UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA SUÉLEN FERNANDES
COMPARATIVO AMBIENTAL, ECONÔMICO E TÉCNICO DOS SISTEMAS DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO A VÁCUO E GRAVITACIONAL
Palhoça 2015
SUÉLEN FERNANDES
COMPARATIVO AMBIENTAL, ECONÔMICO E TÉCNICO DOS SISTEMAS DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO A VÁCUO E GRAVITACIONAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Ambiental Sanitarista.
Orientador: Professor Carlos Roberto Bavaresco, Msc.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que contribuíram nessa caminhada. Meus pais Gilmar e Angela sempre presentes e pela educação transmitida, aos familiares pela compreensão à minha ausência. Aos colegas de trabalho pela ajuda profissional e elaboração deste trabalho.
Aos amigos por todo carinho, incentivo e compressão, ao companheirismo da Aline e Roselena, a parceria dos casais Cristiane e Rodrigo, Ana e Thiago presentes em todas as horas e a Jamilla pela amizade, ajuda e oportunidade.
A empresa PROSUL e coordenadora Engenheira Hélia Laurea Dutra pela oportunidade e amizade.
Aos professores da UNISUL por todo conhecimento compartilhado e dedicação em especial ao meu orientador Carlos Roberto Bavaresco por toda sua atenção e por aceitar me orientar neste trabalho além de todo ensinamento durante ao curso.
Por todas as oportunidades e conhecimento ofertado, meu muito obrigada a professora Rachel Faverzani Magnago.
Minha gratidão e amor aos meus filhos Vitor e Lauan, e marido Nivaldo por toda ajuda, paciência e amor, atos que nos permitiram desfrutar juntos dessa conquista.
RESUMO
As obras de saneamento devem visar à otimização de abrangência de projeto, facilidades construtiva e menor impacto ambiental. No Brasil empregam-se o sistema de esgotamento sanitário gravitacional, no entanto características topográficas, geológicas e de ocupação dificultam e ou encarecem a implantação do sistema podendo inviabilizar a obra. O objetivo deste trabalho foi realizar o comparativo ambiental, econômico e técnico, dos sistemas de coleta e transporte de esgoto a vácuo e gravitacional com base em um anteprojeto básico existente do sistema a vácuo. O sistema gravitacional foi dimensionado e orçado para a mesma área do anteprojeto que devido suas características topográficas, de ocupação e nível freático elevado dificultam a implantação do sistema convencional. Através do dimensionamento do sistema gravitacional foi possível realizar seu orçamento e assim efetivar os comparativos de custos, técnicos e operacionais. Os resultados mostraram que a implantação do sistema a vácuo na área estudada gera uma economia de 6,06 % ou R$ 294.207,76 em relação ao método convencional. Essa diferença deve-se principalmente pelos os elevados gastos apresentados pelo sistema gravitacional para obras civis referente à implantação da rede coletora, cujos custos foram de R$ 2.517.836,95 superiores ao do sistema a vácuo, sendo escavação e escoramento os itens mais onerosos. Os materiais usados no sistema vácuo são bastante caro apresentando custos 11,25 vezes superiores aos materiais empregados na rede convencional. O sistema a vácuo apresentou maior consumo de energia, demostrou vantagens em questões ambientais, facilidade construtiva e abrangência de projeto podendo afirmar assim que o sistema de coleta e transporte a vácuo pode ser usado como alternativa técnica desde que seja comprovada a inviabilidade do sistema gravitacional, pois é um sistema mecanizado mais suscetível a falhas e necessita de um corpo técnico mais qualificado para sua implantação e manutenção.
ABSTRACT
The sanitation works should aim to project scope optimization, constructive facilities and lower environmental impact. Brazil employs the gravitational sewage system as the most used standardized system, however topographical, geological and occupancy characteristics make the system deployment have implementation difficulties becoming more expensive or even derail the work. The aim of this work was to compare environmentally, economically and technically, a gravitational collection systems and a vacuum sewage transport, based on an existing basic draft of a vacuum sewage system. The gravitational system has been designed and budgeted to the same draft area, due the topographical features, occupancy and high water levels interfered and hinder the implantation of a conventional system. Through sizing the gravitational system, was possible to budget the system and then carry out cost, technical and operational comparative. The results showed that the vacuum system in the implantation area generates a saving of 6.06% or R $ 294,207.76 relative to the conventional method of gravitational system. This difference is mainly the high costs presented by the gravitational system for civil works related to the implementation of the collection network, whose costs were R $ 2,517,836.95 higher than the vacuum system, excavation and shoring showed to be the most costly items . The materials used in the vacuum system are quite expensive; presenting costs 11.25 times higher than the materials used in the conventional network. The vacuum system showed higher energy consumption, demonstrated advantages in environmental issues, constructive facilities and project scope demonstrated that the vacuum collection and transportation system can be used as an alternative technique provided if proven the impossibility of the gravitational system, due to be a mechanized system more susceptible to failure that needs a more qualified staff for its implementation and maintenance.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Etapas do sistema a vácuo. ... 29
Figura 2- Layout Típico do sistema a vácuo. ... 30
Figura 3- Caixa de Válvulas Norbra ... 31
Figura 4- Perfil dente de serra. ... 32
Figura 5- Possibilidade de traçado da rede a vácuo... 33
Figura 6- Estação de vácuo. ... 34
Figura 7- Localização da área de estudo ... 37
Figura 8 – Delimitação da área de estudo... 43
Figura 9 – Detalhe da caixa de válvula abaixo da cota da rua... 44
Figura 10 – Residências de soleira baixa. ... 44
Figura 11 – Divisão do sistema em sub-bacias. ... 45
Figura 12 – Local da servidão de passagem ... 46
Figura 13 – Identificação das áreas de atendimento e não atendimento da rede coletora ... 48
Figura 14 – Identificação das interferências de drenagem. ... 49
Figura 15 – Alternativa 03, posicionamento das elevatórias ... 50
Figura 16 – Perfil da rede a vácuo. ... 62
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Composição do orçamento a Vácuo ... 54
Gráfico 2 – Composição do orçamento gravitacional ... 55
Gráfico 3 – Comparativo de custos total Gravitacional x Vácuo ... 56
Gráfico 4 – Comparativo de extensão e custo por metro de rede implanta e por ligação domiciliar. ... 57
Gráfico 5 – Composição do item Rede Coletora Sistema Gravitacional x Vácuo ... 58
Gráfico 6 – Composição do item Materiais da Rede Coletora (Sistema Vácuo) ... 60
Gráfico 7 – Composição do item Materiais da Rede Coletora (Sistema Gravitacional) ... 60
Gráfico 8 – Comparativo de custo dos principais componentes do item Obra Civil da Rede Coletora ... 61
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Parâmetros do sistema de coleta a vácuo ... 27
Tabela 2 - Parâmetros do dimensionamento sistema a vácuo ... 38
Tabela 3 - Parâmetros de dimensionamento sistema gravitacional ... 39
Tabela 4 - Parâmetros de dimensionamento da Estação Elevatória ... 40
Tabela 5 – Vazões de projeto. ... 40
Tabela 6 – Resumo do orçamento do Sistema a vácuo. ... 51
Tabela 7 – Resumo do orçamento Sistema gravitacional. ... 52
Tabela 8 – Orçamento da construção do canteiro de obra, componentes padrão. ... 53
Tabela 9 – Orçamento da construção do canteiro de obra, componentes variáveis. ... 53
Tabela 10 – Novo Resumo do orçamento Sistema a vácuo. ... 54
Tabela 11 – Novo resumo do orçamento do Sistema gravitacional. ... 55
Tabela 12 – Comparativo do custo das partes dos sistemas ... 56
Tabela 13 – Comparativo entre os sistemas ... 57
Tabela 14 – Comparativo de custos das tubulações. ... 59
Tabela 15 - Custo de energia médio mensal dos sistemas considerando apenas uma bomba em funcionamento. ... 64
LISTA DE SIGLAS
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas APP: Área de Preservação Permanente
BDI: Benefícios e Despesas Indiretas
CASAN: Companhia Catarinense de Águas e Saneamento CELESC: Centrais Elétricas de Santa Catarina
CI: Caixa de Inspeção CP: Caixa de Passagem DN: Diâmetro Nominal
EEE: Estação Elevatória de Esgoto EMI: Emissário de Esgoto
EV: Estação de Vácuo
INCC: Índice Nacional da Construção Civil
IPUF: Instituto de Planejamento Urbano de Florianópolis JEI: Junta Elástica Integrada
NBR: Norma Brasileira
ONU: Organização das Nações Unidas PEAD: Polietileno de Alta Densidade PV: Poço de Visita
PVC: Cloreto de Polivinila
SES: Sistema de Esgotamento Sanitário
SINAPI: Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil SUS: Sistema Único de Saúde
TIL: Terminal de Inspeção e Limpeza TL: Terminal de Limpeza
TQ; Tubo de Queda
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ...14 1.1 JUSTIFICATIVA ...15 1.2 OBJETIVOS ...15 1.2.1 OBJETIVO GERAL ...15 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...16 2.1 ESGOTOS SANITÁRIOS ...16
2.1.1 Tipos de Sistemas de Esgoto ...16
2.1.2 Vazões de Esgotos ...17
2.1.2.1 Esgoto Doméstico ...17
2.1.2.2 Vazão de Infiltração ...18
2.1.2.3 Vazão Singular ou Concentrada ...19
2.2 SISTEMA GRAVITACIONAL (CONVECIONAL) ...19
2.2.1 Partes do sistema ...20
2.2.2 Rede coletora ...20
2.2.2.1 Vazão mínima ...20
2.2.2.2 Diâmetro Mínimo ...21
2.2.2.3 Declividades Mínimas e máximas admissíveis ...21
2.2.2.4 Lâmina D’água Admissível ...21
2.2.2.5 Tensão Trativa ...22
2.2.2.6 Recobrimento Mínimo dos Coletores...22
2.2.2.7 Taxa de Contribuição ...22
2.2.2.8 Materiais das Tubulações de Esgoto ...23
2.2.2.9 Órgãos acessórios da rede ...24
2.2.2.10 Locação e Distância Mínima entre Poços de Visita ...25
2.2.3 Estação Elevatória de Esgoto (EEE) ...25
2.2.4 Referências Normativas ...26
2.3 SISTEMA A VÁCUO ...27
2.3.1 Processo de transporte a vácuo ...29
2.3.2 Partes do sistema ...29
2.3.2.1 Caixa de Válvula ...30
2.3.2.2 Rede Coletora ...32
2.3.2.3 Estação de Vácuo (EV) ...34
2.3.2.3.1 Tanque coletor ...34
2.3.2.3.2 Bombas de vácuo ...35
2.3.2.3.3 Bombas de recalque ...35
2.3.3 Referências Normativas ...35
3 METODOLOGIA ...37
3.1 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ...37
3.2 PROJETO DO SISTEMA A VÁCUO ...38
3.3 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE ESGOTO GRAVITACIONAL ...39
3.4 ORÇAMENTO ...40
3.5 COMPARATIVOS DE OPERACIONAL E DE MANUTENÇÃO DOS SISTEMAS ...41
3.6 COMPARATIVOS AMBIENTAIS ...42
3.7 LIMITANTES ...42
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...43
4.2.2 Alternativa 03 ...49
4.3 COMPARATIVO DE CUSTOS ...51
4.4 COMPARATIVO TÉCNICO ...57
4.5 COMPARATIVO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO ...63
4.6 CONSUMO DE ENERGIA ...63
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...65
6 REFERÊNCIAS ...67
ANEXOS ...69
ANEXO 1 – PLANTA GERAL DA REDE COLETORA ...70
ANEXO 2 – PLANILHA DE CÁLCULO REDE COLETORA ...71
ANEXO 3 – ORÇAMENTO SISTEMA A VÁCUO ...72
1 INTRODUÇÃO
No Brasil apenas 64,3 % das residências são atendidas por rede coletora de esgoto. Santa Catarina apresenta um dos piores índices do país, segundo a Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios 2013, o estado hoje está atingindo uma cobertura de 22,6% da população urbana, comprometendo assim a qualidade de vida da população e degradação do meio ambiente. Segundo dados da Organização das Nações Unidas (ONU) a falta de serviços de saneamento são responsáveis por 88% das mortes por doenças diarreicas no mundo. No Brasil apenas em 2011 o Sistema Único de Saúde (SUS) teve um gasto de 140 milhões com internações por doenças ligadas a falta de saneamento, dados que evidenciam a necessidade ampliar a cobertura de coleta e tratamento dos esgotos.
O país enfrenta umas das piores crises hídricas da sua história que reabriu discussões sobre o uso consciente das águas bem como garantir a qualidade dos rios e mananciais. Especialistas apontaram o reuso da água proveniente do esgoto tratado incluindo para o consumo humano como uma solução à crise, reforçando assim a necessidade de ampliação do sistema no país.
Em quase toda sua totalidade no Brasil é empregado o sistema de esgotamento sanitário gravitacional, aonde o efluente vai por gravidade até a estação elevatória ou em alguns casos até a estação de tratamento, porém em alguns locais as características topográficas, geológicas e de ocupação dificultam, encarecem ou até inviabiliza a implantação do sistema de esgotamento sanitário gravitacional, e como preconiza a Lei Federal Nº 11.445/07, há necessidade da universalização do acesso ao saneamento básico e a adoção de métodos, técnicas e processos que considerem as peculiaridades locais e regionais além do estímulo ao uso de tecnologias modernas que garantam qualidade, continuidade e segurança na prestação do serviço.
Entre as alternativas técnicas está o sistema de esgoto a vácuo, que segundo a norma ABNT NBR 15710 é um sistema que utiliza um diferencial de pressão entre a atmosférica e a pressão negativa no interior da rede coletora que funciona como força propulsora para transportar o esgoto. O sistema está presente em países como Austrália, Canadá, Estados Unidos, Japão, Holanda e em áreas de preservação como áreas próximas a mangues e com lençol freático elevado.
1.1 JUSTIFICATIVA
Entre as variáveis a serem consideradas em um projeto e execução de obras de esgotamento sanitário está à análise econômica, impacto ambiental, facilidade construtiva e abrangência do projeto, sendo o custo da obra na maioria dos casos o fator determinante para implantação ou não do sistema. Com isso devem-se adotar medidas técnicas que facilitem a implantação do sistema e redução do custo das obras. Este trabalho apresenta o comportamento do sistema de esgoto a vácuo do tipo AIRVAC e o gravitacional para constatar se há a viabilidade de adotar-se o sistema a vácuo como alternativa técnica, pois este é uma técnica relativamente nova, tendo pouca literatura sobre o assunto, sendo assim há muitas dúvidas sobre o sistema gerando resistência sobre sua implantação, no Brasil estando presente apenas em pequenos sistemas no estado do Paraná e Santa Catarina.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GERAL
Realizar comparativo ambiental, econômico e técnico referente à implantação dos sistemas de esgotamento sanitário a vácuo e gravitacional, dimensionados para uma mesma bacia.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Dimensionar o sistema gravitacional, de acordo com a norma ABNT NBR-9648/1986 e da ABNT NBR 9649/1986;
Demonstrar diferenças técnicas de projeto, implantação, manutenção, operação e fatores ambientais para os dois sistemas;
Comparar custos de implantação dos distintos projetos;
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Os principais conceitos para implantação e dimensionamento de redes coletoras de esgotos sanitários para os sistemas gravitacional e a vácuo, foram levantados para garantir a sua compreensão.
Os conceitos referentes à elaboração de projetos de sistema de coleta e transporte de esgoto bem como conceitos pertinentes ao método gravitacional são com base nas normas da ABNT NBR 9648/1986, NBR 9649/1986, NBR 14486/2000, no livro “Coleta e transporte de esgoto sanitário”, de Milton Tomoyuki Tsutiya e Pedro Além Sobrinho, editado pelo Departamento de Engenharia Hidráulica a Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, e no livro “Rede de Coleta de Esgoto Sanitário”, de José Almir Rodrigues Pereira e Jaqueline Maria Soares da Silva.
Com base na ABNT NBR 15710/2009 e no livro “Abastecimento de Água e Remoção de Resíduos” de Lawrence K. Wang e Nazih K. Shammas serão apresentados os conceitos básicos para elaboração de projetos de sistema de coleta e transporte referente ao método a vácuo.
2.1 ESGOTOS SANITÁRIOS
A utilização da água em atividades humanas altera suas características tornando-a imprópria para o consumo e retorno ao meio ambiente, tornando imprescindível a coleta, tratamento e destinação final da água residuária, também denominada como esgoto sanitário.
A NBR 9648 define esgoto sanitário como o despejo líquido constituído de esgotos doméstico e industrial, água de infiltração e a contribuição pluvial parasitária. Os esgotos domésticos representam normalmente o maior volume dos esgotos sanitários sendo estes provenientes do uso da água para higiene e necessidades fisiológicas humanas.
2.1.1 Tipos de Sistemas de Esgoto
Em áreas com elevada densidade populacional recomenda-se o sistema coletivo de rede de esgoto, onde são implantadas canalizações que recebem o lançamento de esgotos, transportando-os ao seu destino final, onde terá seu tratamento de forma sanitária adequada.
Os sistemas de esgotamento sanitários urbano de podem ser de três tipos:
1. Sistema unitário ou combinado – Águas pluviais, infiltração, esgotos domésticos e de despejos industriais são conduzidas em um único coletor ao seu destino final;
2. Sistema separador parcial – Uma parcela das águas de chuva, proveniente de telhados e pátios das economias são encaminhadas juntamente com águas residuárias e águas de infiltração do subsolo para um único sistema de coleta e transporte de esgoto, (TSUTIYA E SOBRINHO, 2000, pág. 3);
3. Sistema separador absoluto – Sistemas independentes para conduzir esgoto sanitário e águas pluviais separadamente.
No Brasil adota-se o sistema de separador absoluto por apresentar vantagens sobre o sistema unitário, este onera e dificulta o tratamento, há também dificuldades construtivas e orçamentaria devido há necessidade de galerias de maiores dimensões.
2.1.2 Vazões de Esgotos
Em um projeto de coleta, transporte e destinação final do esgoto deve-se considerar a vazão de esgoto sanitário, que segundo Tsutiya e Sobrinho (2000) é composta por três parcelas apresentada na expressão:
Q = Qd+Qinf+Qc
onde: Q = vazão de esgoto sanitário, l/s; Qd = vazão doméstica, l/s;
Qinf = vazão de infiltração l/s;
Qc = vazão concentrada ou singular, l/s.
2.1.2.1 Esgoto Doméstico
A contribuição de esgoto doméstico depende de quatro condicionantes principais: população de abrangência de projeto, contribuição per capita, coeficiente de retorno e coeficiente de variação.
População de abrangência de projeto: determinada através do estudo populacional onde são aplicados métodos de estudos demográfico e matemáticos com o objetivo de estimar a população futura de determinada área para garantir a operacionalidade do sistema determinando a vazão inicial e saturação;
Contribuição per capita: é a correlação entre o consumo de água e a contribuição para rede de esgoto, em geral para os sistema de esgoto é adotado o mesmo valor utilizado no projeto de água, porém é um parâmetro muito variável sofrendo influência de fatores como hábitos higiênicos, culturais, econômico entre outros. Tsutiya define a contribuição per capita de esgoto como o consumo de água efetivo multiplicado pelo coeficiente de retorno. No Brasil são adotados valores de 100L/hab.dia a 300L/hab.dia;
Coeficiente de retorno: é a relação média entre os volumes de esgoto produzido e de água efetivamente consumida (NBR 9649/1986). O valor varia de 0,5 a 0,9 sendo o recomendado em norma 0,8.
Coeficientes de variação de vazão: a vazão sofre variação com as horas, dia, mês e estações tendo influência de fatores como temperatura e precipitação. Nos projetos de sistemas de esgotos estas variações são representadas pelos coeficientes:
a) K1: Coeficiente de máxima vazão diária – é a relação entre a maior vazão diária verificada no ano e a vazão média diária anual;
b) K2: coeficiente de máxima vazão horária – é a relação entre a maior vazão observada em um dia e a vazão média horária do mesmo dia;
c) K3: coeficiente de mínima vazão horária – é a relação entre a vazão mínima e a vazão média anual. (TSUTIYA; SOBRINHO, 2011, p. 53)
Em locais onde não há os valores obtidos através de medições a NBR 9649/1986 recomenda os valores para K1 = 1,2, K2 = 1,5 e K3 =0,5.
2.1.2.2 Vazão de Infiltração
As contribuições indevidas em uma rede de esgoto segundo Tsutiya e Sobrinho (2000, pág. 57), são provenientes do subsolo, ou do encaminhamento acidental ou clandestino de águas pluviais, que ao escoar ou infiltrar no terreno penetram indevidamente na rede coletora. A NBR 9649 da ABNT normatiza que apenas as águas de infiltração sejam consideradas no dimensionamento do sistema de esgotamento sanitário. As contribuições de
águas pluviais, segundo a NBR 568 da ABNT, devem ser consideradas apenas para cálculos de extravasores de interceptores de esgoto sanitário.
As águas de infiltração são águas subterrâneas presentes no subsolo, o sistema de coleta e afastamento de esgoto ao ser implantada abaixo do nível do lençol freático, que pode ser elevado naturalmente ou estar sobre influência de chuvas excessivas, essas águas podem penetrar no sistema de esgotamento sanitário através das juntas e paredes das tubulações e através das estruturas dos poços de visita, tubos de inspeção e limpeza, caixas de passagens, estações elevatórias, entre outros.
A relevância da contribuição das águas de infiltração sobre influência do material empregado na concepção do sistema, estado de conservação, métodos construtivos, características do solo e nível freático na inexistência de dados locais oriundos de pesquisas a NBR 9649/1986 estipula os valores entre 0,05 e 1,00 l/s.Km, que devem ser justificados, demonstrando a importância desta contribuição nos cálculos dos coletores.
2.1.2.3 Vazão Singular ou Concentrada
O termo refere-se à contribuição de esgoto superior as lançadas na rede, alterando significativamente a vazão a jusante da rede. São vazões proveniente de locais com grande concentração de pessoas e ou atividades industriais e comerciais, como grande escolas, hospitais, shopping, grandes edifícios.
Para o lançamento de efluentes industriais deve-se realizar a caracterização do efluente para garantir que o mesmo não oferece risco a saúde, segurança e ao sistema de tratamento.
2.2 SISTEMA GRAVITACIONAL (CONVECIONAL)
O sistema de esgotamento sanitário público mais usual no Brasil é o gravitacional também denominado convencional, representando quase a totalidade dos sistemas implantados ou em fase de projeto, onde os esgotos escoam por gravidade até a estação elevatória, ou seja, o efluente escoa do ponto mais alto para o mais baixo onde são transferidos até seu destino final.
2.2.1 Partes do sistema
Segundo Tsutiya e Sobrinho (2012, p. 05) a concepção do sistema de esgotamento sanitário deve abranger suas diversas partes:
a) Rede Coletora: conjunto de canalizações destinadas a receber e conduzir os esgotos dos edifícios; o sistema de esgoto predial se liga diretamente a rede coletora por tubulação chamada coletor predial. A rede coletora é composta de coletores secundários, que recebem diretamente as ligações prediais, e, coletores tronco. O coletor tronco é o coletor principal de uma bacia de drenagem, que recebe a contribuição dos coletores secundários, conduzindo seus efluentes a um interceptor ou emissário.
b) Interceptor: canalização que recebe coletores ao longo de seu comprimento não recebendo ligações prediais diretas;
c) Emissário: canalização destinada a conduzir esgotos a um destino conveniente (estação de tratamento e/ou lançamento) sem receber contribuições em marcha; d) Sifão invertido: obra destinadas a transposição de obstáculo pela tubulação de
esgoto, funcionando sobre pressão;
e) Corpo d’água receptor: corpo de água aonde são lançados os esgotos;
f) Estação elevatória: conjunto de instalações destinadas a transferir os esgotos de uma cota mais baixa para uma mais alta;
g) Estação de tratamento: conjunto de instalações destinadas à depuração dos esgotos antes de seu tratamento.
Como horizonte de projeto Tsutiya e Sobrinho, (2011), recomenda o valor de 20 anos, sendo este um valor muito usual em projetos de saneamento no Brasil. Para o dimensionamento da rede coletora as canalizações secundárias deve-se adotar a população de saturação que é em média 50 anos para garantir ao sistema utilizar sua máxima capacidade.
2.2.2 Rede coletora
Diversas recomendações técnicas devem ser seguidas para o dimensionamento de coletores de esgoto para garantir seu bom funcionamento e aumentar sua vida útil.
2.2.2.1 Vazão mínima
A NBR 9.649/86 recomenda que em qualquer trecho da rede, não deve ser menor que 1,5 L/s, valor correspondente a vazão de uma descarga de vaso sanitário.
2.2.2.2 Diâmetro Mínimo
O diâmetro mínimo estabelecido pela norma NBR 9.649/86, é de DN 100 mm, porém na prática tem-se adotado DN 150mm como mínimo.
2.2.2.3 Declividades Mínimas e máximas admissíveis
A declividade dos coletores são dimensionadas considerando sua autolimpeza, ou seja, deve-se garantir pelo menos uma vez ao dia uma tensão trativa de 1,0Pa, evitando assim obstruções na rede por sedimentação de sólidos. A NBR 9649/86, recomenda a determinação da declividade mínima usando Manning n=0,013 com a seguinte expressão:
Imin = 0,0055 × Qi-0,47
Em que:
Imin = Declividade mínima em m/m; Qi = Vazão inicial em L/s.
As declividades máximas é aquela que a velocidade na tubulação seja igual a 5,0m/s, não excedendo este valor, a NBR A NBR 9649/86, recomenda a determinação da declividade máxima usando Manning n=0,013 com a seguinte expressão:
Imáx = 4,65 × Qf-0,67
Em que:
Imáx = Declividade máxima em m/m; Qf= Vazão final em L/s.
2.2.2.4 Lâmina D’água Admissível
As redes coletoras de esgoto são dimensionadas para lâminas d’água de 75% para assegurar que a tubulação funcione como conduto livre, uniforme e permanente. A parte
superior fica responsável também pela ventilação dos gases gerados além das variações no nível de esgoto. (TSUTIYA, SOBRINHO, 2011 p. 103).
2.2.2.5 Tensão Trativa
Para garantir a autolimpeza dos condutos evitando assim a sedimentação de sólidos ocasionando entupimentos deve-se garantir um esforço tangencial mínimo entre o líquido escoado e a superfície do tubo ao menos uma vez ao dia (TSUTIYA e SOBRINHO, 2011), para isto, recorre-se ao valor de 1,0 Pa de tensão trativa mínima.
2.2.2.6 Recobrimento Mínimo dos Coletores
A NBR 9.649/86 determina recobrimento mínimo de 0,90 m para o assentamento no leito da via de tráfego, ou a 0,65 m para coletor assentado no passeio. Recobrimento menor deve ser justificado.
2.2.2.7 Taxa de Contribuição
Segundo Sobrinho Tsutiya (2011), as taxas de contribuição para o cálculo das redes coletoras de esgoto são normalmente referidas à unidade de comprimento dos coletores (metro ou quilômetro), ou à unidade de área esgotada (hectare). Para cada área de ocupação homogênea deve ser definida uma determinada taxa. Portanto, em uma bacia pode haver mais de uma taxa de contribuição. Para determinar as taxas de contribuição é deve-se considerar as contribuições de esgoto doméstico e águas de infiltração.
As vazões concentradas não devem ser consideradas no cálculo da taxa de contribuição, mas sim acrescentadas às vazões calculadas no início do trecho.
No caso de rede coletora simples e quando referido à unidade de comprimento é calculado pelas seguintes expressões:
Taxa de contribuição linear para início de plano – Txi (l/s.m ou l/s.km)
𝑇𝑥𝑖 =𝐾2 × 𝑄𝑑. 𝑖
Taxa de contribuição linear para final de plano – Txf (l/s.m ou l/s.km)
𝑇𝑥𝑖 =𝐾1 × 𝐾2 × 𝑄𝑑. 𝑓
𝐿𝑓 + 𝑇𝑖𝑛𝑓
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.
A taxa de contribuição por unidade de área pode ser obtida pelas seguintes expressões:
Taxa de contribuição inicial – Tai (l/s.ha)
𝑇𝑎𝑖 =𝐾2 × 𝑄𝑑. 𝑖
𝑎𝑖 + 𝑇𝑖𝑛𝑓 × 𝑎
Taxa de contribuição final – Taf (l/s.ha)
𝑇𝑥𝑖 =𝐾1 × 𝐾2 × 𝑄𝑑. 𝑓
𝑎𝑓 + 𝑇𝑖𝑛𝑓 × 𝑎
Onde: ai, af = área abrangida pelo projeto, há;
Tinf.a = taxa de contribuição de infiltração por unidade de área, l/s.ha.
2.2.2.8 Materiais das Tubulações de Esgoto
Os materiais usados nas tubulações de esgoto para a rede coletora é o PVC (Cloreto de Polivinila) para DN até 300mm para diâmetros maiores adota-se PEAD (Polietileno de Alta Densidade). Os tubos de PVC que têm uma boa resistência a abrasão e a ataques químicos, além de serem relativamente fáceis de transportar e de baixo custo, já os de PEAD aguentam pressões altas e podem estar expostos ao intemperismo. Para os emissário utiliza-se PEAD e ferro fundido. Os materiais disponíveis no mercado para sistemas de esgoto são:
Tubo cerâmico: Junta de argamassa de cimento e areia, junta composta de betume e junta elástica;
Tubo de concreto;
Tubo plástico;
Tubos de PVC;
Tubos de Polietileno de alta densidade (PEAD);
Tubos de Poliéster armado com fios de vidro;
Tubos de ferro fundido;
Tubos de fibrocimento;
Tubos de aço;
2.2.2.9 Órgãos acessórios da rede
Sobrinho e Tsutiya (2011, p. 14) alertam sobre a presença de uma grande quantidade de sólidos orgânicos e minerais, devido a esse fato e ainda pela necessidade da rede coletora funcionar como conduto livre, é preciso que as canalizações tenham dispositivos que evitem ou minimizem entupimentos nos pontos singulares das tubulações, como curvas, pontos de afluência de tubulações, possibilitando ainda o acesso de pessoas ou equipamentos nesses pontos, Sobrinho e Tsutiya (2000, pág. 14).
O dispositivo mais usual é o poço de visita (PV) que é uma câmera visitável para a manutenção do sistema e da rede e utilizada a mudanças de direção ou para mudanças de diâmetro das tubulações, porém representam um alto custo para o sistema. Devido ao custo e a evolução dos processos de limpeza das tubulações que atualmente é feita por equipamentos mecânicos sofisticados, os PVs vêm sendo substituídos, em alguns casos, por dispositivos mais simples e econômicos que atendem a norma NBR 9649/86 são:
Terminal de Limpeza (TL): Tubo que permite a introdução de equipamento de limpeza e é utilizado no início dos coletores;
Caixa de Passagem (CP): Câmaras sem acesso implantadas em curvas e mudanças de declividade;
Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL): Dispositivo não visitável que permite inspeção e introdução de equipamentos de limpeza.
Entre os principais componentes da rede cita-se previstas na NBR 9649/86 também:
Caixa de Inspeção (CI): órgão acessório disposto a receber o esgoto da ligação predial da residência e destiná-la a rede coletora. Também usada como poço de visita em alguns casos.
Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado dentro do poço de visita responsável por despejar os efluentes vindos de tubulações acima das outras tubulações do poço de visita. Usado quando houver uma diferença de no mínimo 60 cm de altura.
Caixa de Passagem(CP): câmara sem acesso localizado em pontos singulares por necessidade construtiva e que permite a passagem de equipamento de limpeza do trecho a jusante.
2.2.2.10 Locação e Distância Mínima entre Poços de Visita
A NBR 9.649/86 estabelece, para a desobstrução das tubulações e melhor descarga dos esgotos, os PVs devem ser locados em todas as mudanças de direção, declividade, diâmetro, material, reunião de coletores na existência de degraus e tubos de queda. A distância máxima entre PVs é de 100 metros.
2.2.3 Estação Elevatória de Esgoto (EEE)
Quando as condições técnicas necessitam de condutos forçados, emprega-se as EEE, que segundo Pereira e Silva (2010, p. 175) pode ser:
Profundidade do coletor atingiu o limite máximo de projeto;
Transpor obstáculos naturais;
Transpor de uma bacia para outra;
O terreno não apresenta condições para o assentamento da rede;
Elevar o esgoto para um cota mais alta como a chegada na estação de tratamento. As estruturas da estação elevatória podem variar sendo essa associada ao modelo da bomba, características geométricas do poço e à distribuição dos equipamentos e das peças especiais. A implantação de uma estação elevatória aumentam consideravelmente o custo do projeto, por isso deve-se otimizar as redes para implantar o menor número possível de
elevatórias. Dependendo a vazão a ser atendida as elevatórias são classificadas como (TSUTIYA, SOBRINHO, 2011, p. 316):
Pequenas: menos que 50l/s;
Médias: 50 a 500l/s
Grandes: superior a 500l/s.
As EEEs de médio e grande porte devem contar com gerador e há a necessidade de desapropriação do terreno referente à locação das mesmas. A NBR 12208/92 define estação elevatória de esgoto sanitário como a instalação que se destina ao transporte do esgoto do nível do poço de sucção das bombas ao nível de descarga na saída do recalque, acompanhando aproximadamente as variações da vazão afluente e estabelece que devem ser previstos dois conjunto motor-bomba ambos com capacidade de recalcar a vazão máxima, ou com capacidade iguais. Um dos conjuntos é previsto como reserva para eventuais manutenções.
O esgoto acumulado na EEE é transposto a seu destino final pelas linhas de recalque também denominadas emissários, cujo diâmetro é determinado pelo altura manométrica, distância e vazão. Deve-se manter a velocidade na tubulação entre 0,6 a 3,0m/s. O diâmetro mínimo para tubulações de recalque é de 100 mm. (TSUTIYA, SOBRINHO, 2011).
2.2.4 Referências Normativas
Como exposto por Sobrinho e Tsutiya (2000, p. 6), em 1985 a ABNT iniciou a revisão de projetos de normas para os sistemas de esgoto sanitário por comissões de técnicos de diversas entidades, originando as Normas Brasileiras da ABNT, que são as seguintes:
NBR 9648: Estudo de Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário, promulgada em 1986;
NBR 9649: Projetos de Redes Coletoras de Esgoto Sanitário, promulgada em 1986;
NBR 12207: Projetos de Interceptores de Esgoto Sanitário, promulgada em 1992;
NBR 12208: Projetos de Estações Elevatórias de Esgoto Sanitário, promulgada em 1992;
NBR 12209: Projeto de Estações de Tratamento Sanitário, promulgada em 1992.
2.3 SISTEMA A VÁCUO
O primeiro registro do sistema é datado 1888 onde teve sua patente registrada nos Estados Unidos quando Adrian LeMarquand inventou um sistema de coleta de águas servidas por pressão barométrica. A aplicação comercial do sistema a vácuo foi criada pela empresa Liljendahl-Electrolux (conhecida atualmente como Electrolux) na Suécia em 1959. Desde então foram originado quatro sistemas no mercado, desenvolvidos pelos fabricantes Liljendahl-Electrolux, Colt-Envirovac, Vac-Q-Tec e AIRVAC sendo que estes possuem diferenças significativas de conceito de projeto e operação apresentadas na Tabela 1. (WANG; SHAMMAS, 2013).
Tabela 1 - Parâmetros do sistema de coleta a vácuo
Tipos De Sistema Tubulação Doméstica Tipo De Válvula Perfil Da Tubulação Linha De Coleta Electrolux Preto e cinza separados Preto: vasos
sanitários a vácuo; cinza: válvulas pneumáticas Definir a configuração com armadilhas Preto 1-1/2” & 2”; cinza:2” & 3”; PVC soldado
Colt-Envirovac Preto e cinza separados Preto: vasos sanitários a vácuo; cinza: válvulas pneumáticas Definir a configuração com armadilhas Conduto único, 3”,4” & 6”; PVC anel de vedação especial Vac-Q-Tec Tubulação convencional Vávula Pneumática acionada eletricamente Comparar o terreno com as armadilhas Conduto único 4”; PCV soldado AIRVAC Tubulação convencional Válvula pneumática Definir a configuração com alteração do perfil Conduto único, 4”, 6” & 8”; PVC, soldado ou anel de vedação. *Conversão: 1”=in=25,4 mm.
Segundo Wang e Shammas (2013) os sistemas da Electrolux e Colt a economia de água apresentada é de 27%, os sistemas AIRVAC e Vac-Q-Tec permitem a inclusão dos dispositivos que geram a economia de água mediante adaptação ao sistema original. Entre os sistemas apresentados o mais usual é o AIRVAC no qual este trabalho baseia-se, pois a empresa mantem-se ativa no mercado de sistemas residências. O fabricante Electrolux vendeu sua licença em 1970 para Colt que por sua vez hoje é uma subsidiária da Evak, a Vac-Q-Tec parou de operar.
O sistema de esgoto a vácuo, segundo a norma ABNT NBR 15710 é um sistema que utiliza um diferencial de pressão entre a atmosférica e a pressão negativa no interior da rede coletora que funciona como força propulsora para transportar o esgoto. Essas características permite uma rede coletora com diâmetros menores, valas mais rasas e estreitas, não há infiltração e contaminação do solo e lençol freático. Recomenda-se sua implantação nas seguintes circunstâncias:
a) Inclinação natural insuficiente, isto é, em regiões de topografia plana ou para servir comunidades localizadas em fundo de vale;
b) Comunidades isoladas, de baixa densidade demográfica; c) Subsolos instáveis ou fragmentados;
d) Nível de lençol freático elevado; e) Subsolos rochosos;
f) Existência de obstáculos na rota das tubulações, por exemplo, redes de serviços públicos, canais ou aquíferos;
g) Zonas de proteção de aquíferos;
h) Comunidades com fluxos sazonais, como por exemplo, resort de férias, balneários e localidades turísticas;
i) Localizações onde é necessário minimizar o impacto do trabalho de construção (ABNT NBR 15710).
Com base em sistemas já implantados e operando constatou-se que o sistema é vantajoso e passa a ser econômico com o mínimo de 75 a 100 clientes por estação de vácuo, em relação as estações grupais de 25 a 150 clientes. Os atuais sistemas em operação tem uma média de 200 a 300 clientes chegando a 2000 por estação. (WANG; SHAMMAS, 2013).
Sua implantação não é indicada em áreas de grande densidade populacional, pois há elevado volume de esgoto exigindo assim elevando tempo de operação de bombas e consequentemente o gasto com energia. Seu uso também não é indicado para o transporte do efluente em distâncias superiores a 4 km. (DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR TECHNISCHE ZUSAMMENARBETT, 2005, apaud JUNIOR, 2011).
2.3.1 Processo de transporte a vácuo
Seu processo de transporte e coleta do efluente desde o ponto inicial as residências até seu destino final é descrito pela NBR 15710 (ABNT, 2009, p.v-vi) e representado na Figura 1:
Figura 1- Etapas do sistema a vácuo.
Fonte: AIRVAC 2015, Adaptação Autor 2015.
1. Uma tubulação convencional por gravidade transporta o esgoto sanitário doméstico da economia doméstica até a caixa de válvula.
2. Quando o volume especificado do poço de coleta de esgoto sanitário doméstico é coletado, a válvula abre e a diferença de pressão impulsiona o conteúdo do poço até a linha principal de vácuo.
3. O esgoto sanitário doméstico atinge uma velocidade entre 4m/s e 6m/s na linha principal de vácuo. Esta é construída em forma de dente de serra para garantir nível de vácuo adequado no final de cada segmento de linha. A seguir, o esgoto sanitário doméstico entra no tanque coletor. Quando o volume em seu interior atingir um nível preestabelecido, as bombas de recalque transferem o conteúdo até uma estação de tratamento, através de uma tubulação de recalque.
4. As bombas de vácuo ligam e desligam conforme necessário, a fim de manter um nível constante de vácuo em todo o sistema de coleta de esgoto sanitário domésticos.
2.3.2 Partes do sistema
O sistema de esgoto a vácuo opera com base em três principais componentes caixa de válvula e ou tanque buffer, rede coletora e estação de vácuo. A disposição que compõem o layout típico do sistema está apresentada na Figura 2.
Figura 2- Layout Típico do sistema a vácuo.
Fonte: NORBRA 2015. 2.3.2.1 Caixa de Válvula
Feita de polietileno a caixa de válvula é composta por dois compartimentos, sendo o superior onde se localiza a válvula de interface e o compartimento inferior denominado poço de coleta apresentado na Figura 3, aonde o esgoto proveniente de até oito casas é encaminhado através de um trecho de tubulação convencional. (Planos Engenharia 2012).
Para contribuições superiores a oito residências ou grandes vazões provenientes de indústrias, edifícios e condomínios utiliza-se um tanque em concreto denominado tanque buffer no lugar da caixa de válvula. (Planos Engenharia 2012).
Caso a vazão máxima ultrapasse 57 litros por minuto deve-se projetar mais de uma válvula para o mesmo tanque. WATER ENVIRONMENT FEDERATION, 2007 apaud JUNIOR, 2001).
Segundo especificações técnicas do fabricante AIRVAC quando o nível de esgoto acumulado atinge 40 litros a válvula abre pneumaticamente, permanecendo aberta de 4 a 6 segundos por ciclo, a acionamento se deve a presença do tubo sensor de 50 mm que à medida
que volume de esgoto sobre o ar preso no tubo, proveniente do respirador posicionado na linha de gravidade, este empurra o diafragma (sensor da válvula) dispensando assim o uso de energia elétrica para automatização desse processo. Seu diâmetro interno é projetado para passagem de sólidos de até 76,20mm.
Figura 3- Caixa de Válvulas Norbra
Fonte: Norbra 2011.
Segundo a empresa NORBRA as válvulas de tecnologia AIRVAC não necessitam de manutenção diária e em caso de falhas não interrompe a coleta do efluente do cliente, pois a mesma em 99% dos casos permanece em posição aberta. Falhas do gênero são facilmente identificadas, pois há um alarme automático devido ao baixo nível de vácuo na rede principal e corrigida em torno de 20 a 30 minutos após a identificação do problema na estação de vácuo. As válvulas de interface possuem abertura de 3” (75mm) que é maior que a passagem de um vaso sanitário para garantir que os dejetos que passarem pelo vaso passem também pela válvula evitando obstruções no sistema. Há de duas as três peças das válvulas que deverão ser substituídas a cada 10 a 20 anos com custo aproximado de R$ 45,09 e tempo estimado de reparo de 45 minutos. O controlador deverá ser reconstituído a cada 5 a 8 anos com o custo aproximado das peças de R$ 67,64, sendo que o tempo de reparo aproximadamente uma hora.
A NBR 15710/2009 traz como recomendação de manutenção a cada cinco anos a retirada de incrustações das válvulas de interface e caso necessário sua substituição.
2.3.2.2 Rede Coletora
A rede coletora pode ser subdividida em duas partes a rede de coleta e a rede de coleta a vácuo, segundo definições estabelecidas pela NBR 15710/2009, p.4:
a) Rede de coleta consiste no conjunto de caixas de inspeção, caixas de válvula, válvula de interface e tubulações que permitem conduzir o esgoto sanitário doméstico até o tanque coletor.
b) Rede de coleta a vácuo, à qual são ligadas as conexões de serviço. A rede de coleta a vácuo é composta pela linha principal de vácuo e pelas linhas secundárias de vácuo.
A rede a vácuo possuem diâmetros de 75, 100, 150, 200 e 250mm sendo a especificação de pressão é de 6,50 Kgf/cm² para tubos de PVC (cloreto de polivinila) ou PE (polietileno). Em regiões planas as linhas de vácuo são implantadas utilizando um perfil denominado “dente de serra”, patenteado pela AIRVAC, com uma declividade mínima de 0,20% na direção do fluxo, para recuperação do nível adota-se o uso de lifts (elevações) que são compostos por dois joelhões de 45º conforme Figura 4. As características do perfil garantem a uniformidade de vácuo ao longo da rede. (Planos Engenharia, 2012).
Figura 4- Perfil dente de serra.
Fonte: Planos Engenharia 2012.
Segundo a NBR 15710/2009 quando o terreno possuir um gradiente negativo de declive ou mais no sentido do fluxo de 1:500 a rede pode seguir o perfil do terreno. As redes a
vácuo trabalham a uma velocidade de 4,0m/s a 6m/s independente da vazão fato que garante a autolimpeza das tubulações, diferente de uma rede por gravidade que necessita de um gradiente de limpeza maior com a tensão trativa de 1,0 Pa o que pode encarecer a obra e exigir maior manutenção devido a entupimentos. (NBR15710/2009).
As características do perfil da rede permitem que quando comparadas ao sistema convencional possuam diâmetros menores, valas para implantação do sistema mais rasas, com aproximadamente 1 a 1,2 m, e estreitas. O traçado e perfil do sistema permitem desviar e contornar de interferências e possíveis obstáculos como drenagem, rios, canalizações entre outras (Figura 5) garantindo economia em escavação e escoramento facilitando também a manutenção que em uma rede profunda pode ser mais onerosa e difícil. O sistema a vácuo ainda elimina a contribuição por infiltração que em algumas regiões com elevado lençol freático pode diminuir representativamente a vazão a ser transportada e tratada, além de evitar a contaminação de solo e águas subterrâneas. Em contra partida as redes de esgoto a vácuo possuem comprimento limitado que não deve exceder 3.000 metros em terrenos planos pois a cada lift ocorre uma perda potencial de vácuo. (Planos Engenharia, 2012).
Figura 5- Possibilidade de traçado da rede a vácuo.
Fonte: Planos Engenharia 2012.
Ao longo a rede coletora de esgoto a vácuo devem ser previstas a instalação de válvulas de manobra por recomendação da NBR 15710 na linha principal em distâncias não superiores a 450m e linhas secundárias a 200m. A NORBRA nos sistemas AIRVAC recomenda o uso de válvula de manobra de gaveta com extremidades flangeadas face a face.
2.3.2.3 Estação de Vácuo (EV)
Com funcionamento similar a uma estação elevatória do sistema convencional de esgoto sanitário, a estação de vácuo é o coração do sistema (Figura 6). Esta unidade é formada por bombas de vácuo, tanque coletor, bombas de recalque e painel elétrico de controle/automação e gerador “stand by”. A estação conta com um sistema de alarme através de um telefone ligado a um discador automático e em qualquer condição anormal alerta o operador. Seu uso apresenta economia energética em um sistema de esgoto público quando substitui múltiplas elevatórias do sistema convencional. (NORBRA 2009).
Figura 6- Estação de vácuo.
Fonte: NORBRA 2015.
2.3.2.3.1 Tanque coletor
Fabricado em aço carbono ou fibra de vidro, é equivalente a um poço úmido de uma elevatória do sistema convencional com capacidade para atender o volume de operação e volume emergencial de armazenamento, deve ser dimensionado a fim de otimizar o número de ciclos das bombas de vácuo. (WANG; SHAMMAS, 2013).
Segundo a empresa NORBRA o tanque coletor de aço carbono adotado nos sistemas AIRVAC tem vida útil de 25 a 40 anos.
A rotina de manutenção para o tanque coletor, prevista pela NBR 15710 é a inspeção visual semestral das câmaras e conteúdos e anualmente a lavagem do depósito e conexões, remoção do respiradouro.
2.3.2.3.2 Bombas de vácuo
A NBR15710/2009 a define como equipamento instalado na estação de vácuo para produzir vácuo no tanque coletor e consequentemente nas linhas de vácuo, sendo usualmente bombas de anel líquido ou bombas de palhetas. Cada estação de vácuo deve conter no mínimo duas bombas para que em eventuais falhas e manutenção uma bomba possa ser removida garantindo o funcionamento do sistema. Devem ser dimensionadas para operação contínua com um mínimo de 12 partidas por hora. (NBR 15710/2009).
As bombas de tecnologia AIRVAC tem uma vida útil de 10 a 15 anos e funcionam de duas as quatro horas por dia. (NORBRA 2009).
2.3.2.3.3 Bombas de recalque
Possuem a mesma função que no sistema convencional, transferem o esgoto da estação de vácuo até seu destino final através da linha de recalque. Devem ter capacidade de comportar a vazão do sistema e permitir 12 partidas por hora e em caso do sistema atender mais que 20 economias deve-se prever duas bombas.
2.3.3 Referências Normativas
A NBR 15710/2009 lista as ABNT NBR imprescindíveis para a aplicação da rede a vácuo, sendo estas:
ABNT NBR 5363: Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas – Tipo de proteção “d” – Especificação;
ABNT NBR 8160: Sistemas prediais de esgoto sanitário – Projeto e execução;
ABNT NBR 9649: Projetos de redes coletoras de esgoto sanitário;
ABNT NBR 9800: Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário;
ABNT NBR 10151: Acústica – Avaliação de ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento;
ABNT NBR 10152: Níveis de ruído para conforto acústico;
ABNT NBR 12209: Projeto de estação de tratamento de esgoto;
ABNT NBR IEC 60079-0: Atmosferas explosivas – Parte 0: Equipamentos– Requisitos Gerais;
ABNT NBR IEC 60029: Graus de proteção para invólucros de equipamentos elétricos (código IP).
3 METODOLOGIA
3.1 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A área foi delimitada com base em um anteprojeto apresentado para a Companhia Catarinense de Água e Saneamento (CASAN) elaborado pela empresa Planos Engenharia empresa certificada pela Norbra para desenvolver projetos com tecnologia AIRVAC líder mundial de sistema de coleta de rede a vácuo.
O projeto foi desenvolvido para bairro Porto da Lagoa que integra o distrito da Lagoa da Conceição, situado no município de Florianópolis – Santa Catarina (Figura 7), cujas características geológicas, topográficas e a ocupação dificultam a implantação de um sistema de coleta e transporte de esgoto pelo método gravitacional.
Figura 7- Localização da área de estudo
3.2 PROJETO DO SISTEMA A VÁCUO
Para a elaboração do anteprojeto de sistema de coleta de esgoto a vácuo no qual este trabalho é baseado foram consideradas:
Cartografia da localidade, obtidas através do Instituto de Planejamento Urbano (IPUF), órgão da Prefeitura Municipal de Florianópolis;
Serviço de Geoprocessamento Corporativo de Florianópolis;
Anteprojeto de Lei do Novo Plano Diretor Participativo de Florianópolis; Ferramenta Google Earth (Street View);
Norma ABNT NBR 15710 – Sistemas de redes de coleta de esgoto sanitário a
vácuo(PLANOS ENGENHARIA, 2012).
Todos os constituintes do sistema foram dimensionados considerando a população de saturação. Para a rede coletora foi usado tubos de PVC para Esgoto a vácuo com Junta Elástica Integrada (JEI) de diâmetros de DN 75, 100, 150, 200 e 250 mm, também foram considerados Conexões soldáveis de PVC para Esgoto a Vácuo e Válvulas de manobra. A extensão de rede totalizou 8.960 m considerando apenas as linhas de vácuo.
As válvulas Norbra de tecnologia AIRVAC em polietileno (PE) com capacidade de comportar o esgoto de até oito casas, que armazena até 40 litros do efluente acionando assim a válvula que abre pneumaticamente. Foram previstas para o sistema aproximadamente 127 válvulas de 3 polegadas.
A estação de vácuo no anteprojeto é de tecnologia AIRVAC, dimensionada para ser composta por um tanque coletor com 25m³, duas bombas de recalque com capacidade de 40l/s e três bombas de vácuo sendo uma reserva com capacidade 750m³/h. A Tabela 2 apresenta os principais parâmetros considerados no dimensionamento do anteprojeto.
Tabela 2 -Parâmetros do dimensionamento sistema a vácuo
Parâmetro Valor Adotado
Consumo Per Capita Água (l/hab/dia) 300
K1 - Coef. De Máxima Vazão Diária 1,2
K2 - Coef. De Máxima Vazão Horária 1,5
K3 - Coef. De Mínima Vazão Horária 0,5
Diâmetro Mínimo Adotado (mm) 75
Ligações Domiciliares 1589
Vazão de Saturação l/s 39,72
População Inicial 3050
População de Saturação 7945
Fonte: Elaboração do Autor, 2015.
3.3 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE ESGOTO GRAVITACIONAL
No dimensionamento das redes coletoras desse trabalho foram estabelecidos critérios conforme as normas da ABNT NBR-9648/1986 e da ABNT NBR 9649/1986.
Os parâmetros de projeto adotados para o dimensionamento estão apresentados na Tabela 3, os que são comuns para o sistema a vácuo e gravitacional foram adotados os mesmos, para viabilizar e facilitar o comparativo entre os sistemas.
Tabela 3 -Parâmetros de dimensionamento sistema gravitacional
Parâmetro Valor Adotado
Consumo Per Capita Água (l/hab/dia) 300
Recobrimento Mínimo Tubulação (m) 1,05
Recobrimento Mínimo Calçada (m) 0,65
K1 - Coef. De Máxima Vazão Diária 1,2
K2 - Coef. De Máxima Vazão Horária 1,5
K3 - Coef. De Mínima Vazão Horária 0,5
Diâmetro Mínimo Adotado (mm) 150
Tensão Trativa Mínima (Pa) 1,0
Vazão Mínima (l/s) 1,5
Taxa de Infiltração Mínima(l/s.m) 0,0004
Coeficiente de Retorno –C 0,8
Material PVC Novo (Coef. Manning) 0,013
Lâmina d’Água Máxima no Tubo (%) 75
Ligações Domiciliares 1589
População Inicial 3050
População de Saturação 7945
Fonte: Elaboração do Autor, 2015.
Para os cálculos e desenhos da rede coletoras de esgoto foi utilizado o software SANCAD, AutoCad 2012 e CasanCad.
Não foram previstas a implantação da rede coletora nos condomínios fechados, pois segundo o Manual de Serviços de Instalação Predial de Água e Esgoto Sanitários:
“Para sistemas de condomínios horizontais e/ou verticais a CASAN disponibilizará uma única ligação de água e esgoto na testada do imóvel, ficando a critério do interessado a individualização do sistema hidráulico das unidades internas da edificação. É facultativa à CASAN a aprovação de mais de uma ligação na testada do imóvel.” (CASAN, 2014).
Ainda segundo dados da CASAN, os custos de implantação, bem como melhorias necessárias para viabilizar o serviço de coleta de esgotamento sanitário são de responsabilidade do proprietário do condomínio.
Para o dimensionamento da estação elevatória de esgoto (EEE) foram utilizados os dados apresentados na Tabela 4, as vazões de projeto na Tabela 5.
Tabela 4 -Parâmetros de dimensionamento da Estação Elevatória
Dados Gerais Valor Adotado
Cota do Terreno (m) 1,134
Cota do Coletor (m) -3,273
Cota máxima de elevação no recalque (m) 2,676
Comprimento da tubulação de recalque (m) 2036
Coeficiente de Hanzen Williams C 130
Diâmetro do Coletor na Chegada (mm) 300
Altura Manométrica (m) 14
Fonte: Elaboração do Autor, 2015.
Tabela 5 –Vazões de projeto.
Vazões Primeira Etapa (L/s) Segunda Etapa (L/s)
Vazão mínima 5,95 12,75
Vazão média 10,19 23,78
Vazão máxima 16,96 41,44
Fonte: Elaboração do Autor, 2015.
3.4 ORÇAMENTO
Os orçamentos do projeto do sistema gravitacional elaborados no trabalho foram baseados na lista de Preços da CASAN 2014, e do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI) e ainda cotações do preço comercial mais recente. O valor de Benefícios e Despesas Indiretas (BDI) aplicado é de 12% para os materiais e 25,11% para obras civis, teto máximo admitido para obras financiadas pela Caixa Econômica Federal.
Para o orçamento da rede a vácuo será utilizado o Índice Nacional de Custos da Construção Civil (INCC) datados em 01 de março de 2015, para a atualização dos valores, pois o orçamento que compõem o anteprojeto disponibilizado pela empresa projetista do sistema vácuo é referente a 2012. Não foram previstos os custos com a linha de recalque.
A taxa percentual de variação entre os custos dos sistemas após o comparativo entre os orçamentos, foram calculados com base na expressão:
│(Valor gravitacional / Valor vácuo)- 1│*100 = %
3.5 COMPARATIVOS DE OPERACIONAL E DE MANUTENÇÃO DOS SISTEMAS
Os comparativos de operação e manutenção elaborados neste trabalho tiveram como base a análise das diferenças técnicas, construtivas e de operação, bem como literatura.
Os custos referentes ao consumo de energia foram calculados de acordo com a expressão:
Custo (R$) = Potência (kw) x horas de funcionamento (horas) x 30dias x valor do kw/h
A potência da bomba de recalque do sistema gravitacional foi determinada com base em dados do fabricante para atender a vazão de projeto e altura manométrica especificadas no dimensionamento da Estação Elevatória.
Para o sistema a vácuo a potência das bombas de vácuo e tempo de funcionamento não estão especificadas no anteprojeto base deste trabalho que referência apenas a vazão a ser atendida por hora, por isso o consumo de energia foi determinado com base em dados apresentados pela Norbra onde específica as potências das bombas usuais em uma estação de vácuo variam de 10 a 25HP, com tempo médio de operação de 4 a 6 horas diárias. Com base nestes dados o cálculo de consumo foi realizado para o consumo máximo, ou seja para uma bomba de 25 HP operando 6 horas por dia. Para a bomba de recalque pertencente à estação de vácuo foi considerado o mesmo consumo de energia do gravitacional considerando que a bomba em questão deve transpor o efluente ao mesmo ponto de descarga do logo a mesma extensão de emissário, vazões similares e mesmo desnível geométrico.
Segundo dados da CELESC Estações elevatórias e a vácuo enquadra-se na Tarifa Convencional categoria A e B subgrupo B3 – Água, Esgoto e Saneamento considerando o a maior tarifa, bandeira vermelha, com o valor do kwh 0,41 reais em 11 de maio de 2015.
3.6 COMPARATIVOS AMBIENTAIS
Os comparativos ambientais foram levantados com base na análise das diferenças técnicas, de implantação, com base na legislação vigente e revisão bibliográfica.
3.7 LIMITANTES
Entre os limitantes no comparativo dos sistemas destaca-se o fato de não ter acesso a planta baixa do anteprojeto, diferenças no critério de orçamento e falta de dados de um sistema em operação no Brasil.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para a área de estudo (Figura 8) foram propostas três alternativas técnicas, o sistema a vácuo - Alternativa 01, gravitacional com apenas uma bacia (elevatória) – Alternativa 02, porém utilizando o recurso de servidão de passagem e não atendendo 100% da população, e uma terceira alternativa sem o recurso de servidão de passagem necessitando assim um maior número de elevatórias para atender a mesma área - Alternativa 03. Apenas as alternativas 01 e 02 serão detalhadas, a alternativa 03 foi apresentada apenas para justificar a servidão de passagem proposta na Alternativa 02.
Figura 8 – Delimitação da área de estudo.
Fonte: Google Earth 2015.
4.1 SISTEMA A VÁCUO (ALTERNATIVA 01)
No anteprojeto básico utilizado como base para este trabalho, não há informações sobre a abrangência do projeto e não foi disponibilizada a planta geral do sistema, mas devido às características técnicas e sua capacidade de vencer desníveis geométricos acredita-se que é viável atender 100% da população.
Para as casas de soleira baixa na localidade que representa 0,80% ou 65 pessoas, não foram encontrados dados sobre o possível atendimento, mas acredita-se não ser viável para área de estudo, apesar das caixas de válvulas poderem ser instaladas abaixo da cota da rua (Figura 9), deve-se evitar desníveis superiores a 4 metros e as residências em questão apresentam-se bem abaixo no nível da rua como apresenta a Figura 10, mas o desnível não foi mensurado logo não é possível afirmar o não atendimento.
Figura 9 – Detalhe da caixa de válvula abaixo da cota da rua.
Fonte: AIRVAC 2005.
Figura 10 – Residências de soleira baixa.
Fonte: Google Earth 2015.
A rede coletora do sistema foi concebida após ser determinada a locação da Estação de Vácuo e área foi subdividida em três sub-bacias (Figura 11) compostas de linhas
de vácuo principal e as secundárias respeitando o perímetro de 2.000 a 3.000 metros em relação à EV.
Figura 11 – Divisão do sistema em sub-bacias.
Fonte: Planos Engenharia 2012.
4.2 SISTEMA GRAVITACIONAL
4.2.1 Alternativa 02
O projeto proposto e detalhado para o sistema gravitacional denominada alternativa 02, aonde o traçado da rede coletora acompanhou a inclinação natural topográfica. A localidade possui caimento para Lagoa da Conceição e baixa declividade, esses fatores associados à ocupação do local resultou na necessidade de uma servidão de passagem com extensão de 565m as margens da Lagoa (Figura 12).
Figura 12 – Local da servidão de passagem
Fonte: Google Earth 2015.
Como abordado por Floriano em seu trabalho de conclusão de curso o recurso é amplamente utilizado em concepções de sistemas de rede coletora de esgotos, pois amplia a abrangência do projeto, viabilizando áreas exclusas devido à inviabilidade técnica ou econômica. Devem possuir largura mínima de 4 metros para garantir a execução de obra e acesso em caso de manutenções, se a área for considerada essencial para execução do projeto, o proprietário do terreno deverá ser indenizado, pois a faixa não poderá mais ser edificada.
As servidões de passagem de ordem sanitária são amparadas em diferentes âmbitos legais, que determina que propriedade ou a área deve cumprir primariamente uma função socioambiental. O Estatuto da Cidade, Lei Federal nº 10.257/01, assevera a
propriedade deve atender às exigências fundamentais de ordenação da cidade, expressas no plano diretor, assegurando o atendimento das necessidades ambientais e sociais impostas.
A Seção II do Cap.II da Lei 12.651 de 25/05/2012 que dispõe sobre possibilidade da intervenção ou supressão de vegetação em Área de Preservação Permanente – APP nos casos excepcionais de utilidade pública, interesse social ou baixo impacto ambiental. O art. 3° inciso VIII da mesma lei define utilidade pública como as atividades de segurança nacional e proteção sanitária e obras essenciais de infraestrutura destinadas aos serviços públicos de transporte, saneamento e energia; obras públicas para implantação de instalações necessárias à captação e condução de água e de efluentes, entre outros.
A servidão prevista é as margens da Lagoa da Conceição, local com elevado nível freático contribuindo assim para infiltração e possível contaminação local. Visando mitigar o quadro é previsto para o local PVs estanques em PEAD, que não foram apresentados no orçamento por possuir valor equivalente ao PV de concreto que será implantado no restante da rede não alterando assim o valor final do sistema.
Contornada a infiltração pela adoção de dispositivos estanques ainda ficam as dificuldades de implantação como escavação, máquinas, entre outros, devido às edificações presentes e os muros destas estarem muito próximas a Lagoa, tendo pouco espaço para o obra. Estima-se que no local haverá necessidade de desapropriação e ou indenização da área para garantir a faixa de 4 metros referente a servidão de passagem, o que torna mais burocrática e onerosa à implantação do sistema. Destacam-se ainda os riscos ambientais em caso de extravasamento, lembrando que a declividade natural da área é para Lagoa e que a área em questão é um importante ponto turístico e pesqueiro e já se encontra imprópria para banho.
Mesmos com as dificuldades a servidão de passagem é altamente justificável, pois reduz a necessidade de implantação de outras elevatórias, cenário que será apresentado no item 4.2.2 Alternativa 03 deste trabalho, reduzindo os custos do projeto e posteriormente de manutenção e energia elétrica. Outro fator que ampara o uso da área e abordado no inciso II do artigo 4° da Lei 12.651 de 25 de maio de 2012 que considera Área de Preservação Permanente as áreas no entorno dos lagos e lagoas naturais, a faixa com largura mínima de 30 metros para zonas urbanas, logo as residências na área do traçado da rede não atendem o limite mínimo estabelecido na lei.
extravasamento, sendo que estes ocorrem somente em casos extremos de falta de manutenção associado à altos índices pluviométricos onde o efluente já se encontra diluído, reduzindo assim a carga poluidora.
A alternativa 02 não teve 100% de abrangência de projeto, 160 pessoas 2% não serão atendidas, sendo 1,2% desde total ou 95 pessoas não serão atendidas devido à inviabilidade técnica proveniente de características topográficas e de ocupação da região, e 0,80% ou 65 pessoas devidos às casas estarem com o nível muito abaixo da rua, denominadas casas de soleira baixa (Figura 13). O percentual e números de pessoas expostos consideram a população de saturação da área.
Figura 13 – Identificação das áreas de atendimento e não atendimento da rede coletora
