construção sobre flutuadores (problemas de projeto, falta de recursos): - Precariedade - Fragilidade - Muita gambiarra - Dificuldades de manutenção em períodos de cheias 48

49 Travessia aéreas em cursos d água (adutoras) Necessitam de outorga Estudo hidrológico Não devem interferir no corpo hídrico Aproveitamento de pontes

50 Demandas em uma instalação para abastecimento de água Qualidade, quantidade, pressão e continuidade Demanda atual e futura (alcance de projeto) Consumo no próprio sistema (limpeza de ETAs) Perdas no sistema

51 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) 51

52 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 52

53 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 53

54 Consumo de água População flutuante 54

55 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 55

56 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) 56

57 Consumo de Água: Variação Diária Coeficiente do dia de maior consumo (K1) K 1 = maior consumo diário no ano consumo médio diário no ano 57

58 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 58

59 Consumo de Água: Variação Horária Coeficiente da hora de maior consumo (K2) K 2 = maior vazão horária no dia vazão média do dia 59

60 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 60

61 Demandas em uma instalação para abastecimento de água Variação temporal da vazão Coeficientes de Reforço K 1 e K 2 K 1 = maior consumo diário no ano consumo médio diário no ano K 2 = maior vazão horária no dia vazão média do dia

62 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento Demanda máxima 62

63 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Sistema de produção (montante do reservatório): Dimensionadas para atender a vazão média do dia de maior consumo do ano (K 1 ). Sistema de distribuição: Dimensionada para maior vazão de demanda, que é a hora de maior consumo do dia de maior consumo (K 1 K 2 ). Reservatório: Recebe a vazão constante (média do dia de maior consumo) e equilibra as variações horárias da demanda. ETA: Consome certa de 1 a 5% do volume tratado para lavagem dos filtros e decantadores. 63

64 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Vazão média: Q = P. qpc Q = vazão média (L /s) P = população (hab) qpc = consumo per capita (L/hab. dia) 64

65 Perdas de Água Perdas físicas ou reais Vazamentos nas tubulações de distribuição e das ligações prediais Extravasamento de reservatórios Operações de descargas nas redes de distribuição e limpeza dos reservatórios Perdas não físicas ou aparentes Ligações clandestinas By-pass irregular no ramal das ligações ( gato ) Problemas de micromedição (hidrômetros inoperantes ou com submedição, fraudes, erros de leitura, problemas na calibração dos hidrômetros, entre outros). 65

66 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água 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

67 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água - Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s) Q Prod = Q. K t 1 + C ETA + Q Esp - Vazão da ETA até o reservatório: Adutora de Água Tratada (L/s) Q AAT = Q. K t + Q Esp - Vazão do reservatório até a rede (L/s) Q Dist = Q. K 1. K 2 + Q Esp C ETA = consumo de água na ETA (%) K 1 = coeficiente do dia de maior consumo K 2 = coeficiente da hora de maior consumo Q Esp = vazão singular de grande consumidor (L/s) Q = P.qpc = vazão média (L/s) qpc = consumo per capita (L/hab.dia) t = período de funcionamento da produção (h) 67

68 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Particularidades: Alcance do projeto: pode haver diferenças entre as unidades do sistema, resultando em valores diferentes de população utilizada no dimensionamento 68

69 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água Exemplo de aplicação: Calcular a vazão das unidades de um sistema de abastecimento de água, considerando os seguintes parâmetros: População para dimensionamento das unidades de produção, exceto adutoras (alcance 10 anos) = habitantes. População para dimensionamento de adutoras e rede de distribuição (alcance 20 anos) = habitantes. qpc = 200 L/hab.dia t = 16 horas q ETA = 3% K 1 = 1.2 K 2 = 1.5 Q S = 1.6 L/s 69