REDE COLETORA DE ESGOTO REDE COLETORA DE ESGOTOProf Dr. Rodrigo Moruzzi Prof Dr. Rodrigo Moruzzi Fonte: Prof. Dr. Milton Tomoyuki Tsutiya Fonte: Prof. Dr. Milton Tomoyuki Tsutiya Escola Politécnica da USP Escola Politécnica da USP SABESP SABESP SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO Partes constituintes • Rede Coletora • Interceptor • Emissário • Emissário • Estação Elevatória • Sifão Invertido • Estação de Tratamento • Lançamento Submarino SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO Coletor-Tronco, Interceptor e Emissário 10% Tratamento 15% Estação Elevatória Indicadores de custo Rede e Ligação 74% Elevatória 1% SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE ESGOTO • Sistema Unitário • Sistema Separador Parcial • Sistema Separador Parcial • Sistema Separador Absoluto VARIAÇÃO TÍPICA DE VAZÃO, EM PERÍODO SECO VARIAÇÃO TÍPICA DE VAZÃO, EM PERÍODO SECO E MIDO, EM !M SISTEMA !NITÁRIO E MIDO, EM !M SISTEMA !NITÁRIO o Vazão total (águas pluviais + esgoto) Período com chuva Vazão de esgoto em período seco Pico de vazão V a z ã o Tempo (dia) 1 0 2 3 4 5 vazão Infiltração SISTEMA !NITÁRIO NO "APÃO SISTEMA !NITÁRIO NO "APÃO Coletor de esgoto em Tóquio, construído em 1884 Coletor retangular em Osaka, construído em 1573 C!RVAS DE INTENSIDADE DE C#!VA C!RVAS DE INTENSIDADE DE C#!VA $RASIL % E!ROPA $RASIL % E!ROPA 130 120 110 100 90 m / h ) Legenda Inglaterra Alemanha França Brasil Brasil Brasil - Londres - Berlim - Paris - São Paulo - Rio de Janeiro - Curitiba 80 70 60 50 40 30 20 10 0 I n t e n s i d a d e d a c h u v a ( m m Duração da chuva (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Brasil Brasil - Curitiba - Belo Horizonte VAZ&ES MÁ%IMAS A'L!ENTES (S VAZ&ES MÁ%IMAS A'L!ENTES (S ETES EM PAÍSES E!ROPE!S ETES EM PAÍSES E!ROPE!S País Vazões máximas Bélgica 2-5 x QMPS Dinamarca 8-10 x QMPS França 4-6 QMPS Alemanha 7 x QMPS Alemanha 7 x QMPS Grécia 3-6 x QMPS Irlanda 6 x QMPS Itália 3-5 x QMPS Portugal 6 x QMPS Espanha 3-5 x QMPS Inglaterra 6 x QMPS Países da Europa: 2 a 10 vezes a vazão de período seco CONTRI$!IÇÃO DE ÁG!AS PL!VIAIS E DE CONTRI$!IÇÃO DE ÁG!AS PL!VIAIS E DE ESGOTO NA $ACIA DE PIN#EIROS ESGOTO NA $ACIA DE PIN#EIROS ) ) RMSP RMSP CONTRI$!IÇ&ES DE ÁG!AS PL!VIAIS EM CONTRI$!IÇ&ES DE ÁG!AS PL!VIAIS EM SISTEMAS DE ESGOTO SISTEMAS DE ESGOTO Autor Local Ano Dados originais Taxa de contribuição de águas pluviais (l/s.km) Greeley & Hansen São Paulo 1952 32% sobre QMSP 0,15 Hazen & Sawyer São Paulo 1965 35% sobre QMSP 0,16 Hazen & Sawyer São Paulo 1965 35% sobre QMSP 0,16 Des, Sursan Rio de Janeiro 1959 6,0 l/s.km 6,0 SANESP São Paulo 1973 4,0 l/s.km 4,0 Alonso et al RMSP 1990 1,57 a 12,01 l/s.km 1,57 – 12,01 Pauli São Paulo 1998 242% sobre QMSP 3,90 Mello Santo André 2002 100 a 283% sobre QMSP nd AMPI Tatuí 1992 31% sobre QMSP 0,27 Tsutiya e Bueno Fca 2003 26,76% sobre QMSP 2,13 – 2,2 ABNT Brasil 1992 6,0 l/s.km 6,0 *nd = não disponível. *QMSP = Vazão Máxima de Período Seco. REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE ESGOTO • Rede Coletora e Interceptor → Condutos livres •• Sifões Invertidos, Linha de Recalque das Elevatórias e Emissários Submarinos → Condutos forçados (gravidade ou recalque) REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE ESGOTO Equações gerais • Equação de energia onde: Z = carga geométrica, m = carga piezométrica, m 2 2 1 2 1 1 2 2 f V V Z Y Z Y h 2g 2g + + = + + + + + = + + + + + = + + + + + = + + + p Y = == = = carga piezométrica, m = carga cinética, m h f = perda de carga, m • Equação da continuidade Q=V 1 A 1 = V 2 A 2 = VA = constante onde: Q = vazão, m 3 /s V = velocidade média na seção, m/s A = área da seção de escoamento, m 2 p Y = == = γ γγ γ 2 V 2g #IDRÁ!LICA DOS COLETORES DE ESGOTO #IDRÁ!LICA DOS COLETORES DE ESGOTO Equações gerais para condutos livres • Equação de Chézy (1775) H V C R I = == = onde: V = velocidade média do escoamento, m/s R H = raio hidráulico, m I = declividade da linha de energia, m/m C = coeficiente de Chézy • Equação de Manning (1890) • Equação de Manning (1890) onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning 1/ 6 H R C n = == = • Fórmula Universal (1850) onde: hf = perda de carga, m f = coeficiente de atrito L = comprimento da tubulação, m V = velocidade média, m/s D = diâmetro da tubulação, m g = aceleração da gravidade, 9,81 m/s 2 Q = vazão, m 3 /s 2 f L V h f . D 2g = == = C!STO DE IMPLANTAÇÃO DAS REDES C!STO DE IMPLANTAÇÃO DAS REDES COLETORAS DE ESGOTO COLETORAS DE ESGOTO Custo Implantação da Obra (3,8 %) Valas (61,2 %) Canteiro e locação Tapumes e sinalização Passadiços Levantamento de pavimento Escavação Escoramento Reaterro 0,6 % 2,1 % 1,1 % 1,3 % 10,6 % 38,8 % 10,5 % Total (100%) Assentamento de tubulações (25,1 %) Serviços Complementares (9,9 %) Reaterro Transporte Assentamento Poços de visita Ligações prediais Cadastro Lastros e bases adicionais Reposição do pavimento Recomposição de G.A.P. 0,7 % 9,2 % 0,1 % 10,5 % 0,4 % 4,1 % 15,5 % 4,6 % 0,5 % REDES COLETORAS REDES COLETORAS *RGÃOS ACESS*RIOS *RGÃOS ACESS*RIOS • Poço de Visita (PV) Início dos coletores TL Mudanças de direção Mudanças de declividade CP Mudanças de declividade CP Mudanças de material TIL Degraus Reunião de coletores Tubo de queda POÇO DE VISITA EM ALVENARIA +PV, POÇO DE VISITA EM ALVENARIA +PV, Tubulação Balão D E φ 150 a 450 mm 1,0 m 1,8 m 2,35 m φ 500 a 800 mm 1,2 m 2,0 m 2,25 m POÇO DE VISITA EM AD!ELAS DE POÇO DE VISITA EM AD!ELAS DE CONCRETO ARMADO PR- MOLDADO +PV, CONCRETO ARMADO PR- MOLDADO +PV, Tubulação B Ø 150 mm a 450 mm 1,0 m Ø 500 mm a 800 mm 1,2 m NOTAS 1) Executar chaminé somente quando H for maior que 2,50 m 2) Medidas em metros Ø 500 mm a 800 mm 1,2 m Fck > 20 MPa T!$O DE INSPEÇÃO E LIMPEZA +TIL, T!$O DE INSPEÇÃO E LIMPEZA +TIL, TERMINAL DE LIMPEZA TERMINAL DE LIMPEZA ) ) +TL, +TL, CAI%A DE PASSAGEM +CP, CAI%A DE PASSAGEM +CP, Ø A B C D (mm) (m) (m) (m) (m) 150 0,45 0,23 0,53 0,18 200 0,60 0,30 0,60 0,24 250 0,75 0,38 0,68 0,30 300 0,90 0,45 0,75 0,36 SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE ESGOTO ) ) .//0 PLÁSTICO .//0 PLÁSTICO TIL RADIAL TIL RADIAL LIGAÇÃO DOMICILIAR LIGAÇÃO DOMICILIAR CONCEPÇÃO DO TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO CONCEPÇÃO DO TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO Rede do tipo perpendicular REDE DO TIPO LE1!E REDE DO TIPO LE1!E REDE DO TIPO RADIAL O! DISTRITAL REDE DO TIPO RADIAL O! DISTRITAL A IN'L!2NCIA DOS *RGÃOS ACESS*RIOS A IN'L!2NCIA DOS *RGÃOS ACESS*RIOS DA REDE NO SE! TRAÇADO DA REDE NO SE! TRAÇADO Orientação do fluxo dos esgotos nos órgãos acessórios Traçado de rede conforme orientação do fluxo LOCALIZAÇÃO DA T!$!LAÇÃO NA VIA P$LICA LOCALIZAÇÃO DA T!$!LAÇÃO NA VIA P$LICA A escolha da posição da rede em via pública depende dos seguintes fatores: • Conhecimento prévio das interferências (galerias de águas pluviais, cabos telefônicos e elétricos, adutoras, redes de água, tubulação de gás); • Profundidade dos coletores; • Tráfego; • Largura da rua; • Soleiras dos prédios, etc. REDE D!PLA REDE D!PLA • Vias com tráfego intenso: • Vias com largura entre os alinhamentos dos lotes igual ou superior a 14m para ruas asfaltadas, ou 18m para ruas de terras; • Vias com interferências que impossibilitem o assentamento do coletor no leito carroçável, ou que constituam empecilho à execução das ligações prediais. REDE SIMPLES REDE SIMPLES Utilizada quando não ocorrer nenhum dos casos citados anteriormente. Os coletores serão lançados no eixo Os coletores serão lançados no eixo carroçável, ou no terço do leito carroçável. Caso em um dos lados da rua existam soleiras negativas, o coletor deverá ser lançado no terço correspondente. O!TROS 'ATORES 1!E INTER'EREM NO O!TROS 'ATORES 1!E INTER'EREM NO TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO • Profundidades máximas e mínimas • Interferências • • Aproveitamento de canalizações existentes • Planos diretores de urbanização PRO'!NDIDADES DOS COLETORES PRO'!NDIDADES DOS COLETORES • Passeio → 2,0 a 2,5 m • Eixo ou terço → 3,0 a 4,0 m • Coletores situados abaixo de 4,0 m → projetar coletores auxiliares para receber ligações prediais Máximas • Proteção da tubulação • Permite a ligação predial Mínimas Leito → 0,90 m Passeio → 0,65 m Norma ESGOTO SANITÁRIO ESGOTO SANITÁRIO • Esgoto doméstico • Esgoto industrial • Esgoto industrial • Água de infiltração VAZ&ES VAZ&ES • Esgoto doméstico A contribuição do esgoto doméstico depende dos seguintes fatores: • População → estudo de crescimento populacional populacional • Consumo de água efetivo per capita: q • Coeficiente de retorno esgoto / água: C • Coeficiente de variação de vazão: - Coeficiente do dia de maior consumo: K 1 - Coeficiente da hora de maior consumo: K 2 EST!DO DA POP!LAÇÃO EST!DO DA POP!LAÇÃO • Método dos componentes demográficos • Métodos matemáticos • Métodos matemáticos • Método de extrapolação gráfica ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO • Método dos componentes demográficos • Métodos matemáticos M34odo5 67r7 o 854udo d89ogr:fi;o • Métodos matemáticos • Método de extrapolação gráfica ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO • Método dos componentes demográficos P = P 0 + (N – M) + (I – E) onde: P = população na data t P 0 = população na data inicial t 0 N = nascimentos (no período t – t 0 ) M = óbitos I = imigrantes no período E = emigrantes no período N – M = crescimento vegetativo no período I – E = crescimento social no período ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO - Tendências sócio-econômicas do processo de metropolização • Aplicação de método dos componentes demográficos para RMSP - Tendências sócio-econômicas do processo de metropolização - Tendências demográficas globais - Tendências da mortalidade - Tendência da fecundidade - Tendência migratória e população recenseada da RMSP ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO - Método aritmético - • Métodos matemáticos - Método geométrico - Método da curva logística ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método aritmético Método aritmético Integrando entre os limites definidos, tem-se: 2 1 a P P k t t − = − ( ) 2 1 a 2 1 P P k t t − = − E o resultado geral do método aritmético: 2 1 t t − ( ) 2 a 2 P P k t t = + − onde t representa o ano da projeção. ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método geométrico Método geométrico 2 2 1 t t t t 2 2 1 P P P P − − = ( ) 2 g 2 log P log P k t t = + − Método geométrico utilizando o logaritmo neperiano: 2 1 g 2 1 lnP lnP k t t − = − ( ) g 2 k t t 2 P P e − = ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método da curva logística Método da curva logística População de saturação ç ã o T = a b Ano K P o p u l a ç ã T = b K 2 ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método da curva logística Método da curva logística 2 0 1 2 1 0 2 2PPP (P ) (P P ) K − + = Equação da curva logística: a bT k P 1 e − = + 0 1 2 1 0 2 2 0 2 1 2PPP (P ) (P P ) K PP (P ) − + = − ( ) ( ) 0 1 1 0 P K P 1 b log 0,4343d P K P − = − − 0 0 K P 1 a log 0,4343 P − = ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO - - Método da etra!ola"#o gr$%ica Método da etra!ola"#o gr$%ica ç ã o B C E População projetada da comunidade A B, C, D e E representam curvas de crescimento das comunidade maiores com características semelhantes a A P o p u l a ç ã Ano A B D Comunidade em estudo População em referência Método Descrição Forma da curva Taxa de crescimento Fórmula da projeção Coeficientes (se não for efetuada análise da regressão) Projeção aritmética Crescimento populacional segundo uma taxa constante. Método utilizado para estimativas de menor prazo. O ajuste da curva pode ser também feito por análise da regressão. a K dt dP = ) t .(t K P P 0 a 0 t − + = 0 2 0 2 a t t P P K − − = Projeção geométrica Crescimento populacional função da população existente a cada instante. Utilizado para estimativas de menor prazo. O ajuste da curva pode ser também feito por análise da regressão. .P K dt dP g = ) t .(t K 0 t 0 g .e P P − = ou ) t (t 0 t 0 i) .(1 P P − + = 0 2 0 2 g t t lnP lnP K − − = ou 1 e i g K − = Regressão multiplicati va Ajuste da progressão populacional por regressão linear (transformação logarítmica da equação) ou regressão não linear. - s 0 0 t ) t r.(t P P − + = r, s - análise da regressão ou transformação logarítmica Taxa Premissa de que, à medida em 2 0 2 1 2 1 0 ) P .(P P .P .P 2.P + − Taxa decrescente de crescimento Premissa de que, à medida em que a cidade cresce, a taxa de crescimento torna-se menor. A população tende assintoticamente a um valor de saturação. Os parâmetros podem ser também estimados por regressão não linear. P) .(P K dt dP s d − = ] e - [1 . . ) P - (P + P = P ) t - .(t K - 0 s 0 t 0 d 2 1 2 0 2 0 2 1 2 1 0 s P .P P ) P .(P P .P .P 2.P P − + − = 0 t t )] P )/(P P ln[(P K 2 0 s 2 s d − − − − = Crescimen- to logístico O crescimento populacional segue uma relação matemática, que estabelece uma curva em forma de S. A população tende assintoticamente a um valor de saturação. Os parâmetros podem ser também estimados por regressão não linear. Condições necessárias: P 0 <P 1 <P 2 e P 0 .P 2 <P 1 2 . O ponto de inflexão na curva ocorre no tempo [to- ln(c)/K 1 ] e com P t =P s /2. P P) (P .P. K dt dP s l − = ) t .(t K s t 0 l c.e 1 P P − + = 2 1 2 0 2 0 2 1 2 1 0 s P .P P P .(P P .P .P 2.P P − + − = 0 0 s )/P P (P c − = ] ) P - .(P P ) P - .(P P .ln[ t - t 1 = K 0 s 1 1 s 0 1 2 l ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO População flutuante Municípios da Baixada Santista: • Domicílios permanentes: 3 habitantes/domicílio • Domicílios de uso ocasional: 6,5 habitantes/domicílio habitantes/domicílio Municípios do Litoral Norte: • Domicílios permanentes: 4 habitantes/domicílio • Domicílios de uso ocasional: 7 habitantes/domicílio ESTUDO DA POPULAÇÃO ESTUDO DA POPULAÇÃO Distribuição demográfica Densidades demográficas e extensões médias de arruamentos por hectare estimados para a Região Metropolitana de São Paulo. Características urbanas dos bairros Densidade demográfica de saturação (hab/ha) Extensão média de arruamentos/ha (m) Bairros residenciais de luxo com lote padrão de 800 m² 100 150 Bairros residenciais médios com lote padrão de 450 m² 120 180 Bairros residenciais populares com lote padrão de 250 m² 150 200 Bairros mistos residencial-comercial da zona central, com predominância de prédios de 3 e 4 pavimentos 300 150 Bairros residenciais da zona central com predominância de edifícios de apartamentos com 10 e 12 pavimentos 450 150 Bairros mistos residencial-comercial-industrial da zona urbana com predominância de comércio e indústrias artesanais e leves 600 150 Bairros comerciais da zona central com 1000 200 Consumo de água efetivo per capita e consumo por economia da Unidade de Negócio Pardo e Grande da Vice Presidência do Interior da Sabesp Consumo de água efetivo por economia para os Municípios da Baixada Santista, Estado de São Paulo Consumo de água efetivo por categorias de consumidores da rede pública da Região Metropolitana de São Paulo – Município de São Paulo Valores medidos de contribuição per capita de esgoto sanitário Coeficiente de retorno obtidas por medições ou recomendadas para projeto C!RVAS DE VARIAÇÃO DE CONS!MO C!RVAS DE VARIAÇÃO DE CONS!MO Variação do consumo do ano K 1 = Qmáx Qméd Consumo máximo C o n s u m o ( / h a b . d i a ) l J F M A M J J A S O N D C o n s u m o ( / h a b . d i a ) l Consumo médio Variação do consumo diária K 2 = Qmáx Qméd Vazão máxima Horas do dia 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 V a z ã o ( / s ) l Vazão média Meses do ano J F M A M J J A S O N D Coeficientes da variação de vazão de esgoto ÁG!A DE IN'ILTRAÇÃO ÁG!A DE IN'ILTRAÇÃO A infiltração na rede depende das condições locais, tais como: • NA do lençol freático • Tipo de solo • Tipo de solo • Material da tubulação • Tipo de junta • Qualidade de assentamento dos tubos NBR 9649 → Taxa de infiltração: TI = 0,05 a 1,0 L/s x km Taxas de infiltração,em L/s.km, em redes de esgotos sanitários obtidas por medições ou recomendadas para projetos ESGOTO IND!STRIAL ESGOTO IND!STRIAL Decreto nº 8.468 – Set/76 Art. 19 Onde houver sistema público de esgoto, em condições de atendimento, os efluentes de qualquer fonte poluidora deverão ser neles lançados. Art. 18 - VIII Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média diária. Art. 19 A Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados em sistemas de esgotos, se obedecerem às seguintes condições: I. pH entre 6,0 e 10,0; II. Temperatura inferior a 40°C; III. Materiais sedimentáveis até 20 ml/L. VAZÃO DE ESGOTO SANITÁRIO VAZÃO DE ESGOTO SANITÁRIO Q = Q d + Q inf + Q c onde: Q = vazão de esgoto sanitário, L/s onde: Q = vazão de esgoto sanitário, L/s Q d = vazão doméstica, L/s Q inf = vazão de infiltração, L/s Q c = vazão concentrada ou singular, L/s C!RVAS DE VARIACÃO #ORÁRIA DE VAZÃO DE ESGOTOS C!RVAS DE VARIACÃO #ORÁRIA DE VAZÃO DE ESGOTOS a) Cardoso b) Tatuí c) Região Metropolitana de São Paulo COMPOSIÇÃO DE ESGOTO SANITÁRIO COMPOSIÇÃO DE ESGOTO SANITÁRIO Esgoto 99,9% - Água 70% - Matéria Orgânica →Sulfetos (100%) 0,1% - Sólidos 30% - Matéria Inorgânica →Areia (0,02 – 0,03 g /l) TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO Hidráulico – Transporte de vazões máximas e mínimas como condutos livres Reações Bioquímicas – Controle de sulfeto de hidrogênio Deposição de Materiais Sólidos – Ação de autolimpeza Curva de variação horária da vazão de esgoto da cidade de Cardoso / SP CÁLC!LOS DAS VAZ&ES CÁLC!LOS DAS VAZ&ES Métodos para cálculo das vazões: • Quando não existirem medições de vazão utilizáveis no projeto no projeto • Quando existirem hidrogramas utilizáveis no projeto • Cálculo de vazão pelo processo das áreas edificadas 1!ANDO NÃO E%ISTIREM MEDIÇ&ES DE 1!ANDO NÃO E%ISTIREM MEDIÇ&ES DE VAZÃO !TILIZÁVEIS NO PRO"ETO VAZÃO !TILIZÁVEIS NO PRO"ETO • Para o início do plano : Q i = K 2 Q i + I i + Σ Q ci (Não inclui K 1 ) • Para o final do plano : Q f = K 1 K 2 Q f + I f + Σ Q cf Onde: Q i , Q f = Vazão máxima inicial e final, L/s K 1 = Coeficiente de máxima vazão diária K 2 = Coeficiente de máxima vazão horária I i , I f = Contribuição de infiltração inicial e final, L/s Q ci , Q cf = Contribuição singular inicial e final, L/s Q i = Contribuição média inicial de esgotos domésticos, L/s Q i = ou Q i = Contribuição média final de esgotos domésticos, L/s CP i q i 86.400 86.400 Q f = ou Q f = 86.400 86.400 Ca i d i g i Ca f d f q f CP f q f PRO"ETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO PRO"ETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO Dimensionamento Hidráulico: • Vazão mínima: 1,5 L/s • Diâmetro mínimo: 150 mm • Declividade mínima: I mím = 0,0055 Q i -0,47 • Velocidade máxima: 5 m/s →I máx = 4,65 Q f -0,67 • Lâmina d´água máxima: 75% do diâmetro • Controle de remanso REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE ESGOTO • Rede Coletora e Interceptor → Condutos livres •• Sifões Invertidos, Linha de Recalque das Elevatórias e • Emissários Submarinos → Condutos forçados (gravidade ou recalque) TENSÃO TRATIVA O! TENSÃO DE ARRASTE TENSÃO TRATIVA O! TENSÃO DE ARRASTE F = γ A L T = F sen α T = γ A L sen α T PL τ = A tensão trativa é definida como uma tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto líquido escoado. σ = γ R H I H ALsen R sen PL γ α τ = = γ α onde: σ = tensão trativa média, Pa; F = peso do líquido de um trecho L, N; T = componente tangencial de F, N; α = ângulo de inclinação da tubulação, grau; γ = peso específico do líquido, 10 4 N/m 3 para o esgoto; R H = raio hidráulico, m; I = declividade da tubulação, m/m. DETERMINAÇÃO DA E1!AÇÃO DA DETERMINAÇÃO DA E1!AÇÃO DA DECLIVIDADE MÍNIMA DECLIVIDADE MÍNIMA 0,01 0,1 D e c l i v i d a d e ( m / m ) Equações utilizadas : • Tensão trativa: σ σσ σ = γ γγ γ R H I • Chézy: • Manning: H Q CA R I = == = 1/ 6 H 1 C R n = == = I = 0,0055Q -0,47 0,0001 0,001 1 10 100 Vazão (l/s) D e c l i v i d a d e ( m / m ) Ajuste para σ = 1Pa e n = 0,013, para diâmetros variando de 100 mm a 400 mm e Y/D ≤ 0,75 DETERMINAÇÃO DAS E1!AÇ&ES I EM '!NÇÃO DE 1 PARA DETERMINAÇÃO DAS E1!AÇ&ES I EM '!NÇÃO DE 1 PARA σ σσ σσ σσ σ < . P7 E PARA DIVERSOS COE'ICIENTES DE MANNING < . P7 E PARA DIVERSOS COE'ICIENTES DE MANNING VELOCIDADE CRÍTICA VELOCIDADE CRÍTICA Norma da ABNT NBR 9649/1986 5.1.5.1 Quando a velocidade final v f é superior a velocidade crítica v c , a maior lâmina admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor, assegurando-se a ventilação do trecho; a velocidade crítica é definida por: V c = 6 (g R H ) 1/2 onde g = aceleração da gravidade O Fenômeno • Estudos realizados por VOLKART (Alemanha) 1980 Início do escoamento aerado Adimensional: Número de BOUSSINESQ • Mistura água-ar inicia quando B = 6,0 portanto: H V B g R = == = H H Vc B 6, 0 Vc 6,0 gR gR = = → = = = → = = = → = = = → = MECANISMOS DE ENTRADA DE AR MECANISMOS DE ENTRADA DE AR Seção longitudinal de uma tubulação com grande declividade Formação de uma bolha de ar pela queda de uma gota d’água SEÇÃO TRANSVERSAL DE !M COND!TO SEÇÃO TRANSVERSAL DE !M COND!TO COM MIST!RA ÁG!A COM MIST!RA ÁG!A) )AR AR CAPACIDADE DE TRANSPORTE DA T!$!LAÇÃO EM '!NÇÃO DA CAPACIDADE DE TRANSPORTE DA T!$!LAÇÃO EM '!NÇÃO DA DECLIVIDADE PARA O ESCOAMENTO AERADO E NÃO AERADO DECLIVIDADE PARA O ESCOAMENTO AERADO E NÃO AERADO ESCOAMENTO EM T!$!LAÇ&ES COM ESCOAMENTO EM T!$!LAÇ&ES COM GRANDE DECLIVIDADE GRANDE DECLIVIDADE MATERIAIS PARA AS REDES DE ESGOTO MATERIAIS PARA AS REDES DE ESGOTO Fatores que influem na escolha: • resistência a cargas externas • resistência à abrasão e ao ataque químico • • resistência à abrasão e ao ataque químico • facilidade de transporte • disponibilidade de diâmetros necessários • custo do material • custo de transporte • custo de assentamento MATERIAIS !TILIZADOS PARA AS REDES DE MATERIAIS !TILIZADOS PARA AS REDES DE ESGOTO ESGOTO • Tubo cerâmico • Tubo de concreto • Tubo de plástico • Tubo de PVC • Tubo de PVC Tubo de polietileno de alta densidade Tubo de poliéster armado com fios de vidro Tubo de ferro fundido • Tubo de aço R!GOSIDADE DAS T!$!LAÇ&ES R!GOSIDADE DAS T!$!LAÇ&ES Valores do coeficiente n de Manning Valores de K da Fórmula Universal DIMENSIONAMENTO DE !MA REDE COLETORA DIMENSIONAMENTO DE !MA REDE COLETORA • Traçado dos coletores • Distância entre singularidades • Numeração dos trechos • Cálculo da taxa de contribuição linear • Cálculo das vazões no trecho do coletor • Profundidade mínima dos coletores • Profundidade mínima dos coletores • Diâmetro mínimo • Vazão mínima de dimensionamento • Determinação do diâmetro e declividade do trecho • Verificação da lâmina, tensão trativa e velocidade crítica • Preenchimento da planilha de cálculo TA$ELAS PARA O DIMENSIONAMENTO DAS TA$ELAS PARA O DIMENSIONAMENTO DAS T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO • Dimensionamento e verificação das tubulações de esgoto das tubulações de esgoto • Determinação do raio hidráulico em função de Y/D DIMENSIONAMENTO E VERI'ICAÇÃO DAS DIMENSIONAMENTO E VERI'ICAÇÃO DAS T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO DETERMINAÇÃO DO RAIO #IDRÁ!LICO EM DETERMINAÇÃO DO RAIO #IDRÁ!LICO EM '!NÇÃO DE =>D '!NÇÃO DE =>D PRO"ETO PRO"ETO #IDRÁ!LICO #IDRÁ!LICO SANITÁRIO SANITÁRIO R U A 5 R U A 9 R U A 1 3 R U A 1 5 R U A 1 7 RUA 28 RUA 26 RUA 24 RUA 22 RUA 20 Q p 2 LEGENDA R U A 1 9 R U A 5 R U A 7 R U A 1 1 RUA 32 RUA 30 Qp1 DETERMINAÇÃO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO DETERMINAÇÃO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA CÁLC!LO DAS REDES COLETORAS PARA CÁLC!LO DAS REDES COLETORAS • Rede simples • Rede dupla • Rede dupla • Rede simples e dupla CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES SIMPLES CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES SIMPLES Taxa por unidade de comprimento (L/s.m ou L/s.km) • Taxa de contribuição linear para o início do plano • Taxa de contribuição linear para o final do plano onde: L i , L f = comprimento da rede de esgotos inicial e final, m ou km d.i 2 xi inf i K Q T T L = + = + = + = + d.f 1 2 xf inf f K K Q T T L = + = + = + = + T inf = taxa de contribuição de infiltração, L/s.m ou L/s.km Taxa por unidade de área (L/s ha) • Taxa de contribuição inicial • Taxa de contribuição final onde: a i , a f = área abrangida pelo projeto, ha T inf .a = taxa de contribuição de infiltração por unidade de área, L/s.ha d.i 2 ai inf .a i K Q T T a = + = + = + = + d.f 1 2 af inf .a f K K Q T T a = + = + = + = + CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES D!PLA PARA REDES D!PLA • Taxa de contribuição linear para o início do plano T xdi (L/s.m ou L/s.km) • d.i 2 xdi inf di K Q T T L = + = + = + = + • Taxa de contribuição linear para o final do plano T xdf (L/s.m ou L/s.km) onde: L di , L df = comprimento da rede dupla inicial ou final, m ou km d.f 2 xdf inf df K Q T T L = + = + = + = + CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES SIMPLES E D!PLA SIMPLES E D!PLA • Cálculo do comprimento virtual da rede para a área de ocupação homogênea onde: L vi, f = comprimento virtual da rede inicial ou final, m ou km L si, f = comprimento da rede simples inicial ou final, m ou km L di, f = comprimento da rede dupla inicial ou final, m ou km • Taxa de contribuição linear para rede simples – Início do plano - T xis (L/s.m ou L/s.km) di,f vi,f si,f L L L 2 = + = + = + = + K Q – Final do plano - T xdf (L/s.m ou L/s.km) • Taxa de contribuição linear para rede dupla – Início do plano - T xid (L/s.m ou L/s.km) – Final do plano - T xfd (L/s.m ou L/s.km) d.i 2 xis inf vi K Q T T L = + = + = + = + d.f 1 2 xfs inf vf K K Q T T L = + = + = + = + d.i 2 xid inf vi K Q T T 2L = + = + = + = + d.f 1 2 xfd inf vf K K Q T T 2L = + = + = + = + LIGAÇ&ES PREDIAIS LIGAÇ&ES PREDIAIS Sistema ortogonal - ligação simples LIGAÇ&ES DE ESGOTOS 1!ANTO A POSIÇÃO LIGAÇ&ES DE ESGOTOS 1!ANTO A POSIÇÃO DA REDE COLETORA DA REDE COLETORA • Ligação no terço adjacente • Ligação no passeio adjacente • Ligação no eixo SISTEMA RADIAL SISTEMA RADIAL ?? LIGAÇ&ES MLTIPLAS LIGAÇ&ES MLTIPLAS LIGAÇ&ES PREDIAIS !TILIZADOS NA LIGAÇ&ES PREDIAIS !TILIZADOS NA $AI%ADA SANTISTA $AI%ADA SANTISTA DIMENSIONAMENTO DA LIGAÇÃO PREDIAL DIMENSIONAMENTO DA LIGAÇÃO PREDIAL Declividades mínimas • diâmetro de 100 mm (DN 100): 2% ou 0,020 m/m • diâmetro de 150 mm (DN 150): 0,7% ou 0,007 m/m • diâmetro de 200 mm (DN 200): 0,5% ou 0,005 m/m • diâmetro de 200 mm (DN 200): 0,5% ou 0,005 m/m Diâmetro mínimo • ∅ 100 mm (DN 100) Vazões em função do diâmetro e da declividade Diâmetro do ramal predial em função do número de unidades habitacionais DETERMINAÇÃO DA PRO'!NDIDADE MÍNIMA DO COLETOR DETERMINAÇÃO DA PRO'!NDIDADE MÍNIMA DO COLETOR P$LICO PARA ATENDER ( LIGAÇÃO PREDIAL P$LICO PARA ATENDER ( LIGAÇÃO PREDIAL Unidades Hunter de contribuição dos aparelhos sanitários Dimensionamento do ramal predial PRO'!NDIDADE MÍNIMA DO COLETOR PRO'!NDIDADE MÍNIMA DO COLETOR p = a + iL + h + h c Onde: p = profundidade mínima do coletor público, m a = distância entre a geratriz inferior interna do coletor público até a geratriz inferior interna do ramal predial, m i = declividade do rama predial, m/m L = distância entre o coletor público e a caixa de inspeção, m h = desnível entre a via pública e o aparelho sanitário mais desfavorável, m h = altura da caixa de inspeção h c = altura da caixa de inspeção Valores de a e i para diferentes diâmetros do ramal predial e do coletor público PRO"ETO E%EC!TIVO DE REDES DE ESGOTOS PRO"ETO E%EC!TIVO DE REDES DE ESGOTOS POSIÇ&ES PARA LOCAÇÃO DOS COLETORES POSIÇ&ES PARA LOCAÇÃO DOS COLETORES Largura de faixa de servidão para implantação de coletores PRO'!NDIDADE MÍNIMAS DAS REDES PRO'!NDIDADE MÍNIMAS DAS REDES SISTEMAS ALTERNATIVOS PARA COLETA E SISTEMAS ALTERNATIVOS PARA COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO • Sistema condominial de esgoto • Redes pressurizadas e a vácuo • Redes pressurizadas e a vácuo • Dispositivo gerador de descarga SISTEMA CONDOMINIAL SISTEMA CONDOMINIAL • Origem: Rio Grande do Norte • Características: Forma de concepção do traçado de redes Formação de condomínio Operação e manutenção – condomínio Dimensionamento hidráulico – método convencional Declividade mínima: 0,006 m/m SISTEMA CONDOMINIAL SISTEMA CONDOMINIAL Traçado da rede de esgotos CARACTERÍSTICAS T-CNICAS CARACTERÍSTICAS T-CNICAS • Diâmetro da ligação ao ramal condominial: 100 mm, com declividade mínima de 1%; • Diâmetro mínimo do ramal condominial: • Diâmetro mínimo do ramal condominial: 100 mm, com declividade mínima de 0,006 m/m; • Utilização das caixas de inspeção no interior das quadras, com recobrimento mínimo de 0,30 m. COMPARAÇÃO ENTRE O SISTEMA COMPARAÇÃO ENTRE O SISTEMA CONDOMINIAL E O CONVENCIONAL CONDOMINIAL E O CONVENCIONAL • Sistema convencional • Sistema condominial REDES PRESS!RIZADAS REDES PRESS!RIZADAS Parâmetros de projeto para o dimensionamento de redes pressurizadas. Parâmetros do Projeto Faixa de Valores Valor Típico Bomba, kW 0,75 – 1,5 1,12 Pressão na bomba, kN/m² 200 – 275 240 Diâmetro de recalque, mm 25 – 50 30 Diâmetro da tubulação principal, mm 50 – 300 * Fonte: Metcalf & Eddy (1981) REDES A VÁC!O REDES A VÁC!O Parâmetros de projeto para o dimensionamento de redes a vácuo. Parâmetros do Projeto Faixa de Valores Valor Típico Altura do nível de água na válvula de 75 – 1000 750 descarga a vácuo, mm Diâmetro da tubulação a vácuo, mm 75 – 125 100 Vácuo mantido no tanque da elevatória, mm Hg 300 – 500 400 Fonte: Metcalf & Eddy (1981) REDES A VÁC!O REDES A VÁC!O REDES A VÁC!O REDES A VÁC!O ) ) C@MARA DE COLETA C@MARA DE COLETA &'() * &'() + &'() , &'() - DISPOSITIVO GERADOR DE DESCARGA DISPOSITIVO GERADOR DE DESCARGA +DGD, +DGD, Concepção básica do funcionamento de redes coletoras de baixa declividade, com a utilização do DGD. Detalhe de instalação do Dispositivo Gerador de Descarga. (DGD) na cabeceira da rede. DETAL#ES DA INSTALAÇÃO DO DGD DETAL#ES DA INSTALAÇÃO DO DGD Sistema de Esgoto Sanitário Guarujá MAN!TENÇÃO EM REDES COLETORAS DE MAN!TENÇÃO EM REDES COLETORAS DE ESGOTOS ESGOTOS PV de CONCRETO Ligação Domiciliar TIL (PV DE Plástico) TIPOS DE MAN!TENÇÃO TIPOS DE MAN!TENÇÃO • Manutenção Preventiva Serviços para obter melhor desempenho do sistema antecipando-se ao problema. • Manutenção Corretiva Serviços para corrigir problemas de obstruções ou rompimento de ramais e coletores. DESO$STR!ÇÃO DE RAMAL PREDIAL DESO$STR!ÇÃO DE RAMAL PREDIAL Flexi-Cleaner DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Limpeza com Sewer Jet (Hidrojateamento) DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento a vácuo DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento combinado: hidrojateamento e vácuo Definição de interceptor - Norma NBR 12 207/1992 • Canalização que recebe e transporta esgoto •Interceptores • Canalização que recebe e transporta esgoto • Caracterizada pela defasagem das contribuições • Amortecimento das vazões máximas Dimensionamento Hidráulico • Regime de escoamento no interceptor →gradualmente variado • Dimensionamento hidráulico →regime permanente e uniforme • Critérios para auto-limpeza - Vazão inicial: σi ≥ 1,5 Pa (n = 0,013) I min = 0,00035 Q i -0,47 I min = 0,00035 Q i Onde: I min = declividade mínima, m/m Q i = vazão inicial, m 3 /s • Velocidade máxima:5 m/s I máx = 4,65 Q f -⅔ , Q f em I/s • Lâmina máxima: 85% do diâmetro • Estudo do remanso hidráulico Aspecto de um interceptor de esgoto corroído por ácido sulfúrico Diminuição dos coeficientes de pico (K = K 1 xK 2 ) Figura: Coeficiente de pico (K) em função da vazão média por diversos autores. 1-HAZEN & SAWYER - Para São Paulo 2-A.S.C.E -Limite Superior 3-GREELEY & HANSEN - Para São Paulo 4-FLORES - K = (P=Total de Habitantes) 5-D.A.E. São Paulo - K =2,25 (Portaria n°GDG/1/60 6-BABBIT - K = (P=População em milhares) 0,10 p 7 0,20 5 Vazão Média (I/s) 6-BABBIT - K = (P=População em milhares) 7-(A.GUERREE) - K = 1,5 + (Qm=Vazão média, I/s) 8-SURSAN/E.S. - Plano Diretor Rio de Janeiro 9-SABESP/1974 - K = 1,2 + (Qm=Vazão média m/s) 10-SABESP/1986 - K = 1,20 + Para Qm >751 I/s, sendo Qm = Vazão Média Total, incluindo infiltração, I/s (Exceto médias e grandes industrias) 0,20 p VQm 5 , 2 0 , 1 049 , 1 + Qm 5090 0 4485 17 , Qm , Composição de hidrogramas Utilização de modelo matemático Q trecho = (K 1 .K 2 - 1) Q m sen Ø + Q m + Q 1 + K 1 .Q 1 Figura - Hidrograma padrão sonoidal Variação de K2 em função da vazão média da bacia de esgotamento Vazão Média da Bacia (L/s) Coeficiente de Máxima Vazão Horária K2 0 - 100 1,7 101 - 500 1,6 501 – 1.000 1,5 1.001 – 2.000 1,4 1.001 – 2.000 1,4 2.001 – 10.000 1,3 Medições direta Composição de hidrogramas singelos Dimensionamento de um Interceptor de Esgoto Projetar os trechos I-15 e I-16 de um interceptor de esgotos, conforme planta com os seguintes dados: - Cota do fundo do PV a montante do trecho I-15: 595,30 m - Contribuições ao interceptor: Contribui- ções Vazão Média inicial (L/s) Vazão Média final (L/s) Extensão da rede inicial (m) Extensão da rede final (m) I – 14 310 525 56.364 68.182 CT – 1* 75 118 13.636 15.325 CT – 1* 75 118 13.636 15.325 CT – 2* 113 189 20.545 24.545 *CT = Coletor Tronco Para determinar o coeficiente de pico (K = K1 x K2) utilizar a seguinte expressão: - para Q > 751 L/s → K = 1,20 + - para Q ≤ 751 L/s → K = 1,80 - taxa de infiltração: 0,1 L/s x Km - taxa de contribuição pluvial parasitária: 3 L/s x Km 5090 0 4485 17 , Q , − Planta com os dados topográficos para o exercício de dimensionamento do interceptor Solução: a) Trecho I - 15 - Cálculo de vazão inicial A vazão inicial será determinada através da seguinte expressão: Q i = I i Q 1 K K + − Onde: Q i = vazão inicial L/s; K = coeficiente de pico, conforme expressão recomendada; K 1 = coeficiente de máxima vazão diária = 1,20; Q i = contribuição média inicial de esgoto doméstico, L/s; Q i = contribuição média inicial de esgoto doméstico, L/s; I = contribuição de infiltração, L/s; Q i = (310 + 75) = 385 L/s; Q = Q i + I = 385 + 0,0001 x 70.000 = 392 L/s; Como Q ≤ 751 L/s → K = 1,80 A vazão inicial será de: 585L/s 7 385 x 1,20 1,80 i Q = + = - Cálculo da vazão final Sem considerar a contribuição pluvial parasitária Para determinar a vazão final é necessário calcular o coeficiente de pico (K), que é função da vazão média ( Q ). Pela fórmula, na vazão média, deverá ser incluída a vazão de infiltração. deverá ser incluída a vazão de infiltração. Q = ∑ Q f + I = ( 525 + 118 ) + 0,0001 x 83.507 = 651 l/s Como Q ≤ 751 L/s → K = 1,80 A vazão final será de: Q f = 1,80 x 643 + 8 = 1.165 L/s Considerando contribuição pluvial parasitária a contribuição será de: Q f = 3 x 83,51 = 251 L/s Portanto, a vazão final será de: Q f = 1165 + 251 = 1416 L/s Cálculo da declividade mínima I min = 0,00035 Q i -0,47 = 0,00035 (0,585) -0,47 = 0,00045 m/m Como a declividade de 0,00045 m/m é muito pequena, será adotada uma declividade maior, que permitirá o assentamento adequado da tubulação. Portanto, a declividade a ser adotada será de: I = 0,00070 m/m Cálculo do diâmetro Cálculo do diâmetro ∅ 1500 m Cálculo das lâminas e velocidades Para a vazão inicial = Y i /D = 0,40 V i = 0,94 m/s 44,03 0,0007 1.165 I f Q = = tabela 22,11 0,00070 0,585 I f Q = = tabela Para a vazão final Y f /D = 0,58 V f = 1,11 m/s Cálculo de tensão trativa (σ σσ σi) Para Yi/D = 0,40 R Hi = 0,3225 m σ i = γ R Hi I = 1000 x 0,3225 x 0,00070 = 0,226 kgf/m 2 44,03 I f Q = tabela σ i = 2,26 Pa Cálculo da velocidade crítica (Vc) Para Y f /D = 0,58 R Hf = 0,4092 m V c = 6 = 6 = 12,02 m/s Análise do funcionamento da tubulação, considerando a contribuição pluvial parasitária. Será verificado se com a contribuição pluvial o interceptor funciona como conduto livre. Para isso é necessário o cálculo da lâmina. Hf R g 92 0,40 x 9,81 0,00070 1,416 I Q p = = 53,52 Y p /D = 0,65 tabela Trecho I-16 Cálculo da vazão inicial Q i = = (310 + 75 + 113) = 498 L/s I i Q K K 1 + − − i Q = (310 + 75 + 113) = 498 L/s = + I = 498 + 0,0001 x 90.545 = 507 L/s Como ≅ 751 l/s K = 1,80 A vazão inicial será de: Q i = i − Q − i Q − Q l/s 756 9 498 x 1,20 1,80 = + Cálculo da vazão final Sem considerar a contribuição pluvial parasitária = ∑ + I = (525 + 118 + 189) + 0,0001 x 108,052 = 843 L/s Cálculo do coeficiente de pico (K): K = 1,20 + = 1,766 − Q − f Q − Q 4485 , 17 K = 1,20 + = 1,766 A vazão final será de: Q f = 1,766 x 832 + 11 = 1480 L/s Considerando a contribuição pluvial parasitária Q p = 3 x 108,85 = 324 L/s Q f = 1480 + 324 = 1804 L/s 5090 , 0 ) 843 ( 4485 , 17 Cálculo da declividade mínima I min = 0,00035 Q i -0,47 = 0,00035 (0,756) -0,47 = 0,00040 m/m Será adotada uma declividade maior pois a cota do PV de jusante do trecho I-16 é maior. Para se ter um recobrimento adequada da tubulação será adotada a declividade de I = 0,0020 m/m. Cálculo do diâmetro = = 33,09 ∅ 1500 mm Q f 1,480 → tabela = = 33,09 ∅ 1500 mm Cálculo das lâminas e velocidades Para a vazão inicial = = 16,90 Y i /D = 0,33 V i = 1,45 m/s I Q f 0,0020 1,480 → tabela I Q i 0,0020 0,756 → tabela Para a vazão final = 33,09 Y i /D = 0,48 V f = 1,76 m/s Cálculo de tensão trativa (σ σσ σi) Para Y i /D = 0,33 R Hi = 0,2772 m σi = γR Hi I = 1000 x 0,2772 x 0,0020 = 0,554 kgf/m 2 = 5,54 P a I Q f → tabela σi = γR Hi I = 1000 x 0,2772 x 0,0020 = 0,554 kgf/m 2 = 5,54 P a Cálculo da velocidade crítica (V c ) Para Y f /D = 0,48 R Hf = 0,3654 m Vc = 6 = 6 = 11,36 m/s Análise do funcionamento da tubulação considerando a contribuição pluvial parasitária = = Y p /D = 0,55 Hf gR 0,3654 x 9,81 I Q p 0,0020 1,804 → tabela Verificação do Remanso Foi admitido que as junções são feitas em 45°em planta e concordando com os eixos das tubulações. As perdas de carga nas junções foram calculadas pela equação: ∆h = c Sendo V 1 e V 2 as velocidades para as profundidades normais nas seções 1 e 2 da figura abaixo e c = 0,2, o coeficiente de perda de carga. ( ) 2g V - 2g V 2 2 2 1 As linhas d’água são apresentadas nas folhas anexas a seguir, tendo sido calculados a partir da seção conhecida a jusante de cada trecho. Pode-se observar que em nenhuma situação a lâmina d’água supera 85% do diâmetro da tubulação em cada trecho. Portanto, o projeto é adequado. SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS INTRODUÇÃO Alternativas para transposição do obstáculo: • por gravidade, aprofundando a tubulação • por recalque, através de elevatória • por gravidade, travessia aérea (depende do caso) • por sifão invertido • Escoamento em conduto forçado, por gravidade • Cálculo da perda de carga distribuída • Fórmula Universal: K = 2mm • Fórmula de Hazen-Williams: C = 100 HIDRÁULICA DO SIFÃO INVERTIDO HIDRÁULICA DO SIFÃO INVERTIDO • Fórmula de Manning: n = 0,015 • Cálculo da perda de carga localizada SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS LIMPEZA LIMPEZA -- BUCKET MACHINES BUCKET MACHINES PERDA DE CARGA PERDA DE CARGA • Velocidade • Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez por dia • Velocidade mínima: PARÂMETROS PARA DIMENSIONAMENTO PARÂMETROS PARA DIMENSIONAMENTO V > 0,6 m/s, para vazão média V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia qualquer • Velocidade máxima: 3,0 a 4,0 m/s • Diâmetro mínimo: Ø 150 mm • Número de tubulações • Mínimo = 2 • Grandes variações de vazões > 2 PERFIL DO SIFÃO PERFIL DO SIFÃO CÂMARA DE MONTANTE CÂMARA DE MONTANTE -- CONTROLE DE VAZÃO CONTROLE DE VAZÃO POR STOP POR STOP--LOG LOG CÂMARA DE MONTANTE CÂMARA DE MONTANTE -- CONTROLE DE VAZÃO CONTROLE DE VAZÃO POR VERTEDOR LATERAL POR VERTEDOR LATERAL DETALHES DA CÂMARA DE MONTANTE DETALHES DA CÂMARA DE MONTANTE DETALHES DA CÂMARA DE JUSANTE DETALHES DA CÂMARA DE JUSANTE -- CONTROLE CONTROLE POR STOP POR STOP--LOG LOG VENTILAÇÃO DO SIFÃO INVERTIDO VENTILAÇÃO DO SIFÃO INVERTIDO Ventilação na câmara de montante Ventilação por tubulação interligando câmara de montante e jusante Diâmetro da tubulação de ventilação: SI 2 1 vent. SI 10 1 φ φ φ ≤ ≤ SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS MATERIAIS • Ferro fundido dúctil • Concreto armado • Aço • Plástico PROJETO DE UM SIFÃO INVERTIDO PROJETO DE UM SIFÃO INVERTIDO Elaborar o projeto de um sifão invertido com os seguintes dados: • Vazões de projeto As vazões afluentes ao sifão ao longo dos anos, será de acordo com os valores mostrados na figura 5. Figura 5 - Vazões afluentes ao sifão ao longo dos anos Pela figura, têm-se as vazões para cada etapa do projeto, as quais são mostradas na tabela 1. Tabela 1 - Vazões afluentes em função das etapas de implantação do sifão SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS VAZÕES (l/s) ETAPAS MÉDIA MÁXIMA HORÁRIA * DIA QUALQUER MÁXIMA Imediata (Implantação) 80 111 130 Primeira Etapa 200 283 336 ** Vazão máxima horária dia qualquer - utilizada para verificação da auto - limpeza • Comprimento do sifão: 40 m • Características do coletor que aflui ao sifão: - diâmetro: 800 mm - declividade: 0,0036 m/m - cota da soleira do coletor afluente: 384,00 m Primeira Etapa (após 10 anos) 200 283 336 Segunda Etapa (após 20 anos) 328 446 534 Solução: 1. Cálculo das tubulações do sifão invertido Admitindo-se que o sifão invertido será constituído de 3 tubulações (1, 2 e 3), de modo que a tubulação 1 atenderá a etapa imediata, a tubulação 2 mais a tubulação 1 atenderão a primeira etapa e a tubulação 3 e as demais atenderão a segunda etapa, a seguir serão determinados seus diâmetros, considerando- se para a vazão média velocidade superior a 0,6 m/s (para a vazão máxima SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS se para a vazão média velocidade superior a 0,6 m/s (para a vazão máxima horária de um dia qualquer, velocidade igual ou superior a 0,9 m/s). - Determinação do diâmetro da tubulação 1 para atender o início de operação do sifão. Para a vazão média de 80 l/s. 2 133 , 0 60 , 0 080 , 0 1 1 m V Q S = = = Adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, resulta em D 1 = 400mm. Alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer, de 111 l/s SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS - Determinação do diâmetro da tubulação 2 para atender a primeira etapa, em m 0,412 0,133 x 4 1 s 4 1 D = = = π π mm 400 1 D em resulta também que 2 m 0,123 0,90 0,111 1 S = = = - Determinação do diâmetro da tubulação 2 para atender a primeira etapa, em primeira aproximação. Para Q med = 200 l/s Q 2 = 200 - 80 = 120 l/s 2 m 0,200 0,60 0,120 V 2 Q 2 S = = = m ,505 0 0,0200 x 4 2 4S 2 D = = = π π SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, resulta em D 2 = 500 mm. Alternativamente, para a vazão máxima horária de um dia qualquer, de 283 l/s. Q 2 = 283 - 111 = 172 l/s 2 m 0,191 0,9 0,172 2 S = = , que também resulta em D 2 = 500 mm - Determinação do diâmetro da tubulação 3 para atender a segunda etapa, em primeira aproximação. primeira aproximação. Para Q med = 328 l/s Q 3 = 328 - 200 = 128 l/s 2 m 0,213 0,60 0,128 V 3 Q 3 S = = = π π 0,213 x 4 4S 3 3 D = = SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, resulta em D 3 = 500 mm. Alternativamente, para a vazão máxima horária de um dia qualquer, de 446 l/s. Q 3 = 446 - 283 = 163 l/s mm 500 D em resulta também que , m ,181 0 90 , 0 0,163 S 3 2 3 = = = 2. Cálculo da curva característica e a forma de se operar o sifão. Para determinar a curva característica do sifão são calculadas as perdas de carga, Para determinar a curva característica do sifão são calculadas as perdas de carga, que se compõem de perdas de carga localizada e perdas de carga distribuída. - Perda de carga localizada Tabela 2 - Coeficiente de perda de carga localizada, em função das peças do sifão Peça ks entrada 0,50 2 curvas 45 o 0,40 saída 1,00 ∑ =1,90 ks SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS A perda de carga localizada será calculada através da seguinte expressão: g V 2 90 , 1 H 2 L = ∆ As tubulações do sifão serão de ferro fundido dúctil classe k-7. As perdas de carga serão calculadas pela fórmula Universal, com coeficiente de rugosidade uniforme equivalente (K) igual a 2,0 mm. Considerando que o comprimento do sifão é de 40 metros, as perdas de carga totais serão determinadas através das tabelas 3 e 4. através das tabelas 3 e 4. Tabela 3 - Perda de carga total, em função da vazão para o sifão com tubulação de 400 mm. Perdas de carga (m) Vazão (l/s) Velocidade (m/s) Localizada Distribuída Total 30 0,24 0,01 0,01 0,02 60 0,48 0,02 0,04 0,06 90 0,71 0,05 0,08 0,13 120 0,95 0,09 0,14 0,23 150 1,19 0,14 0,22 0,36 180 1,43 0,20 0,32 0,52 210 1,67 0,27 0,44 0,71 SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Tabela 4 - Perda de carga total, em função da vazão para o sifão com tubulação de 500 mm Perdas de carga (m) Vazão (l/s) Velocidade (m/s) Localizada Distribuída Total 30 0,15 0,01 0,01 0,02 60 0,31 0,01 0,01 0,02 90 0,46 0,02 0,03 0,05 120 0,61 0,04 0,05 0,09 150 0,76 0,06 0,07 0,13 180 0,92 0,08 0,10 0,18 210 1,07 0,10 0,14 0,24 240 1,22 0,14 0,18 0,32 Na figura 6 foram traçadas as curvas características do sifão, determinando-se a curvas de perda de carga para as tubulações de 400 mm e de 500 mm, e suas respectivas velocidades. O traçado da curva de perda de carga para as associação das tubulações, foi feito graficamente, considerando-se para uma determinada perda de carga a soma de vazões de cada tubulação. Pela distribuição das vazões ao longo do período de projeto e considerando-se as velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se admitir uma perda de carga máxima de 0,35 metro. 240 1,22 0,14 0,18 0,32 270 1,37 0,18 0,22 0,40 300 1,52 0,22 0,27 0,49 330 1,68 0,27 0,33 0,60 SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Legenda: H - Perda de Carga, m V - Velocidade, m/s (1) Tubulação de Ø 400 mm (2) Tubulação de Ø 500 mm (3) Tubulação de Ø 500 mm A forma de operar o sifão, de modo a manter velocidades adequadas, é apresentada na figura 6 e na tabela 5. Figura 6 - Curva característica do sifão invertido e suas condições de operação SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Tabela 5 - Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações do sifão, em função do intervalo das vazões. Intervalo de vazões (l/s) Tubulação em operação Variação de velocidades (m/s) Variação das perdas de carga (m) 80 – 150 (1) 0,64 – 1,19 0,10 – 0,35 150 – 250 (2) ou (3) 0,76 – 1,27 0,13 – 0,35 0,74 – 1,19 no tubo 1 250 – 400 (1)+(2) ou (1)+(3) 0,74 – 1,19 no tubo 1 0,80 – 1,27 no tubo 2 ou 3 0,14 – 0,35 400 – 500 (2)+(3) 1,02 – 1,27 0,23 – 0,35 500 - 650 (1)+(2)+(3) 0,90 – 1,19 no tubo 1 0,99 – 1,27 nos tubos 2 e 3 0,21 – 0,35 Pelo que se observa na tabela 5, a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 l/s, no início da operação a velocidade será de 0,88 m/s. Pelo exposto no item 3, para essa velocidade pode-se admitir que haverá auto-limpeza nas tubulações do sifão. Considerando a forma de operar o sifão e as vazões afluentes, pode-se prever, conforme apresentado na figura 7, o período de operação das diversas tubulações do sifão. (tabela 6). SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Figura 7 - Determinação do período de operação do sifão em função da vazão SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Tabela 6 - Período de operação das tubulações do sifão. Tubulação do Sifão Período de operação (anos) (1) 0 – 1 (2) ou (3) 1 – 5 (1) + (2) ou (1) + (3) 5 – 13 (2) + (3) 13 – 18 (1) + (2) + (3) 18 - 25 (1) + (2) + (3) 18 - 25 3. Níveis de água nas câmaras do sifão - Câmara de montante Para a determinação dos níveis de água nas câmaras do sifão, foram consideradas as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (DH=0,35 m), conforme se observa na figura 6. Na tabela 7, estão determinadas as cotas dos níveis de água na câmara de montante para essas vazões. SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Tabela 7 - Níveis de água na câmara de montante Q (L/s) Y/D (m) Cota do NA na câmara de montante (m) 150 0,30 384,24 250 0,39 384,31 400 0,50 384,40 500 0,57 384,46 650 0,69 384,55 Na figura 8 são apresentados os detalhes da câmara de montante e o nível de água máximo. Figura 8 - Detalhes da câmara de montante SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS - Câmara de jusante O nível de água na saída do sifão é resultante do nível de água de montante, menos a perda de carga. Considerando as vazões transportadas pelo sifão que ocasionam as perdas de carga máxima, tem-se os níveis de água na câmara de jusante, conforme apresentado na tabela 8. Tabela 8 - Níveis de água na câmara de jusante Q (L/s) Cota do NA na câmara de montante (m) Perda de carga (m) Cota do NA na câmara de jusante (m) 150 384,24 0,35 383,89 150 384,24 0,35 383,89 250 384,31 0,35 383,96 400 384,40 0,35 384,05 500 384,46 0,35 384,11 650 384,55 0,35 384,20 A cota do fundo da câmara de jusante será definida de modo a não afogar o coletor efluente do sifão. Como o diâmetro e a declividade do coletor efluente serão iguais aos do coletor afluente à câmara de montante, as alturas de lâminas de água serão iguais. Assim, a cota do fundo da câmara de jusante deverá ser: cota de fundo = 384,00 _ 0,35 = 383,65m. SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Na figura 9 são apresentados os detalhes da câmara de jusante, inclusive o nível máximo de água. Figura 9 - Detalhes da câmara de jusante 4. Ventilação do sifão 4. Ventilação do sifão Será projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante, pois está se admitindo que os gases expulsos não afetarão as condições ambientais do local. Seu diâmetro será equivalente a um décimo das tubulações do sifão. 2 2 2 1 m 0,126 4 ) 0,40 ( 4 D S mm 400 1 = π = π = → φ 2 2 2 2 m 0,393 4 ) 0,50 ( 2 4 D 2 S mm 500 2 = ⋅ π ⋅ = π = → φ A área equivalente das tubulações do sifão será de 0, 519 m 2 . Portanto a área da tubulação de ventilação do sifão será de 0,0519 m 2 e seu diâmetro será de 250 mm. SIFÕES INVERTIDOS SIFÕES INVERTIDOS Na figura 10 é apresentado um esquema da solução final do exercício. Figura 10 - Projeto do Sifão Invertido MUIT B!I"AD# B!I"AD#
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