MEDIÇÃO DE DESCARGA DE EFLUENTES EM REDES
COLETORAS DE ESGOTO - O CASO DO PORTO DE SANTOS
Kazuto Kawakita(1)
Engenheiro Mecânico pela POLI-USP (1982), Mestre em Engenharia Mecânica pela POLI-USP (1993), Doutorando em Engenharia Mecânica pela POLI-USP, Pesquisador do Laboratório de Vazão do IPT-Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo.
Douglas Barreto
Tecnólogo em Construção Civil pela Fatec/SP(1983), M.Sc. in Building
Services Engineering pela Heriot-Watt University/Edimburgo-Escócia
(1990), Doutorando em Estruturas Ambientais Urbanas na FAUUSP, Pesquisador do Laboratório de Instalações Prediais do IPT-Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo.
Mário do Espírito Santo Filho
Geógrafo formado pela Universidade Federal do Mato Grosso do Sul UFMS-Três Lagoas, Assistente Técnico do Contrato CODESP-PRES. 030/96, da Companhia Docas do Estado de São Paulo.
Endereço(1): IPT-Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A.
Divisão de Mecânica e Eletricidade. Laboratório de Vazão. Cidade Universitária ASO São Paulo SP Caixa Postal 0141 CEP 01064970 Brasil Tel: (011) 37674756 -Fax: (011) 3766.3572 - e-mail: kawakita@ipt.br
RESUMO
O presente artigo descreve o trabalho desenvolvido pelo IPT com vistas à monitoração do consumo de água e da descarga de efluentes em uma região do porto de Santos/SP. O objetivo do trabalho foi a determinação, para esta região particular, de valores médios representativos da vazão de efluentes descarregados na rede pública de coleta de esgotos, pela CODESP, administradora do porto, e suas arrendatárias, tendo como referência balizadora a vazão de água consumida.
A monitoração estendeu-se por um período superior a 7 meses, mais especificamente do final de maio de 1997 até o início de janeiro de 1998.
Os resultados obtidos através das medições realizadas, utilizando uma metodologia simples, porém eficiente, permitiram verificar que, para o período considerado, o valor da vazão média do total de efluentes descarregados na rede pública de coleta de esgotos eqüivale a uma parcela ao redor de 45% da vazão média do total de água consumida.
PALAVRAS-CHAVE: Medição de Esgoto, Medição de Efluentes, Medidor de Vazão,
INTRODUÇÃO
No porto de Santos, um dos maiores do país, foi realizado um trabalho para quantificar o volume de esgotos gerados nas instalações que compõem o complexo portuário. A operadora das atividades no porto é a Cia Docas do Estado de São Paulo-CODESP. Especificamente, a parte do porto submetida a esta medição, abrange a região do mesmo que se estende desde os prédios da sede administrativa da CODESP, localizada no bairro do Macuco, até a divisa com o entreposto de pesca na Ponta da Praia, numa extensão de aproximadamente 4,5 km de comprimento por 200 a 300 m de largura. Dentro desta região analisada encontram-se, além das docas de atracação propriamente ditas, os prédios da própria CODESP e também armazéns, pátios e diversas instalações de empresas arrendatárias.
Na figura 1 a seguir é apresentada uma planta parcial do porto com um detalhamento da região abordada.
Figura 1: Planta Parcial do Porto de Santos Destacando a Região Analisada.
METODOLOGIA
Considerando-se a vasta extensão do sistema abordado, englobando uma quantidade bastante grande de instalações, pátios e edificações, e possuindo inúmeros pontos internos de utilização de água e de descarga de efluentes, optou-se por uma metodologia de análise que considerasse toda a região em questão como um grande volume de controle, monitorando-se as entradas de água e as saídas de efluentes.
A alternativa de se analisar os processos internos da empresa, particularizando ponto a ponto os locais de consumo de água e de descarga de efluentes, foi considerada inviável face à grande extensão da região estudada, à inconstância e variabilidade dos usos da água e, principalmente, à quase que impossibilidade de identificação e localização exata da totalidade destes locais.
Nesse sentido, foi solicitado à CODESP que indicasse e identificasse a localização de todos os pontos de recebimento de água e, analogamente, de todos os locais de descarga de efluentes na rede pública de coleta de esgotos dentro da região de abrangência do trabalho. A concessionária de águas e esgotos que atende a região é a SABESP/Santos. Segundo as informações da CODESP, na região do porto analisada, a empresa recebia água da SABESP em 6 pontos, todos hidrometrados, e despejava efluentes através de 7 ligações junto à rede pública de coleta de esgotos. As relações dos locais de recebimento de água e de descarga de efluentes são apresentadas, respectivamente, nas tabelas 1 e 2.
Tabela 1: Relação dos Locais de Recebimento de Água.
LOCAIS DE ENTRADA DE ÁGUA
Ponto Localização Referência
A9 Prolongamento da R. Borges Tampão - Oficina interna
A10 Av. Cons. Rodrigues Alves - Escritórios Tampão - Portaria principal A13 R. Oswaldo Aranha – Frente ao Armazém 29 (Citrosuco) Tampão - Passeio
A14 R. Oswaldo Aranha com Alm. Cochrane (Mesquita) Tampão - Passeio A15 R. Oswaldo Aranha com Joaquim Montenegro Tampão - Final passeio A16 Av. Afonso Pena com Oswaldo Aranha Tampão - Pátio interno
Tabela 2: Relação dos Locais de Descarga de Efluentes.
LOCAIS DE DESCARGA DE EFLUENTES
Ponto Localização Referência Poço
E1 R. Borges com R. Cons. João Alfredo Oficina de vagões CP 100
E2 R. Cons. João Alfredo Pátio de locomotivas CP 200
E3 Av. Cons. Rodrigues Alves com R. João Alfredo Museu da CODESP CP 400
E4 Av. Cons. Rodrigues Alves Portaria presidência CP 300
E5 Instalações da Mesquita S.A. Estação elevatória PV 40A E6 Av. Afonso Pena com Av. dos Portuários Armazém XXXIX PV 33 E7 Av. Afonso Pena com Av. dos Portuários Armazém XLII PV 23
Obs.: PV: Poço de visita, CP: Caixa de passagem
Os pontos de entrada de água e de descarga de efluentes listados nas tabelas 1 e 2, respectivamente, referem-se a setores específicos dentro da região analisada, e que podem ser subdivididos em três sub-regiões básicas de atendimento. Na tabela 3, a seguir, estão relacionados os pontos de entrada de água que alimentam as instalações do porto e os respectivos locais de saída, agrupados por sub-região.
Tabela 3: Relação dos Pontos de Entrada de Água e os Respectivos Locais de Saída.
1 A9 e A10 E1, E2, E3 e E4
2 A13, A14 e A15 E5
3 A16 E6 e E7
Todos os pontos indicados pela CODESP foram inicialmente inspecionados pelo IPT a fim de verificar as condições locais de medição da água consumida, feita através dos hidrômetros da própria concessionária, e as possibilidades de instalação de algum tipo de sistema de medição nos diferentes pontos de descarga de efluentes.
A inspeção mostrou que a medição da água consumida poderia perfeitamente ser feita através da monitoração das indicações dos hidrômetros da SABESP, ressalvando-se apenas a possibilidade de troca de alguns dos medidores que aparentemente não se encontravam em perfeitas condições de utilização. Nesse sentido, posteriormente, a pedido da CODESP, os hidrômetros dos pontos A9, A10 e A13 foram substituídos por medidores novos pela concessionária.
A medição dos efluentes revelou-se, porém, um problema difícil de ser resolvido pois, além de alguns dos ramais de ligação à rede coletora de esgotos apresentarem vazões extremamente variadas e intermitentes, as condições locais encontradas nos poços de visita e caixas de passagem eram bastante desfavoráveis, com tubulações antigas e através das quais, normalmente, o efluente escoava preenchendo apenas a sua parte inferior. Adicionalmente, o espaço extremamente reduzido encontrado nos poços de visita e nas caixas de passagem inviabilizava a adoção da maioria das técnicas de medição conhecidas.
Após um estudo do problema, o IPT considerou que a melhor solução para este caso seria o desenvolvimento e a utilização de um sistema de medição volumétrica por bombeamento. Este sistema basear-se-ia no uso de bombas submersas devidamente calibradas para o bombeamento sistemático do efluente represado a montante do ponto de descarga na rede de coleta da SABESP.
Com base no princípio de que uma bomba é uma máquina de fluxo volumétrica, com a sua curva característica de pressão versus vazão conhecida, a monitoração do tempo de operação da mesma proporcionaria a medição do volume de efluente descarregado pela mesma durante o intervalo de medição.
Foram, então, projetados e construídos sete sistemas de medição por bombeamento para a quantificação dos efluentes nos diferentes locais de descarga. Todos os sistemas eram similares, sendo constituídos essencialmente de uma bomba do tipo submersa, um quadro elétrico de comando, um sistema eletrônico de controle e de totalização do tempo de operação, duas bóias de nível para acionamento e parada do motor da bomba e um conduto de descarga com acoplador especial para fixação à tubulação de jusante sem vazamentos.
O conduto de descarga foi especialmente projetado de modo a permitir a descarga do efluente bombeado sem a ocorrência de refluxos ou respingos que pudessem falsear a medição. O mesmo possuía também um sistema de segurança paralelo, constituído por um ladrão, por onde o efluente poderia fluir no caso da ocorrência de falhas na operação da bomba ou no suprimento de energia elétrica. Adicionalmente, este ladrão tinha como função evitar o sifonamento do sistema.
A figura 2 ilustra esquematicamente o sistema de medição de efluentes utilizado.
Figura 2: Sistema de Medição de Efluentes por Bombeamento Utilizado.
Embora de mesmo modelo e fabricação, todas as bombas foram submetidas a calibração nas bancadas do Laboratório de Vazão do IPT para a determinação de suas características de operação, especificamente a vazão nas condições de medição. O método utilizado na calibração das bombas foi o gravimétrico, que possibilitou um valor médio para a incerteza de calibração de todas as bombas da ordem de ±1,0%, para um nível de confiança de 95%.
A tabela 4 apresenta os valores obtidos na calibração das bombas em laboratório.
Tabela 4: Vazão das Bombas Hidráulicas Utilizadas nas Condições de Operação.
Bomba N.º 589 590 591 592 593 595 673 Vazão [m3/h] 31,44 32,46 32,15 33,31 32,70 32,48 33,67 Moto-bomba Bóia inferior (desliga) Bóia superior (liga) Poço de visita ou caixa de passagem Tela moeda Ladrão Acoplament Conduto de descarga Rede pública de coleta de esgotos Ramal de ligação Efluente Quadro de comando Horímetro 143 : 57
Uma vez montados, os sistemas de medição de efluentes foram testados em laboratório e, posteriormente, instalados nos locais indicados na tabela 2. As fotos 1 e 2 a seguir mostram, respectivamente, o sistema de medição de efluentes por bombeamento instalado em um poço de visita da CODESP e o painel de controle do sistema.
Foto 1: Sistema de Medição de Efluentes Instalado em um Poço de Visita.
A fim de obter um detalhamento mais discretizado do comportamento dos parâmetros medidos, decidiu-se pela realização de duas leituras diárias em cada local de medição, uma de manhã e outra à tarde. Para isso, um leiturista que se deslocava de ponto a ponto realizando as leituras e anotando os valores lidos em uma planilha apropriada. Quaisquer anormalidades observadas eram igualmente anotadas.
RESULTADOS
Os dados obtidos na medição foram devidamente analisados e geraram para cada local de medição, gráficos que demonstram a evolução de consumo de água e de descarga de efluentes durante o período de monitoração.
A vazão média em cada ponto de entrada de água foi obtida diretamente pela divisão do volume total de água registrado em cada hidrômetro ao longo do período de medição, pelo número total de horas de monitoração para o respectivo local.
Por sua vez, a vazão média de descarga de efluentes em cada ponto de descarga foi calculada através da divisão dos volumes de efluentes bombeados por cada sistema de medição, pelo número total de horas de monitoração para o respectivo local. Neste caso, porém, devido à ocorrência de alguns problemas durante a medição, parte dos dados necessitaram ser depurados, expurgando-se os registros decorrentes destas anormalidades. Os problemas que ocorreram durante a medição foram essencialmente relacionados à regulagem incorreta das bóias, e ocasionalmente a falta de energia elétrica, entupimento de bombas, falhas nas leituras, etc.. Tais eventualidades eram anotadas nas planilhas de medição para que os dados referentes ao período pudessem ser posteriormente desconsiderados.
Nas figuras 3 e 4 a seguir são apresentados gráficos representando os resultados obtidos em dois locais de medição, respectivamente um de água e outro de esgoto.
Figura 3: Gráfico da Monitoração da Vazão de Água no Ponto A9. Vazão de água no Ponto A9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 Leituras Va zã o [ m 3/ h ]
Figura 4: Gráfico da Monitoração da Vazão de Efluentes no Ponto E2.
As tabelas 5 e 6 apresentam, localmente e em sua totalidade, os resultados médios finais obtidos na medição dos consumos de água e das descargas de efluentes durante o período de monitoração.
Tabela 5: Valores Médios de Consumo de Água por Local e o Total.
Tabela 6: Valores Médios de Descarga de Efluentes.
Ponto Vazão média [m3/h] Ponto Vazão média [m3/h]
A9 3,68 E1 2,02 A10 6,77 E2 1,59 A13 6,74 E3 0,35 A14 6,01 E4 4,93 A15 8,19 E5 7,17 A16 9,25 E6 0,62 E7 1,43 Total 40,64 Total 18,11
A figura 5, a seguir, mostra o gráfico das relações comparativas entre os valores médios de consumo de água e de descarga de efluentes por sub-região analisada.
Vazão de Efluentes na Saída E2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Leituras V a zã o [ m 3/ h]
Figura 5: Relações Comparativas Entre os Valores Médios de Consumo de Água e Descarga de Efluentes por Sub-Região Analisada.
COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES
Com base nos valores apresentados nas tabelas 4 e 5, pode-se verificar que, para o período considerado, o valor da vazão média do total de efluentes descarregados na rede pública de coleta de esgotos, obtido por meio das medições efetuadas, eqüivale uma parcela aproximada de 45% da vazão média do total de água consumida.
Os 55% restantes do volume total de água que entra na região do porto analisada, não são descarregados diretamente na rede pública de coleta de esgotos. Esta diferença pode ser resultado de lavagens de pátios e armazéns, vendas de água para embarcações e, principalmente, vazamentos na rede interna de distribuição de água, característicos das sub-regiões 2 e 3, onde esta diferença é notadamente maior. Dada a proximidade com o mar, a maior parte deste volume de água tenderia a fluir em direção ao mesmo, seja por meio de galerias de águas pluviais ou mesmo via infiltrações.
É importante salientar que o resultado representa um valor médio, referente única e exclusivamente à região e ao período analisados, podendo sofrer variações devido a fatores de difícil previsão, a exemplo do nível de atividade operacional do porto que é diretamente influenciado pelas importações e exportações realizadas pelo país.
Nesse sentido, caso sejam verificadas ao longo do tempo, alterações substanciais no volume de água consumida pela empresa, via hidrometragens da SABESP, é recomendável que novas medições sejam realizadas a fim de quantificar com precisão uma eventual modificação na relação água/efluente.
Entrada de Água e Descarga de Efluentes por Sub-Região
10,45 20,94 9,25 7,17 8,89 2,05 0 5 10 15 20 25
Sub-Região 1 Sub-Região 2 Sub-Região 3
Vazão [
m3/h
]
Como uma última observação, é importante notar que a metodologia utilizada para a solução do problema de medição de efluentes no caso do porto de Santos mostrou-se bastante satisfatória, podendo ser uma alternativa aplicável em situações similares, não obstante as dificuldades normalmente presentes nestes casos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. KAWAKITA, K., BARRETO, D. Quantificação de volumes de água e de descargas de efluentes na CODESP. São Paulo, IPT, 1988. (Relatório Tecnico Nº 37 188).
