Saneamento Ambiental I. Aula 05 Reservatórios de Distribuição de Água

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 05 Reservatórios de Distribuição de Água Profª Heloise G. Knapik 1

2 Reservatórios de Distribuição de Água Reservatório de água tratada São estruturas para a regularização horária das vazões (entre uma adutora e uma rede de distribuição) Reserva para incêndios e situações emergenciais Podem ser de diferentes formas (apoiados, elevados) e com volumes variados 2

3 Dimensionamento de redes: etapas Etapas do dimensionamento de redes: Vazões de distribuição Delimitação da área Estabelecimento de zonas de pressão Cálculo do volume e níveis de água nos reservatórios Traçado dos condutos Estabelecimento de setores de manobras Localização de acessórios Dimensionamento nos condutos 3

4 Reservatórios: zonas de pressão Fatores para a escolha do local: Localização mais próxima dos consumidores Características topográficas: questões econômicas e geológicas Possibilidade de aproveitamento de estruturas existentes Reservatório elevado: maior custo 4

5 Localização no Terreno 5

6 Reservatórios: volume e nível Para correto funcionamento da rede: Pressão mínima: para vencer os desníveis topográficos e perdas de carga Pressão dinâmica mínima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, no dia e hora de maior consumo e nível mínimo no reservatório Pressão máxima: para não danificar a rede e diminuir a perda de água na tubulação Pressão estática máxima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, sob consumo nulo e nível máximo no reservatório 6

7 Reservatórios: zonas de pressão Pressão dinâmica mínima: 10 mca Pressão estática máxima: 50 mca Reservatório (R) 10 m +hf 40 m - hf A B Área a ser abastecida por R C 7

8

9 Localização no Sistema: Montante 9

10 Localização no Sistema: Jusante 10

11 Localização no Sistema: Montante e Jusante 11

12 Capacidade dos Reservatórios Volume útil Volume para combate a incêndio Volume para emergência

13 Volume útil Como calcular??? Quando se dispõe da curva de consumo Quando não há dados de consumo Tipo de adução: Adução contínua Adução intermitente 13

14 Volume útil Com curva de consumo e Adução Contínua Formas de cálculo: - Comparação gráfica - Volumes diferenciais - Diagrama de massa - Resolução da equação:

15 Volume útil Com curva de consumo e Adução Intermitente Adução Consumo 15

16 Volume útil Sem dados da Curva de Consumo Representação pela curva senoidal Q = Asenbt + K 1 Q 24 V res = Qdt K 1 Q V res = K 2 1 π 24K 1 Q Para K 2 =1,5, o volume é aprox. 16% do volume consumido durante o dia de maior consumo 16

17 Volume para emergência Combate a incêndio Nos EUA: 31,4 L/s Na Espanha: 120 m³ para populações menores que hab 240 m³ para as demais populações No Brasil: Sem reserva para cidades de pequeno e médio portes Em áreas de grande risco deve ser prevista uma reserva técnica 17

18 Volume para emergência Paralisações no sistema de: Captação Estação elevatória Tratamento Acidentes de curta duração Não há fórmula de cálculo Depende da vulnerabilidade do sistema Critério para o projetista 18

19 Volume utilizado para projetos Volume total de reservação: Adução contínua: 1/3 do volume do dia de consumo máximo Adução intermitente: 1/3 do volume do dia de consumo máximo e igual ou maior que o produto da vazão média do dia de consumo máximo pelo tempo em que a adução permanecerá inoperante 19

20 Volume utilizado para projetos Capacidade do reservatório elevado: Para volumes acima de 500 m³ é ideal projetar um reservatório apoiado complementar e um sistema de elevatórias para subdividir o volume. Autonomia de 30 minutos Valores mais utilizados: 10 a 20% do volume total Vazão a ser bombeada: Q E = Q DMC 1 + λ λ = V Z V E V Z Q E : vazão do reservatório elevado; Q DMC : vazão do dia de maior consumo V Z : volume total de reservação necessário; V E : volume do reservatório elevado

21 Exemplo 1: Volume de reservatório Calcular os volume dos reservatórios (elevado para zona alta e apoiado para a zona baixa) considerando os seguintes dados para o alcance do projeto: D: densidade populacional de 240 hab/ha q: consumo per capita médio de 250 L/hab.dia K1= 1,2; K2 = 1,5 Considerando duas zonas de pressão (alta e baixa, de acordo com a topografia): Área da zona alta: 3,0 ha Área da zona baixa: 6,4 ha 21

22 Exemplo 1: Volume de reservatório Sequência de cálculo: 1. População de projeto: P = f(d) 2. Vazões de projeto: Q = f(p) 3. Volume de água demandados no dia de maior consumo (VDMC) 4. Volume de reservação necessários (VR) 5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE) 22

23 Exemplo 1: Volume de reservatório 1. População de projeto: P = f(d) P(hab) = D (hab/ha). A(ha) Zona alta: 3,0 ha x 240 hab/ha = 720 hab Zona baixa: 6,4 ha x 240 hab/ha = hab 23

24 Exemplo 1: Volume de reservatório 2. Vazões de projeto:q = f(p) - No dia de maior consumo (QDMC) Zona alta: 1,2 x 250 x 720/86400 = 2,5 L/s Zona baixa: 1,2 x 250 x /86400 = 5,33 L/s Total: 7,83 L/s Q DMC = k 1 q P Na hora de maior consumo (QHMC) Zona alta: 1,2 x 1,5 x 250 x 720/86400 = 3,75 L/s Zona baixa: 1,2 x 1,5 x 250 x /86400 = 8,00 L/s Total: 11,75 L/s Q HMC = k 1 k 2 q P

25 Exemplo 1: Volume de reservatório 3. Volume de água demandados no dia de maior consumo (VDMC) V DMC [L] = Q DMC [L/s] [s] Zona alta: 2,5 [L/s] [s] = L = 216 m³ Zona baixa: 5,33 [L/s] [s] = L = 461 m³ 25

26 Exemplo 1: Volume de reservatório 4. Volume de reservação necessários (VR) Admitindo-se que a localidade não dispõe de estudos específicos, podemos considerar o VR como 1/3 do volume de água consumido no dia de maior consumo: Zona alta: VRZA: 1/3 x 216 = 72 m³ Zona baixa: VRZB: 1/3 x 461 = 154 m³ Total: VRT = 226 m³ 26

27 Exemplo 1: Volume de reservatório 4. Volume dos reservatórios Zona alta: reservatório elevado Zona baixa: reservatório apoiado Hipótese (a): sem minimizar o volume do reservatório elevado Reservatório elevado = 72 m³ : Volume padrão de 75 m³ Reservatório apoiado = 154 m³ : Volume padrão de 150 m³ 27

28 Exemplo 1: Volume de reservatório 4. Volume dos reservatórios Hipótese (b): minimizando o volume do reservatório elevado (aprox. 20% do volume demandado no dia de maior consumo) Volume do reservatório elevado VE = 20% x 216 m³ = 43,2 m³ : Volume padrão de 50 m³ Verificar a autonomia do reservatório na hora de maior consumo: t = [L] / 3,75 [L/s] / [s/h] = 3,7 h (> 0.5 h OK!) Volume do reservatório apoiado VA = VR VE = = 176 m³ : Volume padrão de 200 m³ 28

29 Exemplo 1: Volume de reservatório 4. Volume dos reservatórios Hipótese (a): sem minimizar o volume do reservatório elevado Reservatório elevado = 72 m³ : Volume padrão de 75 m³ Reservatório apoiado = 154 m³ : Volume padrão de 150 m³ Hipótese (b): minimizando o volume do reservatório elevado Reservatório elevado = 43.2 m³ : Volume padrão de 50 m³ Reservatório apoiado = 176 m³ : Volume padrão de 200 m³ O reservatório apoiado incluirá 25 m³ do volume de reservação da zona alta: necessita de uma estação elevatória entre os dois reservatórios 29

30 Exemplo 1: Volume de reservatório 5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE) Q E = Q DMC 1 + λ λ = V Z V E V Z Q E : vazão do reservatório elevado Q DMC : vazão do dia de maior consumo V Z : volume total de reservação necessário V E : volume do reservatório elevado 30

31 Exemplo 1: Volume de reservatório 5. Vazão a ser recalcada do reservatório apoiado para o elevado (QE) Para VE = 75 m³ λ = 0, = 0 Q E = Q DMC = L/s Para VE = 50 m³ λ = 0, = 0, 17 Q E = 2, ,17 = 2, 93 L/s 31

32 Qualidade de Água em Reservatórios Longos tempos de detenção crescimento de bactérias/nitrificação Possibilidade do aparecimento de zonas de estagnação Baixos valores do residual desinfetante Localização das tubulações de entrada e de saída dos reservatórios Jusante: mesma entrada e saída / Montante: tubulações distintas Ausência de luz solar Nitrificação Deterioração do concreto Substrato para crescimento de microorganismos

33 Tubulações e configurações

34 Exemplos de reservatórios

35 Operação de Reservatórios - Otimização Redução dos gastos com energia elétrica Minimização das falhas no atendimento a demanda Redução de perdas físicas em função das pressões na rede Flexibilidade na operação de sistemas com múltiplos reservatórios interligados 35

36 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Muito Obrigada! 36