Estudo comparativo entre dois sistemas de coleta de esgoto: a vácuo e por gravidade

Texto

(1)Universidade Federal de Santa Catarina Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DOIS SISTEMAS DE COLETA DE ESGOTO: A VÁCUO E POR GRAVIDADE. Guilherme Fantozzi Campos. FLORIANÓPOLIS, (SC) NOVEMBRO/2007.

(2) Universidade Federal de Santa Catarina Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DOIS SISTEMAS DE COLETA DE ESGOTO: A VÁCUO E POR GRAVIDADE. Guilherme Fantozzi Campos. Trabalho apresentado à Universidade Federal de Santa Catarina para Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental. Orientador Prof. Dr. Peter Batista Cheung. FLORIANÓPOLIS, (SC) NOVEMBRO/2007.

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(4) AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus por estar me proporcionando este momento especial na minha vida. Ao Prof. Dr. Peter pela orientação e amizade no decorrer deste trabalho. À equipe de saneamento da empresa SULCONSULT por disponibilizar seus materiais para realização deste trabalho e pelo auxilio dado de cada membro da equipe. À minha família e à minha namorada, Carla, por terem acreditado em mim e pelo seu amor, carinho e amizade. E a todas as pessoas que contribuíram para a realização deste trabalho.. iii.

(5) RESUMO A ausência de coleta, de transporte e de tratamento adequado de esgoto sanitário é um grande problema não só ambiental como de saúde pública. A poluição por esgoto, além de deteriorar a qualidade dos corpos hídricos, torna-se fonte de disseminação de diversas doenças. Dentre a que mais se destaca, a diarréia é responsável pela morte de milhares de pessoas no mundo todo, sendo as crianças as maiores vítimas. Observa-se desta forma que o esgotamento sanitário torna-se necessário. Em determinadas localidades onde o sistema convencional (por gravidade) torna-se de difícil aplicação, o sistema a vácuo pode ser uma opção de projeto. A coleta a vácuo é um sistema mecanizado de transporte de esgoto. Diferentemente do sistema por gravidade o sistema a vácuo utiliza o conceito de pressão diferencial para deslocar o esgoto dentro da tubulação, encaminhando-o para a estação de tratamento. Este tipo de sistema é muito aplicado na Europa e Estados Unidos. Já no Brasil o sistema a vácuo é pouco conhecido, apenas duas localidades possuem o sistema implantado, que são: Paranaguá, no Paraná e no balneário de Jurerê Internacional em Florianópolis, Santa Catarina. No trabalho serão desenvolvidos dois projetos de sistema de coleta de esgoto, um a vácuo e outro por gravidade para uma bacia localizada em um determinado município, a qual será feita uma comparação entre ambas as tecnologias, através de certos parâmetros de projeto.. Palavras - Chave: sistema a vácuo, sistema de esgoto, saneamento básico.. iv.

(6) ABSTRACT The absence of collection, transport and adequate sanitary sewage treatment, is a great problem, not only environmental, but also, a public health issue. The pollution by sewage, besides deteriorating, the water bodies´ quality, becomes a source for dissemination of several diseases. Among the most important ones, the diarrea is the greatest responsible for the death of thousands of people, being the children the greatest victims. We can observe this way that the sanitary sewing system becomes quite necessary. In certain locations, where the conventional system (gravity one) has a difficult application, the vacuum system can be a project option. The collection by vacuum is a mechanized system of sewage transport. Differently from the gravity system, the vacuum one uses the concept of differential pressure in order to displace the sewage inside the pipes, leading it to the treatment station. This kind of system is a lot used in the United States and Europe. Yet, in Brazil, the vacuum system is little known; only two locations have the system implemented, which are: Paranaguá, in the state of Paraná and in Balneário of Jurerê Internacional in Florianópolis, state of Santa Catarina. In this work, two projects of sewage collection system, one by vacuum and the other one by gravity in a basin located in a certain city, which a comparison between both systems will be carried out through project parameters. Key -Words: vacuum system, sewing system, basic sanitation.. v.

(7) SUMÁRIO RESUMO ...................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................... v LISTA DE FIGURAS................................................................................... viii LISTA DE TABELAS .................................................................................... ix 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 1. 2. OBJETIVOS ............................................................................................ 2. 2.1 objetivo geral ......................................................................................... 2 2.2 Objetivos específicos............................................................................. 2 3. Fudamentação teórica........................................................................... 3. 3.1 Histórico do esgotamento sanitário........................................................ 3 3.2 Definições .............................................................................................. 3 3.3 Tipos de Sistemas de Esgoto ................................................................ 5 3.3.1 Sistema Individual ............................................................................... 5 3.3.2 Sistema Coletivo.................................................................................. 5 3.4 Critérios de Projeto ................................................................................ 6 3.5 Sistema de Coleta de Esgoto por Gravidade......................................... 8 3.5.1 Principais Componentes do Sistema ................................................... 8 3.5.1.1 Rede coletora desenho ................................................................... 8 3.5.1.2 Emissários....................................................................................... 8 3.5.1.3 Órgãos acessórios .......................................................................... 8 3.5.1.4 Estação elevatória de esgoto ........................................................ 11 3.5.1.5 Tipos de traçado de rede de esgoto.............................................. 12 3.6 Sistema de Coleta de esgoto a vácuo ................................................. 13 3.6.1 Histórico do Sistema a Vácuo............................................................ 13 3.6.2 Principais Componentes do Sistema ................................................. 13 3.6.2.1 Caixa de válvula e tanque “buffer”................................................. 14 3.6.2.2 Rede coletora de esgoto a vácuo.................................................. 19 3.6.2.3 Estação de vácuo.......................................................................... 21 3.6.3 Proporção Ar/Líquido......................................................................... 22 3.6.4 Aplicações do Sistema a Vácuo ........................................................ 22 3.6.5 Vantagens do Sistema a Vácuo ........................................................ 23 3.6.6 Localidades onde o Sistema a Vácuo está Implantado no Brasil ...... 23 4. METODOLOGIA.................................................................................... 25 vi.

(8) 4.1 PROJETO DA REDE COLETORA A VÁCUO ..................................... 25 4.2 PROJETO DA REDE COLETORA POR GRAVIDADE ....................... 28 4.3 PROCEDIMENTOS DE ANÁLISE COMPARATIVA ............................ 29 4.4 FERRAMENTAS UTILIZADAS ............................................................ 29 5. ESTUDO DE CASO .............................................................................. 31. 5.1 DESCRIÇÃO DA ÁREA A SER ESTUDADA....................................... 31 5.1.1 Aspectos Econômicos ....................................................................... 31 5.1.1.1 Indústria ........................................................................................ 31 5.1.1.2 Turismo ......................................................................................... 31 5.1.2 Saneamento Básico .......................................................................... 31 5.1.2.1 Esgotamento sanitário................................................................... 31 6. RESULTADOS ...................................................................................... 32. 6.1 PROJETO DA REDE A VÁCUO.......................................................... 32 6.2 PROJETO DA REDE POR GRAVIDADE ............................................ 35 6.2.1 Cálculo da Vazão de Projeto Inicial ................................................... 36 6.2.2 Cálculo da Vazão de Projeto Final .................................................... 36 6.3 COMPARATIVO ENTRE OS SISTEMAS DE COLETA DE ESGOTO 40 7. CONCLUSÃO........................................................................................ 46. 8. BIBLIOGRAFIA..................................................................................... 47. ANEXOS ...................................................................................................... 49. vii.

(9) LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 – REDE E COMPONENTES ........................................................ 9 FIGURA 2 – TUBO DE LIMPEZA .................................................................. 9 FIGURA 3 – POÇO DE VISITA.................................................................... 10 FIGURA 4 – TERMINAL DE INSPEÇÃO E LIMPEZA ................................. 10 FIGURA 5 – FUNÇÃO DA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA .................................. 11 FIGURA 6 – ESTAÇÃO ELEVATÓRIA ........................................................ 12 FIGURA 7 – TRAÇADO RADIAL ................................................................. 12 FIGURA 8 – CAMINHO PERCORRIDO PELO EFLUENTE ........................ 14 FIGURA 9 – LAYOUT DO SISTEMA A VÁCUO .......................................... 15 FIGURA 10 – CAIXA DE VÁLVULA............................................................. 15 FIGURA 11 – VÁLVULA DE INTERFACE ................................................... 16 FIGURA 12 – TANQUE BUFFER ................................................................ 16 FIGURA 13 – LIGAÇÃO DA RESIDÊNCIA NA CAIXA DE VÁLVULA ......... 17 FIGURA 14 – COMPONENTES DA CAIXA DE VÁLVULA .......................... 18 FIGURA 15 – TUBO RESPIRO.................................................................... 18 FIGURA 16 – CONEXÃO EM “Y”................................................................. 19 FIGURA 17 – ELEVAÇÕES ......................................................................... 20 FIGURA 18 – PERFIL DA TUBULAÇÃO ..................................................... 21 FIGURA 19 – ESTAÇÃO DE VÁCUO .......................................................... 22 FIGURA 20 – ESTAÇÃO DE VÁCUO EM JURERÊ INTERNACIONAL ...... 24 FIGURA 21 – ESTAÇÃO DE VÁCUO EM PARANAGUÁ ............................ 24 FIGURA 22 – PLANTA DA BACIA E PONTOS COTADOS ......................... 26 FIGURA 23 – PLANTA COM A REDE A VÁCUO ........................................ 33 FIGURA 24 – PLANILHA COM OS DADOS DE ENTRADA ........................ 34 FIGURA 25 – PLANILHA PARA O DIMENSIONAMENTO DAS BOMBAS.. 35 FIGURA 26 – PLANTA COM O TRAÇADO DA REDE NO CESG............... 37 FIGURA 27A – DADOS PARA O CÁLCULO DA REDE .............................. 38 FIGURA 27B – DADOS PARA O CÁLCULO DA REDE .............................. 38 FIGURA 28 – PROJETO POR GRAVIDADE EM AUTOCAD ...................... 39 FIGURA 29 – DADOS PARA DIMENSIONAR AS BOMBAS DE ESGOTO. 39 FIGURA 30 – GRÁFICO DE ESCOLHA DA BOMBA DE RECALQUE ........ 40. viii.

(10) LISTA DE TABELAS TABELA 1 – VALORES DE CONTRIBUIÇÃO PER CAPITA DE ESGOTO... 7 TABELA 2 - CRITÉRIOS DE PROJETO A VÁCUO..................................... 32 TABELA 3 - CRITÉRIOS DE PROJETO POR GRAVIDADE ....................... 36 TABELA 4 – CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA DO SIST. POR GRAVIDADE .............................................................................................................. 41 TABELA 5 – CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA DO SIST. A VÁCUO ......... 42 TABELA 6 – DEPESAS COM MÃO-DE-OBRA............................................ 43 TABELA 7 – CUSTOS ESTIMADOS ........................................................... 43 TABELA 8 – DESPESAS GERAIS DO SISTEMA A VÁCUO..................... 433 TABELA 9 – DESPESAS GERAIS DO SISTEMA POR GRAVIDADE ....... 444. ix.

(11) 1. 1. INTRODUÇÃO. O destino adequado dos dejetos humanos visa, basicamente: controlar e prevenir as doenças a eles relacionados, evitar a poluição do solo, evitar a eutrofização dos corpos hídricos e promover conforto para a população através de melhorias higiênicas. O correto destino deste efluente pode ser analisado em três aspectos: de saúde pública, ambiental e econômico (SPERLING, 2005). Sob o aspecto de saúde pública, no mundo 2,3 bilhões de pessoas sofrem de doenças vinculadas à água, sendo a diarréia a que mais mata. Essa doença atinge cerca de 4 milhões de pessoas nos países em desenvolvimento, sendo as crianças as maiores vítimas (CLARKE e KING, 2005). Além de ser a fonte de doenças, o despejo de esgoto sem tratamento nos corpos hídricos causa a eutrofização dos corpos d’água. A eutrofização é a proliferação de algas e outros vegetais aquáticos, em um corpo d’água, devido ao aumento da quantidade de nutrientes, principalmente o nitrogênio e o fósforo. Em conseqüência dessa proliferação de microrganismo, o consumo de oxigênio dissolvido aumenta, fator que pode levar a “morte” do corpo d’água (BRAGA et al., 2004). Quando despejado no mar, poderá causar a extinção de espécies vivas e de ecossistemas conhecida como biodiversidade. Sob o aspecto econômico a ocorrência de doenças pode levar o homem à inatividade ou reduzir sua potencialidade para o trabalho. Os principais aspectos a serem considerados são: redução das despesas com os tratamentos de doenças causadas pela falta de saneamento básico, redução no custo de tratamento de água e a melhora na balneabilidade das praias, promovendo a recreação e o turismo. Analisando também por este aspecto, o Manual do Saneamento (FUNASA, 2006), afirma que para cada R$ 1,00 investido no setor de saneamento, economiza-se R$ 4,00 na área de medicina curativa. A falta de investimentos para o setor de esgotamento sanitário em nosso país faz com que o número de pessoas atendidas por este serviço seja baixo. No Brasil cerca de 20,7% dos municípios possuem coleta de esgoto. Na região sul esse índice é de 19,2% e em Santa Catarina o índice é de apenas 9,2% (SNIS, 2005). Muitas regiões são prejudicadas por algum aspecto físico, tornando difícil à implantação de uma rede coletora de esgoto, contribuindo para estes baixos valores de municípios atendidos. Em áreas onde a coleta convencional de esgoto por gravidade é de difícil implantação, o sistema de coleta a vácuo é uma opção útil. Áreas planas, com terrenos rochosos e com nível de lençol freático alto tornam o sistema por gravidade muito oneroso e de difícil aplicação. O sistema a vácuo é formado por três principais componentes: caixa de válvula, rede coletora e estação de vácuo. O transporte do efluente é realizado devido a uma diferença de pressão causada pelas bombas de vácuo, localizadas na estação de vácuo, e a pressão atmosférica. O esgoto chega ao tanque de esgoto localizado dentro da estação de vácuo e em seguida é recalcado para a estação de tratamento (ECOSAN, 2005)..

(12) 2. 2. 2.1. OBJETIVOS. OBJETIVO GERAL. O presente trabalho tem como objetivo comparar dois projetos de sistemas de coleta de esgoto: a vácuo e por gravidade, através de certos aspectos de projeto. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS O trabalho propõe os seguintes objetivos específicos:. a) projetar uma rede utilizando tecnologias a vácuo e por gravidade para uma mesma bacia; b) apresentar teoricamente o sistema de coleta de esgoto a vácuo; c) apresentar teoricamente o sistema de coleta de esgoto por gravidade; d) caracterizar a área que será estudada; e) realizar comparações orçamentárias relacionadas aos custos de implantação e energia elétrica;.

(13) 3. 3. 3.1. FUDAMENTAÇÃO TEÓRICA. HISTÓRICO DO ESGOTAMENTO SANITÁRIO. Devido ao desenvolvimento urbano ocorrido em Roma no século VI a.C, foi construída a denominada Cloaca Máxima. Seria o primeiro sistema de esgoto planejado e implantado no mundo. Ela recebia parte dos esgotos domésticos nas áreas adjacentes do Fórum Romano indo até o rio Tibre. Mas devido ao fato de que naquela época o saneamento obrigatório era considerado uma violência, uma imposição aos direitos humanos e do desconhecimento de saúde pública, muitas casas não lançaram seus esgotos nas galerias (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). A proibição do lançamento de excretas humanos em drenos e galerias na Europa medieval resultou na disposição de dejetos nas ruas, com o conseqüente carregamento pelas águas da chuva ou de lavagem até o curso d’água mais próximo. Inventada por Sir John Harington, a descarga hídrica começou a ser usada em instalações hidrosanitárias somente no século XIX que juntamente com as epidemias ocorridas no mesmo chamaram a atenção para a necessidade da coleta e o afastamento do esgoto (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). No Brasil o primeiro sistema de esgotamento sanitário foi implantado no Rio de Janeiro em 1864. Esse sistema recebia as águas pluviais e os esgotos domésticos (PEREIRA e SOARES, 2006). O engenheiro George Waring, após constatar o alto custo para a implantação do sistema de esgoto da cidade de Memphis, sugeriu coletar separadamente os esgotos domésticos das águas pluviais. Esse tipo de sistema, chamado posteriormente de separador absoluto de esgoto, obteve bons resultados operacionais e financeiros, sendo amplamente utilizado até os dias de hoje (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). 3.2. DEFINIÇÕES. O esgoto doméstico é o efluente que apresenta o maior volume do esgoto sanitário. Sendo uma das maiores fontes de poluição do meio ambiente e um grande problema de saúde pública. Feito um correto sistema de coleta e tratamento de esgoto muito destes problemas irão ser reduzidos. O esgoto doméstico é o efluente que provem principalmente de residências, estabelecimentos comerciais, instituições ou quaisquer edificações que dispõe de instalações de banheiros, lavanderias e cozinhas. Compõe-se essencialmente da água de banho, excretas, papel higiênico, restos de comida, sabão, detergentes e águas de lavagem (FUNASA, 2006). No presente trabalho, trataremos apenas da coleta e transporte dos esgotos domésticos. A palavra esgoto costuma ser usada para definir tanto a tubulação condutora das águas servidas de uma comunidade, como também o próprio líquido que flui por estas canalizações. Nos últimos anos, este termo é usado apenas para caracterizar os despejos provenientes das diversas modalidades do uso e da origem das águas, tais como: usos domésticos, comerciais, industriais, de utilidades públicas, de áreas.

(14) 4. agrícolas, de superfície, de infiltração, pluviais, e outros efluentes sanitários (JUNGBECK, 2005). Na engenharia sanitária é utilizada a denominação esgoto sanitário para a água residuária formada por contribuições de esgoto doméstico, de esgoto industrial e da água do terreno que entra nas tubulações coletoras (PEREIRA e SOARES, 2006). A NBR 9648/86 define esgoto sanitário como sendo: “Despejo líquido constituído de esgotos doméstico e industrial, água de infiltração e a contribuição pluvial parasitária” (ABNT, 1986a). O Manual do Saneamento define da seguinte maneira os tipos de esgotos (FUNASA, 2006): a) esgotos domésticos: “Incluem as águas contendo matéria fecal e as águas servidas, resultantes de banho e de lavagem de utensílios e roupas”; b) esgotos industriais: “Compreendem os resíduos orgânicos, de indústria de alimentos, matadouros, etc; as águas residuárias agressivas, procedentes de indústrias de metais, etc; as águas residuárias procedentes de indústrias de cerâmica, água de refrigeração, etc”; c) águas pluviais: “São as águas procedentes das chuvas”; d) água de infiltração: “São as águas do subsolo que se introduzem na rede”. As infiltrações dependem do material empregado e do tipo de assentamento da tubulação, dependem também das características do meio como: nível do lençol freático, material do solo, permeabilidade, etc (NUVOLARI, 2003). Segundo a NBR 9649/86 a taxa de infiltração, em parâmetros de projeto, deve ser adotada entre 0,05 a 1,0 l/s. Km (ABNT, 1986b). A NBR 9648/86 define água pluvial parasitária como sendo: “A parcela do deflúvio superficial inevitavelmente absorvida pela rede de esgoto sanitário” (ABNT, 1986a). Como o lançamento de esgoto sanitário no meio ambiente está relacionado com a degradação dos corpos d’água e com problemas de saúde pública, é necessário que se realize a correta coleta, transporte e tratamento dessa água residuária (PEREIRA e SOARES, 2006). A Política Nacional do Meio Ambiente, lei federal 6938/81, no artigo terceiro inciso III, define poluição como sendo: “A degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente”: a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população; b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas;. c) afetem desfavoravelmente a biota; d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente; e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos. Degradação da qualidade ambiental: “A alteração adversa das características do meio ambiente”. Existem duas formas de poluição:.

(15) 5. a) poluição pontual: Os poluentes são descarregados num corpo d’água. de forma concentrada. Por exemplo: O esgoto coletado de um determinado lugar, sendo despejado num ponto de um rio. b) poluição difusa: Os poluentes entram no corpo d’água e são distribuídos ao longo de sua extensão. Por exemplo: a água pluvial coletada pelo sistema de drenagem, despejada num rio. 3.3. TIPOS DE SISTEMAS DE ESGOTO. Há dois tipos de sistemas de esgoto: o individual e o coletivo. A escolha do tipo de sistemas varia de acordo com as condições físicas da área de interesse para a implantação do sistema. 3.3.1 Sistema Individual O sistema individual é a coleta e/ou tratamento do esgoto sanitário provenientes de residências, imóveis comerciais, públicos e áreas rurais onde não há rede de esgoto. Há lugares em que a topografia do terreno impede a construção da rede de coleta de esgoto, sendo o sistema individual a opção a ser utilizada (PEREIRA e SOARES, 2006). O tipo de sistema individual mais comumente usado no Brasil é o tanque séptico, mas devido ao fato do mesmo não apresentar uma boa eficiência no tratamento do efluente é necessário um tratamento complementar. Dentre as alternativas de pós-tratamento temos, baseado na NBR 7229/93, o filtro aeróbio, filtro anaeróbio, filtro de areia, a vala de filtração, o escoamento superficial ou a desinfecção. E como destino final, baseado nessa mesma Norma, temos o poço absorvente, vala de infiltração, o corpo d’água e/ou o sistema público pluvial. Vale observar que se uma determinada localidade possuir rede de esgoto o correto é fazer a ligação da residência à rede, e não continuar com o sistema individual. 3.3.2 Sistema Coletivo Conforme PEREIRA e SOARES (2006), o sistema coletivo é dividido em três tipos descritos abaixo: sistemas de esgotamento unitário ou combinado, sistemas de esgotamento separador parcial e sistemas de esgotamento separador absoluto. a) sistemas de esgotamento unitário ou combinado: Nesse tipo de sistemas são coletados as águas pluviais, os esgotos sanitários e as águas de infiltração (água do subsolo que infiltra no sistema pela tubulação e órgãos acessórios) numa mesma tubulação até a estação de tratamento de esgoto. b) sistemas de esgotamento separador parcial: Nesse tipo de sistemas são coletados os esgotos sanitários, as águas de infiltração e as águas pluviais provenientes dos telhados e pátios das residências numa mesma tubulação até a estação de tratamento de esgoto. As dimensões.

(16) 6. das tubulações são menores que no sistema unitário, mas ainda há o problema de uma vazão relativamente grande. c) sistemas de esgotamento separador absoluto: Nesse tipo de sistemas os esgotos sanitários e as águas de infiltração são transportados em um sistema. As águas pluviais são coletadas independente pelo sistema de drenagem. No Brasil, predomina o uso do sistema de separador absoluto. No sistema unitário ou combinado a mistura das águas residuárias com a água pluvial prejudica o sistema de coleta e tratamento de esgoto. Este tipo de sistema é mais oneroso, pois, irá se trabalhar com uma grande vazão, a qual resultará em maior dimensão das tubulações. O tratamento será mais oneroso e difícil, pois, o efluente que chega a estação de tratamento será mais diluído, o que ocasiona um aumento no seu tempo de tratamento dentro da mesma (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). Segundo TSUTIYA e SOBRINHO (2000) alguns fatores do sistema unitário ou combinado devem ser ressaltados, além dos já citados acima: a) a sistema exige um investimento inicial alto, devido ao custo de implantação da rede; b) as obras serão de execução mais difícil e mais demorada, pois com um volume grande de vazão, o sistema exigirá valas maiores e profundas para o assentamento da tubulação; Já o sistema separador absoluto oferece as seguintes vantagens: a) custo menor, pelo fato de empregar tubos menores e mais baratos; b) reduz o custo do afastamento das águas pluviais, pelo fato de permitir o lançamento no curso d’água mais próximo; c) não prejudica o tratamento dos esgotos sanitários; Uma observação que deve ser feita é a necessidade de fiscalização da rede para que não ocorram ligações clandestinas de águas pluviais provenientes das residências na rede de coleta de esgoto. Isso poderá sobrecarregar a rede causando transtornos para a comunidade. Mas fica difícil realizar essa fiscalização em grandes centros urbanos, como na da cidade de São Paulo. 3.4. CRITÉRIOS DE PROJETO. A seguir serão listados alguns parâmetros de projeto utilizados para dimensionar uma rede de coleta de esgoto. Alcance do projeto: conforme PEREIRA e SOARES (2006) a unidade de coleta deve ser projetada para receber e transportar o esgoto da área de interesse num período de tempo determinado, que na maioria das vezes é de 20 anos. A NBR 9648/86 define alcance de projeto como sendo o ano previsto para que o sistema projetado passe a operar conforme o valor máximo calculado (ABNT, 1986a). Coeficiente de retorno esgoto/água: a NBR 9649/86 define coeficiente de retorno como: “A relação média entre os volumes de esgoto produzido e de água.

(17) 7. efetivamente consumida” (ABNT, 1986b). E determina seu valor como sendo de 0,8, ou seja, ela considera que 80% da água consumida retorna em forma de esgoto. Coeficiente de máxima vazão diária (k1): De acordo com a NBR 9649/86 o coeficiente de máxima vazão diária corresponde ao dia de maior consumo de água, sendo a relação entre a maior demanda de vazão diária em um ano e a vazão diária média para o mesmo ano, seu valor é de 1,20 (ABNT, 1986b). Coeficiente de máxima vazão horária (k2): Segundo NBR 9649/86, o coeficiente de máxima vazão horária corresponde à hora de maior consumo de água, sendo a relação entre a maior demanda de vazão diária em um dia e a vazão média horária para o mesmo ano, seu valor é de 1,50 (ABNT, 1986b). População início e fim de plano: Segundo NBR 9648/86 a população de início de plano é a que é atendida no início da operação. A população de fim de plano é a que será atendida no alcance do plano (ABNT, 1986a). TSUTIYA e SOBRINHO (2000) afirmam que: “A evolução do crescimento populacional, deve ser estudada de forma complementar e harmônica ao estudo de uso e ocupação do solo, considerando o município como um todo”. Contribuição per capita: Segundo NUVOLARI (2003) a contribuição per capita de esgoto é o produto do coeficiente de retorno com o consumo per capita de água sem considerar as perdas no abastecimento de água. Seu valor é variável entre as diferentes localidades. Na tabela 1 podemos conferir alguns valores da contribuição per capita de esgoto em diferentes localidades. Vazão de projeto: Para o dimensionamento da rede coletora a vácuo não é necessário o cálculo de vazão de início de plano, sendo necessário apenas o cálculo da de fim de plano. Diferente do sistema por gravidade em que as duas vazões devem ser calculadas. TABELA 1 – VALORES DE CONTRIBUIÇÃO PER CAPITA DE ESGOTO Autor. Local. Ano. Contribuição per capita (l/hab.dia). Dario P. Bruno & Milton T. Tsutiya. Cardoso, Fernandópolis, Lucélia e Pinhal (SP). 1983. 90, 149, 103 e 161. João B. Comparani. Cardoso, Indiaporã, Guarani d' Oeste e Pedranópolis (SP). 1990. Lineu R. Alonso, Rodolfo J. C. e Silva Jr. & Francisco J. F. Paracampos. São Paulo. 1990. 207. Milton T. Tsutiya & Orlando Z. Cassettari. Tatuí (SP). 1995. 132. FONTE: Adaptado TSUTIYA e SOBRINHO (2000). 106, 74, 89 e 103.

(18) 8. 3.5. SISTEMA DE COLETA DE ESGOTO POR GRAVIDADE. O sistema de coleta de esgoto por gravidade é um sistema cujo escoamento do líquido é livre, ou seja, o liquido escoa pela ação da pressão atmosférica. Ao contrário do escoamento forçado que utiliza valores de pressão geralmente maiores que a atmosférica para realizar seu deslocamento (NUVOLARI, 2003). PEREIRA e SOARES (2006) afirmam que esse tipo de sistema é o mais utilizado nos municípios brasileiros. 3.5.1 Principais Componentes do Sistema 3.5.1.1 Rede coletora desenho A coleta é realizada em área pública e é constituída por coletor predial, coletor secundário, coletor tronco e interceptores (fig. 1). a) coletor predial: Trecho de tubulação compreendido entre a última inserção da tubulação que recebe efluentes de aparelhos sanitários e o coletor de esgoto (NUVOLARI, 2003). Ou seja, é a tubulação que sai da residência e entra no sistema de coleta de esgoto. b) coletor Secundário: tubulação que recebe a contribuição de esgotos sanitários dos coletores prediais (PEREIRA e SOARES, 2006). c) coletor tronco: Tubulação da rede coletora que recebe a contribuição de coletores secundários. Pode ser chamado de principal quando for o coletor de maior extensão da bacia de esgotamento (PEREIRA e SOARES, 2006). d) interceptor: Recebe e transporta o esgoto dos coletores tronco da bacia de esgotamento até a estação elevatória ou a estação de tratamento (PEREIRA e SOARES, 2006). 3.5.1.2 Emissários Segundo NUVOLARI (2003) emissário é simplesmente a tubulação que recebe as contribuições de esgoto exclusivamente na extremidade montante. O emissário pode ser a tubulação de descarga de uma estação elevatória ou a tubulação de descarga de efluente de uma estação de tratamento de esgoto. 3.5.1.3 Órgãos acessórios Segundo TSUTIYA e SOBRINHO (2000) os órgãos acessórios da rede são: a) tubo de limpeza (TL): Tubo destinado à introdução de equipamentos de limpeza. Ele substitui os poços de visita no início dos coletores (fig. 2). b) poço de visita (PV): Destinados à inspeção da rede. Ele possibilita o acesso de homens e equipamentos para uma necessária desobstrução e limpeza do coletor (fig. 3)..

(19) 9. c) terminal de inspeção e limpeza: Este órgão não permite visitas, permite apenas a inspeção e introdução de equipamentos de limpeza (fig. 4). FIGURA 1 – REDE E COMPONENTES. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006). FIGURA 2 – TUBO DE LIMPEZA. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006).

(20) 10. FIGURA 3 – POÇO DE VISITA. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006). FIGURA 4 – TERMINAL DE INSPEÇÃO E LIMPEZA. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006).

(21) 11. 3.5.1.4 Estação elevatória de esgoto Conforme TSUTIYA e SOBRINHO (2000) toda vez que o escoamento por gravidade não seja possível, por motivos técnicos de cota ou profundidade, é necessário o uso das estações elevatórias que forneçam energia suficiente para garantir que escoamento seja realizado. A estação elevatória (fig. 6) tem, a função de coletar o líquido em uma cota inferior e bombear até uma cota superior. Segundo PEREIRA e SOARES (2006) as estações elevatórias são necessárias nos seguintes casos: a) quando profundidade do coletor é muito profunda. A maioria dos locais é adotada 5,0 metros como sendo a profundidade máxima. b) quando a rede coletora precisa transpor obstáculos, naturais ou artificiais. c) transportar o esgoto de uma bacia para outra (fig. 5). d) elevar a cota do esgoto coletado para a estação de tratamento ou para a unidade de destino final. As bombas mais utilizadas em estações elevatórias são: bombas centrífugas, bombas parafuso e ejetores pneumáticos (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). Segundo NETTO e ALVAREZ (1996) o conjunto bomba-motor é dimensionado para vencer uma diferença de cota entre dois pontos, chamada de altura geométrica, para isso é necessário calcular a altura manométrica que é a altura geométrica adicionada das perdas de carga. A escolha da bomba pode ser feita através da curva característica da bomba, que é um gráfico do resultado de diversos ensaios de uma bomba. Nele se encontra o traçado das curvas da carga requerida, da potência e do rendimento, em função da altura manométrica e da vazão (NETTO e ALVAREZ, 1996). Estas curvas se encontram nos catálogos dos fornecedores das bombas. FIGURA 5 – FUNÇÃO DA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006).

(22) 12. FIGURA 6 – ESTAÇÃO ELEVATÓRIA. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006). 3.5.1.5 Tipos de traçado de rede de esgoto O traçado da rede está relacionado à topografia, pois o escoamento depende da topografia do terreno. Os tipos de traçado podem ser: perpendicular, leque e radial (fig. 7) ou distrital (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). FIGURA 7 – TRAÇADO RADIAL. FONTE: PEREIRA e SOARES (2006).

(23) 13. 3.6. SISTEMA DE COLETA DE ESGOTO A VÁCUO. O sistema de coleta a vácuo é um sistema mecanizado de transporte de água residuária. Diferentemente do sistema convencional por gravidade, o sistema a vácuo usa a diferença de pressão para deslocar o esgoto. É necessário o uso de uma fonte de energia elétrica para operar a bomba a vácuo, a qual mantém o vácuo dentro do sistema (EPA, 2003). Segundo AIRVAC (2005) quando um volume de esgoto é acumulado no reservatório de esgoto da caixa de válvula, o ciclo de válvulas a vácuo é acionado. A diferença de pressão entre o coletor principal e a atmosfera desloca o líquido presente no reservatório de esgoto mais o ar adicional contido dentro do coletor em alta velocidade. Se nenhuma válvula adicional é aberta durante esse período, o líquido que não saiu do coletor principal para a estação de vácuo volta para “descansar” em pontos mais baixos das elevações da tubulação. Um novo ciclo da válvula em qualquer lugar a jusante do “descanso” fará com que o esgoto (líquido e ar + líquido e ar em descanso) continue o seu movimento em direção da estação de vácuo. O sistema de coleta de esgoto a vácuo é utilizado para coletar as águas residuárias em áreas residenciais, comerciais e industriais (SPAETH, 1998). 3.6.1 Histórico do Sistema a Vácuo O sistema a vácuo foi usado primeiramente na Europa em 1882. Mas apenas nos últimos 30 anos que o transporte a vácuo vem sendo utilizado nos Estados Unidos, durante este tempo, o uso e a aceitação pelo sistema expandiu muito (AIRVAC, 2005). Nos anos 70, os coletores a vácuo eram considerados como “novos”, e só eram utilizados como último recurso. Devido aos aperfeiçoamentos da tecnologia os coletores ditos “alternativos” foram aceitos, mas mesmo assim, só eram usados em situações em que resultariam em economias significativas (AIRVAC, 2005). Essa tecnologia foi reconhecida em 1991, pela Environmental Protection Agency (EPA), no número de publicação EPA/625/1-91/024, The Manual For Alternative Wastewater Collection Systems. No Brasil não há ainda uma norma que normatize o sistema, mas em breve teremos essa norma que se encontra em fase de estudo por um comitê formado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas. A primeira reunião para o desenvolvimento desta norma foi feita em São Paulo no dia dezessete de outubro de 2007, onde foi definido o corpo técnico para o desenvolvimento da mesma. Esta terá um prazo de dezoito meses para ficar pronta. Por enquanto para o desenvolvimento de projetos utilizam-se manuais e normas de outros países. Por exemplo, na Europa há uma norma britânica chamada de BS EN 1091:1997 – Vacuum sewerage systems outside buildings, onde se encontram algumas definições do sistema a vácuo. 3.6.2 Principais Componentes do Sistema Existem três principais componentes do sistema coleta de esgoto a vácuo (fig. 9), que são: caixa de válvula e/ou tanque “buffer”, rede coletora de esgoto a vácuo e a estação de vácuo..

(24) 14. A figura 8 mostra de uma maneira simplificada do trajeto do efluente desde sua saída do consumidor, passando pela caixa de válvula, rede coletora a vácuo e sua chegada até a estação de vácuo. FIGURA 8 – CAMINHO PERCORRIDO PELO EFLUENTE. FONTE: SULCONSULT (2006). 3.6.2.1 Caixa de válvula e tanque “buffer” A caixa de válvula (fig. 10) consiste tipicamente de duas câmeras separadas. A câmara superior abriga a válvula de interface e a inferior é onde se localiza o reservatório de esgoto, o qual recebe a tubulação proveniente das residências. A válvula de interface (fig. 11) é fechada em cada ponto de entrada para vedar as linhas com a finalidade de se manter o vácuo. As válvulas de interface localizadas na caixa de válvula abrem-se quando uma quantidade determinada de esgoto acumula-se no reservatório de esgoto. A diferença de pressão resultante entre a atmosfera e o vácuo dentro da tubulação proporciona uma força que leva o esgoto em direção a estação de vácuo. Uma caixa de válvula recebe a contribuição de esgoto em torno de cinco residências. Quando o número de residências for maior que 5 usa-se então o chamado tanque “buffer” (fig. 12), que são duas válvulas dentro de um taque de concreto de 2,0 metros de altura e 1,20 metros de diâmetros. O tanque “buffer” é usado em edifícios, indústrias e condomínios..

(25) 15. FIGURA 9 – LAYOUT DO SISTEMA A VÁCUO. FONTE: SULCONSULT (2006). FIGURA 10 – CAIXA DE VÁLVULA. FONTE: SULCONSULT (2006).

(26) 16. FIGURA 11 – VÁLVULA DE INTERFACE. FONTE: SULCONSULT (2006). FIGURA 12 – TANQUE BUFFER. a) Compartimento superior. b) Compartimento inferior. FONTE: SULCONSULT (2006).

(27) 17. FIGURA 13 – LIGAÇÃO DA RESIDÊNCIA NA CAIXA DE VÁLVULA. FONTE: SULCONSULT (2006). O efluente sai da residência, escoando por gravidade até a caixa de válvula (fig. 13). Na caixa de válvula é onde se encontra a válvula de interface. O efluente entra na caixa de válvula na câmara inferior, chamada de reservatório de esgoto. Após certo nível (em torno de 40 litros), o sistema é acionado fazendo com que esse volume seja succionado na rede coletora. A válvula de interface opera pneumaticamente, o sensor para acionar a abertura da válvula funciona de maneira simples. Quando um volume em torno de 40 litros de esgoto é atingido no reservatório de esgoto, o ar preso dentro do tubo sensor de 2” de diâmetro (fig. 14) empurra um diafragma localizado no controlador da válvula, sinalizando-a a abrir, não necessitando de energia elétrica em sua operação. O ar externo admitido pelo tubo de respiro a fecha. Quando a válvula abre, ela causa uma diferença de pressão de ar, o qual impulsiona o esgoto a uma velocidade em torno de 4,5 – 5,5m/s para dentro da rede coletora a vácuo, através do tubo coletor, fazendo com que o esgoto chegue na estação de vácuo. Essa velocidade permite o transporte de pequenos sólidos que se encontram nos esgotos domésticos. A fonte de ar atmosférico é uma tubulação de 4”, conhecida com respiro (fig. 15), localizada na linha de gravidade entre a residência e a caixa de válvula. Durante esse ciclo a válvula permanece aberta de 5 a 7 segundos, sendo de 2 a 3 segundos para incorporar ar no sistema e 3 a 4 segundos para incorporação do liquido. Há uma válvula de retenção na saída da residência, cuja função é de reter algum tipo de refluxo do efluente se por acaso ocorrer alguma falha no sistema..

(28) 18. FIGURA 14 – COMPONENTES DA CAIXA DE VÁLVULA. FONTE: SULCONSULT (2006). FIGURA 15 – TUBO RESPIRO. FONTE: SULCONSULT (2006).

(29) 19. 3.6.2.2 Rede coletora de esgoto a vácuo A rede de coleta a vácuo é projetada para manter geralmente uma declividade em direção a estação de vácuo. Segundo Airvac (2005) a rede de coleta de esgoto a vácuo, também conhecida como linhas de vácuo, é instalada em valas rasas e estreitas, em um perfil conhecido como “dente de serra”. O perfil “dente serra”, também chamado de elevação (lift), da tubulação garante que uma passagem de ar dentro da tubulação seja mantida, caso contrário poderia ocorrer o preenchimento de toda a seção do tubo, isso acarretaria em perda de vácuo. Segundo a norma européia 1091:1996, a elevação (lift) é um aumento do nível da seção do tubo coletor (EN, 1996). A tubulação de vácuo acompanha o nível do terreno e em certos pontos ela é beneficiada pela gravidade causada pela declividade do terreno. Devido a esta característica o sistema a vácuo não encontra dificuldades em contornar obstáculos ao longo da rede, como rios, córregos, rochas no subsolo, tubulações já existentes, etc (fig. 18). Diferentemente do sistema convencional a gravidade que necessita da ajuda de estações elevatórias, cuja transposição é por cima, ou de sifões invertidos, cuja transposição é por baixo (TSUTIYA e SOBRINHO, 2000). Após a saída do esgoto da caixa de válvula, o mesmo entra na rede coletora a vácuo. O esgoto admitido pela linha principal de vácuo através da válvula de interface não escoa em sua integralidade para a estação de vácuo. Aproximadamente 80% escoa em direção a estação de vácuo e 20% fica em repouso nas partes inferiores das elevações. Quando uma válvula a jusante se abrir, o líquido que estava em repouso é deslocado para a estação de vácuo (AIRVAC, 2005). A relação de 80% - 20% ocorre quando uma conexão em formato de “Y” (fig. 16) é usada. Se uma conexão em formato de “T” fosse usada essa relação seria de 50% - 50%. Isso resultaria numa menor eficiência no sistema. Por esta razão, um “T” nunca é usado no sistema a vácuo. FIGURA 16 – CONEXÃO EM “Y”. FONTE: SULCONSULT (2006). Devido ao perfil “dente de serra”, que a profundidade é minimizada no sistema a vácuo, as linhas de esgoto apresentam uma leve inclinação de 0,2%, já que a alta velocidade de escoamento é uma característica do sistema. Esse perfil é formado por um conjunto de elevações, uma elevação (fig. 17) nada mais é que dois joelhos de 45o e uma parte de tubo reto. Parte do esgoto é impulsionada em sentido da estação de vácuo, outra parte fica em repouso nos pontos mais baixos das.

(30) 20. elevações até que uma válvula a jusante se abra. O líquido que está em repouso dentro do tubo não entra em contato com o teto do cano, evitando a vedação do cano. Se por algum motivo isso ocorrer, não haverá a transporte do líquido devido à perda de vácuo ocorrida (AIRVAC, 2005). Conforme SPAETH (1998) as altas velocidades do fluxo, com valores de até 5,5m/s evitam algum tipo de sedimentação, uma vez que no momento de partida de um descanso, o efeito deste movimento transportará todos os eventuais depósitos de esgoto. A linha de serviço a vácuo, que se situa entra a válvula de interface e a linha principal de esgoto a vácuo é feita de PVC com diâmetro nominal de 75mm. As linhas principais de esgoto a vácuo possuem diâmetros de 100, 150, 200 e 250mm e são feitas de PVC, SDR 21 ou SCH 40, com junta elástica integrada. As linhas de vácuo são totalmente vedadas para que não haja perda de vácuo. Isso faz com que não haja nenhum tipo de infiltração ao longo da rede e que não haja nenhuma perda de efluente para o meio ambiente, eliminando a possibilidade de contaminação do solo e do lençol freático. Segundo SPAETH (1998) a situação dentro da tubulação a vácuo não pode ser facilmente descrita com base nas leis hidráulicas. Devem-se ignorar essas leis e considerar o transporte de esgoto em duas fases (por exemplo: hidropneumático), ou seja, com ajuda do ar (comprimido) e do efluente. FIGURA 17 – ELEVAÇÕES. FONTE: SULCONSULT (2006).

(31) 21. FIGURA 18 – PERFIL DA TUBULAÇÃO. Perfil do Terreno Tubulação existente. Elevação. Entrada ramal secundário (seção transversal). FONTE: SULCONSULT (2006). 3.6.2.3 Estação de vácuo A estação de vácuo é o coração do sistema de coleta de esgoto a vácuo. Em funcionamento ela é similar a uma estação elevatória do sistema convencional por gravidade (AIRVAC, 2005). A estação de vácuo é o único ponto no sistema onde é necessária a utilização de energia elétrica. Esta deverá se situar num ponto abaixo do nível do terreno (SPAETH, 1998). Na estação são encontrados: o tanque coletor, as bombas de esgoto, as bombas de vácuo e um painel de controle (fig. 19). As bombas de esgoto transferem o esgoto do tanque coletor através de uma tubulação de recalque até a estação de tratamento de esgoto. As bombas de vácuo aspiram o ar e geram o vácuo nas linhas de vácuo de esgoto. Elas são controladas por um painel de controle (AIRVAC, 2005). Quando um nível de esgoto é alcançado no tanque coletor, a válvula é aberta para que ocorra a sucção do líquido para as linhas de vácuo (EPA, 2003). Segundo SPAETH (1998), um segundo tanque coletor de esgoto poderá ser necessário, para não atrasar o transporte de esgoto, enquanto o outro tanque está em manutenção. A quantidade de bombas, bem como o tamanho do tanque coletor dependem da vazão que chegará na estação de vácuo. Feito esses cálculos, consegue-se definir a área necessária para a construção da estação de vácuo. As bombas de vácuo são responsáveis pela retirada de ar do sistema. O sistema a vácuo opera normalmente com o nível de vácuo de 16’’ a 20’’Hg. Quando o vácuo do sistema diminui de 20’’ para 16’’Hg, a bomba de vácuo é ligada para que o sistema volte ao nível de vácuo de 20’’Hg. Este nível é regulado através de um medidor de nível de vácuo dentro do tanque coletor. O medidor é composto de sete níveis de vácuo, quando o nível de vácuo estiver abaixo do seu limite de operação um alarme é acionado para que um operador verifique o motivo da falta de vácuo e faça o sistema voltar a sua normalidade. A perda de vácuo no sistema acontece em função do seu funcionamento ou por alguma falha no sistema, como exemplo pode-.

(32) 22. se citar um vazamento na canalização. A cada abertura das válvulas de interface, uma determinada quantidade de ar adentra o sistema (AIRVAC, 2005). FIGURA 19 – ESTAÇÃO DE VÁCUO. FONTE: SULCONSULT (2006). 3.6.3 Proporção Ar/Líquido Conforme (AIRVAC, 2005) sistemas a vácuo são projetados para operar em duas fases (ar/líquido). O tempo de abertura da válvula de interface é ajustável. A velocidade de escoamento do esgoto de 4,5 m/s para 5,5 m/s é atingida usando o padrão de proporção ar/líquido. Essa medição de velocidade foi realizada no laboratório de uma das distribuidoras de material a vácuo, a AIRVAC, nos Estados Unidos. 3.6.4 Aplicações do Sistema a Vácuo Conforme LITTLE (2004) geralmente há uma razão especial para a escolha do sistema a vácuo ao invés do sistema por gravidade. Em alguns casos o sistema por gravidade não é viável e em outros eles se tornam mais caro. Abaixo estão algumas condições favoráveis para escolha do sistema a vácuo em uma determinada localidade:.

(33) 23. a) solos instáveis e rochosos; b) terreno plano, com poucas elevações; c) onde o nível do lençol freático é alto; d) com desenvolvimento urbano em áreas rurais; e) com ecossistema sensível; f) e com condições limitadas de construção; 3.6.5 Vantagens do Sistema a Vácuo As vantagens do sistema de coleta a vácuo podem incluir no custo com materiais e com despesas no tratamento do esgoto, pois o mesmo chega mais concentrado na estação de tratamento. Outras vantagens são listadas abaixo (LITTLE, 2004): a) custo inicialmente menor na construção; b) uso de diâmetros menores na tubulação; c) não há a necessidade do uso de poços de visitas; d) mudanças em campo podem ser facilmente feitas, como imprevistos obstáculos subterrâneos; e) a instalação de tubulação com menor diâmetro e em pequena profundidade elimina a necessidade de uma ampla e profunda vala para o assentamento da tubulação, reduzindo gastos com escavação; f) reduções significativas de impactos de construção no meio ambiente; g) como o sistema é totalmente vedado, não há entrada de água de infiltração, facilitando o tratamento posterior do esgoto e também não há perda de efluente para o ambiente; 3.6.6 Localidades onde o Sistema a Vácuo está Implantado no Brasil No Brasil o sistema a vácuo opera em duas localidades: em Paranaguá no estado do Paraná e no balneário de Jurerê Internacional no município de Florianópolis no estado de Santa Catarina. Em Paranaguá o sistema a vácuo foi projetado para atender em torno de 30 mil pessoas. Ele possui uma estação de vácuo (fig. 20) e 38 caixas de válvula. Em Jurerê Internacional o sistema possui uma estação de vácuo (fig. 21) e 65 caixas de válvula..

(34) 24. FIGURA 20 – ESTAÇÃO DE VÁCUO EM JURERÊ INTERNACIONAL. FONTE: SULCONSULT (2005). FIGURA 21 – ESTAÇÃO DE VÁCUO EM PARANAGUÁ. FONTE: SULCONSULT (2006).

(35) 25. 4. METODOLOGIA. A metodologia apresentada aqui oferece base para alcançar os objetivos propostos neste trabalho. Assim, serão desenvolvidos dois projetos diferentes de sistema de coleta de esgoto, um por gravidade e outro a vácuo para uma determinada bacia. Primeiro será feito o dimensionamento dos sistemas e em seguida será feita uma comparação de projeto entre ambos. Com ajuda dos dados fornecidos pela concessionária estadual a realização do dimensionamento da rede a vácuo e por gravidade, para a bacia, poderá ser realizada. Por motivos de confidencialidade, o nome do município assim como muitas das informações sobre valores orçamentários e quantitativos não serão apresentados neste documento. A área para dimensionamento de ambas as tecnologias é a mesma. 4.1. PROJETO DA REDE COLETORA A VÁCUO. Para o desenvolvimento do projeto de sistema de coleta de esgoto a vácuo são necessárias as seguintes informações: a) levantamento topográfico da área a ser estudada em arquivo para Autocad, com pontos cotados ou curvas de nível (fig. 22). b) planta do município em arquivo para Autocad, com ruas e quadras bem definidas (fig. 22). c) estudo populacional com a população de fim de plano, senão for fornecido, deve-se fazer o cálculo da população através dos diversos métodos de estudos demográficos, como o método matemático e método geométrico. d) levantamento cadastral das ruas para saber qual é o tipo de residência encontrada, edifício ou casa. Em seguida com a planta do município coloca-se o número de residências em planta. e) com os dados suficientes, calcula-se a vazão de projeto através da equação 1, conforme as recomendações da NBR 9649/86. A vazão calculada para o dimensionamento da rede a vácuo é a de fim de plano. Qp = (P × k1 × k2 × c × q) ÷ 86.400. (1). onde Qp é a vazão de projeto (l/s); P é a população de fim de plano; k1 é o coeficiente de vazão máxima diária; k2 é o coeficiente de vazão máxima horária; c é o coeficiente de retorno; q é a contribuição per capita (l/hab.dia)..

(36) 26. FIGURA 22 – PLANTA DA BACIA E PONTOS COTADOS. Após esta etapa preliminar, deve-se saber a quantidade de estações de vácuo que serão necessárias para atender a área de interesse. A estação de vácuo possui três fatores limitantes: a vazão que chega na mesma, o seu raio de abrangência e a perda de carga. Cada estação recebe uma vazão de cerca de 100 l/s. O raio de abrangência de uma estação de vácuo é de 3 km. Por último, deve-se considerar que a perda de carga total não superior a 4,00m, ou seja, se por acaso a locação da estação de vácuo não estiver na cota mais baixa, o sistema consegue fazer o deslocamento do efluente de uma cota mais baixa até uma superior há uma altura de no máximo 4,00 metros. Tomados os cuidados mencionados, em seguida, determina-se a locação da estação de vácuo. A estação de vácuo deve preferencialmente estar localizada nos pontos de cota mais baixa da área de projeto. Isto se deve ao fato de se poder aproveitar a declividade natural do terreno no deslocamento do efluente, para que a eficiência do sistema seja otimizada. Com a estação locada, lança-se a rede, sempre começando das linhas principais para as secundárias e então para as terciárias. Dependendo da topografia da cidade pode-se chegar a linhas quaternárias. É sempre desejável lançar as linhas de modo que as memas sempre estejam com vazões de contribuição semelhantes para melhorar a eficiência do sistema. Já que uma linha com baixa contribuição necessita de menos vácuo para operar do que uma linha com maior contribuição. Estas diferenças podem comprometer o desempenho das bombas de vácuo na estação e aumentar o consumo de energia..

(37) 27. O projeto a vácuo possui particularidades que permitem a simplificação de diversas etapas do desenvolvimento do projeto. O perfil “dente-de-serra” mantém a linha sempre em uma profundidade não superior a 2,00m e com uma declividade de 0,002 m/m. Não existe infiltração na rede, já que esta é totalmente vedada. Lança-se então a rede em direção a estação de vácuo sem se preocupar em fazer cálculos trecho-a-trecho da rede. Concluído o lançamento da rede e a colocação da nomenclatura de cada linha, colocam-se as caixas de válvulas, que são locadas geralmente em torno de cinco economias. As válvulas de manobra são locadas em todas as linhas secundárias e a cada 400 metros das linhas principais. O dimensionamento da tubulação corresponde a um número x de vazão que cada diâmetro suporta, para isso transforma-se o valor da vazão em número de economias, que será usada para fazer o dimensionamento da tubulação. Em seguida é feito o levantamento dos quantitativos, como número de caixas de válvula, metragem da tubulação com seus respectivos diâmetros, dentre outros. Para efetuar o dimensionamento de uma estação de vácuo são necessárias três grandezas: a vazão de projeto, o número de válvulas de interface contida em cada linha de vácuo e o número de economias de cada linha. A partir destes dados é possível escolher o modelo e a quantidade de bombas necessárias em coerência com a vazão de projeto e o parâmetro “t”, onde este último corresponde ao lapso de tempo decorrido entre o início e o desligamento da(s) bomba(s) de vácuo, ou seja, o tempo para que o nível de vácuo retorne de 16’’ para 20’’Hg. As bombas de vácuo não devem permanecer em funcionamento por um período excessivo para restituir o vácuo na tubulação. O dimensionamento é feito em uma planilha Excel automatizada pelo próprio fornecedor de material de vácuo. As bombas de esgoto são responsáveis pela retirada do efluente do tanque coletor, situado na estação de vácuo. Este efluente é direcionado ao sistema de tratamento de esgoto. Estas bombas são dimensionadas como qualquer estação de recalque, tomando-se como base a vazão de projeto e a perda de carga total. A perda de carga é calculada a partir da soma de 03 parcelas: a) desnível entre a estação de vácuo e a estação de tratamento de esgoto; b) perda de carga na tubulação de recalque; c) perda de carga adicional em função da diferença de pressão interna e externa à tubulação; Desta forma, conhecendo-se a vazão de projeto e a curva de perda de carga do sistema, faz-se a escolha das bombas mais adequadas a partir de catálogos e/ou softwares de fornecedores. Por fim é feito o orçamento geral do projeto com base nos quantitativos gerados. Para a realização do orçamento foi utilizada uma planilha em Excel automatizada, fornecida pela empresa de engenharia SULCONSULT, com os valores da tabela de preços da concessionária estadual..

(38) 28. 4.2. PROJETO DA REDE COLETORA POR GRAVIDADE. Para o desenvolvimento do projeto da rede coletora de esgoto por gravidade são necessárias as mesmas informações nos itens: a), b), c), e d) no dimensionamento da rede coletora a vácuo. O primeiro passo para o desenvolvimento do projeto é definir a vazão de início e de fim de plano, que são em função da população de início e fim de plano. Para o cálculo da vazão de início de plano utiliza-se a equação 2. Qi = ((c × k2 × P × q) ÷ 86.400) + Qinf. (2). Qinf = qinf × L onde Qi é a vazão de início de plano (l/s); P é a População de início de plano; k2 é o coeficiente de vazão máxima horária; c é o coeficiente de retorno; q é a contribuição per capita (l/hab.dia); Qinf é a vazão de infiltração (l/s); qinf é a taxa de infiltração (l/s.km); L é o comprimento total da rede (km). Para o cálculo da vazão de projeto de fim de plano, utiliza-se a equação 3. Qf = ((c × k1 × k2 × P × q) ÷ 86.400) + Qinf. (3). Qinf = qinf × L onde Qf é a vazão de fim de plano (l/s); P é a população de fim de plano; k1 é o coeficiente de vazão máxima diária; k2 é o coeficiente de vazão máxima horária; c é o coeficiente de retorno; q é a contribuição per capita (l/hab.dia); Qinf é a vazão de infiltração (l/s); qinf é a taxa de infiltração (l/s.km); L é o comprimento total da rede (km). Com a vazão de início de plano calculada, calcula-se segundo TSUTIYA e SOBRINHO (2000) a declividade mínima, a qual garante a autolimpeza do sistema pelo menos uma vez ao dia. Com a equação 4 e com o coeficiente de Manning igual a 0,013 calcula-se a declividade mínima: Imin = 0,0055 x Qi-0, 47. (4). onde Qi é a vazão de início de plano. O segundo passo é o lançamento do traçado da rede, o qual foi feito pelo software Cesg. Para a realização do traçado é necessário exportar do Autocad os desenhos com as ruas e quadras e o da topografia para dentro do mesmo. Nas pontas do sistema são colocadas singularidades chamadas de terminais de limpeza, TL. Entre trechos, numa distância máxima de 100 metros, são colocados outros tipos de singularidades chamadas de poços de visita, PV, ou até uma profundidade não superior a 2,50m os terminais de inspeção e limpeza, TIL. O fluxo do sistema devese ser feito da maior cota para a menor cota, pois senão, o efluente não consegue se deslocar pela ação da gravidade. Quando isso não for possível ou a profundidade ultrapassar 4,50 metros, torna-se necessária a construção de estações elevatórias ou.

(39) 29. de recalque, que irão transpor o efluente de uma cota menor para uma cota maior. Com a rede traçada, o Cesg inicia a parte de cálculo da rede. Para a realização dos cálculos o software exige uma base de dados, onde são colocados os valores dos critérios de projeto. Caso algum erro for detectado pelo software, como exemplo se a distância entre poços de visita for maior que 100 metros ou profundidade do coletor ultrapassar 4,50 metros, é necessária sua correção para dar seqüência ao dimensionamento. Depois de feito o cálculo da rede o Cesg gera planilhas de quantitativos e resultados, as quais podem ser exportadas para o Excel a fim de se calcular o orçamento da rede. Por último exporta-se o desenho da rede para o Autocad onde é possível fazer sua plotagem na escala desejada. Para o dimensionamento das bombas de esgoto nas estações elevatórias e de recalque, utilizam-se os mesmos critérios do dimensionamento das bombas de esgoto da estação de vácuo visto acima. 4.3. PROCEDIMENTOS DE ANÁLISE COMPARATIVA. Os principais parâmetros a serem comparados neste trabalho serão os que apresentam maiores diferenças entre os dois sistemas: a) vazão de cada sistema, já que o sistema a vácuo apresentará uma vazão menor, por não possuir vazão de infiltração, devido ao fato do mesmo ser um sistema totalmente estanque. b) volume de escavação, a profundidade de ambos os sistemas será diferente. No vácuo a tubulação possui diâmetros menores e as valas são mais rasas e estreitas diferentemente do sistema por gravidade. c) consumo de energia elétrica entre os sistemas, quanto será consumido de energia nas estações elevatórias, de recalque e na estação de vácuo. d) o custo por metro linear e o tempo de execução de ambos os sistemas. e) o custo de operação de ambos os sistemas. 4.4. FERRAMENTAS UTILIZADAS. Para o dimensionamento da rede coletora a vácuo utiliza-se o software Autocad para realização dos desenhos. Para a parte de orçamento e quantitativos utiliza-se o software Excel. Para o dimensionamento das bombas de vácuo utiliza-se uma planilha automatizada em Excel fornecido pelo próprio fornecedor de material de vácuo e para as bombas de esgoto utilizam-se catálogos e/ou softwares do próprio fornecedor da bomba. Para o dimensionamento da rede coletora por gravidade utiliza-se o software Cesg. Para o acabamento dos desenhos utiliza-se o software Autocad. Para a parte de orçamento e quantitativos utiliza-se o software Excel. O Cesg é um software utilizado para o dimensionamento de redes de esgoto, ele foi desenvolvido na Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica localizada na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Para o dimensionamento das bombas de esgoto das estações elevatórias e de recalque utilizam-se catálogos e/ou softwares desenvolvido.

(40) 30. pelo fornecedor das bombas de esgoto. O catálogo e/ou software do fornecedor diz qual a bomba correta para a estação, com base na curva da bomba..