REDE COLETORA DE ESGOTO Prof Dr. Rodrigo Moruzzi
Fonte: Prof. Dr. Milton Tomoyuki Tsutiya Escola Politécnica da USP SABESP
SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO
Partes constituintes
• Rede Coletora • Interceptor • Estação Elevatória • Sifão Invertido • Estação de Tratamento • Lançamento Submarino
SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO
Indicadores de custo Tratamento 15%
Coletor-Tronco, Interceptor Interceptor e Emissário 10%
Estação Eleva ev at r ia 1%
Rede e Ligação igação 74%
SISTEMA DE ESGOTO
• Sistema Unitário s ema epara or arc a
• Sistema Separador Absoluto
VARIAÇÃO TÍPICA DE VAZÃO, EM PERÍODO SECO E MIDO, EM !M SISTEMA !NITÁRIO Período com chuva
Vazão total (águas pluviais + esgoto)
o ã z a V
Pico de vazão
Vazão de esgoto em período seco
Infiltração 0
1
2
3 Tempo (dia)
4
5
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 $RASIL % E!ROPA 130 Legenda
120
90
Inglaterra Alemanha França Brasil Brasil
80
Brasil
110 100 ) h / m ( a v u h c a d e d a d i s n e t n I
- Londres - Berlim - Paris - São Paulo - Rio de Janeiro - Belo Horizonte
70 60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
70
Duração da chuva (min)
80
90
100
110
VAZ&ES MÁ%IMAS A'L!ENTES (S ETES EM PAÍSES E!ROPE!S País Bélgica Dinamarca França
Vazões máximas 2-5 x QMPS 8-10 x QMPS 4-6 QMPS
Grécia Irlanda Itália Portugal Espanha Espanha Inglaterra
3-6 x QMPS 6 x QMPS 3-5 x QMPS 6 x QMPS 3-5 x QMPS 6 x QMPS
Países da Europa: 2 a 10 vezes a vazão de período seco
CONTRI$!IÇÃO DE ÁG!AS PL!VIAIS E DE ESGOTO NA $ACIA DE PIN#EIROS ) RMSP
CONTRI$!IÇ&ES DE ÁG!AS PL!VIAIS EM SISTEMAS DE ESGOTO Autor
Greeley & Hansen Des, Sursan SANESP Alonso et al Pauli Mello
Local
São Paulo
Rio de Janeiro São Paulo RMSP São Paulo Santo André
AMPI Tatuí Tsutiya e Bueno Fca
Ano
1952
1959 1973 1990 1998 2002 1992 2003
ABNT Brasil 1992 *nd = não disponível. *QMSP = Vazão Máxima de Período Seco.
Dados originais
32% sobre QMSP
6,0 l/s.km 4,0 l/s.km 1,57 a 12,01 l/s.km 242% sobre QMSP 100 a 283% sobre QMSP 31% sobre QMSP 26,76% sobre QMSP 6,0 l/s.km
Taxa de contribuição de águas pluviais (l/s.km) 0,15 , 6,0 4,0 1,57 – 12,01 3,90 nd 0,27 2,13 – 2,2 6,0
REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM 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 SISTEMA DE ESGOTO Equações gerais • Equação de energia V12 V22 Z1 + Y1 + = Z 2 + Y2 + +h 2g 2g f
onde: Z = carga geométrica, m =
p γ γ
=
V2 = carga cinética, m 2g
hf = perda de carga, m •
Equação da continuidade Q=V1 A1 = V2 A2 = VA = constante onde: Q = vazão, m3 /s V = velocidade média na seção, m/s A = área da seção de escoamento, m2
,
#IDRÁ!LICA DOS COLETORES DE ESGOTO Equações gerais para condutos livres • Equação de Chézy (1775) V = C RHI
onde: V = velocidade média do escoamento, m/s RH = raio hidráulico, m I = declividade da linha de energia, m/m C = coeficiente de Chézy
• E ua ão de Mannin 1890 RH1/ 6 C= onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning n • Fórmula Universal (1850) L V2 hf = f . D 2g
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
C!STO DE IMPLANTAÇÃO DAS REDES COLETORAS DE ESGOTO Implantação da Obra (3,8 %) Valas Custo Total
(61,2 %)
(100%) Assentamento de tubulações (25,1 %) Serviços Complementares (9,9 %)
Canteiro e locação Tapumes e sinalização Passadiços
0,6 % 2,1 % 1,1 %
Levantamento de pavimento Escavação Escoramento Reaterro
1,3 % 10,6 % 38,8 % ,
Transporte Assentamento Poços de visita Ligações prediais Cadastro
0,4 % 4,1 % 15,5 % 4,6 % 0,5 %
Lastros e bases adicionais Reposição do pavimento Recomposição de G.A.P.
0,7 % 9,2 % 0,1 %
REDES COLETORAS *RGÃOS ACESS*RIOS
•
Poço de Visita (PV)
Início dos coletores
Mudanças de direção
TL
u anças e ec v a e
Mudanças de material
Degraus
Reunião de coletores
Tubo de queda
TIL
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 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
Fck > 20 MPa
NOTAS 1) Executar chaminé somente quando H for maior que 2,50 m 2) Medidas em metros
T!$O DE INSPEÇÃO E LIMPEZA +TIL
TERMINAL DE LIMPEZA ) +TL
CAI%A DE PASSAGEM +CP
Ø (mm)
A (m)
B (m)
C (m)
D (m)
150
0,45
0,23
0,53
0,18
200
0,60
0,30
0,60
0,24
250
0,75
0,38
0,68
0,30
300
0,90
0,45
0,75
0,36
SISTEMA DE ESGOTO ) //0 PLÁSTICO
TIL RADIAL
LIGAÇÃO DOMICILIAR
CONCEPÇÃO DO TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO Rede do tipo perpendicular
REDE DO TIPO LE1!E
REDE DO TIPO RADIAL O! DISTRITAL
A IN'L!2NCIA DOS *RGÃOS ACESS*RIOS DA REDE NO SE! TRAÇADO
Orientação do fluxo dos esgotos nos órgãos acessórios
Traçado de rede conforme orientação do fluxo
LOCALIZAÇÃO DA T!$!LAÇÃO NA VIA P$LICA
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 • 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 Utilizada quando não ocorrer nenhum dos casos citados anteriormente. 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 TRAÇADO DA REDE DE ESGOTO
• Profundidades máximas e mínimas • Interferências • Aproveitamento de canalizações existentes
• Planos diretores de urbanização
PRO'!NDIDADES DOS COLETORES Máximas
•
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
Mínimas
• Proteção da tubulação • Permite a ligação predial Norma
Leito → 0,90 m Passeio → 0,65 m
ESGOTO SANITÁRIO
• Esgoto doméstico • sgoto n ustr a • Água de infiltração
VAZ&ES
• Esgoto doméstico A contribuição do esgoto doméstico depende dos seguintes fatores: • População → estudo de crescimento popu ac ona • 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
• Método dos componentes • •
demográficos Métodos matemáticos Método de extrapolação gráfica
ESTUDO DA POPULAÇÃO
M34odo5 67r7 o 854udo d89ogr:fi;o
• Método dos componentes demográficos • • Método de extrapolação gráfica
ESTUDO DA POPULAÇÃO
• Método dos componentes demográficos
P = P0 + (N – M) + (I – E) onde: P = população na data t P0 = população na data inicial t0 N = nascimentos (no período t – t0) 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
• Aplicação de método dos componentes
demográficos para RMSP
-
Tendências demográficas globais Tendências da mortalidade Tendência da fecundidade Tendência migratória e população recenseada da RMSP
ESTUDO DA POPULAÇÃO
• Métodos matemáticos
-
Método aritmético Método geométrico Método da curva logística
ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método aritmético
Integrando entre os limites definidos, tem-se:
P2 − P1 = ka ( t 2 − t1 ) ka =
P2 − P1 2
−
1
E o resultado geral do método aritmético:
P = P2 + ka ( t − t 2 ) onde t representa o ano da projeção.
ESTUDO DA POPULAÇÃO –– Método geométrico
log P = log P2 + k g ( t − t 2 ) t − t2
P2 t2 − t1 P = P2 P1 Método geométrico utilizando o logaritmo neperiano: kg ( t − t2 )
P = P2 e kg =
lnP2 − lnP1 t 2 − t1
ESTUDO DA POPULAÇÃO – Método da curva logística População de saturação
o ç a l u p o P
T=
a K
K 2
Ano
ESTUDO DA POPULAÇÃO – Método da curva logística
Equação da curva logística: P=
=
k 1+ ea−bT
2P PP − P
P +P
P0P2 − (P1 )2
b=−
a=
2
1 0,4343d 1
0,4343
log
log
P0 (K − P1 ) P1 (K − P0 )
K − P0 P0
ESTUDO DA POPULAÇÃO - Método da etra!ola"#o gr$%ica B, C, D e E representam curvas de crescimento das comunidade maiores com características semelhantes a A E População projetada da comunidade A
C o ç a l u p o P
D
População em referência Comunidade em estudo A
Ano
Método
Descrição
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. Projeção Crescimento populacional função geométrica da população existente a cada instante. Utilizado para estimativas de menor prazo. O ajuste da curva pode ser também feito por análise da regressão. Regressão Ajuste da progressão multiplicati populacional por regressão linear va (transformação logarítmica da equação) ou regressão não linear. , decrescente que a cidade cresce, a taxa de crescimento torna-se menor. A de crescimento população tende assintoticamente a um valor de saturação. Os parâmetros podem ser também estimados por regressão não linear. Crescimen- O crescimento populacional to logístico 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: P0
Forma da curva
Taxa de crescimento
Projeção aritmética
dP dt
dP dt
= Ka
Fórmula da projeção
= K g .P
Pt = P0 .e
Kg =
K g .(t − t 0 )
(t − t 0 )
Pt = P0 + r.(t − t 0 )s
= Kd .(Ps − P)
t2 − t0
i=e
−1
. 0 . 1. 2 − 1 . 0 + 2 P0 .P2 − P12
Pt = P0 + (Ps - P0 ) . - K d .(t - t 0 )
Kg
r, s - análise da regressão ou transformação logarítmica
Ps = . [1 - e
lnP2 − lnP0
ou
ou
-
dt
P − P0 Ka = 2 t2 − t0
Pt = P0 + K a .(t − t 0 )
Pt = P0 .(1 + i)
dP
Coeficientes (se não for efetuada análise da regressão)
]
Kd =
− ln[(Ps − P2 )/(Ps − P0 )] t2 − t 0
dP dt
= K l .P.
(Ps − P) P
Pt =
Ps K l .(t − t 0 )
Ps =
2.P0 .P1 .P2 − P12 .(P0 + P P0 .P2 − P12
1 + c.e
c = (Ps − P0 )/P0
Kl =
1
P .(P - P ) .ln[ 0 s 1 ] t 2 - t1 P1.(Ps - P0 )
ESTUDO DA POPULAÇÃO
População flutuante Municípios da Baixada Santista:
• Domicílios permanentes: 3 habitantes/domicílio • Domicílios de uso ocasional: 6,5 Municípios do Litoral Norte:
• Domicílios permanentes: 4 habitantes/domicílio • Domicílios de uso ocasional: 7 habitantes/domicílio
ESTUDO DA POPULAÇÃO
Distribuição demográfica Densidades demográficas e extensões médias de arruamentos por hectare estimados para a Região Metropolitana de São Paulo. Densidade demográfica de saturação (hab/ha)
Extensão média de arruamentos/ha (m)
100
150
120
180
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
Características urbanas dos bairros Bairros residenciais de luxo com lote padrão de 800 m² Bairros residenciais médios com lote padrão de 450 m² Bairros residenciais populares com lote padrão de 250 m²
Bairros comerciais da zona central com
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 ) a i d . b a h / l ( o m u Consumo s n médio o C
J
F
Consumo máximo
Variação do consumo do ano
Qmáx K1= Qméd
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
Meses do ano
Vazão máxima ) s / l ( o ã z a V
0
Vazão média
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 Horas do dia
Variação do consumo diária Qmáx K2= Qméd
Coeficientes da variação de vazão de esgoto
ÁG!A DE IN'ILTRAÇÃO A infiltração na rede depende das condições locais, tais como: • NA do lençol freático
• • 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 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 , 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 Q = Qd + Qinf + Qc
Qd = vazão doméstica, L/s Qinf = vazão de infiltração, L/s Qc = vazão concentrada ou singular, L/s
C!RVAS DE VARIACÃO #ORÁRIA DE VAZÃO DE ESGOTOS
a) Cardoso
b) Tatuí
c) Região Metropolitana de São Paulo
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 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
Métodos para cálculo das vazões:
•
Quando não existirem medições de vazão utilizáveis
• •
Quando existirem hidrogramas utilizáveis no projeto Cálculo de vazão pelo processo das áreas edificadas
1!ANDO NÃO E%ISTIREM MEDIÇ&ES DE VAZÃO !TILIZÁVEIS NO PRO"ETO • Para o início do plano : Q = K Q + I + Σ Q • Para o final do plano : Q = K K Q + I + Σ Q i
f
2
1
i
2
i
f
ci
f
(Não inclui K1)
cf
Onde: Qi , Qf = Vazão máxima inicial e final, L/s K1 = Coeficiente de máxima vazão diária K2 = Coeficiente de máxima vazão horária I i , If = Contribuição de infiltração inicial e final, L/s Qci , Qcf = Contribuição singular inicial e final, L/s Qi =
Contribuição média inicial de esgotos domésticos, L/s Qi =
CPiqi 86.400
ou Qi =
Caidigi 86.400
Contribuição média final de esgotos domésticos, L/s Cafdfqf Qf = CPfqf ou Qf = 86.400 86.400
PRO"ETO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO
Dimensionamento Hidráulico:
• • • • • •
Vazão mínima: 1,5 L/s Diâmetro mínimo: 150 mm Declividade mínima: Imím = 0,0055 Qi-0,47 Velocidade máxima: 5 m/s → Imáx = 4,65 Qf-0,67 Lâmina d´água máxima: 75% do diâmetro Controle de remanso
REGIME #IDRÁ!LICO DE ESCOAMENTO EM 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 A tensão trativa é definida como uma tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto líquido escoado. F = γ A L T = F sen α T = γ A L sen α τ= τ=
T PL
γALsen α PL
= γRH sen α
σ = γ RH I
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, 104 N/m3 para o esgoto; RH = raio hidráulico, m; I = declividade da tubulação, m/m.
DETERMINAÇÃO DA E1!AÇÃO DA DECLIVIDADE MÍNIMA Equações utilizadas : • Tensão trativa: σ = γ γ RHI
• •
Chézy:
Q = CA RHI Manning: C = 1 R1/H 6 n
Ajuste para σ = 1Pa e n = 0,013, para diâmetros variando de 100 mm a 400 mm e Y/D ≤ 0,75
0,1
) 0,01 m / ( e d a d i v i l c e D 0,001
-0,47
I = 0,0055Q
0,0001 1
10
Vazão (l/s)
100
DETERMINAÇÃO DAS E1!AÇ&ES I EM '!NÇÃO DE 1 PARA σ < P7 E PARA DIVERSOS COE'ICIENTES DE MANNING
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: Vc = 6 (g RH) 1/2 onde g = aceleração da gravidade O Fenômeno
• Estudos realizados por VOLKART (Alemanha) 1980 Início do escoamento aerado Adimensional: Número de BOUSSINESQ B =
V g RH
• Mistura água-ar inicia quando B = 6,0 portanto: B
= 6,0 =
Vc gRH
→ Vc = 6,0
gR H
MECANISMOS DE ENTRADA DE AR
Formação de uma bolha de ar pela queda de uma gota d’água
Seção longitudinal de uma tubulação com grande declividade
SEÇÃO TRANSVERSAL DE !M COND!TO COM MIST!RA ÁG!A) ÁG!A) AR AR
CAPACIDADE DE TRANSPORTE DA T!$!LAÇÃO EM '!NÇÃO DA DECLIVIDADE PARA O ESCOAMENTO AERADO E NÃO AERADO
ESCOAMENTO EM T!$!LAÇ&ES COM GRANDE DECLIVIDADE
MATERIAIS PARA AS REDES DE ESGOTO Fatores que influem na escolha:
• resistência a cargas externas • resistência à abrasão e ao ata ue uímico • facilidade de transporte • disponibilidade de diâmetros necessários • custo do material • custo de transporte • custo de assentamento
MATERIAIS !TILIZADOS PARA AS REDES DE ESGOTO
• Tubo cerâmico • Tubo de concreto • Tubo de plástico u o e 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!$!LAÇ&ES Valores do coeficiente n de Manning
Valores de K da Fórmula Universal
DIMENSIONAMENTO DE !MA REDE COLETORA
• • • • • • • • • • •
Traçado dos coletores Distância entre singularidades Numeração dos trechos Cálculo da taxa de contribuição linear Cálculo das vazões no trecho do coletor Profundidade mínima dos coletores Diâmetro mínimo Vazão mínima de dimensionamento Determinação do diâmetro e declividade do trecho Verificação da lâmina, tensão trativa e velocidade crítica Preenchimento da planilha de cálculo
TA$ELAS PARA O DIMENSIONAMENTO DAS T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO
• Dimensionamento e verificação
das tubula ões de es oto • Determinação do raio hidráulico em função de Y/D
DIMENSIONAMENTO E VERI'ICAÇÃO DAS T!$!LAÇ&ES DE ESGOTO
DETERMINAÇÃO DO RAIO #IDRÁ!LICO EM '!NÇÃO DE =>D
RUA 20
5 1
PRO"ETO #IDRÁ!LICO SANITÁRIO
A U R
RUA 22 7 1 A U R
9 A U R
RUA 24
3 1 A U R
RUA 26
Q p 2 RUA 28
5 U R
RUA 30
Qp1
7
1 1
R
A U R
A U
RUA 32
R U A 1 9 LEGENDA
DETERMINAÇÃO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA CÁLC!LO DAS REDES COLETORAS
• Rede simples • • Rede simples e dupla
CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!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 KQ Txi = 2 d.i + Tinf Li • Taxa de contribuição linear para o final do plano KK Q Txf = 1 2 d.f + Tinf Lf onde: Li, Lf = comprimento da rede de esgotos inicial e final, m ou km Tinf = taxa de contribuição de infiltração, L/s.m ou L/s.km Taxa por unidade de área (L/s ha) • Taxa de contribuição inicial KQ Tai = 2 d.i + Tinf .a ai • Taxa de contribuição final KK Q Taf = 1 2 d.f + Tinf .a af onde: ai, af = área abrangida pelo projeto, ha Tinf.a = taxa de contribuição de infiltração por unidade de área, L/s.ha
CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES D!PLA
•
Taxa de contribuição linear para o início do plano Txdi (L/s.m ou L/s.km) KQ Txdi = 2 d.i + Tinf Ldi
•
Taxa de contribuição linear para o final do plano Txdf (L/s.m ou L/s.km) Txdf
=
K2 Qd.f Ldf
+ Tinf
onde: Ldi, Ldf = comprimento da rede dupla inicial ou final, m ou km
CÁLC!LO DAS TA%AS DE CONTRI$!IÇÃO PARA REDES SIMPLES E D!PLA
•
Cálculo do comprimento virtual da rede para a área de ocupação homogênea L vi,f
= L si,f +
Ldi,f 2
onde: Lvi, f = comprimento virtual da rede inicial ou final, m ou km Lsi, f = comprimento da rede simples inicial ou final, m ou km Ldi, f = comprimento da rede dupla inicial ou final, m ou km
•
Taxa de contribuição linear para rede simples – Início do plano - Txis (L/s.m ou L/s.km) Txis
=
K2 Q d.i + Tinf L vi
– Final do plano - Txdf (L/s.m ou L/s.km) Txfs
•
=
K1K2 Qd.f L vf
+ Tinf
Taxa de contribuição linear para rede dupla – Início do plano - Txid (L/s.m ou L/s.km) Txid
=
K2 Qd.i + Tinf 2Lvi
– Final do plano - Txfd (L/s.m ou L/s.km) Txfd
=
K1K2 Qd.f 2L vf
+ Tinf
LIGAÇ&ES PREDIAIS Sistema ortogonal - ligação simples
LIGAÇ&ES DE ESGOTOS 1!ANTO A POSIÇÃO DA REDE COLETORA •
Ligação no passeio adjacente
•
Ligação no eixo
•
Ligação no terço adjacente
SISTEMA RADIAL ? ? LIGAÇ&ES MLTIPLAS
LIGAÇ&ES PREDIAIS !TILIZADOS NA $AI%ADA SANTISTA
DIMENSIONAMENTO DA LIGAÇÃO PREDIAL
Declividades mínimas • diâmetro de 100 mm (DN 100): 2% ou 0,020 m/m • diâmetro de 150 mm (DN 150): 0,7% ou 0,007 m/m : , u , Diâmetro mínimo • ∅ 100 mm (DN 100)
Vazões em função do diâmetro e da declividade
Diâmetro do ramal predial em função do número de unidades habitacionais
DETERMINAÇÃO DA PRO'!NDIDADE MÍNIMA DO COLETOR P$LICO PARA ATENDER ( LIGAÇÃO PREDIAL
Unidades Hunter de contribuição dos aparelhos sanitários
Dimensionamento do ramal predial
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 hc = 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
POSIÇ&ES PARA LOCAÇÃO DOS COLETORES
Largura de faixa de servidão para implantação de coletores
PRO'!NDIDADE MÍNIMAS DAS REDES
SISTEMAS ALTERNATIVOS PARA COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO
• Sistema condominial de esgoto • Dispositivo gerador de descarga
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 Traçado da rede de esgotos
CARACTERÍSTICAS T-CNICAS
• Diâmetro da ligação ao ramal
condominial: 100 mm, com declividade mínima de 1%; : 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 CONDOMINIAL E O CONVENCIONAL
•
Sistema convencional
•
Sistema condominial
REDES PRESS!RIZADAS
Parâmetros de projeto para o dimensionamento de redes pressurizadas. Parâmetros do Projeto
Faixa de Valores
Valor Típico
Bomba, kW Pressão na bomba, kN/m² Diâmetro de recalque, mm Diâmetro da tubulação principal, mm
0,75 – 1,5 200 – 275 25 – 50 50 – 300
1,12 240 30 *
Fonte: Metcalf & Eddy (1981)
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 descarga a vácuo, mm Diâmetro da tubulação a vácuo, mm Vácuo mantido no tanque da elevatória, mm Hg
75 – 1000
750
75 – 125 300 – 500
100 400
Fonte: Metcalf & Eddy (1981)
REDES A VÁC!O
REDES A VÁC!O ) C@MARA DE COLETA
&'() *
&'() +
&'() ,
&'()
DISPOSITIVO GERADOR DE DESCARGA +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 Sistema de Esgoto Sanitário Guarujá
MAN!TENÇÃO EM REDES COLETORAS DE ESGOTOS PV de CONCRETO
TIL (PV DE Plástico)
Ligação Domiciliar
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$STR!ÇÃO DE RAMAL PREDIAL Flexi-Cleaner
DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Limpeza com Sewer Jet (Hidrojateamento)
DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento a vácuo
DESO$STR!ÇÃO DE REDE COLETORA Equipamento combinado: hidrojateamento e vácuo
• Interceptores Definiçã Definiçãoo de intercep interceptor tor - Norma Norma NBR 12 207/199 207/19922
• Caracte Caracteriz rizada ada pela pela defasag defasagem em das contrib contribuiç uições ões • Amor Amortec tecim imen ento to das das vazõ vazões es máxi máxima mass
Dimensionamento Hidráulico • Regime Regime de escoa escoamen mento to no interc intercepto eptorr → gradualmente variado • Dimens Dimensiona ionamen mento to hidráu hidráulic licoo → regime permanente e uniforme • Critéri Critérios os para para auto-li auto-limpe mpeza za - Vazão azão inici inicial al:: σi ≥ 1,5 Pa (n = 0,013) I = 0 00035 -0,47 Onde: Imin = declividade mínima, m/m Qi = vazão inicial, m3 /s • Velocid elocidade ade máxim máxima:5 a:5 m/s m/s Imáx = 4,65 Qf-⅔ , Qf em I/s • Lâmina Lâmina máxi máxima: ma: 85% 85% do diâm diâmetro etro • Estudo Estudo do do reman remanso so hidrá hidráuli ulico co
Aspecto de um interceptor de esgoto corroído por ácido sulfúrico
Diminuição dos coeficientes de pico (K = K1xK2) 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
7 0,10
(P=Total de Habitantes)
5-D.A.E. São Paulo - K =2,25 (Portaria n°GDG/1/60 -
-
= p
5 0,20
=
7-(A.GUERREE) - K = 1,5 + 2,5 (Qm=Vazão média, VQm I/s) 8-SURSAN/E.S. - Plano Diretor Rio de Janeiro 9-SABESP/1974 - K = 1,2 + média m/s)
1,049
10-SABESP/1986 - K = 1,20 + Qm >751 I/s, sendo Qm = Vazão
Vazão Média (I/s)
(Qm=Vazão
Qm + 1,0 17 ,4485 Qm0 ,5090
Para
Média Total, incluindo infiltração, I/s (Exceto médias e grandes industrias)
Composição de hidrogramas Utilização de modelo matemático Qtrecho = (K1.K2 - 1) Qm sen Ø + Qm + Q1 + K1.Q1
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
14
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- Vazão Méd ia Vazão M édia Extensão da ções inicial (L/s) final (L/s) rede inicial (m ) I – 14 – * CT – 2*
310
525
113
189
56.364 . 20.545
Extensão da rede final (m ) 68.182 . 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 +
17 ,4485 0 ,5090 Q −
- 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
Planta com os dados topográficos para o exercício de dimensionamento do interceptor Solução:
a) Trech recho o I - 15 - Cálcul Cálculo o de vazão vazão inici inicial al A vazão inicial será determinada através da seguinte expressão: Qi = K Q− + I K 1
i
Onde: Qi = vazão inicial L/s; K = coeficiente de pico, conforme expressão recomendada; K1 = coeficiente de máxima vazão diária = 1,20;
Q = con contri tribu buii ão médi médiaa ini inici cial al de de es es oto oto dom domés éstitico co,, L/s; L/s; I = contribuição de infiltração, L/s;
Qi = (310 + 75) = 385 L/s; Q = Qi
+ I = 385 + 0,0001 x 70.000 = 392 L/s;
Como Q ≤ 751 L/s → K = 1,80
A vazão inicial será de: 1,80 Q = x 385 + 7 = 585L/s i 1,20
- 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, . Q = ∑ Qf + I = ( 525 + 118 ) + 0,0001 x 83.507 = 651 l/s Como Q ≤ 751 L/s → K = 1,80 A vazão final será se rá de: Qf = 1,80 1 ,80 x 643 64 3 + 8 = 1.165 1.1 65 L/s Considerando contribuição pluvial parasitária a contribuição será de: Qf = 3 x 83,51 = 251 L/s Portanto, a vazão final será de: Qf = 1165 + 251 = 1416 L/s
Cálculo da declividade mínima Imin = 0,00035 Qi -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 Q
tabela
f = 1.165 = 44,03 I 0,0007
∅ 1500 m
Cálculo das lâminas e velocidades Para a vazão inicial Q
f = I
0,585 0,00070
= 22,11
=
tabela
Y /D = 0,40 i Vi = 0,94 m/s
Para a vazão final Q
f = 44,03 I
tabela
Y /D = 0,58 f Vf = 1,11 m/s
Cálculo de tensão trativa (σi) Para Yi/D = 0,40
RHi = 0,3225 m
σi = γ RHi I = 1000 x 0,3225 x 0,00070 = 0,226 kgf/m2 σi
= 2,26 Pa
Cálculo da velocidade crítica (Vc) Para Y /D = 0,58 f Vc = 6
gR
Hf
= 6
RHf = 0,4092 m 9,81 x 0,4092
= 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.
Qp I
1,416
=
0,00070
= 53,52
tabela
Yp /D = 0,65
Trecho I-16 Cálculo da vazão inicial Qi = − Q − Q
K K1
− Q + I i
= (310 + 75 + 113) = 498 L/s − Q i
=
Como
+ I = 498 + 0,0001 x 90.545 = 507 L/s − Q
≅ 751
l/s
A vazão inicial será de: Qi =
1,80 1,20
x 498 + 9 = 756 l/s
K = 1,80
Cálculo da vazão final Sem considerar a contribuição pluvial parasitária − − Q = ∑ Q + I = (525 + 118 + 189) + 0,0001 x 108,052 − Q = 843 L/s Cálculo do coeficiente de pico (K): f
= ,
17,4485 (843) 0 , 5090
= ,
A vazão final será de: Qf = 1,766 x 832 + 11 = 1480 L/s Considerando a contribuição pluvial parasitária Qp = 3 x 108,85 = 324 L/s Qf = 1480 + 324 = 1804 L/s
Cálculo da declividade mínima Imin = 0,00035 Qi -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 I
=
1,480 0,0020
=
,
mm
→
Cálculo das lâminas e velocidades Para a vazão inicial Qi I
=
0,756 0,0020
= 16,90
tabela
→
Y /D = 0,33 i Vi = 1,45 m/s
Para a vazão final = 33,09
Q f I
tabela
Y /D = 0,48 i
→
Vf = 1,76 m/s
Cálculo de tensão trativa ( σi) Para Y /D = 0,33 i
RHi = 0,2772 m ,
Hi
,
,
2
,
a
Cálculo da velocidade crítica (V c) Para Y /D = 0,48 f Vc = 6
gR Hf
=6
RHf = 0,3654 m 9,81 x 0,3654
= 11,36 m/s
Análise do funcionamento da tubulação considerando a contribuição pluvial parasitária Qp I
=
1,804 0,0020
=
tabela
→
Yp /D = 0,55
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 (
V1
2
2g
-
V2
2
2g
)
Sendo V1 e V2 as velocidades para as profundidades normais nas seções 1 e 2 da figura abaixo e c = 0,2, o coeficiente de perda de carga.
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 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
HIDRÁULICA DO SIFÃO INVERTIDO
• Escoamento em conduto forçado, por gravidade
•
Cálculo da perda de carga distribuída • Fórmula Universal: K = 2mm • Fórmula de Hazen-Williams: C = 100 • Fórmula de Manning: n = 0,015
•
Cálculo da perda de carga localizada
SIFÕES INVERTIDOS
SIFÕES INVERTIDOS
LIMPEZA - BUCKET MACHINES
PERDA DE CARGA
PARÂMETROS PARA DIMENSIONAMENTO
• Velocidade
• •
• Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez por dia • Velocidade mínima: 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
CÂMARA DE MONTANTE - CONTROLE DE VAZÃO POR STOPSTOP-LOG
CÂMARA DE MONTANTE - CONTROLE DE VAZÃO POR VERTEDOR LATERAL
DETALHES DA CÂMARA DE MONTANTE
DETALHES DA CÂMARA DE JUSANTE - CONTROLE POR STOPSTOP-LOG
VENTILAÇÃO DO SIFÃO INVERTIDO Ventilação por tubulação interligando câmara de montante e jusante
Ventilação na câmara de montante
Diâmetro da tubulação de ventilação:
1
1 φ SI ≤ φ vent. ≤ φ SI 10 2
SIFÕES INVERTIDOS MATERIAIS • Ferro fundido dúctil • Concreto armado •Aço • Plástico
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
SIFÕES INVERTIDOS 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
ETAPAS Imediata (Implantação) (após 10 anos) Segunda Etapa (após 20 anos) *
VAZÕES (l/s) MÉDIA MÁXIMA HORÁRIA * MÁXIMA DIA QUALQUER 80
111
130
200
283
336
328
446
534
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
SIFÕES INVERTIDOS 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, considerandohorária 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. Q 0,080 S = 1 = = 0,133m 2 1 V 0,60
SIFÕES INVERTIDOS D = 1
4s 1= π
4 x 0,133
π
= 0,412 m
Adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, resulta em D1 = 400mm. Alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer, de 111 l/s 0,111 S = = 0,123 m 2 que também resulta em D = 400 mm 1 1 0,90
- Determina ão do diâmetro da tubula ão 2 ara atender a rimeira eta a, em
primeira aproximação. Para Qmed = 200 l/s Q2 = 200 - 80 = 120 l/s Q
0,120 S = 2 = = 0,200 m 2 2 V 0,60
D = 2
4S 2 = π
4 x 0,0200
π
= 0,505 m
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.
Q2 = 283 - 111 = 172 l/s 0,172 S = = 0,191,m 2 que também resulta em D2 = 500 mm 2 0,9
- Determinação do diâmetro da tubulação 3 para atender a segunda etapa, em pr me ra aprox maç o.
Para Qmed = 328 l/s Q3 = 328 - 200 = 128 l/s Q
0,128 S = 3= = 0,213 m 2 3 V 0,60 4S D = 3 = 3 π
4 x 0,213 π
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. Q3 = 446 - 283 = 163 l/s S3 =
0,163 0,90
= 0,181 m2 , que também resulta em D3 = 500 mm
2. Cálculo da curva característica e a forma de se operar o sifão. , 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 entrada o 2 curvas 45 saída
ks 0,50 0,40 1,00 ∑ ks = 1,90
SIFÕES INVERTIDOS A perda de carga localizada será calculada através da seguinte expressão: ∆HL = 1,90
V 2 2g
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 . Tabela 3 - Perda de carga total, em função da vazão para o sifão com tubulação de 400 mm. Vazão (l/s) 30 60 90 120 150 180 210
Perdas de carga (m) Velocidade (m/s) Localizada Distribuída Total 0,24 0,48 0,71 0,95 1,19 1,43 1,67
0,01 0,02 0,05 0,09 0,14 0,20 0,27
0,01 0,04 0,08 0,14 0,22 0,32 0,44
0,02 0,06 0,13 0,23 0,36 0,52 0,71
SIFÕES INVERTIDOS Tabela 4 - Perda de carga total, em função da vazão para o sifão com tubulação de 500 mm Vazão (l/s) 30 60 90 120 150 180 210 270 300 330
Perdas de carga (m) Velocidade (m/s) Localizada Distribuída Total 0,15 0,31 0,46 0,61 0,76 0,92 1,07 , 1,37 1,52 1,68
0,01 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 , 0,18 0,22 0,27
0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,10 0,14 , 0,22 0,27 0,33
0,02 0,02 0,05 0,09 0,13 0,18 0,24 , 0,40 0,49 0,60
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.
SIFÕES INVERTIDOS A forma de operar o sifão, de modo a manter velocidades adequadas, é apresentada na figura 6 e na tabela 5. 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
Figura 6 - Curva característica do sifão invertido e suas condições de operação
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
250 – 400
(1)+(2) ou (1)+(3)
400 – 500
(2)+(3)
500 - 650
(1)+(2)+(3)
0,74 – 1,19 no tubo 1 0,80 – 1,27 no tubo 2 ou 3 1,02 – 1,27 0,90 – 1,19 no tubo 1 0,99 – 1,27 nos tubos 2 e 3
0,14 – 0,35 0,23 – 0,35 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.
SIFÕES INVERTIDOS 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).
Figura 7 - Determinação do período de operação do sifão em função da vazão
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 -
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 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 - 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
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 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 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 1 φ 400 mm → S1 =
πD 4
=
π ( 0,40 ) 4
= 0,126 m2
πD2 2⋅ π⋅ ( 0,50)2 = = 0,393m2 2φ 500mm→S2 = 2 4 4
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 Na figura 10 é apresentado um esquema da solução final do exercício.
Figura 10 - Projeto do Sifão Invertido
