Dimensionamento de Reservatório Adução Intermitente

“Missão: Formar profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras”

CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS

ENGENHARIA CIVIL

Dimensionamento do Volume de Reservação

de Água Necessário no Bairro Vila C

Izabela Dall’Agnol

FOZ DO IGUAÇU – PR

2014

“Missão: Formar profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras”

Izabela Dall’Agnol

Dimensionamento do Volume de Reservação de Água

Necessário no Bairro Vila C

Trabalho elaborado como requisito da disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso I no Curso de Engenharia Civil da UDC – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas, sob orientação do Professor Julio Cesar Filla.

FOZ DO IGUAÇU – PR

2014

DALL’AGNOL, Izabela. Dimensionamento do volume de reservação de água necessário no bairro Vila C. Foz do Iguaçu, 2014. Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas.

RESUMO Este trabalho apresenta o projeto de um reservatório de água para uso emergencial, ou seja, em caso de incêndio, manutenção na rede de distribuição ou para atender as demandas extraordinárias. O método utilizado será da adução intermitente. O volume deste reservatório deverá suportar no mínimo um terço da demanda do dia de consumo máximo do Bairro Vila C, em Foz do Iguaçu. Em seguida foi efetuada uma comparação com o sistema existente hoje para uma suposta substituição pelo reservatório calculado neste trabalho, demonstrando assim as vantagens e desvantagens de aplicar um novo reservatório para a região. Palavras-chave: Reservatório de Água. Adução Intermitente. Um terço do consumo máximo. Vila C.

DALL’AGNOL, Izabela. Sizing the volume of water required reservation in the neighborhood Vila C. Foz do Iguaçu, 2014. Project of Course Work (Bachelor of Civil Engineering) – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas.

ABSTRACT This paper presents the design of a water tank for emergency use, in case of fire, maintaining the distribution network or to meet the extraordinary demands. The method used will be intermittent adduction. The volume of this tank should support at least one third of the maximum day demand of consumption of neighborhood Vila C, Foz do Iguaçu. And then comparison was made with the existing system today for a supposed replacement for the tank calculated in this work, thus demonstrating the advantages and disadvantages of applying a new reservoir for the region. Keywords: Water Reservoir. Intermittent adduction. A third of the maximum consumption. Vila C.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Reservatório semi-enterrado de Montante ........................................... 13

Figura 2 - Reservatório elevado de Montante ...................................................... 13

Figura 3 - Reservatório elevado de Montante ...................................................... 14

Figura 4 - Reservatório de Montante e Jusante ................................................... 14

Figura 5 - Reservatório Elevado de Jusante ........................................................ 15

Figura 6 - – Reservatório Apoiado de Jusante ..................................................... 15

Figura 7 - Reservatório Intermediários ................................................................. 16

Figura 8 - Posições dos reservatórios em relação ao terreno .............................. 18

Figura 9 - Curva de Consumo e Adução Contínua ............................................... 23

Figura 10 - Diagrama de Massa para determinação da capacidade do reservatório

com adução continua ........................................................................................... 25

Figura 11 - Capacidade do reservatório em função da curva de consumo e adução

intermitente........................................................................................................... 26

Figura 12 - Diagrama de massa para determinação da capacidade do reservatório

com adução intermitente ...................................................................................... 27


para adução no período t1 a t2 e t3 a t4 .............................................................. 28

Figura 14 - Curva de consumo similar a uma senoide ......................................... 29

Figura 15 - Volume para combate a incêndio ....................................................... 31

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Indicações para a altura da lâmina de água em reservatório. ............. 20

Tabela 2 - Capacidade mínima do reservatório em função de K2 ........................ 30

Tabela 3 - Parâmetros para determinação do volume para combate a incêndio . 32

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 7

1.1 TEMA EM ESTUDO...................................................................................... 7

1.2 OBJETIVO GERAL ....................................................................................... 8

1.3 OBJETIVO ESPECÍFICO ............................................................................. 8

1.4 O PROBLEMA .............................................................................................. 8

1.5 JUSTIFICATIVA ............................................................................................ 8

2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................ 10

2.1 RESERVATÓRIO DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ...................................... 10

2.1.1 Classificação ...................................................................................... 11

2.1.1.1 Localização no sistema ................................................................. 11

2.1.1.2 Localização no terreno .................................................................. 16

2.1.1.3 Forma ............................................................................................ 19

2.1.1.4 Material de construção dos reservatórios ...................................... 21

2.1.2 Capacidade dos Reservatórios ......................................................... 22

2.1.2.1 Determinação do Volume Útil/ Equilíbrio ....................................... 22

2.1.2.2 Volume para combate a incêndios ................................................. 30

2.1.2.3 Volume para emergência ............................................................... 32

2.1.2.4 Volume total de reservação ........................................................... 33

2.1.2.5 Volume de reservação utilizados na elaboração de projetos ......... 33

2.2 REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ...................................................... 34

2.2.1 Definições ........................................................................................... 34

2.2.2 Área Específica................................................................................... 35

3 METODOLOGIA ............................................................................................... 37

4 CRONOGRAMA ............................................................................................... 38

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 39

7

1 INTRODUÇÃO

A situação do saneamento básico no Brasil é um problema desafiador

para a próxima década. O crescimento desordenado das cidades que de áreas

rurais passaram a áreas urbanas rapidamente fez com que a infraestrutura não

acompanhasse o desenvolvimento urbano.

Uma das prioridades para população é o seu atendimento pelo sistema de

saneamento básico em qualidade e quantidade adequadas, uma vez que o

saneamento básico é o sistema que provoca maior impacto na redução de

doenças infecciosas. Ao proporcionar qualidade de vida, higiene, conforto e bem-

estar, há um reflexo imediato na redução da necessidade por serviços de saúde

(TSUTYIA, 2006).

Os sistemas de abastecimento de água, quando não administrados e

projetados corretamente, não garantem a saúde à população e podem ser

insuficientes para a demanda necessária.

O abastecimento de água tem como principal objetivo fornecer ao usuário

água de boa qualidade para seu uso, quantidade adequada e pressão suficiente.

Dentre os elementos constituintes de um sistema de abastecimento de

água existem os reservatórios, os quais são o tema do trabalho apresentado.

O projeto em estudo refere-se ao dimensionamento de um reservatório de

água, para ser parte integrante de uma rede de distribuição de água em um bairro

residencial (Vila C) de classe média, na cidade de Foz do Iguaçu, com um número

médio de habitantes conhecido.

A água é armazenada em reservatórios, com duas finalidades: manter a

regularidade do abastecimento, mesmo em ocasiões em que é necessário

paralisar a produção para manutenção em partes do sistema e atender as

demandas extraordinárias, como as que ocorrem em períodos de calor intenso,

períodos de pico, ou em caso de necessidade de combater incêndio.

1.1 TEMA EM ESTUDO

Dimensionamento de reservatório de água para o bairro Vila C, em Foz

do Iguaçu.

8

1.2 OBJETIVO GERAL

Apresentar o dimensionamento de um reservatório de água na região

norte em Foz do Iguaçu, especificadamente no bairro Vila C, o qual deverá

suportar um terço da demanda do dia de consumo máximo daquela região.

1.3 OBJETIVO ESPECÍFICO

a) Identificar o consumo máximo da população atual do bairro Vila C.

b) Identificar a capacidade dos reservatórios já existentes.

c) Identificar o modelo de reservatório de melhor compatibilidade para a

região.

d) Determinar o volume de capacidade necessária.

1.4 O PROBLEMA

Um reservatório de água deve suportar pelo menos um terço de volume

distribuído de água no dia de consumo máximo; tendo isso como recomendação

de norma, e percebido que os reservatórios que abastecem a região em breve

não serão suficientes, é necessário o dimensionamento de um reservatório com

capacidade para demanda.

Para dimensionamento de reservatório não é levado em conta apenas o

consumo do usuário, mas fatores mais importantes como volume para

emergência, que é necessário quando há paralisação na produção, e volume de

incêndio que deve ser considerado quando a capacidade do sistema de

abastecimento de água não é suficiente, o que ocorre em sistemas de pequeno e

médio porte.

1.5 JUSTIFICATIVA

Apesar da existência atual de dois reservatórios e uma estação elevatória

que supostamente suportam um terço do consumo máximo diário, nota-se uma

previsão de necessidade de um reservatório maior para região.

9

A Vila C é um dos bairros que foram habitados por trabalhadores da

Usina Itaipu Binacional, onde foram construídas cerca de nove mil moradias entre

1975 e 1978 para a construção da Usina. O que ocorreu é que após o término da

construção, os operários ficaram na cidade e consequentemente houve a

migração de mais famílias para a região. A partir deste momento a Vila C se

transformou num bairro residencial onde a classe média foi se estabelecendo

(GAZETA DO POVO, 2014).

Com a melhoria na qualidade de vida, a demanda e uso de água

aumentaram gradativamente, sendo necessário o dimensionamento de mais

reservatórios para região. Visto que não é mais interessante manter as estruturas

atuais para cumprir mesma finalidade, prevê-se um novo reservatório que

comporte toda a necessidade da região.

Além da facilidade de manutenção de um reservatório novo,

confiabilidade de volume reservado, há também a questão de pressão regular em

toda região abastecida.

O reservatório é o elemento do sistema de distribuição de água destinado

a regularizar as variações entre as vazões de adução e de distribuição e

condicionar as pressões na rede de distribuição, ou seja, será de extrema

facilidade regular a pressão com um reservatório do que conciliar os três

reservatórios existentes.

Toda obra precisa de manutenção, outro fator relevante para substituição

de três reservatórios menores, que hoje suportam o consumo e em breve não

suportarão, para um único reservatório que suportará todo volume de água

necessária para abastecimento.

10

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 RESERVATÓRIO DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

No sistema de abastecimento de água, os reservatórios são elementos

importantes, pois além de atenderem diversas finalidades, são os elementos mais

visíveis no sistema de distribuição de água.

As principais finalidades dos reservatórios são:

- Regularizar a vazão: todos os usuários devem receber uma vazão igual

e constante, acumular água durante as horas em que a demanda é inferior à

média e fornecer vazões complementares quando a vazão de demanda for

superior à média;

- Confiabilidade ao abastecimento: fornecer água em caso de interrupção

no funcionamento normal da adução;

- Reservar água para incêndio;

- Regularizar pressões: diretamente relacionado à localização do

reservatório.

Além das vantagens citadas, podem-se destacar outras, como:

- Bombeamento de água fora do horário de pico elétrico: com o

reservatório é possível permitir que se faça o bombeamento de água fora do

horário de pico elétrico, diminuindo sensivelmente os custos de energia elétrica;

- Aumento no rendimento dos conjuntos elevatórios: com altura

manométrica e vazão constante, os conjuntos motor-bomba poderão operar em

rendimento máximo, ou próximo disso (TSUTIYA, 2006).

O reservatório tem como inconveniência:

- Custo elevado de implantação;

- Localização: devido às variações de pressão da rede, o reservatório

deve ser localizado em cota adequada.

- Impacto ambiental: depende totalmente da localização.

O reservatório é basicamente destinado a regularizar vazões de adução e

de distribuição e condicionar a pressão na rede de distribuição (TSUTIYA, 2006).

Segundo Tsutiya (2006), para dimensionamento geral de um reservatório,

devem ser considerados os seguintes estudos:

11

- Análise de alternativas técnicas e locacionais, identificando tipo e

capacidade;

- Pré-dimensionamento hidráulico-sanitário do reservatório incluindo

tubulações, peças e acessórios;

- Definição do material a ser utilizado;

- Caracterização das áreas estudadas, através de sondagem do solo;

- Identificação da área de desapropriação.

Segundo Guimarães (2007), existem algumas precauções antes de

construir um reservatório:

- Critério na localização;

- Proteção contra enxurradas e águas subterrâneas;

- Distância das canalizações de esgoto sanitário (pelo menos 15 metros);

- Compartimentação;

- Sistema de medição do volume disponível;

- Descarga e extravasão;

- Cobertura e inspeção protegida;

- Ventilação; e

- Nos elevados proteção contra descargas elétricas e sinalização;

desinfecção após lavagens.

2.1.1 Classificação

Segundo Heller e Pádua (2010) e Tsutiya (2006), são vários os critérios

para classificação de um reservatório:

a) Quanto à localização no sistema;

b) Quanto à localização no terreno;

c) Quanto à sua forma;

d) Quanto aos materiais de construção.

2.1.1.1 Localização no sistema

A localização no sistema é relacionada à posição da rede de distribuição,

que podem ser classificados como:

12

- Reservatório de montante;

- Reservatório de jusante;

- Reservatório de posição intermediária.

A pressão do reservatório à rede de distribuição está diretamente

relacionada à sua localização no sistema e seguir os seguintes limites de pressão:

- Pressão estática máxima: 500Kpa

- Pressão dinâmica mínima: 100Kpa

Segundo Heller e Pádua (2010), os reservatórios de montante consistem

na alternativa mais utilizada nos sistemas de abastecimento do país. Conforme a

variação do tamanho da rede, este tipo de reservatório favorece uma variação

acentuada nas cargas piezométricas nas extremidades das redes de distribuição

devido à redução de demanda, por isso esse tipo de reservatório deve ficar

próximo ao centro de consumo.

Esse modelo de reservatório fica localizado à montante da rede de

distribuição (conforme ilustrado nas figuras 01 e 02), sendo o mesmo que sempre

fornece água à rede de distribuição, ou é aquele que toda água que abastece a

rede de distribuição passa por ele (TSUTYIA, 2006).

Pode também ser utilizado além do reservatório principal, um reservatório

com capacidade inferior (conforme figura 03), localizados à montante da rede de

distribuição, com o objetivo de minimizar as pressões nas áreas de menor cota,

delineando as zonas de pressão. Isto proporciona maior segurança para o

funcionamento do sistema, pois em hora de baixo consumo somente o

reservatório maior alimenta a rede, e em alto consumo os reservatórios funcionam

simultaneamente. Normalmente isso é utilizado devido ao aumento do consumo a

cima do previsto ou por insuficiência de pressão na rede (TSUTYIA, 2006;

HELLER; PÁDUA, 2010).

13

Figura 1 - Reservatório semi-enterrado de Montante

Fonte: TSUTYIA, M. T. Abastecimento de Água, 2006, p. 339.

Figura 2 - Reservatório elevado de Montante


14

Figura 3 - Reservatório elevado de Montante


Segundo Tsutyia (2006), o reservatório de jusante localiza-se à jusante da

rede de distribuição de água. Pode também ser chamado de reservatório de

sobra, pois recebe água nas horas de menor consumo e auxilia no abastecimento

das horas de maior consumo. Permite uma menor oscilação nas zonas de

pressão na jusante da rede.

O diferencial desse reservatório é que a tubulação de saída de água é a

mesma que a de entrada (figuras 04, 05 e 06).

Figura 4 - Reservatório de Montante e Jusante


15

Figura 5 - Reservatório Elevado de Jusante


Figura 6 - – Reservatório Apoiado de Jusante


Já os reservatórios de posição intermediária, são geralmente de pequena

capacidade, esse reservatório intercalado no sistema de adução tem como função

servir de volante de regularização das transições entre bombeamento e/ou

adução por gravidade, conforme apresentado na figura 07 (TSUTYIA, 2006).

16

Figura 7 - Reservatório Intermediários


2.1.1.2 Localização no terreno

Segundo Tsutyia (2006) e Heller e Pádua (2010), em relação à

localização no terreno, os reservatórios podem ser classificados em:

a) Reservatório enterrado: É aquele construído abaixo da cota do

terreno em que se encontra e, salvo em cidades montanhosas, estão

associados a unidades elevadas respondendo pela maior parte do

volume de reservação do sistema;

b) Reservatório semi-enterrado: É o que possui pelo menos um terço de

sua altura total situada abaixo do terreno em que está localizado;

c) Reservatório apoiado: É aquele em que o fundo do reservatório se

encontra a uma profundidade correspondente a menos que um terço

de sua altura total abaixo do nível do terreno em que se localiza;

d) Reservatório elevado: É o reservatório que se encontra elevado do

solo em que se localiza, geralmente de menores dimensões, com o

objetivo de condicionar as pressões dinâmicas nas áreas de maior

cota topográfica.

e) Reservatório stand pipe: É um reservatório elevado com a estrutura

de elevação embutida de modo a manter contínuo o perímetro da

seção transversal da edificação.

17

Os modelos mais utilizado são os semi-enterrados e os elevados. Os

elevados são projetados para quando há intenção de garantir de uma pressão

mínima na rede e as cotas do terreno disponíveis não são suficientes para que o

mesmo seja apoiado ou semi-enterrado, isto é, necessita-se de uma cota

piezométrica de montante superior à cota de apoio do reservatório no terreno

local. Em cidades mais planas, os reservatórios elevados são frequentemente

construídos próximos a uma unidade de reservação enterrada ou apoiada, com o

intuito de otimizar a operação (HELLER; PÁDUA, 2010).

Heller e Pádua (2010) ainda informam que nestes casos, a adução ao

reservatório elevado ocorre a partir da unidade enterrada ou semi-enterrada,

reduzindo assim, o consumo de energia elétrica, pois o conjunto elevatório é

dimensionado para uma menor altura manométrica, pela redução do desnível

geométrico e do comprimento da tubulação de recalque.

Em cidades de relevo mais acidentado, é normal a existência de um

reservatório elevado, distante da parte central da cidade, alimentado por meio de

uma estação elevatória instalada na própria rede de distribuição, denominada

booster, para assegurar o abastecimento nas áreas mais altas (HELLER; PÁDUA,

2010).

Uma vez alimentados por estações elevatórias, a tubulação de chegada

aos reservatórios deve ser preferencialmente instalada para que a água entre

pelo ponto mais alto da unidade. Isso coopera para que a altura manométrica

fique menos variável, colaborando no funcionamento da bomba em escala de

maior eficiência. Caso contrário, se a tubulação penetra pelo fundo, a variação de

altura geométrica decorrente da variação do nível de água na unidade acarreta

alterações no ponto de operação, podendo prejudicar a eficiência do sistema e,

consequentemente, aumentar o consumo de energia elétrica (HELLER; PÁDUA,

2010).

Caso as cotas do terreno sejam favoráveis, dá-se a preferência pelo

modelo de reservatório semi-enterrado, depende também dos custos de

escavação e de elevação, opta-se por este modelo principalmente quando a

reserva de água for superior a 500m³. Reservatórios elevados com volumes

superiores implicam em custos significativamente mais altos, notadamente os de

18

construção, e preocupações adicionais com a estabilidade estrutural

(GUIMARÃES, 2007).

Segundo Guimarães (2007), entre os preferidos, tem também o

reservatório semi-apoiado, considerando-se problemas construtivos, de

escavação, de empuxos e de elevação. Quando os volumes a armazenar forem

grandes, principalmente acima dos 800m³, e houver necessidade de cotas

piezométricas superiores a do terreno, na saída do reservatório, a opção mais

comum é a construção de um reservatório elevado conjugado com um semi-

enterrado. Neste caso toda a água distribuída pela rede à jusante será bombeada

do reservatório inferior para o superior à medida que a demanda for solicitando,

mantendo-se sempre um volume mínimo no reservatório superior de modo a

manter a continuidade do abastecimento em caso de interrupção neste

bombeamento.

Figura 8 - Posições dos reservatórios em relação ao terreno

Fonte: Guimarães, Carvalho e Silva. IT 179, 2007, p. 146.

19

2.1.1.3 Forma

Segundo Tsutyia (2006), não existem restrições para escolha do formato

do reservatório, ele apenas deve proporcionar economia global em fundação,

estrutura, utilização de área disponível, equipamentos de operação e interligação

das unidades.

Heller e Pádua (2010) comentam que, para os reservatórios enterrados,

semi-enterrados e apoiados, há uma quantidade infinita de formas, das quais

predominam as circulares e retangulares. Para um volume idêntico, as primeiras

deverão apresentar menor comprimento das paredes, e as ultimas favorecem a

modulação do volume de reservação para implantação em etapas. Com exceção

dos reservatórios elevados, é comum os reservatórios retangulares serem

construídos com um mínimo de dois compartimentos contíguos (com extravasores

e tubulações de entrada, saída e descarga independentes) permitindo na limpeza,

que as descargas de fundo se sucedam sem a paralisação do abastecimento.

Os reservatórios circulares, normalmente utilizados em reservatórios

apoiados, e os retangulares, geralmente utilizados para reservatórios enterrados,

semi-enterrados e apoiados. Para optar por outro tipo, deve se adequar aos

seguintes fatores: padronização dos reservatórios, arranjo das unidades no

espaço disponível no terreno e estudos econômicos. Em relação a custo e

aspecto estrutural, a forma cilíndrica é a mais econômica por gastar menos

material de construção. Em construções multicelulares geminadas a retangular é

a mais frequente. Sua forma mais econômica dependerá das relações

largura/comprimento (TSUTYIA, 2006).

Segundo Heller e Pádua (2010), para reservatórios retangulares,

compostos por dois módulos, o menor comprimento de parede será obtido para a

relação ¾ entre a largura e o comprimento. Já nos circulares, a relação igualitária

entre o diâmetro e sua altura produz mais economia, quando consideradas as

áreas de parede, lajes de fundo e de cobertura. As alturas das laminas d’água

variam entre 2,5 e 7,0m, dependendo do volume de reservação, conforme

apresentado na tabela 01:

20

Tabela 1 - Indicações para a altura da lâmina de água em reservatório.

Volume (m³) Altura da lâmina d’água (m)

Até 3.500 2,5 a 3,5

3.500 a 15.000 3,5 a 5,0

Acima de 15.000 5,0 a 7,0

Fonte: HELLER, H.; PADUA, V. L, 2010, p. 592.

Tsutyia (2006) comenta que os reservatórios elevados, também

chamados de torres, podem ser construídos com uma grande variedade de

formas, depende da imaginação do projetista, geralmente necessitam de uma

estação elevatória, e pelo fato de que o custo de um reservatório elevado ser

bastante caro, o mesmo tem sido substituído por uma estação elevatória tipo

”booster”, mais acessível e de fácil implantação. Por outro lado o reservatório

elevado traz algumas vantagens ao sistema de distribuição de água:

a) Protege as tubulações contra o fenômeno dos transitórios hidráulicos;

b) Reserva de água para o combate ao incêndio ou situações de

emergência;

c) O custo de energia da elevatória que bombeia água para o reservatório

elevado, geralmente é menor que bombeamento direto para a rede de distribuição

através de booster, pelo fato de que o rendimento da bomba no primeiro caso ser

maior que no segundo caso;

d) Permite maior controle de pressões na rede de distribuição com

diminuição das perdas de água.

Os reservatórios elevados podem ser melhores aproveitados pelo fato de

poderem ter mais de um compartimento para reservação de água, dessa forma

cada compartimento atende a uma determinada zona de pressão. Pode-se utilizar

com três camadas, sendo a primeira enterrada, a segunda apoiada e a terceira

elevada. Esses agrupamentos de reservatórios atendem, respectivamente, a zona

alta, média e alta da rede de distribuição de água. A vantagem desse

agrupamento é que os reservatórios podem ser interligados, havendo uma

flexibilidade no abastecimento das diversas zonas de pressão.

21

2.1.1.4 Material de construção dos reservatórios

Embora a diversidade dos materiais que podem ser utilizados para

construção de reservatórios, os de maior porte são geralmente construídos de

concreto armado, e com menor frequência, de aço, alvenaria estrutural e concreto

protendido. Principalmente os reservatórios de menor porte são também

construídos em argamassa armada, fibra de vidro, aço e madeira (HELLER;

PÁDUA, 2010).

Segundo Guimarães (2007), reservatórios apoiados, a não ser em

reservatórios de aço, a laje de apoio normalmente é em concreto armado.

Quando o terreno é rochoso, estável e sem fendas, é possível optar por concreto

simples ou ciclópico. O fundo do reservatório deve ter uma declividade em direção

ao ponto de esgotamento em torno de 0,5% a 1,0%, para facilitar operações de

lavagens.

Guimarães (2007) comenta também que os reservatórios elevados, na

maioria das vezes, são em concreto armado, já os enterrados e os semi-apoiados

são construídos em alvenaria de pedras, tijolos com cintamentos ou

envolvimentos com malhas de ferro ou aço, enquanto que os elevados de

pequenas dimensões (menos de 100 m³) em aço. Salienta que a oferta do

material de construção e da mão de obra na região é um fator decisivo na escolha

do material. Reservatórios de grandes dimensões (acima de 1000 m³ podem ser

economicamente mais viáveis em concreto protendido, principalmente os de

seção circular).

Para escolha do material é necessário analisar fatores como, condições

da fundação, disponibilidade do material da região e agressividade da água a

armazenar e a do ar atmosférico.

As formas deslizantes foi uma tecnologia bastante utilizada nas décadas

de 70 e 80. Apesar do custo mais elevado, o sistema de construção com formas

deslizantes traz uma vantagem significativa em relação ao tempo de construção,

além de executar a obra de grandes alturas sem escoramento (TSUTYIA, 2006).

O importante é que a cobertura do reservatório impeça a penetração da

chuva, animais, corpos estranhos e raios solares (pois podem favorecer o

desenvolvimento de algas). É normal, em reservatórios de concreto armado,

22

encontrar camada de brita ou argila expandida sobre a laje de cobertura para

reduzir os efeitos de dilatação nos períodos mais quentes do ano, as formas

abobadas ou onduladas substituem a necessidade desta camada. Deve ser feita

uma inspeção regular através de uma abertura quadrada de no mínimo 0,60m de

lado. Os reservatórios elevados necessitam também de proteção contra

descargas elétricas atmosféricas e sinalização luminosa noturna (GUIMARÃES,

2007).

2.1.2 Capacidade dos Reservatórios

Segundo Tsutyia (2006), para determinar a capacidade de um

reservatório, deve-se levar em conta os seguintes fatores:

- Volume para atender às variações de consumo de água;

- Volume para combate a incêndios;

- Volume para emergências.

Tsutyia (2006) e Heller e Pádua (2010) determinam volume útil como o

volume necessário para atender às variações diárias de consumo. Este volume

compreende entre o nível máximo (maior nível que pode ser atingido em

condições normais de operação) e o nível mínimo (correspondente à lâmina de

água mínima que pode ser atingida, para evitar vórtices, cavitação e arraste de

sedimentos do fundo do reservatório).

2.1.2.1 Determinação do Volume Útil/Equilíbrio

Guimarães (2007) informa que o volume de equilíbrio é assim

denominado porque é acumulado nas horas de menor consumo para

compensação nas de maior demanda, ou seja, como o consumo é flutuante e a

vazão de adução é constante, principalmente nas aduções por recalque, nas

horas em que o consumo for inferior a demanda o reservatório enche para que

nas horas onde o consumo na rede for maior o volume acumulado anteriormente

compense o déficit em relação à vazão que entra.

Para a determinação do volume útil, Tsutyia (ano) explica que o cálculo

pode ser feito de duas maneiras, uma quando se dispõe da curva de

23

consumo/demanda, e outra quando não há a curva de consumo/demanda, a

última corresponde ao projeto em questão.

Método quando há a curva de consumo:

Além da influência da curva de consumo no dimensionamento de um

reservatório, deve-se considerar se a adução é contínua ou intermitente ao

reservatório.

a) Adução contínua:

Para este tipo de adução, em um sistema cuja vazão é constante durante

as 24 horas do dia, é sempre considerado para cálculo o dia de maior consumo.

Na figura 9 é representada a curva de consumo de um setor de

abastecimento, cada dia é feito uma curva de consumo, sendo que a usada para

cálculo é a do dia de maior solicitação de água, a reta de adução com vazão

constante, demonstra a vazão média de consumo do dia mais desfavorável

(TSUTYIA, 2006).

Figura 9 - Curva de Consumo e Adução Contínua


24

Pode ser observado na figura 09, que no tempo t1, a vazão de consumo

passa a ultrapassar a vazão de adução, desta forma esvaziando o reservatório e

finalizando em t2. Entre o intervalo t1 e t2, de 24 horas, a adução é maior que o

consumo e assim o reservatório passa a acumular água em excesso, para cedê-la

ao setor no intervalo de tempo t1 e t2, completando a adução.

As áreas hachuriadas em tracejado correspondem à mesma área não

hachuriada, cada uma representa a capacidade mínima do reservatório para o

atendimento normal do setor em um dia de consumo máximo (TSUTYIA, 2006).

Tsutyia (2006) usa a seguinte teoria em relação ao volume de

reservação, pode ser calculada através de gráficos ou da equação a seguir:

𝑉 = ∫ 𝑄𝑑𝑡 − 𝑞 (𝑡2 − 𝑡1) 𝑡2

t1

Onde: V = volume de reservação;

Q = vazão consumida;

q = vazão média do dia;

t2 = instante em que consumo é menor que a vazão fornecida;

t1 = instante em que consumo é maior que a vazão fornecida.

Tsutyia (2006) e Heller e Pádua (2010) afirmam que também é possível

determinar o volume de reservação através do diagrama de massa (gráfico dos

volumes acumulados), que pode ser observado na figura 10.

25

Figura 10 - Diagrama de Massa para determinação da capacidade do reservatório

com adução continua


Para entendimento da figura, a reta de adução acumulada compreende a

vazão constante e a curva representa o consumo acumulado de um setor durante

24 horas do dia de maior consumo. Quando a reta e a curva possuem as mesmas

extremidades, significa que o volume de água aduzido é o mesmo que o

consumido durante o dia de consumo máximo. Quando traçado uma tangente à

curva paralela à reta de adução, nos pontos de máximo e mínimo, e determinando

assim a distancia entre essas duas tangentes deve-se traçar uma reta paralela ao

eixo das ordenadas, com isso é determinada a capacidade mínima do

reservatório de distribuição (TSUTYIA, 2006; HELLER; PÁDUA, 2010).

b) Adução intermitente:

Tsutyia (2006) é o autor que mais se aprofundou nesse método de

adução. A figura 11 representa da melhor maneira a curva de consumo de um

setor de abastecimento de água no dia mais desfavorável e a reta correspondente

à vazão de adução para um determinado intervalo de tempo de funcionamento de

t horas.

26

É possível observar, ainda na figura 11, que no inicio do funcionamento

da adução, no ponto t1, o reservatório acumulará os volumes de água até o final

do período de funcionamento, no ponto t2, onde o nível de água do reservatório

atinge o máximo valor. A área tracejada em traços contínuos demonstra o volume

que deve estar disponível no reservatório para que seja atendido o consumo de

água durante os intervalor de tempo t2 a 24 e 24 a t1 (TSUTYIA, 2006).

Figura 11 - Capacidade do reservatório em função da curva de consumo e adução

intermitente


Os volumes consumidos durante os intervalos de tempo em que o

sistema adutor não esta funcionando é demonstrado pelas áreas hachuriadas

com traços interrompidos.

As duas áreas são iguais no dia de maior consumo, áreas

correspondentes ao saldo de adução e ao consumo quando a adutora não esta

funcionando. Cada área mostra a capacidade mínima do reservatório para

atender os consumos normais do abastecimento.

O diagrama de massa também pode ser utilizado para determinar um

reservatório através do método da adução intermitente.

27

Tsutyia (2006) explica como deve proceder, a figura 12 representa as

curvas de volumes acumuladas do consumo e da adução intermitentes. As

ordenadas C2 e C1 demonstram os consumos do setor de abastecimento nos

intervalos de tempo t2 a 24 e 24 a t1, respectivamente, quando a adução não está

funcionando. A capacidade mínima C do reservatório de distribuição é igual à

soma C1 + C2.


com adução intermitente


Quando a vazão é intermitente a uma vazão constante, entre os períodos

t1 a t2 e t3 a t4, o volume de reservação poderá ser determinado através do

esquema da figura 13.

28


para adução no período t1 a t2 e t3 a t4


Método quando não há a curva de consumo:

Geralmente na implantação de um novo sistema, não se dispõe da curva

de consumo. Nesse caso, é necessário fazer uma hipótese de variação da curva

de consumo. Uma maneira é aproximar a curva de uma forma senoidal, conforme

a figura 14 (TSUTYIA, 2006; HELLER; PÁDUA, 2010).

29

Figura 14 - Curva de consumo similar a uma senoide


Tsutyia (2006) explica da seguinte maneira a curva da figura 14: V é o

volume de água consumido em um dia de consumo máximo, 𝑉

24 representa a

vazão média nesse dia. A equação da senoide é representada por:

𝑄 = (𝐾2 − 1)𝑉

24𝑠𝑒𝑛

𝜋

12+

𝑉

24

K2 é o coeficiente da hora de maior consumo

O volume necessário dá-se através da seguinte equação:

𝐶 = ∫ 𝑄𝑑𝑡 − 𝑉

24

20

8

12

A equação anterior é aplicada ao período de tempo em que a vazão de

consumo é superior à vazão de adução. Se for aplicada entre 20 às 8 horas,

horário que o consumo é menor que a adução, o volume seria igual.

30

A equação de C pode ser resumida em:

𝐶 = 𝐾2 − 1

𝜋

Onde: C = capacidade mínima do reservatório, m³;

K2 = coeficiente da hora de maior consumo;

V = volume diário consumido, m³.

A tabela 02 apresenta a capacidade mínima de reservatório. Se for

admitido K2 = 1,5, o volume útil é aproximadamente 16% do volume do dia de

consumo máximo.

Tabela 2 - Capacidade mínima do reservatório em função de K2

Coeficiente da hora

de maior consumo (k2)

Capacidade mínima

do reservatório

1,2 0,064 V

1,3 0,095 V

1,4 0,127 V

1,5 0,159 V

1,6 0,191 V

1,7 0,223 V

1,8 0,255 V

1,9 0,286 V

2,0 0,318 V


2.1.2.2 Volume para combate a incêndios

Segundo Guimarães (2007) primeiramente, para a determinação da

reserva anti-incêndio, deve-se consultar o Corpo de Bombeiros responsável pela

segurança contra incêndios na localidade. Com as normas oficiais do Corpo de

31

Bombeiros, as normas da ABNT e as recomendações da Tarifa de Resseguros do

Brasil, pode-se, então, a partir da definição da ocupação da área, estimar o

volume a armazenar no reservatório destinado ao combate a incêndios na

localidade. Por exemplo, uma área residencial com casas isoladas tem um

tratamento diferente de uma de edifícios de apartamentos, uma área industrial é

diferente de uma comercial, uma comercial de tecidos e uma de eletrodomésticos,

uma residencial com casas de alvenaria comparada a uma com casas de

madeira, etc.

Tsutyia (2006) afirma que o volume adicional para o combate a incêndio

somente é necessário quando o sistema de abastecimento de água não tem

capacidade suficiente, normalmente ocorre em sistemas menores. Já os sistemas

de grande porte, onde a parcela direcionada a incêndio é proporcionalmente

pequena, não influenciará no volume do reservatório, não sendo necessário um

volume adicional para este fim.

Figura 15 - Volume para combate a incêndio


A determinação da vazão para combate a incêndios depende das

características e dimensões do incêndio, da possibilidade do corpo de bombeiro

levar água por meio de caminhões tanques e a capacidade do fornecimento de

água pelo sistema de abastecimento. A não ser em grandes sistemas,

32

usualmente considera-se que ocorre somente um incêndio em um determinado

tempo.

Quando determinado que é necessário um volume adicional para

combate a incêndio, o volume é calculado multiplicando a vazão necessária pela

duração do fogo. Para incêndio de médio porte, recomendam-se as vazões e

durações de fogo apresentadas na tabela 03 (TSUTYIA, 2006).

Tabela 3 - Parâmetros para determinação do volume para combate a incêndio

Vazão par ao combate

a incêndio (𝒍 𝒔⁄ ) Duração do fogo (h)

Menos que 157 2

189 – 200 3

251 – 755 4


Os incêndios no Brasil são relativamente baixos, principalmente em

cidades de médios e pequenos portes, normalmente não há necessidade de se

destinar um volume de reservação para o combate a incêndio. É de preferência o

uso de rede de distribuição em malha, que possibilita uma grande flexibilidade de

manobra, facilitando o desvio da água para os hidrantes, em caso de

necessidade. Porém, nas áreas de grandes riscos é necessária a previsão da

reserva para incêndio.

2.1.2.3 Volume para emergência

É um volume com o objetivo de evitar que o abastecimento entre em

colapso sempre que houver acidentes ou manutenção na rede de distribuição, por

exemplo, um rompimento da rede de adução. É relativamente comum este tipo de

ocorrência, são os considerados momentos de emergência.

Tsutyia (2006) e Guimarães (2007) aprovam que não há nenhuma

fórmula especifica para cálculo do volume de emergência. A decisão quanto a

esse volume de reservação deverá partir da concessionária/responsável pelo

abastecimento, pois depende da vulnerabilidade do sistema implantado.

33

Deve-se considerar a existência de demais fontes de abastecimento para

o sistema, em caso de existência de alternativas, o volume para emergência é

relativamente baixo, já com a existência apenas do sistema principal, é

necessário levar em conta o volume emergencial.

2.1.2.4 Volume total de reservação

O volume total de reservação pode ser considerado de duas maneiras,

um levando em conta o volume útil, somando-se o volume de emergência e o

volume de incêndio e outro levando em conta apenas um dos volumes

esporádicos (emergência e incêndio), considerando que os dois não ocorram no

mesmo momento.

Visando melhor dimensionamento é possível considerar o volume útil

juntamente com o maior volume dentre incêndio e emergência. Como geralmente

o reservatório possui dimensões padronizadas, admite-se o valor imediatamente

maior ao calculado (TSUTYIA, 2006; GUIMARÃES, 2007).

Guimarães (2007) comenta ainda que, em geral, este acréscimo de

volume é considerado como a terça parte do volume de equilíbrio somando o de

combate a incêndios, ou seja:

𝑉𝑎 = 𝑉𝑒 + 𝑉𝑖

3

Onde: Va = volume acidental;

Ve = volume de emergência;

Vi = volume de incêndio.

2.1.2.5 Volume de reservação utilizados na elaboração de projetos

Geralmente, é utilizada a norma da ABNT para a determinação do volume

a ser reservado.

A norma 12217/94 da ABNT não possui dados suficientes para permitir o

traçado da curva de variação diária do consumo, o menor valor armazenado

34

necessário para compensar a variação diária do consumo, a partir daí, Tsutyia

(2006) determina a partir dos seguintes critérios:

Com adução contínua durante as 24 horas do dia, o volume de

armazenamento devera ser igual ou maior que um terço do volume do

dia de consumo máximo;

Já a adução descontinua, e ocorrendo somente em um período do dia

de maior consumo, o volume a ser armazenado devera ser um terço

ou maior que isso, do dia de consumo máximo, e maior que o produto

da vazão media do dia de maior consumo pelo tempo em que a

adução permanecerá sem operação neste dia de maior consumo.

A adução sendo ou não descontínua, não coincidindo com o período

do dia em que o consumo é máximo, o volume devera ser maior ou

igual a um terço do volume do dia de maior consumo, acrescentando

do produto de vazão média do dia de consumo máximo pelo tempo

em que a adução não funcionara neste dia de maior consumo.

Tsutyia (2006) resume que a utilização de um terço do volume reservado

do dia de maior consumo, proposto pela norma ABNT, ocorre de 15,9% desse

volume deduzido para a curva de consumo na forma de senoide, acrescentado

15% para eventuais emergências.

2.2 REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

2.2.1 Definições

Chama-se de sistema de distribuição o conjunto formado pelos

reservatórios e rede de distribuição, subadutoras e elevatórias que recebem água

de reservatórios de distribuição, enquanto que rede de distribuição é a unidade do

sistema de abastecimento de água formada por tubulações e órgãos acessórios,

com o objetivo de fornecer água em regime contínuo (24h por dia), água que deve

ser potável em quantidade, qualidade e pressão adequadas.

A rede de distribuição é assim denominada pela forma que suas

tubulações são instaladas, formando rede de condutos interligados entre si e

35

permitindo diversas derivações para a distribuição da água potável à população

(HELLER; PÁDUA, 2010).

As redes de distribuição normalmente não estão em constante vigilância,

isto não quer dizer que deixe de existir manutenção, o problema é que as redes

de distribuição são obras enterradas, as quais se distribuem sob as vias públicas,

o que dificulta a manutenção das mesmas (TSUTYIA, 2006).

Quando a rede é mal operada ou projetada, se torna uma fonte de

problemas permanente, ocorrendo perdas de água, e comprometimento da

qualidade da água, consequentemente a reclamação dos usuários.

Tanto Heller e Pádua (2010) quanto Tsutyia (2006) comentam que a rede

de distribuição é a unidade mais extensa do sistema, e compreende geralmente, a

mais de 50% do custo de todas as obras de abastecimento.

Também é importante o conceito de vazões de distribuição que é o

consumo distribuído mais as perdas que normalmente acontecem nas tubulações

distribuidoras. Tubulação distribuidora é o conduto da rede de distribuição em que

são efetuadas as ligações prediais dos consumidores (GUIMARÃES, 2007).

Os tipos das redes de distribuição podem ser:

Principais: são as canalizações maiores, responsáveis pela transmissão

de água às redes secundárias.

Secundárias: recebe a água das redes principais, e tem objetivo de

abastecer os pontos de consumo do sistema de abastecimento de água.

(TSUTYIA, 2006)

2.2.2 Área Específica

Segundo Heller e Pádua (2010), a delimitação da área a ser abastecida é

conforme a planta topográfica, que pode ser completa, ou simplificada. Sua

escala não deve resultar em um número exagerado de plantas, permitindo fácil

visão da área total. Para cidades grandes, é usual a escala de 1:5.000. Já para

comunidades menores, a escala mais indicada é de 1:2.000.

Guimarães (2007) confirma que em um sistema de distribuição área

específica é cada área cujas características de ocupação a torna distinta das

áreas vizinhas em termos de densidade demográfica e do tipo de consumidor

36

predominante. Chama-se de vazão específica a vazão média distribuída em uma

área específica. As áreas específicas podem ser classificadas em função da

predominância ou totalidade de ocupação da área, da seguinte maneira:

- áreas residenciais;

- áreas comerciais;

- áreas industriais;

- mistas.

37

3 METODOLOGIA

O projeto será elaborado a partir de dados fornecidos pela SANEPAR

(Companhia de Saneamento do Paraná).

O volume de reservação será determinado através do método da adução

intermitente, conforme referencial teórico (páginas 26 e 29), informações serão

extraídas do livro Abastecimento de Água, de Milton Tsutiya, Abastecimento de

água para consumo humano, de Léo Heller e Valter Lucio de Pádua e demais

bibliografias.

O método escolhido foi proposto pela orientadora desse projeto, Milena

Gardai Collodel.

Serão também utilizadas referências técnicas extraídas de temas de

estudos ligados ao trabalho desenvolvido.

A identificação do consumo máximo da população do Bairro Vila C será

fornecida pela SANEPAR, e, após pesquisa de campo e delimitação da área que

o reservatório deverá abastecer, será dado início aos cálculos do projeto.

Após o cálculo do volume cujo reservatório deva suportar, será definido o

modelo do reservatório, levando em conta o local e benefícios da estrutura

definida.

Será feita uma justificativa/comparação em relação aos reservatórios

existentes e à substituição pelo projeto em questão.

38

4 CRONOGRAMA

ITEM ATIVIDADE FEVEREIRO MARÇO ABRIL MAIO JUNHO

S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4

1 Escolha do Orientador

2 Organizar levantamento bibliográfico

3 Revisão completa de texto

3.1 Revisar introdução e objetivos

3.2 Revisar justificativa e metodologia

3.3 Revisar referencial teórico

3.4 Revisar resumo, abstract, sumário

3.5 Revisar anexos, tabelas e gráficos

4 Levantamento de Dados

4.1 Visita à estação existente

4.2 Fotografias para detalhamento

4.3 Delimitar área a ser abastecida

4.4 Adquirir dados de consumo da população

4.5 Definir o uso específico do reservatório

4.6 Definir método de cálculo

4.7 Cálculos de dimensionamento

4.8 Definir modelo de reservatório

4.9 Resultado de dimensionamento

4.10 Comparação com o sistema existente

4.11 Conclusão

5 Correção de texto

6 Formatar texto e imprimir

39

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANDRADE, J. B. Saneamento Básico Sistema de Abastecimento de Água. 2006. 94p. Apostila (Engenharia Civil) – Universidade Católica de Goiás. Disponível em: <http://professor.ucg.br>. Acesso em: 07 set. 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 12211: Estudos de Concepção de Sistemas Públicos de Abastecimento de Água. Rio de Janeiro, 1992. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 12217: Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para Abastecimento Público. Rio de Janeiro, 1994. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 12218: Projeto de Rede de Distribuição de Água para Abastecimento Público. Rio de Janeiro, 1994. COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ. Diretrizes para elaboração de estudos de disponibilidade hídrica e qualidade da água para projetos de SAA. Disponível em: <http://site.sanepar.com.br>. Acesso em 06 de set. 2014. COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ. Tabela de Consumos Potenciais. Disponível em: <http://site.sanepar.com.br>. Acesso em: 06 set. 2014. FREITAS, J. P. Dimensionamento Estrutural de um Reservatório Elevado de Água para um Condomínio Residencial. 2007. 129p. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Civil) - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goyatacazes, Rio de Janeiro. 2007 GAZETA DO POVO. Especial Itaipu 30 anos. Disponível em: <http://www.gazetadopovo.com.br> Acesso em: 22 nov. 2014. HELLER, L.; PÁDUA, V.L. Abastecimento e Tratamento de Água. 2. ed. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2010. 872p. SANEAMENTO BÁSICO, IT 179. Ago. 2007. Disponível em: <http://www.ufrrj.br>. Acesso em: 08 set. 2014.

http://site.sanepar.com.br/

40

SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍDRICOS DO NORDESTE. IX, COHIM, Eduardo. 2008, Salvador. [Captação e Aproveitamento de Água de Chuva: dimensionamento de reservatórios]. Bahia. SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO – Diagnóstico de Serviços de Água e Esgoto. 2009 TSUTYIA, M. T. Abastecimento de Água. 3. ed. Depto de engenharia hidráulica e sanitária da Escola Politécnica da USP. São Paulo, 2006. 659p.

Dimensionamento de Reservatório Adução Intermitente

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