1. INTRODUÇÃO A importância do Sistema Predial de Esgoto Sanitário na Construção Civil relacionase não apenas com as primordiais necessidades relativas à higiene e saúde, mas também com as evolutivas noções de conforto, impostas por um dinâmico comportamento social. Neste cenário encontra-se o projetista, cuja missão é atender aos anseios sociais, em meio a emergentes avanços tecnológicos e à necessidade ímpar de racionalização, questões estas singulares na competitiva estrutura econômica estabelecida. Isto posto, é oportuno supor que o projetista necessite de informações básicas relativas a modernas metodologias de dimensionamento, às inovações tecnológicas, assim como dos princípios teóricos que sustentam tanto o convencional quanto o novo. Inserido nesse contexto, este Texto Técnico, cujo tema central é o Sistema Predial de Esgoto Sanitário (SPES), propõe-se a abordar, em nível de informações básicas, diversos temas pertinentes ao referido sistema. Desta forma, inicialmente é apresentado o SPES no referente a sua função, seus requisitos de desempenho e sua constituição básica. Os dois itens seguintes, 3 e 4, apresentam noções teóricas sobre escoamento dos esgotos e os respectivos fenômenos associados. No item 5, são classificados os SPES. Seguem os itens 6 e 7, os quais apresentam, respectivamente, o projeto e o dimensionamento, enquanto que o item 8 completa o texto, abordando componentes e materiais afins. Anexos acompanham o texto, ilustrando e exemplificando tópicos diversos. 1
2. APRESENTAÇÃO DOS SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS (SPES) 2.1 Função e Requisitos de Desempenho O sistema predial de esgoto sanitário (SPES) é um conjunto de tubulações e acessórios, o qual destina-se a coletar e conduzir o esgoto sanitário a uma rede pública de coleta ou sistema particular de tratamento. Além desta função básica, o SPES deve atender aos seguintes requisitos segundo a norma brasileira NBR 8160 Sistemas prediais de esgotos sanitários Projeto e execução (ABNT, 1999): a) deve ser garantida a qualidade da água de consumo; b) permitir o rápido escoamento da água utilizada e dos despejos introduzidos, evitando a ocorrência de vazamentos e a formação de depósitos no interior das tubulações; c) impedir que os gases provenientes do interior do SPES atinjam áreas de utilização; d) deverá haver uma separação absoluta em relação ao sistema predial de águas pluviais. A contaminação da água de consumo deve ser evitada, protegendo-se tanto o interior dos sistemas de suprimento, como os ambientes receptores. A necessidade de viabilizar o rápido e seguro escoamento do esgoto sanitário, assim como garantir o funcionamento adequado dos fechos hídricos, deve ser considerada desde a concepção do SPES. A velocidade do escoamento nos trechos horizontais está associada à eficiência no transporte dos materiais sólidos, evitando que estes venham se depositar no fundo das tubulações. Nos trechos verticais, a velocidade do escoamento influencia significativamente nas pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações. Já os fechos hídricos funcionarão adequadamente se os mesmos não se romperem, uma vez que os mesmos impedem que os gases no interior das tubulações penetrem no ambiente, conforme já comentado. Esta condição de não rompimento será garantida se as variações das pressões pneumáticas no interior do sistema forem limitadas, conforme o clássico trabalho de WILY; EATON (1965). Os fenômenos que induzem as variações das pressões pneumáticas serão discutidos posteriormente. A separação absoluta do SPES em relação ao sistema predial de águas pluviais deve ser garantida, assegurando a inexistência de ligação entre tais sistemas. 2
2.2 Constituição 2.2.1 Subsistemas do Sistema Predial de Esgoto Sanitário O SPES pode ser dividido nos seguintes subsistemas: a) Coleta e Transporte de Esgoto S é; b) Ventilação. O subsistema de coleta e transporte é composto pelo conjunto de aparelhos sanitários, tubulações e acessórios destinados a captar o esgoto sanitário e conduzi-lo a um destino adequado. O subsistema de ventilação, por sua vez, consta de um conjunto de tubulações e/ou dispositivos destinados a assegurar a integridade dos fechos hídricos, de modo a impedir a passagem de gases para o ambiente utilizado, assim como conduzir tais gases à atmosfera. Outra classificação que tem sido freqüentemente utilizada considera o sistema de aparelhos sanitários independente do de esgoto sanitário, já que o mesmo consiste em uma interface entre aqueles dois sistemas. Neste documento está sendo considerada a primeira classificação citada, tendo em vista que o escoamento no interior dos aparelhos sanitário influencia o escoamento no sistema de esgoto sanitário. Na Figura 1 é apresentado um esquema do sistema predial de esgoto sanitário. 3
Onde: CGD: caixa de gordura dupla; RS: ralo seco; CV: coluna de ventilação; CI: caixa de inspeção; R: ralo seco; Figura 1: Esquema geral do SPES. Fonte: Macintyre, 1996. 4
2.2.2 Componentes 2.2.2.1 Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário a) Aparelhos Sanitários Com a função básica de coletar os dejetos, os aparelhos sanitários devem propiciar uma utilização confortável e higiênica por parte do usuário. Entre os aparelhos sanitários usuais encontram-se a bacia sanitária, o lavatório, a banheira, o bidê, etc. b) Desconectores Um desconector tem por função, através de um fecho hídrico próprio, vedar a passagem de gases oriundos das tubulações de esgoto para o ambiente utilizado. Tal contenção ocorre através da manutenção do referido fecho hídrico por meio do controle das ações atuantes sobre o mesmo. Entre estas ações, vale citar a auto-sifonagem, a sifonagem induzida, a sobrepressão e a evaporação. Exemplos de desconectores são a caixa sifonada, o ralo sifonado e os sifões. Observar Figuras 2 e 3. Figura 2: Bloqueio de gases no desconector. Fonte: Gonçalves et al., 2000. Nota: h = altura do fecho hídrico Figura 3: Tipologias dos desconectores. Fonte: Gonçalves et al., 2000. 5
As caixas sifonadas recebem o esgoto de vários ramais de descarga, encaminhando-os para o tubo de queda, através de um ramal de esgoto (estas definições são apresentadas a seguir) Anteriormente, dispunha-se apenas de caixas sifonadas onde as entradas (3 para a caixa 100x100x50 e 7 para a caixa 150x150x50) estavam dispostas seguindo um determinado ângulo (45 ou 90 ), conforme lista a Figura 4. Atualmente, existe no mercado uma caixa sifonada que permite ângulos diferenciados entre as entradas e a saída da mesma, o que evita uma patologia bastante comum nos SPES no Brasil, o aquecimento das tubulações para a obtenção de desvios. Na Figura 5 é ilustrada a referida caixa sifonada. Figura 4: Caixas Sifonadas com ângulo de 45 ou 90. Figura 5: Caixas Sifonadas com ângulos diferenciados. 6
c) Tubulações As tubulações do sistema predial de esgoto sanitário compreendem os ramais de descarga e de esgoto, tubos de queda, subcoletores e coletores. Suas respectivas definições são as seguintes: - Ramal de Descarga: Tubulação que recebe diretamente os efluentes dos aparelhos sanitários; - Ramal de Esgoto: Tubulação, usualmente horizontal, que recebe os efluentes dos ramais de descarga, diretamente, ou através de um desconector (caixa sifonada, por exemplo);. - Tubo de Queda: Tubulação vertical para a qual se dirigem os efluentes dos ramais de esgoto e de descarga; - Subcoletor: Tubulação horizontal que recebe efluentes dos tubos de queda e/ou dos ramais de esgoto; e - Coletor: É a tubulação horizontal que se inicia a partir da última inserção do subcoletor (ou ramal de descarga ou ramal de esgoto) e estende-se até o coletor público ou sistema particular de tratamento e disposição de esgoto. d) Conexões Elementos cuja função é interligar tubos, tubos e aparelhos sanitários, tubos e equipamentos, além de viabilizar mudanças de direção e diâmetro da tubulação. São exemplos o Tê, o cotovelo, a junção simples, curvas, etc., nos mais variados diâmetros, conforme ilustra a Figura 6. Figura 6: Conexões do sistema predial de esgoto sanitário. 7
Os desvios na horizontal das tubulações do sistema de esgoto sanitário devem ser efetuados com peças com ângulo central igual ou inferior a 45. Em função disso, as conexões disponíveis no mercado possibilitavam desvios a 45 ou a 90 (vertical ou horizontal). Atualmente, dispõe-se de algumas conexões que permitem desvios em ângulos variáveis, sempre inferiores a 45, tal como a representada na Figura 7. Este tipo de conexão evita o aquecimento de tubos para a obtenção de desvios. Figura 7: Curvar. e) Caixas de Gordura Trata-se de um dispositivo complementar, cuja finalidade é a retenção de substâncias gordurosas contidas no esgoto. Na Figura 8 é apresentado um esquema de uma caixa de gordura pré-fabricada, em material plástico e na Figura 9 ilustra-se uma caixa de gordura em argamassa. Figura 8: Caixa de gordura pré-fabricada em material plástico. 8
Figura 9: Caixa de gordura em argamassa. f) Dispositivos de Inspeção São elementos complementares, através dos quais tem-se acesso ao interior do sistema, de maneira a possibilitar inspeções e desobstruções eventuais. A caixa de inspeção e as conexões com uma das derivações com um plug ou com um cap são dispositivos de inspeção bastante usados. A Figura 10 ilustra uma junção simples com um plug. Figura 10: Junção simples com plug. 9
A Figura 11 mostra uma caixa de inspeção em argamassa e a Figura 12 mostra uma caixa de inspeção pré-fabricada, em material plástico. Figura 11: Caixa de inspeção em argamassa. Figura 12: Caixa de inspeção pré-fabricada em material plástico 2.2.2.2 Subsistema de Ventilação O subsistema de ventilação pode ser composto apenas de ventilação primária ou pelo conjunto de ventilação primária e secundária. A ventilação primária constitui-se no prolongamento do tubo de queda além da cobertura do prédio, denominado tubo ventilador primário, enquanto que a ventilação secundária consiste de ramais e colunas de ventilação ou de apenas colunas de ventilação. Não obstante, a ventilação secundária pode ser configurada também pela utilização de dispositivos de admissão de ar, os quais podem substituir ramais e colunas de ventilação, conforme FERNANDES (1993). A eficiência deste subsistema será satisfatória na medida em que os fechos hídricos sejam preservados. As definições destes componentes são as seguintes (ver Figura 13): 10
- Tubo Ventilador Primário: É o prolongamento do tubo de queda além da cobertura do prédio, cuja extremidade deve ser aberta à atmosfera; - Ramal de Ventilação: Tubulação que conecta o desconector, ramal de descarga ou ramal de esgoto à coluna de ventilação; - Coluna de Ventilação: Tubulação vertical que abrange um ou mais andares, com a extremidade superior aberta ou conectada a um barrilete de ventilação; - Barrilete de Ventilação: Consta de uma tubulação horizontal aberta à atmosfera, na qual são conectadas as colunas de ventilação, quando necessário; - Dispositivos de Admissão de Ar: Elementos cuja finalidade é a atenuação das flutuações das pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações. 11
Figura 13: Componentes do subsistema de ventilação. 3. TIPOS DE ESCOAMENTOS NO SPES Os tipos de escoamentos que se estabelecem em um sistema predial de esgoto sanitário variam por trechos da configuração. Com relação ao subsistema de coleta e transporte do esgoto sanitário, nos trechos horizontais (ramais de descarga e de esgoto, subcoletores e coletores) admite-se que o escoamento seja em canal (ver Figura 14). Nos trechos verticais (tubo de queda), o escoamento é anular, isto é, uma lâmina de água escoa pelas paredes do tubo em forma de anel e, no interior deste, há escoamento de ar (ver Figura 15). Quanto ao subsistema de ventilação, admite-se que o escoamento de ar desenvolva-se sob regime permanente e forçado. 12
Figura 14: Trechos horizontais. Figura 15: Trechos verticais. 4. FENÔMENOS OCORRENTES NO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITARIO 4.1 Estabelecimento da Velocidade Terminal Conforme já comentado no item anterior, o escoamento de esgoto no tubo de queda é considerado anular, isto é, o esgoto escoa no formato de um cilindro oco, aderido à parede do tubo. A velocidade de escoamento deste cilindro é crescente até atingir um valor máximo e constante, a qual é denominada velocidade terminal. A distância ao longo do eixo do tubo de queda, entre o ramal mais a jusante que está contribuindo (de cima para baixo) e o ponto onde o escoamento atinge a velocidade terminal é denominado comprimento terminal. Este comprimento é relativamente curto, situando-se normalmente entre 3,0 e 4,0 m. A determinação da velocidade e comprimento terminais é importante para a estimativa das vazões de ar no núcleo do tubo de queda, conforme será abordado posteriormente. A Figura 16 apresenta o perfil de distribuição de velocidades na seção transversal. 13
Figura 16: Perfil de distribuição de velocidades. 4.2 Ações sobre os Fechos Hídricos 4.2.1 Ações Decorrentes do Escoamento O escoamento do esgoto nas tubulações horizontais deve ser a conduto livre e nos trechos verticais deve ser anular, uma vez que deve ser evitado o desenvolvimento de cargas hidrostáticas no interior das tubulações, conforme WILY; EATON (1965). Estas restrições também podem evitar distúrbios excessivos das pressões pneumáticas no interior do sistema, que podem ter origem nos fenômenos de auto-sifonagem, sifonagem induzida e sobrepressão, de acordo com a AMERICAN SOCIETY OF PLUMBING ENGINEERS (ASPE, 1991). A auto-sifonagem atua sobre um fecho hídrico quando através deste ocorre uma descarga. Nesta situação, desenvolve-se uma depressão a jusante do fecho hídrico, o qual poderá ser rompido, dependendo da magnitude desta depressão. A figura 17 ilustra o desenvolvimento deste fenômeno. a) cuba cheia de água b) inicio do escoamento 14
c) estabelecimento da pressão negativa do escoamento d) o fecho hídrico é aspirado e o ar passa a borbulhar através do sifão. O borbulhamento arrasta a água do fecho hídrico e) restabelecimento do fecho hídrico, com o equilíbrio de pressões, o fecho hídrico oscila; f) estabelecimento do fecho hídrico residual. Figura 17: Desenvolvimento da auto sifonagem A sifonagem induzida, igualmente, impõe depressões a jusante de um determinado fecho hídrico, com a diferença que o escoamento não se desenvolve através deste fecho hídrico, mas sim ao longo de outras tubulações conectadas a ele, conforme se observa na Figura 18. Por outro lado, quando a jusante do fecho hídrico forem desenvolvidas pressões positivas, ocorre a sobrepressão. Este fenômeno pode fazer com que os gases borbulhem através do fecho hídrico e atinjam o ambiente. A Figura 19 apresenta tais fenômenos, onde percebe-se que a sobrepressão surge em regiões próximas ao encontro do tubo de queda com o subcoletor, devido à mudança de direção do escoamento. Em ASPE (1991) é salientado também o problema gerado pela formação de espumas, devido ao uso de detergentes. A espuma dificulta a ventilação do sistema e tende a propagarse através das tubulações nos primeiros andares, podendo atingir os fechos hídricos e, conseqüentemente, penetrar nos ambientes. 15
Figura 18: Sifonagem induzida. Fonte: Graça, 1985. Figura 19: Sifonagem induzida e sobrepressão. Fonte: Graça, 1985. 16
4.2.2 Ações Independentes do Escoamento A evaporação, a tiragem térmica e a ação do vento no topo do tubo de queda são fenômenos que podem atuar nos fechos hídricos independentemente do sistema estar em uso. A tiragem térmica é função da diferença entre as temperaturas do ar no interior das tubulações (temperatura interna) e no meio ambiente (temperatura externa). Se a temperatura interna for superior à externa, se desenvolverão depressões pneumáticas no interior do tubo de queda, uma vez que neste caso o ar tende a sair do tubo de queda para atingir o meio ambiente. Sendo a temperatura interna inferior à externa, inverte-se o sentido do fluxo do ar e sobrepressões se estabelecerão no interior do tubo de queda. (Figura 20). Nota: h tq = altura do tubo de queda. ρ i = densidade do ar interno. ρ e = densidade do ar externo. Figura 20: Tiragem térmica no tubo de queda. Fonte: Graça, 1985. A ação do vento no topo do tubo de queda pode gerar depressões ou sobrepressões no interior do sistema, o que depende da posição da ponta do tubo de queda em relação à cobertura da edificação. A Figura 21 ilustra o fenômeno. 17
Nota: Vê = velocidade do vento. Figura 21: Efeito do vento em terminais do tubo de queda. Fonte: Graça, 1985. As perdas de fecho hídrico por evaporação dependem do tempo de exposição do mesmo ao ambiente (maior tempo de exposição causa maior perda), temperatura e umidade relativa do ar ambiental e do coeficiente de evaporação do sifão. Em locais onde associam-se altas temperaturas e baixos valores de umidade relativa do ar, maiores são as perdas por evaporação. Outro fenômeno ainda a ser citado é o congelamento do fecho hídrico que pode ocorrer em regiões de baixa temperatura, inviabilizando assim o escoamento, não sendo comum no Brasil. 18
5. CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS 5.1 Critério de Classificação O critério básico de classificação do Sistema Predial de Esgoto Sanitário refere-se ao tipo de ventilação existente no mesmo. Assim, tem-se as seguintes tipologias básicas: a) SPES com ventilação primária e secundária; b) SPES apenas com ventilação primária. Todavia, existem tipologias alternativas, dentre as quais salientam-se: a) SPES com dispositivos de admissão de ar; b) Sistema Sovent; c) Sistema Gustavsberg. 5.2 Tipologias Básicas 5.2.1 SPES com ventilação primária e secundária a) Ventilação através do tubo ventilador primário, coluna e ramais de ventilação. Esta tipologia encontra-se ilustrada na Figura 22. A linha contínua representa o subsistema de coleta e transporte de esgotos sanitários (aparelhos sanitários, ramais de descarga e de esgoto, tubo de queda, subcoletores e coletores). Já a linha pontilhada representa o subsistema de ventilação. O subsistema de ventilação desta tipologia divide-se em primário e secundário. A ventilação primária é basicamente a extensão do tubo de queda além do ramal conectado mais elevado; esta extensão é denominada tubo ventilador primário e sua extremidade fica em contato com a atmosfera. Já a ventilação secundária é composta de colunas e ramais de ventilação. b) Ventilação através do tubo ventilador primário e coluna de ventilação. Esta tipologia, conforme Figura 23, diferencia-se da tipologia anterior apenas pelo fato de não apresentar ramais de ventilação, isto é, a ventilação secundária consta somente de uma colunas conectadas ao tubo de queda. 5.2.2 SPES apenas com ventilação primária Nesta tipologia, há apenas previsão da ventilação primária, através do prolongamento do tubo de queda, conforme anteriormente comentado (Figura 24). 19
Figura 22: SPES com ventilação através do tubo primário, coluna e ramais de ventilação. Figura 23: SPES com ventilação através do tubo ventilador primário e coluna de ventilação. 20
Figura 24: SPES apenas com ventilação primária. 5.3 Tipologias Alternativas 5.3.1 SPES com Dispositivos de Admissão de Ar Conforme FERNANDES (1993), os dispositivos de admissão de ar são utilizados no intuito de substituir os ramais e colunas de ventilação, equilibrando as pressões pneumáticas que normalmente se estabelecem no interior do sistema quando sob solicitação. Quanto à concepção, há dois tipos básicos de dispositivos de admissão de ar: válvulas de admissão de ar sifões auto-ventilados a)válvulas de Admissão de Ar As válvulas de admissão de ar, em função de suas dimensões e pontos de instalação, dividem-se em dois tipos: - válvulas de topo de tubo de queda; - válvulas para ramais. 21
As válvulas de topo de tubo de queda possuem dimensões maiores em relação às para ramais e são instaladas de forma a evitar a perfuração dos telhados para a passagem de ventilação. a Figura 25 ilustra uma válvula para topo de tubo de queda. Figura 25: Válvulas de topo de tubo de queda. Fonte: Fernandes, 1993. As válvulas para ramais podem ser instaladas no topo do tubo de queda, porém, para a instalação no tubo de queda há limitações a serem observadas quanto a somatória das Unidades de Contribuição de Hunter (UHCs) e do diâmetro do tubo de queda. A Figura 26 apresenta a estrutura da válvula para ramais. A Figura 27 apresenta os posicionamentos possíveis das válvulas. Figura 26: Componentes da válvula para ramais. Fonte: Fernandes, 1993. 22
Figura 27: Posicionamento das válvulas. Fonte: Catálogo da Studor. Ambos os tipos de válvulas apresentam o mesmo mecanismo de funcionamento, conforme pode ser observado na Figura 28. Quando ocorrem depressões pneumáticas no interior da tubulação, o diafragma abre-se, possibilitando, assim, o acesso de ar para o interior da mesma equilibrando, consequentemente, a pressão pneumática. Atingido tal equilíbrio, o diafragma fecha-se e obstrui a saída dos gases. Figura 28: Princípio de funcionamento das válvulas de admissão de ar. Fonte: Fernandes, 1993. 23
b) Sifões Auto-Ventilados Consta de um sifão ao qual é acoplado um mecanismo que viabiliza sua autoventilação quando surgem depressões pneumáticas no interior dos respectivos ramais, conforme FERNANDES (1993). 5.3.2 Sistema SOVENT Este sistema, segundo ASPE (1991), é composto, basicamente, pelos seguintes componentes (ver Figura 29): - um ramal de descarga por andar; - tubo de queda único; - uma conexão aeradora por andar; - uma conexão deaeradora nas mudanças de direção. Figura 29: Componentes do sistema SOVENT. Fonte: Fernandes, 1993. Tanto a conexão aeradora, assim como a deaeradora possuem a função de equilibrar as pressões pneumáticas no interior da tubulação. A conexão aeradora equilibra as pressões negativas, enquanto os deaeradores aliviam as sobrepressões. Estas conexões encontram-se esquematizadas na Figura 30. 24
Figura 30: Conexões do sistema Sovent. Fonte: Fernandes, 1993. 5.3.3 Sistema Gustavsberg O objetivo deste sistema é atender os requisitos básicos de um SPES, viabilizando concomitantemente economia no consumo de água e redução das quantidades e diâmetros das tubulações. Os componentes deste sistema são os seguintes: - Bacia sanitária com caixa acoplada de volume reduzido de descarga; - Diafragma instalado entre a bacia sanitária e o ramal de descarga, cuja função é aumentar a capacidade de sifonagem da bacia; - Tubulações em PVC, cujos diâmetros são reduzidos em conformidade aos volumes reduzidos de descarga; - Reservatório com sifão, no qual um certo volume de esgoto será acumulado, viabilizando posterior carregamento dos dejetos, de maneira a garantir a autolimpeza das tubulações. A Figura 31 ilustra o detalhe da bacia sanitária com caixa acoplada, reservatório com sifão e diafragma. O nível a indica o limite de reservação de águas residuais oriunda de diversos aparelhos sanitários. A Figura 32 demonstra o funcionamento do referido sistema. 25
Figura 31: Componentes do sistema Gustavsberg. Fonte: Graça, 1985. Atingido o nível a, na seguinte descarga o sifão b é preenchido de esgoto, a ponto de gerar uma autosifonagem no reservatório. 26
A ação de auto-sifonagem esvazia o reservatório; na seqüência, mais ar é succionado, ventilando desta forma o sistema. Figura 32: Funcionamento do sistema Gustavsberg. Fonte: Graça, 1985. 6. PROJETO DO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITÁRIO Neste capítulo é apresentada, inicialmente, a estrutura básica de um projeto do sistema predial de esgoto sanitário. Posteriormente, encontram-se algumas recomendações técnicas relacionadas ao desenvolvimento do projeto propriamente dito. 6.1 Estrutura Básica 1º) concepção; As etapas do projeto do SPES são as seguintes: 2º) dimensionamento; 3º) elaboração do projeto de produção; 4º) quantificação e orçamentação; 5º) elaboração do projeto como construído (as built). Inicialmente, concebe-se o SPES estabelecendo-se uma configuração que deverá ter um desempenho adequado diante das diversas solicitações previstas. Devem ser consideradas, igualmente nesta fase fatores como a integração deste sistema com os demais sistemas da edificação, a normalização vigente, materiais e componentes disponíveis no mercado, etc. 27
Concebido o SPES e definida uma configuração, procede-se o dimensionamento do mesmo, onde as dimensões obtidas deverão atender às solicitações previstas. Concluído o dimensionamento do sistema, elabora-se o projeto para a produção, o qual consta de simbologia utilizada, representações gráficas e um conjunto de documentos. A representação gráfica deve conter, basicamente, o seguinte: - planta baixa da cobertura, do pavimento tipo, do térreo e do subsolo, apresentando os tubos de queda, ramais, desvios, colunas de ventilação e dispositivos diversos; - planta baixa do pavimento inferior, apresentando os subcoletores, coletores, dispositivos de inspeção, pontos de emissão dos esgotos sanitários, entre outros detalhes específicos; - esquema vertical (fluxograma) sem escala, no qual serão apresentados os principais componentes do sistema; - plantas dos ambientes sanitários apresentando o traçado e diâmetros das tubulações, normalmente em escala 1:20; - detalhes específicos. No Anexo B são apresentadas a simbologia e algumas representações gráficas usualmente empregadas no projeto dos SPES. A documentação básica, por sua vez, é a seguinte: a) memorial descritivo; b) memória de cálculo; c) especificações técnicas; d) quantificação; e, e) orçamentação. Conforme BAZZO e PEREIRA (1993), o memorial descritivo deve apresentar, basicamente, as características da solução proposta. As justificativas dos métodos e técnicas para atingir tal solução também devem ser apresentadas. A memória de cálculo consta da apresentação de todo o dimensionamento e as referências normativas. As especificações técnicas devem conter, basicamente, a especificação comercial dos materiais e os detalhes construtivos, entre outras informações julgadas importantes. 28
Na seqüência realiza-se a quantificação e a orçamentação dos componentes do sistema. O projeto as built, por fim, registrará aqueles detalhes executivos que não seguiram o projeto de produção visando-se, assim, ter o registro fiel do sistema instalado. 6.2 Recomendações Gerais As seguintes recomendações são de caráter geral e estão em conformidade com a NBR-8160 (ABNT,1999). Recomendações mais específicas devem ser observadas na norma citada. a) Todos os aparelhos sanitários devem ser protegidos por desconectores, os quais podem atender apenas um aparelho ou a um conjunto de aparelhos de um mesmo ambiente. b) As caixas sifonadas podem ser utilizadas para a coleta dos despejos de conjuntos de aparelhos sanitários (lavatórios, bidês, chuveiros) de um mesmo ambiente, além de águas provenientes de lavagens de pisos; neste caso as caixas sifonadas devem ser providas de grelhas. Quanto às bacias sanitárias, as mesmas já são providas internamente de um desconector, devendo, assim, ser ligadas diretamente ao tubo de queda (Figura 33). 29
Figura 33: Bacia sanitária ligada diretamente ao tubo de queda Fonte: Belinazo, 1993. c) Devem ser previstos dispositivos de inspeção nos ramais de descarga de pias de cozinha e máquina de lavar louças (ver Figura 34). 30
Figura 34: Dispositivos de inspeção nos ramais de descarga das pias de cozinha e Máquina de Lavar Roupas. d) Os tubos de queda devem, sempre que possível, ser instalados em um único alinhamento. Quando necessários, os desvios devem ser feitos com peças com ângulo central igual ou inferior a 90º, de preferência com curvas de raio longo ou duas curvas de 45º. e) Para edifícios de dois ou mais andares, quando os tubos de queda recebem efluentes contendo detergentes geradores de espuma, pelo menos uma das seguintes soluções, a fim de evitar o retorno de espuma para os ambientes sanitários, deve ser adotada: - não conectar as tubulações de esgoto e de ventilação nas regiões de ocorrência de sobrepressão; - atenuar a sobrepressão através de desvios do tubo de queda para a horizontal, utilizando uma curva de 90º de raio longo ou duas curvas de 45º; - instalar de dispositivos que evitem o retorno de espuma. São consideradas regiões de sobrepressão (ver Figura 35): - o trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante de desvio para horizontal, o trecho de comprimento igual a 10 diâmetros imediatamente a jusante do mesmo desvio e o trecho horizontal de comprimento igual a 40 diâmetros imediatamente a montante do próximo desvio; - o trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante da base do tubo de queda e o trecho do coletor ou subcoletor imediatamente a jusante da mesma base; - os trechos a montante e a jusante o primeiro desvio na horizontal do coletor ou subcoletor, com comprimento igual a 40 diâmetros e a 10 diâmetros, respectivamente; 31
- o trecho da coluna de ventilação, para o caso de sistemas com ventilação secundária, com comprimento igual a 40 diâmetros, a partir da ligação da base da coluna com o tubo de queda ou ramal de esgoto. Figura 35: Regiões de sobrepressão. f) Para pias de cozinha e máquinas de lavar louças, devem ser previstos tubos de queda especiais com ventilação primária; estes tubos devem descarregar em uma caixa de gordura coletiva. g) Recomenda-se o uso de caixas de gordura para efluentes que contenham resíduos gordurosos. h) As pias de cozinha e/ou máquinas de lavar louças instaladas superpostas em vários pavimentos devem descarregar em tubos de queda exclusivos, os quais conduzem os esgotos para caixas de gordura coletivas; sendo vetado o uso de caixas de gordura individuais nos andares. i) O interior das tubulações deve ser sempre acessível através de dispositivos de inspeção. j) Desvios em tubulações enterradas devem ser feitos empregando-se caixas de inspeção. l) A extremidade aberta de um tubo ventilador primário ou coluna de ventilação: 32
- deve elevar-se verticalmente pelo menos 0,30 m acima da cobertura; todavia, quando esta atender outros fins além de simples cobertura, a elevação vertical deve ser, no mínimo, de 2,00 m (ver Figura 36); não sendo conveniente o referido prolongamento, pode ser usado um barrilete de ventilação. - deve conter um terminal tipo chaminé, tê ou outro dispositivo que impeça a entrada das águas pluviais diretamente ao tubo de ventilação. Figura 36: Prolongamento do tubo de queda e/ou coluna de ventilação. m) O projeto do subsistema de ventilação deve ser feito de modo a impedir o acesso de esgoto sanitário ao interior do mesmo. n) O tubo ventilador primário e a coluna de ventilação devem ser verticais e, sempre que possível, instalados em uma única prumada. o) Todo o desconector deve ser ventilado. A distância máxima de um desconector até o ponto onde o tubo ventilador que o serve está conectado consta na Tabela 1. Tabela 1: Distância máxima de um desconector ao tubo ventilador. 33
Diâmetro nominal do ramal de descarga DN Distância máxima (m) 40 1,00 50 1,20 75 1,80 100 2,40 p) Toda coluna de ventilação deve ter: - diâmetro uniforme; - a extremidade inferior ligada a um subcoletor ou a um tubo de queda, em ponto situado abaixo da ligação do primeiro ramal de esgoto ou de descarga, ou neste ramal de esgoto ou de descarga; - a extremidade superior situada acima da cobertura do edifício, ou ligada a um tubo ventilador primário a 0,15 m, ou mais, acima do nível de transbordamento da água do mais elevado aparelho sanitário por ele servido. 1 q) Quando não for conveniente o prolongamento de cada tubo ventilador até acima da cobertura, pode ser usado um barrilete de ventilação. r) As ligações da coluna de ventilação aos demais componentes do sistema de ventilação ou do sistema de esgotos sanitários devem ser feitas com conexões apropriadas: - quando feita em uma tubulação vertical, a ligação deve ser executada por meio de junção a 45 ; - quando feita em uma tubulação horizontal, deve ser executada acima do eixo da tubulação, elevando-se o tubo ventilador de uma distância de até 0,15 m, ou mais, acima do nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários por ele ventilados, antes de ligar-se a outro tubo ventilador, respeitando-se o que se segue: a ligação ao tubo horizontal deve ser feita por meio de tê 90 ou junção 45, com a derivação instalada em ângulo, de preferência, entre 45 e 90 em relação ao tubo de esgoto, conforme a Figura 37; 1 Entende-se por nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários aquele referente aos aparelhos sanitários com seus desconectores ligados a tubulação de esgoto primário (bacias sanitárias, pias de cozinha, tanques de lavar, etc) excluindo-se aparelhos sanitários que despejem em ralos sifonados de piso. Não devem ser considerados como pontos mais altos de transbordamento as grelhas dos ralos sifonados de piso, quando o ramal a ser ventilado serve também para outros aparelhos não ligados diretamente aos mesmos. 34
quando não houver espaço vertical para a solução apresentada no item acima, podem ser adotados ângulos menores, com o tubo ventilador ligado somente por junção 45 ao respectivo ramal de esgoto e com seu trecho inicial instalado em aclive mínimo de 2%; a distância entre o ponto de inserção do ramal de ventilação ao tubo de esgoto e o cotovelo de mudança do trecho horizontal para a vertical deve ser a mais curta possível. s) Quando não for possível ventilar o ramal de descarga da bacia sanitária ligada diretamente ao tubo de queda, o tubo de queda pode ser ventilado imediatamente abaixo da ligação do ramal da bacia sanitária (ver Figura 38). t) É dispensada a ventilação do ramal de descarga de uma bacia sanitária ligada através de ramal exclusivo a um tubo de queda a uma distância máxima de 2,40m, desde que esse tubo de queda receba, do mesmo pavimento, imediatamente abaixo, outros ramais de esgoto ou de descarga devidamente ventilados, conforme Figura 39. u) Bacias sanitárias instaladas em bateria devem ser ventiladas por um tubo ventilador de circuito ligando a coluna de ventilação ao ramal de esgoto na região entre a última e a penúltima bacia sanitária, conforme a Figura 40. Deve ser previsto um tubo ventilador suplementar a cada grupo de, no máximo, oito bacias sanitárias, contadas a partir da mais próxima ao tubo de queda. 35
Figura 37: Ligação de ramal de ventilação. Figura 38: Ligação de ramal de ventilação. Impossibilidade de ventilação do ramal de descarga da bacia sanitária. 36
Figura 39: Dispensa de ventilação de ramal de descarga de bacia sanitária. Figura 40: Ventilação em circuito. 37
7. DIMENSIONAMENTO As tubulações do SPES podem ser dimensionadas pelo Método das Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) ou pelo Método Racional devendo, em qualquer um dos casos, ser respeitados os diâmetros mínimos dos ramais de descarga apresentados na Tabela 2, apresentada na seqüência. 7.1 Método das Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) Este método baseia-se na atribuição de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) para cada aparelho sanitário integrante do SPES em questão. Tais unidades constam na NBR 8160/1999, e encontram-se reproduzidos na Tabela 2. Definidas as UHC dos aparelhos sanitários integrantes do sistema, inicia-se o dimensionamento dos demais componentes, conforme será apresentado a seguir. No anexo C encontra-se um exemplo de dimensionamento. 7.1.1 Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário a) Tubulações - Ramais de Descarga: Para os ramais de descarga devem ser adotados, no mínimo, os diâmetros apresentados na Tabela 2. Para aparelhos não relacionados nesta tabela, devem ser estimadas as UHC correspondentes e o dimensionamento deve ser feito pela Tabela 3. - Ramais de esgoto: Neste caso, deve ser utilizada a Tabela 4. Recomenda-se ainda, com relação às declividades mínimas: - 2% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou inferior a 75, e - 1% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou superior a 100. - Tubos de Queda Os tubos de queda devem ser dimensionados pela somatória das UHC conforme a Tabela 5. Todavia, quando apresentarem desvios da vertical, os tubos de queda devem ser dimensionados da seguinte forma: I) quando o desvio formar ângulo inferior a 45º com a vertical, o tubo de queda é dimensionado pela Tabela 5; II) quando o desvio formar ângulo superior a 45º com a vertical, deve-se dimensionar: 38
a parte do tubo de queda acima do desvio como um tubo de queda independente, com base no número de unidades Hunter de contribuição dos aparelhos acima do desvio, de acordo com a Tabela 5; e a parte horizontal do desvio de acordo com a Tabela 6, uma vez que, neste caso, o trecho é tratado como subcoletor; a parte do tubo de queda abaixo do desvio com base no número de unidades Hunter de contribuição de todos os parelhos que descarregam neste tubo de queda, de acordo com a Tabela 5, não podendo o diâmetro adotado, neste caso, ser menor do que o da parte horizontal. Ver a figura 33, a qual ilustra a geometria dos desvios e opções de ventilação. Figura 33: Desvios do tubo de queda. Fonte: ABNT, 1999. - Coletor Predial e Subcoletores O coletor predial e os subcoletores podem ser dimensionados pela somatória das UHC conforme a Tabela 6. O coletor predial deve ter, no mínimo, um DN igual a 100. 39
No dimensionamento do coletor predial e dos subcoletores em prédios residenciais, deve ser considerado apenas o aparelho de maior descarga de cada banheiro para a somatória do número de unidades Hunter de contribuição. Nos demais casos, devem ser considerados todos os aparelhos contribuintes para o cálculo do número de UHC. Tabela 2: Unidades de Hunter de Contribuição dos aparelhos sanitários e diâmetro nominal mínimo dos ramais de descarga. Aparelho sanitário Número de Unidades de Hunter de Contribuição Diâmetro nominal mínimo do ramal de descarga DN bacia sanitária 6 100 (1) banheira de residência 2 40 bebedouro 0,5 40 bidê 1 40 chuveiro de residência 2 40 coletivo 4 40 lavatório de residência 1 40 de uso geral 2 40 mictório válvula de descarga 6 75 caixa de descarga 5 50 descarga automática 2 40 de calha 2 (2) 50 pia de cozinha residencial 3 40 pia de cozinha industrial preparação 3 40 lavagem de panelas 4 50 tanque de lavar roupas 3 40 máquina de lavar louças 2 50 (3) máquina de lavar roupas 3 50 (3) (1) O diâmetro nominal DN mínimo para o ramal de descarga de bacia sanitária pode ser reduzido para DN75, caso justificado pelo cálculo de dimensionamento efetuado pelo método hidráulico apresentado no anexo B e somente depois da revisão da norma NBR 6452:1985 (aparelhos sanitários de material cerâmico) pela qual os fabricantes devem confeccionar variantes das bacias sanitárias com saída própria para ponto de esgoto de DN75, sem necessidade de peça especial de adaptação. (2) Por metro de calha considerar como ramal de esgoto (ver Tabela 5) (3) Devem ser consideradas as recomendações dos fabricantes. Fonte: ABNT, 1999. 40
Tabela 3: Unidades de Hunter de contribuição para aparelhos não relacionados na Tabela 2. Diâmetro nominal mínimo do ramal de descarga (DN) Fonte: ABNT, 1999. Número de unidades de Hunter de contribuição (UHC) 40 2 50 3 75 5 100 6 Tabela 4: Dimensionamento de ramais de esgoto. Diâmetro nominal do tubo (DN) Fonte: ABNT, 1999. Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) 40 3 50 6 75 20 100 160 Diâmetro nominal do tubo (DN) Tabela 5: Dimensionamento de tubos de queda. Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) Prédio de até 03 pavimentos Prédio com mais de 03 pavimentos 40 4 8 50 10 24 75 30 70 100 240 500 150 960 1900 200 2200 3600 250 3800 5600 300 6000 8400 Fonte: ABNT, 1999. 41
Diâmetro nominal do tubo (DN) Tabela 6: Dimensionamento de subcoletores e coletor predial. Número máximo de Unidades Hunter de Contribuição em função das declividades mínimas (%) 0,5 1 2 4 100 --- 180 216 250 150 --- 700 840 1000 200 1400 1600 1920 216 250 2500 2900 3500 840 300 3900 4600 5600 1920 400 7000 8300 10000 3500 Fonte: ABNT, 1999. b) Desconectores Os desconectores devem atender aos seguintes requisitos: I) ter fecho hídrico com altura mínima de 0,05 m; II) apresentar orifício de saída com diâmetro igual ou superior ao do ramal de descarga a ele conectado. As caixas sifonadas devem ser dimensionadas conforme a Tabela 7. Tabela 7: Dimensionamento das caixas sifonadas. Diâmetro Nominal DN (mm) Valor máximo de UHC a montante da caixa sifonada 100 06 125 10 150 15 Fonte: ABNT, 1999. No caso das caixas sifonadas especiais, o fecho hídrico deve ter altura mínima de 0,20 m; as mesmas devem ser fechadas hermeticamente com tampa facilmente removível e o orifício de saída deve ter o diâmetro nominal, de no mínimo 75. 42
c) Dispositivos Complementares c.1) Caixas de Gordura As caixas de gordura são dimensionadas em função do número de cozinhas por elas atendidas. Desta forma, assim procede-se: - para a coleta de apenas uma pia de cozinha pode ser usada a caixa de gordura pequena; - para a coleta de uma ou mais cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de gordura simples; - para a coleta de duas a doze cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de gordura dupla; - para a coleta de mais de doze cozinhas, ou ainda, para cozinhas de restaurantes, escolas, hospitais, quartéis, etc. devem ser previstas caixas de gordura especiais. A tipologia das caixas de gordura em função de suas dimensões características é apresentada na Tabela 8. Tabela 8: Tipologia das caixas de gordura em função das dimensões características Características Caixa de Gordura Pequena (CGP) Caixa de Gordura Simples (CGS) Tipologia Caixa de Gordura Dupla (CGP) Caixa de Gordura Especial (CGE) diâmetro interno (m) 0,30 0,40 0,60 ---- parte submersa do septo (m) 0,20 0,20 0,35 0,40 capacidade de retenção 18,00 31,00 120,00 ( l ) diâmetro nominal da tubulação de saída (mm) 75 75 100 100 Fonte: ABNT, 1999. Com relação a caixa de gordura especial (CGE), prismática de base retangular, as seguintes características devem ainda ser apresentadas: - o volume da câmara de retenção de gordura obtido pela fórmula: 43
V = 2N + 20 Onde: N - número de pessoas servidas pelas cozinhas que contribuem para a caixa de gordura V - volume em litros - a altura molhada deve ser de 0,60 m; - a distância mínima entre o septo e a saída deve ser de 0,20 m. b) Dispositivos de Inspeção b.1) Caixas de Inspeção: A caixa de inspeção é um dispositivo destinado a permitir a inspeção, limpeza, desobstrução das canalizações, a junção de coletores e a mudança de declividade. b.2) Caixas de Passagem: Caixas de passagem são dispositivos que permitem a inspeção, limpeza e desobstrução das canalizações de esgoto. São caixas de inspeção com apenas uma entrada e uma saída para o esgoto. Quando cilíndricas, devem ter diâmetro mínimo de 0,15 m e, quando prismáticas de base poligonal, permitir na base a inscrição de um círculo de diâmetro mínimo de 0,15 m; as mesmas devem possuir grelha ou tampa cega, e uma altura mínima de 0,10 m. c) Instalação de Recalque Esta instalação é utilizada para recalcar os esgotos acumulados em caixas coletoras situadas abaixo do nível da rede pública de esgoto, provenientes de aparelhos sanitários e de dispositivos instalados nesse nível. A caixa coletora, é disposta de modo a receber todo o esgoto por gravidade, sendo que, a partir dela, recalca-se o esgoto para o coletor predial ou dispositivo de tratamento de esgotos por meio de bombas. O dimensionamento da instalação de recalque deverá considerar aspectos como a capacidade da bomba, que deverá atender à vazão máxima provável de contribuição dos aparelhos e dispositivos instalados que possam estar em funcionamento simultâneo, o tempo de detenção do esgoto na caixa e o intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do motor. 44
Quanto ao dimensionamento da caixa coletora, a mesma deve ter a sua capacidade calculada de modo a evitar a freqüência exagerada de partidas e paradas das bombas por um volume insuficiente, bem como a ocorrência de estado séptico por um volume exagerado. O volume útil da caixa coletora (Vu), ou seja, o volume compreendido entre o nível máximo e o nível mínimo de operação da caixa (faixa de operação da bomba), pode ser determinado através da seguinte expressão: Onde: Q x t Vu = --------------- 4 Q = capacidade da bomba, em m 3 / min, determinada em função da vazão afluente de esgotos à caixa coletora; t = intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do motor, em min. O tempo de detenção do esgoto na caixa coletora (d) pode ser determinado a partir da seguinte equação: Vt d = ---------- q Onde: d = tempo de detenção, em min. Vt = volume total da caixa coletora, em m 3. q = vazão média de esgoto afluente, em m 3 / min. O tempo de detenção do esgoto na caixa não deve ultrapassar 30 minutos. Quando receber efluentes de bacias sanitárias, a caixa coletora, deve possuir uma profundidade mínima de 0,90 m, a contar do nível da geratriz inferior da tubulação afluente mais baixa. O fundo deve ser suficientemente inclinado para impedir a deposição de materiais sólidos quando a caixa for esvaziada completamente. A caixa coletora também deve ser ventilada por um tubo ventilador primário, independente de qualquer outra ventilação utilizada no edifício. Por outro lado, caso a caixa coletora não receba efluentes de bacias sanitárias, a profundidade mínima a ser considerada é de 0,60 m. As tubulações de sucção devem ser uma para cada bomba e possuir diâmetro uniforme e nunca inferior aos das tubulações de recalque. Já as tubulações de recalque devem atingir 45
um nível superior ao da rede de maneira que impossibilite o refluxo dos esgotos, devendo ser providas de dispositivos para este fim. É recomendável que a capacidade da bomba seja considerada como sendo igual a duas vezes a vazão afluente de esgotos sanitários e que o intervalo entre duas partidas consecutivas do motor não seja inferior a 10 minutos, no sentido de se preservar os equipamentos eletromecânicos de freqüentes esforços de partida. 7.1.2) Componentes do Subsistema de Ventilação São apresentados a seguir os critérios a serem coletados para o dimensionamento do sistema de ventilação secundária. a) Ramal de Ventilação: os diâmetros mínimos a serem utilizados constam na Tabela 9; b) Coluna de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 10, em função das UHC e do comprimento. Este comprimento é medido desde a extremidade superior da coluna, que se encontra em contato a com atmosfera até sua base, no encontro com o tubo de queda; c) Barrilete de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 10. O número de UHC de cada trecho é a soma das unidades de todos os tubos de queda servidos pelo trecho e o comprimento a considerar é o mais extenso, da base da coluna de ventilação mais distante da extremidade aberta do barrilete até essa extremidade; Tabela 9: Dimensionamento de ramais de ventilação Grupo de aparelhos sem bacias sanitárias Número de Unidades Hunter de Contribuição Diâmetro nominal do ramal de ventilação Grupo de aparelhos com bacias sanitárias Número de Unidades Hunter de Contribuição Diâmetro nominal do ramal de ventilação até 12 40 até 17 50 13 a 18 40 18 a 60 75 19 a 36 50 --- --- Fonte: ABNT, 1999. 46
Diâmetro nominal do tubo de queda ou do ramal de esgoto (DN) Tabela 10: Dimensionamento de colunas e barriletes de ventilação Número de Unidades Hunter de Contribuição (UHC) Diâmetro nominal mínimo do tubo de ventilação 40 50 75 100 150 200 250 300 Comprimento permitido (m) 40 8 46 -- -- -- -- -- -- -- 40 10 30 -- -- -- -- -- -- -- 50 12 23 61 -- -- -- -- -- -- 50 20 15 46 -- -- -- -- -- -- 75 10 13 46 317 -- -- -- -- -- 75 21 10 33 247 -- -- -- -- -- 75 53 8 29 207 -- -- -- -- -- 75 102 8 26 189 -- -- -- -- -- 100 43 -- 11 76 299 -- -- -- -- 100 140 -- 8 61 229 -- -- -- -- 100 320 -- 7 52 195 -- -- -- -- 100 530 -- 6 46 177 -- -- -- -- 150 500 -- -- 10 40 305 -- -- -- 150 1100 -- -- 8 31 238 -- -- -- 150 2000 -- -- 7 26 201 -- -- -- 150 2900 -- -- 6 23 183 -- -- -- 200 1800 -- -- -- 10 73 286 -- -- 200 3400 -- -- -- 7 57 219 -- -- 200 5600 -- -- -- 6 49 186 -- -- 200 7600 -- -- -- 5 43 171 -- -- 250 4000 -- -- -- -- 24 94 293 -- 250 7200 -- -- -- -- 18 73 225 -- 250 11000 -- -- -- -- 16 60 192 -- 250 15000 -- -- -- -- 14 55 174 -- 300 7300 -- -- -- -- 9 37 116 287 300 13000 -- -- -- -- 7 29 90 219 300 20000 -- -- -- -- 6 24 76 186 300 26000 -- -- -- -- 5 22 70 152 Fonte: ABNT, 1999. 47
7.2 Dimensionamento Racional (Texto elaborado a partir de ILHA; SANTOS (1994)) O dimensionamento racional visa flexibilizar a atuação do projetista do SPES, outorgando ao mesmo um poder de decisão maior do que aquele proporcionado pela metodologia convencional. Acredita-se que tal flexibilização auxilie substancialmente as emergentes necessidades de racionalização e otimização na Construção Civil. Este dimensionamento racional consta basicamente em estabelecer, em princípio, uma configuração inicial para o SPES apenas com ventilação primária; na seqüência, segue-se com a determinação probabilística das vazões de projeto, caracterização das vazões de descarga dos aparelhos sanitários, dimensionamento das tubulações e a verificação da suficiência da ventilação primária. Caso esta não seja suficiente, altera-se a geometria da configuração inicial proposta ou concebe-se para a mesma a ventilação secundária. Caberá ao projetista a definição da melhor solução. A idéia é que esta metodologia racional seja suficientemente abrangente, oferecendo ao projetista condições de trabalhar as diversas variáveis de projeto, isto é, flexibilidade. A escolha do tipo de bacia sanitária, por exemplo, poderá estar definindo o nível de ventilação necessária. 7.2.1) Apresentação do Dimensionamento Racional A seguir será abordada a determinação probabilística da vazão de projeto e o equacionamento racional propriamente dito, onde equações básicas da hidráulica e algumas de suas variantes são utilizadas. Diversas formulações específicas desenvolvidas por pesquisadores do assunto são consideradas como, por exemplo, a determinação da velocidade e comprimento terminais, a capacidade do tubo de queda, entre outras. Por último será apresentada a idéia básica do modelo matemático para verificar a necessidade da ventilação secundária, este desenvolvido por GRAÇA (1985). a) Vazão de Projeto Uma postura adequada para determinar a vazão de projeto é considerá-la como função da simultaneidade de uso e da tipologia dos aparelhos sanitários. Há diversos métodos probabilísticos desenvolvidos para determinar a simultaneidade de uso, muitos deles baseados nas distribuições normal, binomial e multionomial. Entre estes métodos, pode-se citar os trabalhos de Hunter, Webster, Courtney, Konen e Murakawa, conforme GONÇALVES (1986). Este autor também desenvolveu um modelo probabilístico o qual é aberto para a entrada de diversos dados específicos da realidade de cada projeto. É importante também salientar que tais métodos estatísticos permitem ao projetista estabelecer qual o nível de confiança que o mesmo deseja trabalhar. Quanto ao levantamento da tipologia dos aparelhos sanitários, mais especificamente as bacias sanitárias, cresce em importância a escolhas de bacias eficientes mas de reduzido consumo de água, conforme ROCHA (1992). 48
b) Equacionamento b.1) Dimensionamento o Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário. O escoamento no tubo de queda é considerado anular, isto é, o esgoto escoando pelas paredes do tubo de queda na forma de um cilindro ôco onde circula ar. Em qualquer seção transversal deste escoamento, a razão entre a seção de água e a seção de ar deve situar-se entre 1/4 e 1/3, de maneira a evitar que o escoamento preencha totalmente a seção transversal, condição esta que perturbaria sensivelmente as pressões de ar no interior do sistema. O diâmetro do tubo de queda pode ser determinado a partir da seguinte equação: 0,116 n 3/8 Qtq 3/8 dtq = --------------------------- (01) to 5/8 Onde: dtq Qtq = diâmetro interno do tubo de queda, em m; = vazão de projeto no tubo de queda, em l/s; n = coeficiente de Manning, em s/m 1/3 ; to = taxa de ocupação de água durante o escoamento no tubo de queda. Esta equação é uma variante da equação de Manning para escoamento anular e permanente, onde o valor de Qtq é aquele onde ocorre a velocidade terminal. Sendo o escoamento no tubo de queda anular, o valor do to pode ser expresso da seguinte forma: to = Se / Stq (02) Onde: Se = área da seção transversal da coroa circular por onde escoa a água no tubo de queda; Stq = área da seção transversal do 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 conforme, comentado anteriormente. A velocidade terminal tem a seguinte formulação, conforme SWAFFIELD; CAMPBELL (1995): (03) Vt = 13 (Qtq / dtq) 2/5 49
Onde: Vt = velocidade terminal, em m/s; dtq = diâmetro interno do tubo de queda, em mm. Com relação à vazão de projeto, a mesma pode ser obtida através das diversas metodologias citadas no item 3.4. Utilizando-se, por exemplo, a distribuição binomial, a qual foi incorporada no texto da NBR-8160 conforme ILHA; SANTOS (1994), tem-se a seguinte formulação básica: Onde: N Qtq = ( m i q ) (04) 1 Qtq = a vazão de projeto no trecho considerado (l/s); i = índice representativo do tipo de aparelho sanitário; i N = número de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado; m i = número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso simultâneo, entre J aparelhos instalados, para um dado fator de falha; J = número de aparelhos sanitários do tipo i instalados no trecho considerado; q i = vazão unitária do aparelho sanitário do tipo i (l/s). A distribuição binomial estabelece, 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 (J). O tipo de aparelho sanitário em questão determinará as respectivas vazões a serem fornecidas pelos fabricantes, assim como as freqüências de uso e durações das descargas, as quais são dados de campo. O diâmetro dos ramais de descarga, ramais de esgoto, sub-coletores e coletor predial pode ser calculado a partir da seguinte equação, considerando-se escoamento à meia seção: n 3/8 Qe 3/8 I -3/16 de = ---------------------- (05) 6,644 Onde: de = diâmetro do trecho considerado, em m; n = coeficiente de Manning, em s/m 1/3 ; Qe = vazão no trecho considerado, em l/s; I = declividade do trecho considerado em m/m. 50
A vazão em cada trecho, no caso do ramal de descarga, será dada por: Qe = qi (06) A vazão em cada trecho, no caso do ramal de esgoto, será dada por: N Qe = ( m i q ) (07) 1 i Onde: N = número de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado; m i = número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso, simultâneo, para um dado fator de falha; q i = vazão de contribuição do aparelho sanitário do tipo i. A vazão em cada trecho, no caso dos sub-coletores, será dada por: Qe = Qtq (08) A vazão em cada trecho, no caso do coletor predial, será dada por: N Qe = ( m i q ) (09) 1 i A declividade I adotada na equação 05 para o dimensionamento dos sub-coletores e coletores deve ser testada quanto as condições de arraste do material sólido através do princípio da tensão trativa: Tr = γ Rh I 1,0 Pa (10) Onde: Rh = raio hidráulico, em m; Tr = tensão trativa, em Pa; γ = peso específico, em N/m 2. 51
b.2) Dimensionamento do Subsistema de Ventilação O subsistema de ventilação pode ser composto por tubulações ou dispositivos de ventilação ou, ainda, uma combinação de ambos. O equacionamento da ventilação primária, isto é, o valor do diâmetro do tubo de queda que propicie uma vazão de ar que equilibre as pressões pneumáticas, no interior do sistema, em torno da pressão atmosférica, é dado pela seguinte equação, conforme GRAÇA (1985): Q ar = c Qtq 2/5-1,5 Qtq (11) Onde: Qar = vazão de ar que escoa pelo núcleo de ar no tubo de queda, em l/s; c = coeficiente adimensional; Qtq = vazão de projeto no tubo de queda, em l/s. Já para o dimensionamento das tubulações da ventilação secundária, a seguinte equação é utilizada considerando-se uma perda de carga máxima de 25mmca e desconsiderando-se a perda de carga nas singularidades de acordo ASPE (1991): D v = 4,06 [f L v (Q ar' ) 2 )] 1/5 (12) Onde: D v = diâmetro da tubulação de ventilação, em mm; L v = comprimento da tubulação de ventilação, em mm; f = coeficiente de perda de carga distribuída, adimensional; Qar = vazão de ar na tubulação de ventilação, em l/s. A vazão de ar na coluna de ventilação é estimada como sendo igual a 2/3 da vazão de ar no interior do tubo de queda, chegando-se, então, a seguinte relação: Q ar' = 40 Q ar (13) Onde Q ar = neste caso é a vazão de ar na coluna de ventilação, sendo obtida em l / min. 52
Caso a ventilação secundária seja composta por dispositivos de ventilação, serão necessárias as especificações dos fabricantes, de acordo com FERNANDES (1993). c) Modelo para Verificação da Necessidade da Ventilação Secundária A verificação da necessidade da ventilação secundária em um SPES com tubo de queda único (sistema sem ramais e colunas de ventilação) é possível através da utilização de um equacionamento desenvolvido por GRAÇA (1985), onde são determinadas, a partir do conhecimento das características geométricas do sistema e das condições climáticas do ambiente, as magnitudes estimadas e admissíveis das variáveis referentes às perdas de altura do fecho hídrico assim como as pressões desenvolvidas no interior do sistema. O conjunto de inequações a seguir, se obedecido, indica não ser necessária a ventilação secundária: a) Ha,i Hr,i b) Da,s Dr c) Sa,s Sr Onde : Ha,i = perda de altura do fecho hídrico admissível para o desconector i (mm); Hr,i = perda de altura do fecho hídrico provocada por auto-sifonagem (mm); Da,s = depressão admissível no sistema (N/m 2 ); Dr = depressão máxima provocada pelos efeitos de sifonagem induzida, tiragem térmica e ação do vento e das variações da pressão ambiental (N/m 2 ); Sa,s = sobrepressão admissível no sistema (N/m 2 ); Sr = sobrepressão máxima no sistema ( N/m 2 ). As variáveis Ha,i, Da,s e Sa,s dependem das características geométricas do sistema, enquanto as variáveis Hr,i, Dr e Sr dependem das condições ambientais dos fenômenos associados ao escoamento. Todas as equações envolvendo estas variáveis, as quais formam um equacionamento bastante extenso e complexo, estão detalhadamente apresentadas em GRAÇA (1985). 53
8. MATERIAIS E COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITÁRIO Neste capítulo são apresentados alguns materiais e componentes normalmente utilizados no SPES. 8.1 Tubos e Conexões Os tubos e conexões comerciais encontram-se em vários tipos de materiais, entre eles o PVC rígido, a cerâmica vidrada, o fibrocimento e o ferro fundido os quais serão apresentados na seqüência. Em função da grande diversidade de recomendações existentes relativas à execução, as mesmas não serão apresentadas neste item. Todavia, tais recomendações devem ser observadas nos catálogos dos respectivos fabricantes. 8.1.1 PVC Rígido Existem duas séries de tubos de PVC: Série normal (tubos com parede de menor espessura) e série reforçada (tubos com parede de espessura maior). A produção de tubos e conexões em PVC rígido deve atender às especificações contidas na NBR-5688 e NBR-7362. Para utilização deste material, a NBR 8160 prescreve os seguintes requisitos básicos a serem atendidos: a) os tubos e conexões devem ser protegidos contra choques e esforços de compressão; b) o referido material não deve ser exposto a temperaturas recomendadas pelos fabricantes. 8.1.2 Cerâmica Vidrada Os tubos e conexões de cerâmica vidrada devem atender os requisitos da NBR-5645. Quanto à sua utilização, a NBR-8160 não permite o uso deste material em instalações aparentes ou embutidas. É importante também salientar que as tubulações deste material não devem ser expostas à choques e perfurações, tampouco serem utilizados em terrenos onde desenvolvam-se recalques. 8.1.3 Fibrocimento Segundo a NBR-8160/1999, a utilização de tubos e conexões de fibrocimento em instalações aparentes ou embutidas são possíveis apenas quando forem utilizadas juntas elásticas. Além disso, faz-se também necessário o uso de proteção adequada contra choques. 54
8.1.4 Ferro Fundido Os tubos e conexões desse material devem atender os requisitos da NBR-8161. Com relação à sua utilização entretanto, os requisitos a serem atendidos constam na NBR-8160, a qual basicamente expressa que o ferro fundido deve apresentar revestimento adequado. Neste sentido, os fabricantes oferecem revestimentos betuminosos, tintas asfálticas, tintas à base de borracha clorada, tintas à base de resinas epóxicas, entre outros, segundo MACINTYRE (1996). Convém também salientar que este material pode ser enterrado, desde que adequadamente protegido, conforme já comentado. Os tubos de ferro fundido devem apresentar as seguintes características (Empacotando Sistemas Prediais,1999): alta resistência contra choques; alta resistência a produtos químicos; baixo nível de ruído na condução dos esgotos; serem incombustíveis; e alta durabilidae. 8.2 Aparelhos Sanitários Exemplos de aparelhos sanitários, cuja função básica é a coleta das águas servidas são: bacia sanitária, lavatório, banheira, mictório, etc. Há também equipamentos como a máquina de lavar roupas, a máquina de lavar pratos, entre outros. As bacias sanitárias podem ser utilizadas com à caixas de descarga (suspensas ou acopladas) ou à válvulas de descarga. Devido a grande variedade de modelos dentro de cada tipo de aparelhos/equipamentos sanitários, as cotas dos pontos de alimentação de água fria e quente e também de esgoto sanitário podem diferir de forma significativa. É recomendável consultar a especificação técnica de cada aparelho para que a locação destes pontos seja precisa e não ocasione retrabalho na obra. No anexo D encontram-se as distâncias dos pontos de esgoto dos aparelhos sanitários. No Brasil, foi lançado um programa setorial da Qualidade (PSQ) de louças sanitárias para sistemas prediais, que faz parte do Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade (PBPQ), lançado em 1998, o qual possuía como objetivo especifico relacionado ao uso racional água, prevendo a qualidade evolutiva das bacias sanitárias (e dispositivos de descarga) limitando o volume máximo de descarga em torno de 6 litros até o ano de 2002, ou em valor que implicasse menor consumo de água (MPO/SEPURB-PBPQ-H, 1998). Existem outros componentes economizadores que representam uma grande parcela de consumo em determinadas tipologias de edifícios como: restritor de vazão para chuveiros; registro regulador de vazão para lavatórios e chuveiros, pias, tanques, etc.; arejador; torneiras hidromecânicas; etc (ver Figuras 35 e 36). 55
Torneira de acionamento automático com o pé. Torneira de acionamento automático de lavatório Registro regulador de vazão de lavatório Figura 35: Equipamentos economizadores Arejador Restritor de vazão para chuveiro Regulador de vazão para chuveiro Figura 36: Equipamentos economizadores 56