Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Saneamento

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Saneamento Renato Carlos Zambon Ronan Cleber Contrera Theo Syrto Octavio de Souza

2 Estações Elevatórias de Esgoto São instalações destinadas a transferir os esgotos de um ponto (de cota normalmente mais baixa) a outro (de cota normalmente mais elevada), em diversas partes do SES: na fase de coleta na fase de transporte no processo de tratamento de esgoto na disposição final Utilizadas sempre que não for possível ou viável, por razões técnicas e econômicas, o escoamento dos esgotos por gravidade 2

3 Necessidade de EEE As elevatórias justificam-se, em princípio, nos seguintes casos: terrenos planos e extensos, evitando-se que as canalizações atinjam profundidades excessivas; áreas novas situadas em cotas inferiores às existentes; reversão de esgotos de uma bacia para outra; descarga de interceptores ou emissários em ETE ou corpos receptores, quando não for possível fazer por gravidade. É indispensável o prévio estudo comparativo entre os custos decorrentes da instalação de uma elevatória e o custo devido ao esgotamento por gravidade (se possível!). Evitar sempre que possível, mas utilizar sem receio! 3

4 Vazões de Projeto Devem ser consideradas para o projeto das elevatórias: Vazão média no início do plano Dimensões máximas do poço de sucção Tempo de detenção do esgoto Vazão máxima no fim do plano Seleção dos equipamentos de bombeamento e linha de recalque Dimensões mínimas do poço de sucção Período de projeto normalmente adotado: anos para equipamentos (considerar etapas de implantação), 50 anos para tubulações e edificações 4

5 5

6 SeaWorld, San Diego (Shipwreck Rapids)! 6

7 Estações Elevatórias de Esgoto Adução por: Ejetor Pneumático Bombeamento - Bombas de deslocamento positivo - Bombas centrífuga 7

8 Ejetor Pneumático ar comprimido ciclos (1 min) tanques ( L) vazões pequenas (2-38 L/s) 8

9 Ejetor Pneumático 9

10 "The Shone Hydro- Pneumatic System of Sewerage," Transactions of the American Society of Civil Engineers, Volume XXVII (December 1892), pp

11 Bombas de Deslocamento Positivo Utilizadas em EEE: Bombas Parafuso rotações entre rpm elevação limitada a cerca de 9 m instaladas em ângulos de graus 11

12 Bombas de Deslocamento Positivo Utilizadas em EEE: Bombas Parafuso 12

13 Bombas Utilizadas em EEE: Bombas Parafuso 13

14 Bombas utilizadas em EEE: Bombas Parafuso 14

15 Bombas Centrífugas Utilizadas em EEE Devido aos sólidos em suspensão e vazões variáveis rotores abertos bombas afogadas/submersas ou auto escorvantes (sem válvula de pé!) eixo horizontal: afogadas ou auto escorvantes eixo vertical: afogadas (poço seco) ou submersas automatização (partidas e paradas frequentes) 15

16 Elevatórias Convencionais de Poço Seco eixo horizontal eixo vertical prolongado eixo vertical eixo horizontal, auto escorvante 16

17 Exemplo com poço seco e eixo vertical 17

18 Exemplo com bomba auto escorvante 18

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20 Elevatórias Convencionais de Poço Úmido eixo vertical prolongado, bomba submersa conjunto motor-bomba submerso 20

21 Poços de sucção com bombas submersíveis 21

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23 Conjunto motor-bomba submersível 23

24 Seleção dos Conjuntos Motor-Bomba Q, H, D, $$$... 24

25 Tubulações de Sucção e Recalque Limites de velocidades normalmente considerados: sucção: 0,60 a 1,50 m/s (um diâmetro comercial imediatamente superior ao diâmetro de recalque) barrilete: 0,60 a 3,00 m/s (usar peças metálicas) recalque: 0,60 a 3,00 m/s ( mínimo = 100 mm) Como nas adutoras, o dimensionamento é feito em conjunto com o bombeamento, o diâmetro de recalque é hidraulicamente indeterminado, deve-se considerar a condição de mínimo custo (aquisição e assentamento dos tubos e peças, motor-bomba, operação, manutenção e consumo de energia, amortização e juros) Proteção contra transientes! Respiros (pontos altos) e descargas de fundo (pontos baixos). 25

26 Dispositivo para Remoção de Ar (pontos altos) (ventosas x esgoto): evitar pontos altos no traçado, remover ar hidraulicamente ou... 26

27 Descargas de fundo (pontos baixos) As descargas de fundo devem garantir o total esgotamento da linha de recalque. Devem ser executadas em caixa de material totalmente estanque (normalmente concreto) com rebaixo para posicionamento de tubulação de sucção. O esgoto retirado pela descarga de fundo deve ser totalmente recolhido por um caminhão do tipo limpa-fossa para posterior lançamento na ETE. 27

28 Materiais nas tubulações de recalque Material da tubulação Diâmetros usuais (mm) Tipo de junta Observações FD - Ferro fundido dúctil PE - Polietileno Junta elástica Solda termoplástica Revestimento interno com cimento e externo com esmalte betuminoso. Leve, flexível, altamente resistente a produtos químicos e a abrasão PVC Junta elástica Resistente a produtos químicos. PRFV - Poliester reforçado com fibra de vidro Concreto protendido Junta elástica Junta elástica Altamente resistente a temperatura elevadas e produtos químicos sendo função da resina utilizada. Pode ser sensível à deterioração em solos agressivos úmidos. Aço Acima de 600 Soldada Deve ser revestido com material betuminoso ou argamassa de cimento e protegido externamente contra corrosão. 28

29 Localização das Elevatórias Aspectos a serem considerados: terreno (dimensões, custo, desapropriação, vizinhança) topografia, tipo de solo, nível do lençol freático, rochas, etc. estabilidade do terreno (taludes naturais e construídos, etc.) disponibilidade de energia elétrica facilidade de acesso desnível geométrico influências das condições ambientais (alagamento, erosão, etc.) padronizações (consultar companhias de saneamento) etc. 29

30 Exemplo de uma EEE Padrão Sabesp 30

31 Dimensionamento do poço de sucção evitar vórtices (manter submergencia mínima na sucção) espaço com folga para posicionamento de bombas, tubulações, etc. o volume deve ser o menor possível para não resultar tempo elevado de detenção do esgoto (TDH 30 min. vazão média no início de plano ou etapa), função do volume efetivo (entre o fundo do poço e o nível médio de operação) mas quanto menor o volume, mais frequentes são as partidas e paradas das bombas (vazão máxima no final de plano ou etapa), deve ser respeitado um tempo de ciclo mínimo (evitar superaquecimento dos motores!), função do volume útil Deve-se dimensionar o volume útil (entre NA min e NA max para operação normal das bombas) 31

32 Dimensionamento do poço de sucção Bombas: Rotação Constante Rotação Variável (com inversor de frequência) Poço de sucção: Volume útil (Vu) - Entre N min. e N máx. Volume Efetivo (Ve) - Entre N Fundo e N méd. 32

33 Com duas bombas de rotação constante Q = capacidade da bomba [m³/s] Qa = vazão afluente ao poço [m³/s] Qa=Q, bomba permanece ligada Qa=0, bomba permanece desligada Q Qa Volume Útil B Qa=Q/2 resulta intervalo mínimo entre partidas... B Q T = tempo de ciclo [s] (Intervalo de tempo entre duas partidas sucessivas de uma bomba depende da potência do motor da bomba) Potência Tempo de ciclo (T) até 20 Hp 10 min 20 a 100 Hp 15 min 100 a 250 Hp 20 a 25 min > 250 Hp Consulta aos fabricantes consultar sempre... 33

34 Com duas bombas de rotação constante t p = tempo necessário para encher o poço do nível 0 ao nível 1 [s]: t p = V u /Q a t op = tempo necessário para esvaziar o poço desde o nível 1 até o nível 0 [s]: t op = V u /(Q-Q a ) Q Qa Volume Útil B B Q Admitindo Q > Q a (poço esvaziando) o tempo de ciclo será: T = t p + t op = (V u /Q a ) + (V u /(Q-Q a )) = V u.[(1/q a ) + (1/(Q-Q a ))] Vazão afluente para T mínimo decorre de dt/dq a = 0: dt/dq a = V u.[(-1/q a2 ) + (1/(Q-Q a ) 2 )] = 0 Resolvendo a equação obtém-se Q a = Q/2 (denominada vazão crítica): - Assim para T mínimo entre duas partidas sucessivas: T = 4.V u /Q - Portanto: V u = Q.T/4 34

35 Operação com três bombas de rotação constante Q3 Q2 Q1 a) Sequência I B3 = Bomba Reserva! OBS: A Bomba reserva se alterna a cada ciclo. b) Sequência II V V B3 B2 B1 Q3 Q2 Q1 V V Nível 2 - Liga B2 Nível 1 - Liga B1 = Desliga B2 Nível 0 - Desliga B1 Nível 3 - Liga B2 Nível 1 - Liga B1 Nível 2 - Desliga B2 Nível 0 - Desliga B1 c) Sequência III Q3 Q2 Q1 V Nível 2 - Liga B2 Nível 1 - Liga B1 Nível 0 - Desliga B1 e B2 35

36 Sulfetos em Poço de Sucção das EEE tempo de detenção máximo de 30 min para vazão média de início de plano ou etapa Controle de Sulfetos: Oxigênio Nitrato de amônio dosagem média de nitrato: 12,5 mg/l (elevatórias de Santos) atualmente ($): H 2 O 2 36

37 Cone anti-vórtice para EEE 37

38 Retenção de Sólidos Afluentes à EEE Objetivo: proteção dos conjuntos motor-bomba e tratamento preliminar dos esgotos Dispositivos ou equipamentos para remoção dos sólidos: grade de barras, limpeza manual ou mecânica cesto triturador peneira Soluções de emergência na EEE: gerador de emergência tanque pulmão (consultar órgãos ambientais para tempos de detenção Normalmente TDH 2 h) extravasor por gravidade (consultar órgãos ambientais) 38

39 Cesto para Elevatória de Esgoto / 0 1/4" para a remoção do cesto em aço inox CANTONEIRAS 1¾" x 1/4" CHAPA 5/32`` (AÇO INOX) CANTONEIRAS 3,5 x 3,5 EM AÇO INOX L / 4 CANTONEIRAS 1¾" x 1/4" CANTONEIRAS 3,5 x 3,5 EM AÇO INOX GRADE AÇO INOX REMOVIVEL 05/16" E COMPRIMENTO DE 0.65m GUIA FIXA VER DET. CANTONEIRA S 1¾" x 1/4" TODO O CESTO DEVERA SER EXECUTADO EM ACO INOX LATERAIS E FUNDO DE CHAPA 5/32" (AÇO INOX) 39

40 Cesto para Elevatória de Esgoto 40

41 Cesto em Poço Circular com Bomba Submersível cesto externo cesto interno 41

42 Poço com Cesto e Bomba Submersível EEE Samello 5 - poço de sucção e cesto 42

43 Grade Mecanizada 43

44 Variedade de Tipos Exemplo de Grade Mecanizada A grade mecânica de barras Esmil compreende uma grade fixa e um mecanismo de arraste. Grades deste tipo, que permitem remoção de sólidos da superfície da água, são disponíveis para larguras de canal de 0,8 a 5 m e profundidades de 0,6 a 15 m. O mecanismo de arraste é determinado pelas dimensões do canal e natureza dos sólidos a remover. Aços de Alta Liga A grade mecânica de barras Esmil é fabricada com aços de alta liga que asseguram longa vida útil. A grade é fabricada opcionalmente em aço inoxidável galvanizado por subersão a quente. As partes móveis podem também ser fornecidas em aço inoxidável. A grade mecânica de barras pode ser utilizada em: Entradas de água de resfriamento Estações de bombeamento Instalações de tratamento de esgotos 44

45 Calha Parshall e Caixa de Areia EEE Pinhais 45

46 Grade Mecanizada 46

47 3 BOMBA SUBMERSÍVEL VAI PARA O DESARENADOR Ø 500m m Ø 600m m 764, ,55 G R AD E ,50 766, , Ø 700m m 3 COMPORTA MANUAL MEDIDOR PARSHALL VAI PARA O RIO Exemplo de dimensionamento de uma E.E.: p COMPORTA PARA MANUTENÇÃO

48 Lição de casa: ler páginas 267 à