DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITECTURA E GEORRECURSOS. MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL (Master in Civil Engineering)

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITECTURA E GEORRECURSOS MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL (Master in Civil Engineering) SANEAMENTO (Sanitária engineering) José Saldanha Matos António Jorge Monteiro Filipa Ferreira SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 1

SANEAMENTO AULA 1 / SUMÁRIO (Summary) Objectivos e programa da Disciplina. (Objectives and course program) Metodologia de avaliação. Planeamento das aulas. (Evaluation methodology. Classes plan) Ciclo urbano da água. (Urban Water Cycle) Constituição dos sistemas. (System components) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 2

SANEAMENTO OBJECTIVOS DA DISCIPLINA (Main objectives) Competências de conceber e dimensionar infra-estruturas de abastecimento de água e de drenagem de águas residuais, em zonas urbanas, nomeadamente: Sistemas de adução e reserva de abastecimento de água; Sistemas de distribuição de água; Redes de drenagem de águas residuais. Competências no domínio dos conceitos: de drenagem pluvial em meio urbano; de esquemas de tratamento (água para abastecimento e águas residuais); de parâmetros básicos de caracterização da qualidade da água; de sistemas simplificados de abastecimento de água e saneamento (drenagem e tratamento) apropriados a países em vias de desenvolvimento. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 3

SANEAMENTO PROGRAMA DA DISCIPLINA (Course Program) 1 - Âmbito e objetivos do saneamento ambiental. Conceitos fundamentais. Ciclo urbano da água. Dados de Base 2 - Sistemas de abastecimento de água: perspetiva histórica e conceitos fundamentais 2.1 - Obras de captação e adução; 2.2 - Instalações elevatórias; 2.3 - Reservatórios; 2.4 - Redes de distribuição de água. 2.5 - Sistemas simplificados de abastecimento de água apropriados a países em vias de desenvolvimento. 3 - Sistemas de águas residuais e pluviais: perspetiva histórica e atual 3.1 - Origem, quantificação e natureza das águas residuais; 3.2 - Concepção e dimensionamento de redes gerais de drenagem de águas residuais; 3.3 - Órgãos das redes gerais de drenagem; 3.4 - Órgãos especiais em sistema de drenagem; 3.5 - Drenagem de águas pluviais em meio urbano. 5 - Introdução à qualidade da água e controlo da poluição 5.1 - Conceitos básicos de qualidade da água, de tratamento de água para abastecimento público e de tratamento de águas residuais. 5.2 - Sistemas simplificados de saneamento (drenagem e tratamento) apropriados a países em vias de desenvolvimento. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 4

SANEAMENTO MÉTODO DE AVALIAÇÃO (Evaluation method) Exame final no fim do semestre (50%) (Nota mínima 9,5). Avaliação dos 2 projetos desenvolvidos ao longo das aulas práticas, com discussão (45%) Projeto 1:Estudo de um sistema adutor (11 Abril; 40%); Projeto 2:Projecto Base de uma rede de distribuição de água Projecto Base de uma rede de drenagem de águas residuais (30 Maio; 60%). Avaliação de uma monografia individual sobre a visita de Estudo (5%) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 5

SANEAMENTO PLANEAMENTO DAS AULAS. (Classes plan ) 14 semanas de aulas; 2 Aulas Teóricas / semana de 1h 30m; 1 Aula Prática / semana de 1h 30m; Grupos de 3 ou 4 alunos; máximo de 7 grupos por aula prática prática. A aula prática não tem apresentação geral. São esclarecidas dúvidas sobre o trabalho que está a ser realizado, normalmente de forma individual a cada grupo. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 6

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA IMPACTO NOS AQUÍFEROS SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 7

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA IMPACTO NOS AQUÍFEROS SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 8

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS SISTEMAS (Historical references of sanytary systems) REFERÊNCIA A ASPECTOS HISTÓRICOS 3000 AC Mohengo-Doro (civilização Hindu, actualmente Paquistão) 1000 a 3000 AC Palácio de Cnossos, Ilha de Creta 500 AC Cloaca Máxima Romana (imposto-cloacarium e curatores clocarium) 200 DC Termas de Caracala - Abastecimento Público a Roma 1650 DC 1º Colector enterrado (Londres) 1800 DC Colectores/túneis de Paris 1870 DC Primeiros sistemas separativos (Lenox e Memphis, USA) Ruínas de uma latrina pública do século I, em Ephessos, Turquia Visita em barco aos esgotos de Paris, em 1896 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 9

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA IMPACTO NOS AQUÍFEROS REFERÊNCIA A ASPECTOS HISTÓRICOS EM PORTUGAL (Portuguese historical references) 1400 Limpeza dos canos (D. João II) 1755 Canalização metódica (colectores unitários em malha) Lisboa: colectores de cascões, ou rateiros 1748 Aqueduto da Águas Livres (abastecimento de água a Lisboa) 1950 Setúbal canecos à porta para recolha de excreta Saimel (Pombalino) Cascões SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 10

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA IMPACTO NOS AQUÍFEROS FINAIS DO SÉC. XIX, PRINCÍPIOS DO SÉC. XX VERDADEIRA REVOLUÇÃO TECNOLÓGICA 1 - Utilização do ferro fundido, como em condutas sob pressão. 2 - Ramais (barro e grés). 3 - Colectores de betão, de secção circular. CORRENTE HIGIENISTA Preocupação com o tratamento dos efluentes e saúde pública. Analogia dos sistemas das cidades (água e esgoto) com os do corpo humano (artérias e veias). Circular (grês cerâmico) Ferro fundido SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 11

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 12

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DE SANEAMENTO CICLO URBANO DA ÁGUA CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS Componentes Órgãos Objectivo / função Captação Obras de captação (water abstraction) Captar água bruta nas origens (superficiais e subterrâneas) elegíveis nos termos do estipulado no DL 236/98, de 1 de Agosto, de acordo com as disponibilidades e as necessidades. Tratamento Estações de tratamento de água (ETA) (Water treatment plant) Produzir a água potável a partir de água bruta, obedecendo às normas de qualidade (DL 306/2007, de 27 de Agosto - Anexo I). Elevação Estações elevatórias e sobrepressoras (Pumping stations) Bombear água (bruta ou tratada) entre um ponto de cota mais baixa e um ou mais pontos de cota mais elevada. Transporte ou adução Adutores, aquedutos e canais (Transmission pipes, aqueducts, and channels) Conjunto de obras destinadas a transportar a água desde a origem à distribuição. O transporte pode ser: em pressão (por gravidade e por bombagem); com superfície livre (aquedutos e canais). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 13

SISTEMA DE PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA EPAL, S.A. O sistema de produção e transporte é constituído por 3 subsistemas que se desenvolvem ao longo de mais de 700 km de adutores, com uma capacidade nominal de produção que pode atingir 1 000 000 m³/dia e uma capacidade de reserva de cerca de 337 230 m³. Estes subsistemas são dotados de 2 ETA (Asseisseira e Vale da Pedra), 32 EE, 36 reservatórios e 19 postos de cloragem. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 14

SISTEMA DE PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA EPAL, S.A. A água produzida pelos 3 sub- -sistemas é aduzida pelos respectivos adutores de Castelo do Bode, do Tejo e do Alviela e, ainda, pelo adutor Vila Franca de Xira-Telheiras, com uma capacidade de transporte de 240 000 m³/dia, e pelo adutor de Circunvalação, com uma capacidade de transporte na ordem dos 410 000 m³/dia. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 15

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / CAPTAÇÃO TOMADA DE ÁGUA NA ALBUFEIRA DE CASTELO DO BODE / EPAL, S.A. Passadiço Torre de tomada de água Albufeira SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 16

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ESTAÇÃO E CONDUTA ELEVATÓRIA DE CASTELO DO BODE / EPAL, S.A. [1ª E 2ª FASES - 500 000 m3/dia] Chaminé de equilíbrio Conduta elevatória Estação elevatória de Castelo do Bode SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 17

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / TRATAMENTO ETA DA ASSEISSEIRA / EPAL, S.A. [1ª E 2ª FASES - 500 000 m 3 /dia] Edifício de exploração Oficinas P de transformação Edifício dos reagentes Mistura rápida Floculação Espessadores Filtração Armazenamento da água de lavagem do filtros Desidratação de lamas Armazenamento de cloro e CO2 Cisterna de água tratada SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 18

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / TRATAMENTO ETA DA ASSEISSEIRA / EPAL, S.A. [ACTUAL - 625 000 m 3 /dia] SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 19

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / ELEVAÇÃO (ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS) GRUPOS ELECTROBOMBA (pumping stations) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 20

CICLO URBANO DA ÁGUA CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS Componentes Órgãos Objectivo / função Armazenamento Distribuição Ligação domiciliária Distribuição interior Reservatórios (Tanks) Rede geral pública de distribuição de água (Water distribution networks) Ramais de ligação (water connections) Redes interiores dos edifícios (Building water piping Systems) Servir de volante de regularização, compensando as flutuações de consumo face à adução. Constituir reservas de emergência (combate a incêndios ou em casos de interrupção voluntária ou acidental do sistema de montante). Equilibrar as pressões na rede de distribuição. Regularizar o funcionamento das bombagens. Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como sejam juntas, válvulas de seccionamento e de descarga, redutores de pressão, ventosas, bocas de rega e lavagem, hidrantes e instrumentação (medição de caudal, por exemplo), destinado a transportar água para distribuição. Asseguram o abastecimento predial de água, desde a rede pública até ao limite da propriedade a servir, em boas condições de caudal e pressão. Conjunto de tubagens e elementos acessórios para distribuição de água no interior dos edifícios. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 21

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / ARMAZENAMENTO (RESERVATÓRIOS) (Tanks) CÂMARA DE MANOBRAS DE RESERVATÓRIO COM DUAS CÉLULAS SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 22

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / DISTRIBUIÇÃO (REDE GERAL PÚBLICA) REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA EM PLANTA (Water distribution network) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 23

CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS / DISTRIBUIÇÃO INTERIOR REDE INTERIOR DE UM EDIFÍCIO SISTEMA TIPO DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA FRIA (Building water piping Systems) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 24

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS E DESTINO FINAL CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS (Wastewater drainage systems) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 25

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS E DESTINO FINAL CICLO URBANO DA ÁGUA CONSTITUIÇÃO DOS SISTEMAS Componentes Órgãos Objectivo / função Rede interior de drenagem Rede de drenagem interior dos edifícios (wastewater building drainage pipes) Conjunto de tubagens e elementos acessórios para recolha de águas residuais do interior dos edifícios. Ligação domiciliária Ramais de esgoto (Wastewater connections) Asseguram a recolha das águas residuais, desde o limite da propriedade a servir e a rede pública. Sistema de drenagem Transporte para ETAR e destino Final Tratamento de águas Residuais Rede geral pública de drenagem de águas residuais (Wastewater collection system) Interceptores e emissários (Wastewater interception sewer) Estação de tratamento de águas Residuais (ETAR) (Wastewater treatment plant) Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como caixas de visita destinado a recolher as águas residuais para os interceptores e emissários. Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como caixas de visita, destinado a transportar as águas residuais para as ETAR ou para destino final. Tratar a água residual de forma a produzir um efluente compatível com a respectiva reutilização ou com a capacidade de assimilação do meio receptor. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 26

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 1) Aula Prática da Semana: Preparação Prévia: Constituição do Grupo; (Establishment of the working group); Impressão do enunciado (Printing the work statement). Objetivos da Semana: receber os dados de base para o cálculo dos caudais de Projecto dos aglomerados a servir (População A i e A j ) e o perfil longitudinal; (Receiving population data and longitudinal profile) localizar os aglomerados a servir no perfil longitudinal das condutas adutoras (locate settlements). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 27

SANEAMENTO AULA 2 / SUMÁRIO AULA 2 Bases quantitativas de Projetos de abastecimento de água e saneamento. (Quantitative basis for projects of water supply and sanitation). Caudais de projeto e caudais de dimensionamento. (Project design flows). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 28

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS (ÁGUA E SANEAMENTO) Objectivo: Avaliação, o mais correta possível, das quantidades de água para as quais se deve projetar as componentes dos sistemas. (Assessment, as accurate as possible, the quantities of water for which the system components must be designed). Principais elementos: A) Horizonte de Projeto (Project horizon); B) População de Projeto (Project population); C) Caudais de Projeto (Project flows); D) Área de Projeto (Project area); E) Hidrologia de Projeto (Project Hydrology); SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 29

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / HORIZONTE DE PROJETO Definição: Número de anos durante os quais o sistema ou as estruturas e os equipamentos que o compõem têm que servir em boas condições. (Number of years for which the system or structures and equipment have to work in good conditions). Factores: Vida útil das obras de construção civil e equipamento (Useful life of civil works and equipment); Facilidade ou dificuldade de ampliação (facilities or difficulties to expand the systems); Previsão da evolução da população (Preditcion of demographic trends); Taxa de juro durante o período de amortização do investimento (Interest rate during the amortization period of the investment); Funcionamento da instalação nos primeiros anos de exploração (Operating conditions during the first years of operation); Capacidade financeira da entidade gestora (financial ability of the management entity); Disponibilidade em recursos hídricos (water resources availability); SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 30

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / VIDA ÚTIL E HORIZONTE DE PROJETO Tipo de obra Duração provável (anos) Horizonte de Projecto (anos) Furos e poços (Drilled wells) 50 a 60 20 a 30 Tomadas de água (water intake) 40 a 50 20 a 40 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 31

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / VIDA ÚTIL E HORIZONTE DE PROJETO Tipo de obra Duração provável (anos) Horizonte de Projecto (anos) Grandes adutoras (Large trunk pipes) 60 a 80 40 a 50 Reservatórios e torres de pressão (storage and elevated tanks) 80 a 100 20 a 40 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 32

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / VIDA ÚTIL E HORIZONTE DE PROJETO Tipo de obra Duração provável (anos) Horizonte de Projecto (anos) Estações elevatórias (construção civil) Pumping stations (civil works) 40 a 60 20 a 40 Grupos electrobomba e equipamento electromecânico Pumps and electromechanical equipment 25 a 35 20 a 25 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 33

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / VIDA ÚTIL E HORIZONTE DE PROJETO Tipo de obra Duração provável (anos) Horizonte de Projecto (anos) Estações de tratamento (construção civil) Water treatment plants (civil works) 40 a 60 20 a 40 Estações de tratamento (equipamento) Water treatment plants (equipments) 20 a 30 20 a 25 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 34

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / VIDA ÚTIL E HORIZONTE DE PROJETO Tipo de obra Duração provável (anos) Horizonte de Projecto (anos) Redes de distribuição de água (pipe networks) 30 a 40 Máxima expansão urbana Redes de drenagem de águas residuais (sewer networks) 30 a 40 Máxima expansão urbana SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 35

Definição: SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / POPULAÇÃO DE PROJETO População a servir no horizonte de projeto. (Population to serve on the project horizon) Factores: Métodos de extrapolação ou de regressão; a. Linear P 20 = P 0 + Ka ( t 20 - t 0 ) b. Geométrica P 20 = P 0 (1+Kg ) (t 20 - t 0 ) Comparação; Extrapolação Visual; Taxa de crescimento decrescente; Curva logística; Análise parcelar; Previsão de emprego; Planos Diretores. Elementos de base : Censos e o recenseamento eleitoral. Problemas: Migrações. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 36

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / CAUDAIS DE PROJETO (Project flows) Componentes dos consumos: População a servir no horizonte de projeto. Componentes de consumo: População permanente; População residente; População temporária ou flutuante; Entidades públicas; Atividades comerciais; Componentes de consumo: Indústria; Atividades agrícolas e pecuárias; Combate a incêndios; Emergências; Perdas. Capitação (per capita consumption): Relação entre o consumo anual total pelo número de habitantes e pelo número de dias do ano [L/(hab.dia)]. A capitação é uma característica média de consumo; Difícil a atribuição de um valor em Projeto. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 37

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / CAUDAIS DE PROJETO Factores que influenciam a capitação: (factors afecting per capita flow) 1. População Consumos mínimos fixados pelo Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (RGAAR): 80 L/(hab.dia) até 1000 hab. 100 L/(hab.dia) de 1000 hab. até 10 000 hab. 125 L/(hab.dia) de 10 000 hab. até 20 000 hab. 150 L/(hab.dia) de 20 000 hab. até 50 000 hab. 175 L/(hab.dia) acima de 50 000 hab. 2. Condições climáticas 3. Hábito de higiene individual 4. Existência ou não de redes interiores 5. Tipo de drenagem de águas residuais 6. Estado de conservação do sistema 7. Estrutura tarifária 8. Inclusão ou não de pequenas actividades comerciais, públicas (5 a 20 L/(hab. dia)) ou industriais. 9. Perdas (valor mínimo (RGAAR) 10% do caudal total) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 38

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / CAUDAIS DE PROJETO Tipo de estabelecimento Adegas Escolas Escritórios Estações de serviço Garagens Lacticínios Lavandarias Matadouro (animais de grande porte) Matadouro (animais de médio porte) Padarias Pensões (sem cozinha, nem lavandaria) Restaurantes Tipo de animal Bovinos Caprinos Ovinos Equídeos Galinhas Perus Suínos Bovinos (vacas leiteiras) Consumos 5 L /litro de produto 50 L /(aluno.dia) 50 L /(trabalhador.dia) 150 L /(veículo.dia) 50 L /(veículo.dia) 4-12 L/(kg de produto) 30 L/(kg de roupa) 300 L/(cabeça) 150 L/(cabeça) 0,6 L/(kg de farinha) 120 L/(hóspede.dia) 25 L/refeição Capitação 40 (L/animal/dia) 8 (L/animal/dia) 8 (L/animal/dia) 40 (L/animal/dia) 0,4 (L/animal/dia) 0,75 (L/animal/dia) 10 (L/animal/dia) 75 (L/animal/dia) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 39

BASES QUANTITATIVAS DE PROJETOS / CAUDAIS DE PROJETO Caudal médio anual: (annual average flow - Q m ) Produto da população pela capitação: Q m = Capitação x População [L 3 T -1 ] Caudais de ponta: (peak flow - Q p ) Definem as características extremas de consumos; Determinam-se multiplicando o caudal médio pelo correspondente factor de ponta: Usualmente definem-se: Q p = f p x Q m [L 3 T -1 ] Caudal de ponta mensal (caudal médio do mês de maior consumo); Caudal de ponta diário (caudal médio do dia de maior consumo); Caudal de ponta horário (caudal médio da hora de maior consumo). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 40

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS Duração do transporte (daily work period): Transporte por bombagem: A não ser em casos especiais, 16 h diárias como período máximo diário de adução (NP 837); A fiabilidade dos sistemas mecânicos permite 20 h/dia, com segurança razoável. Transporte gravítico: Período máximo diário de adução de 24 h/dia. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 41

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS Caudais de dimensionamento (pipe design flow): Dimensionamento para o dia de maior consumo: Q dim = K t x K p x f D x Q m Dimensionamento para o mês de maior consumo: Q dim = K t x K p x f M.Q m em que: K t factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte); K p factor de perdas na adução (1,05 a 1,10); f M ; f D factor de ponta mensal ou factor de ponta diário; Q m caudal médio anual. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 42

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 1) Aula Prática da Semana: Preparação Prévia: Constituição do Grupo; (Establishment of the working group); Impressão do enunciado (Printing the work statement). Objetivos da Semana: receber os dados de base para o cálculo dos caudais de Projecto dos aglomerados a servir (População A i e A j ) e o perfil longitudinal; (Receiving population data and longitudinal profile) localizar os aglomerados a servir no perfil longitudinal das condutas adutoras (locate settlements). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 43

SANEAMENTO AULA 3 / SUMÁRIO AULA 3 Captações de águas subterrâneas. Captações de águas superficiais. (Groundwater and surface water abstractions). Traçado de sistemas adutores. (Transmission pipeline tracing in plant ). Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores. (Hydraulic design of transmission pipeline system). Dimensionamento das condutas à pressão. (Dimensioning of pipelines to pressure). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 44

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Nascente (spring) Groudwater abstractions Poço radial (radial well) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 45

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Problemas nas zonas costeiras: intrusão salina (saline intrusion) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 46

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS Tomada de água em rio ou albufeira (corte longitudinal) Tomada de água e estação elevatória (planta) (Surface water abstractions) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 47

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS (Surface water abstractions) Bombas centrífugas de eixo vertical em tomada de água direta Tomadas de água móveis Tomada de água flutuante SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 48

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS (Surface water abstractions) Captação em albufeira Captação direta no paramento de montante duma barragem de terra SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 49

CAPTAÇÕES DE ÁGUA / CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS (Surface water abstractions) Torre de tomada de água em albufeira (water intake in a reservoir) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 50

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / ESCOAMENTOS COM SUPERFÍCIE LIVRE (Water channels tracing in plant) Aspectos de traçado: Problemas topográficos adaptação do traçado do canal / / aqueduto à topografia do terreno. Obstáculos especiais: Travessias de vales pronunciados sifões invertidos. (inverted siphons). Aquedutos (aqueducts) Travessias de serras ou montanhas Túneis ou galerias. (tunnels) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 51

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / ESCOAMENTOS EM PRESSÃO Aspectos de traçado: O estudo duma adutora pressupõe a análise das condições de traçado, em planta e em perfil longitudinal. Condicionantes: Extensão (o mais curta possível e nos grandes diâmetros com grandes raios de curvatura) (extension); Pressões de serviço nos troços (pipe pression); Facilidade de construção, reparação e vigilância (Facility of construction, repair and surveillance ) Transposição de obstáculos topográficos (linhas de água, vales e linhas de cumeada); (topographic obstacles) Profundidade mínima de assentamento das tubagens (1 m); (Transmission pipeline tracing in plant) Inclinações mínimas nos trechos ascendentes (3 ) e descendentes (5 ); 0,5 % 0,3 % 0,5 % ar ar ar 0,3 % 0,5 % SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 52 ar

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / ESCOAMENTOS EM PRESSÃO PERFIL LONGITUDINAL DUMA ADUTORA, EM PRESSÃO, POR GRAVIDADE Fonte: Water Supply and Waste-Water Disposal Fair et al. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 53

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS Limitações à velocidade do escoamento: Razões para a limitação da velocidade máxima: Sobrepressões provocadas pelo regime variável; Perdas de carga excessivas e anti-económicas. Razões para a limitação da velocidade mínima: Qualidade da água nas condutas; Auto-limpeza e deposição de sólidos. Velocidade do escoamento: Troços em pressão por bombagem 0,6 m/s V 1,5 m/s Troços em pressão por gravidade 0,3 m/s V 1,5 m/s 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Custo de Energia ( ) 0 200 400 600 800 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 54

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis: Qdim (m 3 /s) => Q = V.S => Intervalo de Diâmetros Vmax, Vmin (m/s) => S = pi.d 2 /4 => D (m) = (4 Q / pi.v) 0.5 Gravítico (Qdim 40) Elevatório (Qdim 20) (Qdim 40) Dmin D 1 D 2 D 3 Dmax Dmin Dmax D 1 D 2 D i = diâmetros comerciais cujo diâmetro interior está no intervalo SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 55

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS ESCOLHA DO DIÂMETRO No sistema puramente gravítico (sem elevação): A escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis é função da energia disponível Cálculo de J máx = z / L Pela fórmula de perda de carga (Colebrook-White ou Manning Strickler), cálculo de D min D min Gravítico (Q dim 40) Linha de energia dinâmica (LED) 1 D>D min L J max D min z D min D max D 1 D 2 D 3 D<Dmin Diâmetro mais económico é o diâmetro mínimo (ou a combinação de diâmetros) que está dentro do intervalo D min e D max (verifica os dois critérios) e que permite transportar a água para a cota pretendida. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 56

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS ESCOLHA DO DIÂMETRO ECONÓMICO Em sistemas elevatórios ou num sistema misto (em vale) Conceito de diâmetro económico Q dim 20 Q dim 40 Custo Total Custos exploração (energia) D min D max D 1 D 2 Custo condutas Para determinar o Diâmetro mais económico é necessário contabilizar, para além dos custos da instalação da tubagem, os custos com a energia. Assim, retém-se todos os diâmetros tecnicamente viáveis (D 1 e D 2 ) e contabiliza-se os encargos energéticos das diferentes soluções viáveis. D ec DN SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 57

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS CÁLCULO DAS LINHAS DE ENERGIA Fórmula de Colebrook- White Mais rigorosa +/-15% de erro Mais adequada para sistemas adutores (normalmente sistemas longos e com muitas perdas de carga contínuas) J n+ 1 = 2 U log 8g D 2 10 k 3,7D + D 2,51ν 2g D J n ν (água20ºc) = 10-6 m 2 s -1 k PE,PVC = 0,003-0,02 mm D n+ 1 2Q = π 2gJ 2/5 log 2/5 10 k 3,7D n + D n 2,51ν 2gD n k FFD,aço = 0,01-0,1 mm J Quintela (1981), p.140 Fórmula de Manning Strickler Adequada para redes de distribuição e sistemas com superfície livre (redes de drenagem ou canais/rios) Q = K S S R 2 / 3 J 1/ 2 K s PE,PVC = 100-120 m 1/3 s -1 K s PE,PVC = 75-90 m 1/3 s -1 Quintela (1981), p.153 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 58

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS DETERMINAÇÃO DAS PRESSÕES DE SERVIÇO DAS TUBAGENS Condutas adutoras gravíticas: Altura piezométrica estática Condutas adutoras por bombagem: Altura piezométrica dinâmica SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 59

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 2) Aula Prática da Semana: Preparação prévia: receber os dados de base para o cálculo dos caudais de Projecto dos aglomerados a servir (população A i e A j ) e o perfil longitudinal; (Receiving population data and longitudinal profile) localizar os aglomerados a servir no perfil longitudinal das condutas. (Locate settlements). Objetivos da Semana: Determinar a população de Projecto (lei geométrica de evolução da população) (Project population calculation); Determinar, para os aglomerados, os caudais médios, do mês de maior consumo e do dia de maior consumo com as capitações do enunciado; (Settlements average and peak flows calculation); Calcular caudais de dimensionamento dos trechos adutores; (Design flow calculation) Determinar os diâmetros tecnicamente viáveis; (Pipe diameter design) Cálculo das perdas de carga para os caudais de projeto. (Head loss calculation for the design flows). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 60

SANEAMENTO AULA 4 / SUMÁRIO AULA 4 Características e materiais das tubagens. (Characteristics and piping materials) Regime variável. (water hammer) dispositivos de protecção; (protection devices) avaliação preliminar da necessidade de protecção. (preliminary assessment of protection needs) Dispositivos de perda de carga. (Devices of head loss) Exemplos de alternativas em sistemas adutores. (Examples of alternatives for transmission pipe systems) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 61

TUBAGENS / POLICLORETO DE VINILO (PVC) (Polyvinyl Chloride) Duronil \ Tubagens Características: Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida de parede compacta fabricada por extrusão. As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão: PN6 kgf/cm 2 PN10 kgf/cm 2 PN16 kgf/cm 2 (0,6 MPa); (1,0 MPa); (1,6 MPa). Diâmetros exteriores (mm): 63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 62

TUBAGENS / POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD) (High Density Polyethylene) PEAD \ Tubagens Características: A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão. As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de pressão de: PN4 kgf/cm 2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm 2 (1,6 MPa) Diâmetros exteriores (mm): 63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 63

TUBAGENS / POLIESTER REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO (PRFV) (POLYESTER REINFORCED FIBERGLASS) PRFV \ Tubagens Características: As tubagens de PRFV são fabricadas através de um processo de centrifugação automático. A tubagem é formada por diversas camadas, variando as quantidades de matérias primas usadas em cada uma. No fabrico da tubagem entram quatro componentes: Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma resina de poliester não saturada e não dissolvente; Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para melhorar a carga estrutural; Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas propriedades mecânicas; Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-se fibras de vidro de alta qualidade. As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de pressão de 0,2 MPa a 2,5 Mpa Diâmetros interiores (mm): SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 64 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; ; 2400

TUBAGENS / FERRO FUNDIDO DÚCTIL (FFD) (Ductile Cast Iron) FFD \ Tubagens Características: As tubagens de ferro fundido dúctil (FF) caracterizam-se por serem tubagens de grande longevidade. Podem ter vários revestimentos interiores. As tubagens de FF são apresentadas nas classes de pressão de: 3,2 MPa a 4,0 Mpa Diâmetros interiores (mm): 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 65

TUBAGENS / AÇO (STEEL) Aço \ Tubagens Características: As tubagens de aço podem ser dimensionadas com várias espessuras e são normalmente utilizadas para trechos com elevadas pressões e em trechos em que a tubagem não esteja enterrada. Podem ter vários revestimentos interiores. As tubagens de aço são apresentadas nas classes de pressão de: 3,2 MPa a 4,0 Mpa Diâmetros interiores (mm): 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 66

TUBAGENS / OUTROS TIPOS Outros tipos \ Tubagens Fibrocimento (Asbestos Cement) É um material em desuso, mas do qual existem extensões significativas nas redes mais antigas. Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30 Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço) Reinforced concrete (prestressed or steel core) É um material competitivo nos grandes diâmetros com o ferro fundido dúctil. Outras tubagens plásticas: Polipropileno (Polypropylene) Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o escoamento e fluidos a altas temperaturas. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 67

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA DO PROJETO Proposta de índice (proposta indicativa) (Table contents) 1. INTRODUÇÃO 2. DADOS DE BASE 2.1 Considerações gerais 2.2 Evolução populacional prevista 2.3 Caudais de Projecto 3. SOLUÇÕES ALTERNATIVAS PARA O SISTEMA ADUTOR 3.1 Apresentação geral das soluções alternativas 3.2 Selecção de diâmetros tecnicamente viáveis 3.3 Dimensionamento em termos de pressão das soluções 3.4 Dimensionamento de reservatórios 4. ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA E ESCOLHA DA SOLUÇÃO 4.1 Análise económica comparativa das soluções estudadas 4.2 Escolha da solução recomendada 5. SOLUÇÃO RECOMENDADA 5.1 Descrição da solução 5.2 Localização dos principais acessórios 6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS Referências bibliográficas Índice de desenhos SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 68

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS SOBREPRESSÕES PROVOCADAS PELO REGIME VARIÁVEL (Water Hammer) Redução instantâneas de velocidade. H ( V0 V = a 1) g com 9900 1 a = ( m s ) D 48,3 + k e a celeridade (m/s) V i velocidade do escoamento (m/s) k constante, que depende do tipo de material da tubagem (aço = 0,50; ferro fundido = 1,0; betão = 5,0; plástico = 18) e espessura da conduta (m) D diâmetro da conduta (m) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 69

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕES (PARAGEM DE GRUPOS ELECTROBOMBA) Tempo de anulação do caudal (Time to cancel the flow): Fórmula de Rosich (1970) com C parâmetro que depende do declive da conduta elevatória: H t /L 20% => C = 1s K K LU. T = C + g. H t. 0 H t /L > 40% => C = 0s coeficiente adimensional, dependente do comprimento: L(m) <500 ~500 500<L<1500 ~1500 >1500 K(-) 2 1,75 1,5 1,25 1,0 L U 0 H t comprimento da conduta velocidade do escoamento altura de elevação SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 70

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕES (PARAGEM DE GRUPOS ELECTROBOMBA) Subpressão máxima (Michaud): Redução instantâneas de velocidade. 2L < a au. H = g T 0 T > L a 2LU. H = g. T 2 0 Normalmente, é necessário proceder à protecção da conduta através de acessórios de protecção contra os efeitos do golpe de aríete. Válvula de escape Reservatório de ar comprimido (RAC) Volante de inércia SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 71

SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕES (PARAGEM DE GRUPOS ELECTROBOMBA) Exemplo H t = 50 m Fecho instantâneo: au. 0 600x1,4 H = = = 85m g 9,8 Corte de corrente no grupo electrobomba: Tempo de anulação do caudal Subpressão máxima T = C + K. LU. 0 1,5 x1000x1,4 = 1+ 5,3s g. H 9,8 x50 = 2L 2x1000 T > = = 3, 3s a 600 t Logo L = 1000 m V = 1,4 m/s PEAD. L. U H = 2 0 = 54m gt SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 72

SISTEMAS DE ADUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TIPOS DE ÓRGÃOS DESTINADOS A REDUZIR A COTA PIEZOMÉTRICA Câmaras de Perda de Carga (CPC) Válvulas Redutoras de Pressão (VRP) ( Head Loss Chambers) (Pressure Reduction Valve) LEE LEE LED LED CPC VRP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 73

SISTEMAS DE ADUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ÓRGÃOS DESTINADOS A REDUZIR A COTA PIEZOMÉTRICA (CÂMARAS DE PERDA DE CARGA) FACTORES QUE CONDICIONAM A SUA INSTALAÇÃO pressões bastantes elevadas devido ao grande desnível topográfico entre o ponto de origem e o ponto de destino da conduta adutora; pressões exageradas em certos troços da conduta adutora. LEE LEE LED LED CPC VRP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 74

SISTEMAS DE ADUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ÓRGÃOS DESTINADOS A REDUZIR A COTA PIEZOMÉTRICA (CÂMARAS DE PERDA DE CARGA) FORMA DE FUNCIONAMENTO : um reservatório intermédio, em que uma parte da energia hidráulica do escoamento é dissipada, à entrada, através de uma válvula (perda de carga localizada; a nova cota de partida para o jusante é a cota do terreno. LEE LED CPC SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 75

SISTEMAS DE ADUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ÓRGÃOS DESTINADOS A REDUZIR A COTA PIEZOMÉTRICA VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO - VRP / FORMA DE FUNCIONAMENTO Destinam-se a manter uma dada pressão, a jusante, que seja menor do que a de montante, quando esta exceda determinado valor; Vantagem (em relação às CPC) de não perder a energia toda a jusante. LEE LED Tipos de válvulas de mola, pistão e diafragma VRP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 76

PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR SOLUÇÕES ALTERNATIVAS SISTEMA PURAMENTE GRAVÍTICO Cenário Base Diâmetro mínimo LEE Cenário Alternativo 1, 2, 3, 4 CPC Dmenor LED CPC Combinação de Diâmetros D1 LEE CPC CPC D2 LED CPC CPC CPC SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 77

PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR SOLUÇÕES ALTERNATIVAS SISTEMA ELEVATÓRIO Cenário Base Cenário Alternativo Alterar o diâmetro ou 1 ou 2 EE (2 ou 3 EE) D1 LEE D2 LEE D1 D1 D1 EE EE Estação Elevatória EE SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 78

PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR SOLUÇÕES ALTERNATIVAS SISTEMA MISTO Cenário Base Cenário Alternativo Diâmetro menor (D1) Diâmetro maior (D2) que o do Cenário Base SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 79

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 3) Aula Prática da Semana: Preparação prévia: Diâmetros tecnicamente viáveis; Perdas de carga nos trechos adutores. Objetivos da Semana: Traçar linhas de energia dinâmica para determinar necessidades de estações elevatórias. Definir esquematicamente soluções alternativas; Início do dimensionamento das alternativas ( 4 alternativas): Diâmetro de cada trecho; Dimensionamento dos trechos, em termos de pressão; Alturas de elevação e caudais de cada estação elevatória (EE). SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 80

SANEAMENTO AULA 5 / SUMÁRIO AULA 5 Estudo económico de sistemas adutores. Valor Actual Líquido (VAL). Diâmetro económico de sistemas elevatórios. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 81

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA Custos de Instalação Tubagem Levantamento e reposição de pavimentos; Movimento de terras; Fornecimento, instalação e montagem (incl. acessórios). Estações elevatórias Construção civil; Equipamento electromecânico. Órgãos acessórios Dispositivos redutores de pressão (CPC ou VRP); Ventosas; Descargas de fundo; Válvulas de seccionamento. Reservatórios Custos de exploração e manutenção Energia; Encargos com pessoal; Manutenção. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 82

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO : SISTEMAS ADUTORES GRAVÍTICOS L. J ( D ) + L J ( D ) 1 1 1 2. L 1 + L 2 = 2 2 L total = H L L ( D ) + L J ( D ) 11. J11 11 12. L 11 + L 12 12 = L 1 12 ( D ) + L J ( D ) 21. J21 21 22. L 21 + L 22 22 = L 2 22 = H 1 = H 2 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 83

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO SISTEMAS ADUTORES COM CONDUTAS ELEVATÓRIAS Determinação do diâmetro económico SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 84

AVALIAÇÃO ECONÓMICA DE UM PROJECTO DE INVESTIMENTO CONCEITO DE VALOR ACTUAL LÍQUIDO O valor atual diz-nos o valor, no momento presente, de uma receita ou despesa realizada no futuro. 1 hoje vale mais que 1 daqui a um ano. Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (normalmente, ano 0) através da taxa de actualização (ta). C i actualizado_ano 0 = C i / (1+ta) i 1 / (1+ta) 3 1 / (1+ta) n 1 / (1+ta) HP C 1 C 2 C 3 C i... C n... C HP 0 1 2 3... n... HP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 85

AVALIAÇÃO ECONÓMICA DE UM PROJECTO DE INVESTIMENTO TAXA DE ACTUALIZAÇÃO A taxa de actualização é também conhecida por custo de oportunidade do capital ou taxa mínima de rendibilidade do Projecto. É a rendibilidade que o investidor exige para implementar um projecto de investimento. t a = (1+t real ) x (1+t risco ) x (1+t inflação ) - 1 C i actualizado_ano 0 = C i / (1+ta) i 1 / (1+ta) n 1 / (1+ta) 3 1 / (1+ta) HP C 1 C 2 C 3 C i... C n... C HP 0 1 2 3... n... HP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 86

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES CÁLCULO DO VALOR ACTUAL LÍQUIDO A PREÇOS CORRENTES Análise a preços correntes Os preços unitários aumentam em cada ano com a taxa de inflação (t i ); Os valores das receitas e custos estimados são mais realistas, em termos nominais, mas perde-se a sensibilidade ao valor real da equivalência dos recursos a que corresponde esse valor. 1 / (1+t j ) n 1 / (1+t j ) 3 1 / (1+t j ) HP C 0 C 1 C 2 C 3... C n... C HP 0 1 2 3... n... HP (1+t i ) n (1+t i ) HP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 87

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES CÁLCULO DO VALOR ACTUAL LÍQUIDO A PREÇOS CONSTANTES Considera-se que os preços unitários são constantes ao longo da vida do projecto (não há inflação, t i =0); Permite comparar (com vantagem) soluções alternativas em que os custos e receitas usados têm preços unitários cuja a inflação expectável é semelhante; Os valores das receitas e custos estimados para cada ano são mais perceptíveis em termos da equivalência real aos recursos a que corresponde esse valor (horas x homem; kwh; materiais; ) C i actualizado_ano 0 = C 0 / (1+ta) n 1 / (1+ta) 3 1 / (1+ta) n 1 / (1+ta) HP C 0 C 0 C 0 C 0... C 0... C 0 0 1 2 3... n... HP SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 88

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA CUSTOS COM ENERGIA Energia consumida no ano i: Custo da energia no ano i: E i γ. V i t = Preço unitário da energia γ. V. H η η. H i t CE i = p = K. V i K γ. H = t η p Volume elevado no ano i: Vi = Popi. Capi. 365dias Elevam-se volumes diferentes ao longo do período de projecto; Para calcular o total da energia anual não é necessário conhecer o tempo médio de bombagem em cada ano. SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 89

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA ACTUALIZAÇÃO DOS ENCARGOS COM A ENERGIA Ano Valor no ano Valor actualizado 1 2 K.V 1 K.V 2 K. V 1 /(1+ t a ) 2. V 2 /(1 t a ) K + 3 3 K.V 3 : : K +. V 3 /(1 t a ) N K. V N K. V N /(1 + t a ) N = N i 1 K. V i N K =. V + i 1 i /(1 t a ) i Custo total da energia actualizada SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 90

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA ACTUALIZAÇÃO DOS ENCARGOS COM A ENERGIA Hipótese: Os volumes elevados anualmente crescem de acordo com uma lei geométrica. Ano Volume elevado no ano Custo da energia actualizado 1 2 V = V 0 (1 + t 1 g ) 2 2 = V 0( 1 t g ) V + K. V 0 (1 + t g ) /(1+ t a ) 2 2. V0 (1 + t g ) /(1 ta ) K + 3 3 3 = V0( 1 tg ) V + : : 3 3. V0 (1 + t g ) /(1 ta ) K + N N N N N = V0 (1+ t g K. V 0 (1 + t g ) /(1 + ta ) V ) K. V o N i = 1 (1 + t g ) i /(1+ t a ) i = Custo total da energia actualizada = K. V o (1 + t ( t a g t g ) 1+ t 1 ) 1+ t g a N SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 91

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES Custo total = Investimento em Capital fixo+encargos de exploração Investimento em capital fixo Condutas adutoras............. Ano 0 Reservatórios................... Ano 0 Construção civil EE............. Ano 0 Equip. electromecânico EE......... Anos 0 e 20 CPC.......................... Ano 0 Encargos de Exploração Operação e manutenção.......... 1-40 anos Condutas adutoras Reservatórios Construção civil EE Equipamento electromecânico EE Energia (de bombagem).......... 1-40 anos SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 92

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / INVESTIMENTO EM CAPITAL FIXO Condutas definido por metro linear de conduta (Quadro A.1 do enunciado) Diâmetro nominal (mm) FFD 60 53.97 Aço revestido PVC PEAD PN6 PN10 PN16 PN6 PN10 PN16 63 27.64 27.98 28.99 28.89 30.24 32.02 75 30.42 31.43 34.51 29.54 31.03 33.06 Reservatórios definidos por m 3 80 57.97 71.32 100 64.45 77.66 C = 1 400.Vol 0,75 800 536.33 513.44 490.70 740.88 425.33 572.35 (ou, em alternativa, o Quadro A.4 do enunciado) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 93

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / INVESTIMENTO EM CAPITAL FIXO (ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES) Estações elevatórias Definidos em função do caudal de dimensionamento e altura de elevação Construção civil Ccc( ) = 39904 + 374 x Q +0.15 x Q x H Equipamento Ceq ( ) = 1317 x Q 0.769 x H 0.184 + 2092 x (QxH) 0.466 Sendo Q caudal (l/s) e H altura de elevação (m) O custo da construção civil adquirida no ano 0 é calculado com Q dim40 e Hdim40 O custo do equipamento adquirido no ano 0 é calculado com Q dim20 e H dim20 adquirido no ano 20 é calculado com Qdim40 e Hdim40 e deverá ser actualizado ao ano 0 multiplicando o valor por 1 / (1+ ta) 20 Câmaras de perda de carga Custo unitário = 15 000 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 94

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / ENCARGOS DE EXPLORAÇÃO (ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES) Operação e manutenção Definidos em percentagem do Investimento por ano Condutas adutoras com ligações por juntas........ 1 % investimento/ano Condutas adutoras com ligações por soldadura...... 0,75 % investimento/ano Reservatórios e CPC........................... 1 % investimento /ano Construção civil EE............................ 1 % investimento/ano Equip. electromecânico EE....................... 2,5 % investimento/ano Têm de ser calculados ano a ano ao longo de 40 anos (anos 1 a 40) e actualizados ao ano 0: Custo actualizado_ano_0 = Custo ano_n x 1 / (1+ ta) n sendo ta = taxa de actualização (e.g. 6%) SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 95

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / ENCARGOS DE EXPLORAÇÃO (CONTINUAÇÃO) (ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES) Energia (1º Processo de cálculo) Deverá ser calculado ano a ano, ao longo de 40 anos (anos 1 a 40), e actualizado ao ano 0 Energia anual consumida no ano i - Sousa (2001) Adução, p.32 E ano_i = Potência * Tempo_Func_ ano_i = ( γ * Q dim * Hdim / µ ) * Tempo_Func_ ano_i = ( γ * H dim / µ ) * (Qdim *Tempo_Func_ ano_i ) Constante: do ano 1 ao 20 20 (H dim20 ) do ano 21 ao 40 (H dim40 ) = ( γ * H dim / µ ) * V mda_ano_i Custo da energia anual consumida no ano i CE ano_i ( ) = E ano_i (kwh) * preço_unitário ( /kwh) Variável do ano i = Pop ano i * Cap ano i Custo da energia anual consumida no ano i actualizada ao ano 0 CE actualizado_ano_0 ( ) = CE ano_i ( ) * 1/(1+ta) i Nota: Atenção à conversão de unidades: 1 joule = W.s SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 96

SANEAMENTO PROJETO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / ENCARGOS DE EXPLORAÇÃO (CONTINUAÇÃO) (ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES) Energia (2º Processo de cálculo) Poderá ser calculada como a soma de n termos de uma progressão geométrica: S n = U 1 * ( 1-R n ) / (1-R) U1 corresponde ao 1º termo R corresponde à razão do da progressão geométrica Corresponderá a duas somas 1-20 anos e de 21-40 anos Por exemplo de 1-20 anos temos CE (1a 20) act _ ano 0 γ. H = η dim 20. pv. o (1+ t ( t a t g1 ) 1+ t 1 ) 1+ t Sendo tg1 = taxa geométrica de crescimento do volume consumido de 1-20 anos dada por: t g1 = (V 20 /V 0 ) (1/20) -1 na expressão homóloga para o período de 21 a 40 esta taxa será dada por: t g2 = (V 40 /V 20 ) (1/20) -1 g1 g1 a 20 SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 97

SANEAMENTO PROJECTO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR CUSTO TOTAL DO SISTEMA / ENCARGOS DE EXPLORAÇÃO (CONTINUAÇÃO) (ANÁLISE A PREÇOS CONSTANTES) Custo Total Actualizado dum Sistema Elevatório para um dado diâmetro D1: C _ Sist. Elev. D1 act _ ano 0 = C tubagem + EE cc _ ano 40 + EE eq _ ano 20 EE + (1 eq _ ano 40 20 + ta ) + CE (1a 20) act _ ano 0 CE + (21a 40) act _ ano 20 20 (1 + ta ) em que: CE (1a 20) act _ ano 0 γ. H = η dim 20. pv. o (1 + t ( t a t g1 g1 ) 1+ t 1 ) 1+ t g1 a 20 20 termos (ano 1 a ano 20) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 0) CE (21a 40) act _ ano 20 γ. H = η dim 40. pv. 20 (1 + t ( t a t g2 g2 ) 1+ t 1 ) 1+ t g 2 a 20 20 termos (ano 21 a ano 40) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 20) O mesmo cálculo terá que ser efectuado para o D2 (se existir). O diâmetro mais económico é o que apresentar o C_Sist.Elev. act_ano0 menor SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2013 98