Coleção UAB−UFSCar Introdução aos sistemas de saneamento

297 Pages·2016·14.01 MB·Portuguese

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Coleção UAB UFSCar
Engenharia Ambiental
Erich Kellner
Introdução aos sistemas
de saneamento
Introdução aos sistemas de
saneamento
Reitor
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Vice-Reitor
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Pró-Reitora de Graduação
Claudia Raimundo Reyes
Secretária de Educação a Distância - SEaD
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Daniel Mill
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Coordenação UAB-UFSCar
Daniel Mill
Sandra Abib
Coordenador do Curso de Engenharia Ambiental
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13565-905 - São Carlos, SP, Brasil
Telefax (16) 3351-8420
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[email protected]
Erich Kellner
Introdução aos sistemas de
saneamento
2014
© 2013, Erich Kellner
Concepção Pedagógica SUMÁRIO
Daniel Mill
. . . . . . . . . . .
Supervisão
Douglas Henrique Perez Pino
Revisão Linguística
Clarissa Galvão Bengtson
Daniel William Ferreira de Camargo
Kamilla Vinha Carlos
Paloma Argemira da Silva
Paula Sayuri Yanagiwara
Rebeca Aparecida Mega
Diagramação
Izis Cavalcanti
Juan Toro
Vagner Serikawa
Capa e Projeto Gráfico
Luís Gustavo Sousa Sguissardii
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qualquer sistema de banco de dados sem permissão escrita do titular do direito autoral.
SUMÁRIO
. . . . . . . . . . .
APRESENTAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
UNIDADE 1: Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
UNIDADE 2: Sistema de Abastecimento de Água (SAA) . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2 .1 Concepção do sistema público de abastecimento de água . . . . . . . . . . .35
2 .1 .1 Partes constituintes de um sistema de abastecimento de água . . . . . . . . .35
2 .1 .2 Algumas das etapas do processo de concepção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2 .1 .2 .1 Normas técnicas aplicáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
2 .1 .2 .2 Partes constituintes do projeto de um sistema de abastecimento
de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2 .1 .3 Consumo de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
2 .1 .3 .1 Classificação dos consumidores de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
2 .1 .3 .2 Consumo per capita de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
2 .1 .3 .3 Fatores que afetam o consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2 .1 .3 .4 Previsão populacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
2 .1 .4 Vazões de dimensionamento dos principais componentes de um SAA . . .51
2 .2 Mananciais para captação de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
2 .2 .1 Classificação dos mananciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
2 .2 .2 Aspectos qualitativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
2 .2 .2 .1 Aspectos qualitativos das águas subterrâneas . . . . . . . . . . . . . . .53
2 .2 .2 .2 Aspectos qualitativos das águas superficiais . . . . . . . . . . . . . . . .56
2 .2 .2 .2 .1 Determinação do Índice de Qualidade das Águas – IQA . .57
2 .2 .2 .2 .2 Determinação do Índice de Qualidade das Águas Brutas
para Fins de Abastecimento Público – IAP . . . . . . . . . .58
2 .2 .2 .3 Padrões de potabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
2 .2 .3 Mananciais subterrâneos para abastecimento público . . . . . . . . . . . . . . . .65
2 .2 .3 .1 Tipos de aquífero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
2 .2 .3 .2 Tipos de captação de água subterrânea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
2 .2 .3 .2 .1 Caixa de tomada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
2 .2 .3 .2 .2 Galeria filtrante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
2 .2 .3 .2 .3 Poços escavados ou Poços rasos . . . . . . . . . . . . . . . . .69
2 .2 .3 .2 .4 Poços perfurados ou Poços profundos . . . . . . . . . . . . .69
2 .2 .4 Mananciais superficiais para abastecimento público . . . . . . . . . . . . . . . . .72
2 .2 .4 .1 Partes constituintes de uma captação superficial . . . . . . . . . . . . .74
2 .2 .4 .1 .1 Barragens, vertedores ou enrocamento . . . . . . . . . . . .75
2 .2 .4 .1 .2 Tomada-d’água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
2 .2 .4 .1 .3 Gradeamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
2 .2 .4 .1 .4 Desarenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
2 .3 Adução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
2 .3 .1 Classificação das adutoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
2 .3 .2 Traçado das adutoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
2 .3 .3 Materiais das adutoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
2 .3 .4 Dimensionamento hidráulico das adutoras por gravidade . . . . . . . . . . . . .85
2 .3 .4 .1 Dimensionamento hidráulico das adutoras por gravidade
operando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
2 .3 .4 .1 .1 Roteiro de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
2 .3 .4 .2 Dimensionamento hidráulico das adutoras por gravidade
operando como conduto forçado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
2 .3 .4 .2 .1 Perdas de carga distribuída . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
2 .3 .4 .2 .2 Perdas de carga localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
2 .3 .4 .2 .3 Roteiro de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
2 .3 .5 Dimensionamento hidráulico das adutoras por recalque . . . . . . . . . . . . . .93
2 .3 .5 .1 Recomendações para o estudo do diâmetro econômico . . . . . . . .94
2 .3 .6 Acessórios normalmente empregados nas adutoras . . . . . . . . . . . . . . . . .95
2 .3 .7 Blocos de ancoragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
2 .4 Estações elevatórias de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
2 .4 .1 Componentes de uma Estação Elevatória de Água (EEA) . . . . . . . . . . . . . .98
2 .4 .2 Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
2 .4 .2 .1 Bombas centrífugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
2 .4 .2 .1 .1 Principais componentes da bomba centrífuga . . . . . .100
2 .4 .2 .1 .2 Classificação das bombas em função da rotação
específica (nq) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
2 .4 .2 .2 Seleção de conjuntos elevatórios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
2 .4 .2 .3 Grandezas características utilizadas nos sistemas elevatórios . .102
2 .4 .2 .3 .1 Curvas características das bombas . . . . . . . . . . . . . . .105
2 .4 .2 .3 .2 Variação das curvas características . . . . . . . . . . . . . .107
2 .4 .2 .3 .3 Associação da curva característica da bomba com
a curva característica da tubulação . . . . . . . . . . . . . . .108
2 .4 .2 .4 Noções sobre motores elétricos para acionamento de bombas .110
2 .4 .3 Cavitação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
2 .4 .4 Análise simplificada do transiente hidráulico devido à parada da bomba . . . .113
2 .4 .5 Projeto de estações elevatórias de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
2 .5 Tratamento de água para consumo humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
2 .5 .1 Noções básicas sobre o tratamento de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
2 .5 .1 .1 Processos e operações de tratamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
2 .5 .1 .2 Características dos principais processos de tratamento . . . . . . .121
2 .5 .2 Algumas tecnologias empregadas no tratamento de água . . . . . . . . . . . .126
2 .5 .2 .1 ETA convencional – Tecnologia de Ciclo Completo (CC) . . . . . . .128
2 .5 .2 .2 ETA baseada em Filtração Direta (FD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
2 .5 .2 .3 ETA baseada em Dupla Filtração (DF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
2 .5 .2 .4 ETA baseada em Filtração em Múltiplas Etapas (FME) . . . . . . . .132
2 .5 .2 .5 ETA baseada em Floto-Filtração (FF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
2 .6 Reservação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
2 .6 .1 Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
2 .6 .2 Volume de reservação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
2 .6 .2 .1 Determinação do volume para promover a compensação entre
a variação das vazões do consumo ao longo do dia (V ) . . . . . . .136
1
2 .6 .2 .2 Determinação do volume de emergência (V ) . . . . . . . . . . . . . . .138
2
2 .6 .2 .3 Determinação do volume para combate a incêndio (V ) . . . . . . .138
3
2 .6 .3 Dimensões econômicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
2 .6 .4 Recomendações gerais e detalhes sobre o projeto de reservatório . . . . .139
2 .7 Rede de distribuição de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
2 .7 .1 Tipos de traçados das redes de distribuição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
2 .7 .2 Estabelecimento das zonas de pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
2 .7 .3 Vazões para dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
2 .7 .4 Dimensionamento das redes de distribuição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
2 .7 .4 .1 Velocidades-limite e diâmetros mínimos nas redes de
distribuição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
2 .7 .4 .2 Métodos de dimensionamento das redes . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
2 .7 .4 .2 .1 Dimensionamento das redes ramificadas . . . . . . . . . .150
2 .7 .4 .2 .2 Dimensionamento das redes malhadas . . . . . . . . . . . .152
2 .7 .5 Órgãos e acessórios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
2 .7 .6 Roteiro básico para a elaboração do projeto básico de rede de distribuição
de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
UNIDADE 3: Sistema de esgotos sanitários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
3 .1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
3 .2 Características dos esgotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
3 .3 Concepção de Sistema de Esgotos Sanitários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
3 .3 .1 Partes constituintes do Sistema de Esgotos Sanitário . . . . . . . . . . . . . . .174
3 .3 .2 Normas técnicas aplicáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
3 .4 Rede coletora de esgoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
3 .4 .1 Traçado da rede coletora de esgoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
3 .4 .1 .1 Localização da rede coletora na via pública . . . . . . . . . . . . . . . . .178
3 .4 .1 .2 Fatores que interferem no traçado das redes coletoras
de esgoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
3 .4 .2 Vazões de projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
3 .4 .2 .1 Coeficiente de retorno (C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
3 .4 .2 .2 Coeficiente de variação de vazão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
3 .4 .2 .3 Infiltrações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
3 .4 .2 .4 Contribuições industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
3 .4 .2 .4 .1 Padrões de lançamento na rede coletora de esgoto . . 185
3 .4 .2 .5 Cálculo das vazões de esgoto sanitário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
3 .4 .3 Critérios hidráulicos para o dimensionamento das redes coletoras
de esgoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
3 .4 .3 .1 Vazão mínima considerada para efeito de cálculo . . . . . . . . . . . .190
3 .4 .3 .2 Diâmetro mínimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
3 .4 .3 .3 Tensão trativa e declividade mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
3 .4 .3 .4 Lâmina líquida mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
3 .4 .3 .5 Lâmina líquida máxima (Y/D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
3 .4 .3 .6 Velocidade crítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
3 .4 .3 .7 Velocidade e declividade máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
3 .4 .4 Elementos hidráulicos e geométricos da seção circular . . . . . . . . . . . . . .195
3 .4 .5 Órgãos acessórios e disposições construtivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
3 .4 .5 .1 Poços de Visita (PVs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
3 .4 .5 .2 Terminal de Limpeza (TL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198
3 .4 .5 .3 Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198
3 .4 .6 Roteiro básico para a elaboração do projeto básico de rede coletora
de esgoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
3 .5 Interceptores de esgotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201
3 .5 .1 Determinação das vazões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
3 .5 .1 .1 Diminuição do coeficiente de pico (K = K1 .K2) . . . . . . . . . . . . . .202
3 .5 .1 .2 Contribuição pluvial parasitária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
3 .5 .2 Dimensionamento hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203