2. Sistemas de esgotos sanitários



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Aula 12 – Hidráulica dos coletores

2. Sistemas de esgotos sanitários
Com a implantação de um sistema de abastecimento de água, torna-se necessário também o sistema de esgotos sanitários, que tem como objetivos sanitários:
- coleta e remoção rápida e segura das águas residuárias;

- eliminação da poluição do solo;

- disposição sanitária dos efluentes;

- eliminação dos aspectos ofensivos aos sentidos (estética, odor) e,

- conforto dos usuários.
2.2.1- Sistemas de esgotamento
a) Sistema unitário
Sistemas unitários são aqueles, onde as canalizações coletam e conduzem as águas servidas juntamente com as águas pluviais.

Tem como inconvenientes:

- seções de escoamento relativamente grandes;

- maior volume de investimentos e redução da possibilidade de construção em etapas e,

- maior poluição das águas receptoras, e maior dificuldade no controle da mesma.
b) Sistema misto ou separador parcial
A coleta abrange as águas residuárias e as águas pluviais internas (de pátios, telhados, etc), visando a redução das dimensões do sistema, por diminuição do volume da descarga de águas pluviais.

Apesar das dimensões dos coletores serem menores e os investimentos também menores, este sistema apresenta desvantagens porque durante o período de chuva a variação da vazão nos coletores, elevatórias e estações de tratamento, é acentuada, dificultando a operação.



c) Sistema separador absoluto
Este sistema é concebido para receber exclusivamente, esgotos domésticos e industriais. As águas pluviais são esgotadas em outro sistema independente.

No Brasil, este sistema é usado desde o início do século, e apresenta uma série de vantagens:


- as tubulações são menores favorecendo o emprego de tubos pré-moldados;

- pode-se fazer a implantação do sistema por partes, construindo-se inicialmente a rede de maior importância, e ampliando-se posteriormente;

- as condições de operação das elevatórias e estações de tratamento são melhores, não sofrendo alterações significativa de vazão por ocasião dos períodos chuvosos;

- afastamento das águas pluviais é facilitado, admitindo-se lançamentos múltiplos em locais mais próximos.



2.2.2- Partes constituintes dos sistemas de esgotos
Entende-se por sistemas de esgotos sanitários o conjunto de canalizações e obras destinadas ao afastamento das águas residuárias.

Entende-se por rede de esgotos o conjunto de canalizações constituído por ligações prediais, coletores de esgoto e seus órgãos acessórios (PV - poço de visita; TIL - tubo de inspeção e limpeza; TL – terminal de limpeza; CP – caixa de passagem).



a) Coletor predial: é o coletor de propriedade particular, que conduz os esgotos de um ou mais edifícios à rede coletora.

Figura 2.2.2 (a) – Corte esquemático de uma ligação domiciliar ao coletor público de esgoto sanitário.

Figura 2.2.2 (b) – Ligações típicas dos coletores. (a) Conexão em coletor profundo. (b) Conexão em coletor raso.
SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – dá instruções técnicas quanto ao coletor predial, cuja execução é atribuição do proprietário do imóvel:
- usar manilha (tubo cerâmico), com declividade longitudinal mínima de 2% para diâmetro mínimo DN 100, na execução até o alinhamento predial. Caso seja do interesse do proprietário do imóvel, pode-se deixar mais 10 a 20 cm para fora do alinhamento;
- para facilidade de localização, pode-se deixar a tubulação descoberta na soleira, no alinhamento predial, devidamente protegida. A profundidade recomendável do coletor predial, no alinhamento é de 0,90 m;
- é terminantemente proibida a interligação dos ralos de águas pluviais no ramal interno de esgotos;
- o tanque de lavar roupas deve ser coberto e, somente neste caso, é permitida a interligação do mesmo ao ramo interno de esgotos;
- utilizar de preferência, uma ou mais caixas de inspeção que facilitam eventuais desobstruções sem a quebra de pisos. Estas podem ser construídas em concreto, alvenaria ou cimento amianto e devem ter as seguintes dimensões mínimas: 0,45 x 0,60 m e profundidade variável. A tampa da caixa de inspeção deve ser de material resistente e facilmente removível.
b) Coletor de esgoto ou coletor: é a tubulação que, funcionando como conduto livre, recebe contribuição em qualquer ponto ao longo de seu comprimento.
c) Coletor principal: é todo coletor cujo diâmetro é superior ao mínimo estabelecido para a rede.
d) Coletor tronco: canalização de maior diâmetro, que recebe apenas as contribuições de vários coletores de esgoto, conduzindo-os a um interceptor ou emissário.
e) Interceptor: é a canalização que recebe a contribuição dos coletores tronco e de alguns emissários.
f) Emissário: conduto final de um sistema de esgoto sanitário, destinado ao afastamento dos efluentes da rede para o ponto de lançamento (descarga) ou de tratamento, recebendo contribuições apenas na extremidade de montante.
g) Estação elevatória: é toda instalação construída e equipada de forma a poder transportar o esgoto do nível de sucção ou de chegada, ao nível de recalque ou saída, acompanhando aproximadamente as variações das vazões afluentes.

h) Poço de visita: é uma câmara visitável, através de abertura em sua parte superior, que permite a reunião de duas ou mais canalizações, e a realização de serviços de manutenção dessas canalizações.

De maneira geral, devem ser previstos poços de visita nas seguintes situações:


- início de coletores;

- mudanças de direção (curvas);

- reunião de coletores (junções);

- mudanças de declividade, de material ou de diâmetro (degraus);

- mudanças de seção transversal.

- Nos trechos longos, de modo que a distância entre dois poços consecutivos não exceda valores que impossibilitam a manutenção dos mesmos. A P-NB- 567, recomenda as seguintes distâncias máximas:


- 100 m para tubulações de 0,15 m de diâmetro;

- 120 m para tubulações de 0,20 m a 0,60 m de diâmetros;

- 150 m para tubulações de diâmetro superior a 0,60 m.
Os poços de visita podem ser executados em alvenaria de tijolos (com revestimento), em concreto moldado no local ou em concreto pré-moldado. Geralmente são constituídos de duas partes principais: câmara de acesso (“Pescoço”) e câmara de trabalho (“Balão”), vide Figura 2.2.2 (c ). As dimensões mínimas dessas partes, em função da profundidade e do diâmetro (do) da maior tubulação ligada ao poço, são mostradas na Tabela 2.2.2 (a).
Tabela 2.2.2 (a) – Dimensões internas mínimas de poços de visita

Profundidade

(m)


Diâmetro da maior

Tubulação (m)



Diâmetro do

“pescoço”(m)



Menor dimensão em planta do “balão” (m)

Até 1,5

Até 0,30

1,0

1,0

De 1,5 a 2,2

Até 0,30

0,6

1,0




De 0,30 a 0,50

0,6

1,5




Além de 0,50

0,6

(do + 1,0)

Acima de 2,2

Até 0,30

0,60

1,0




De 0,30 a 0,50

0,60

1,5




Além de 0,50

0,60

(do + 1,0)

Sempre que possível, a altura do “balão” deverá ser maior que 2,0 m.

A peça que constitui o fundo do poço, chamada comumente de “almofada”, deve apresentar calhas para conduzir os esgotos até a canalização de saída. É recomendável que essas calhas sejam constituídas de modo que as arestas superiores (em quina viva) estejam no mesmo nível da geratriz superior da canalização de saída.

Quando houver diferença relativamente grande entre as cotas de uma canalização de chegada e da canalização de saída, deve ser previsto tubo de queda, pois caso contrário, as águas residuárias afluentes dificultariam os trabalhos de inspeção e reduziriam a durabilidade da “almofada”. A altura mínima do tubo de queda é fixada geralmente em função das peças necessárias para se construir convenientemente esse tipo de ligação. Para tubulação de 150 mm, um tubo de queda semelhante ao mostrado na Figura 2.2.2 (d) exige altura mínima igual a 0,75 m; no entanto, mediante o uso de outras peças, a construção de tubos de queda de altura até 0,40 m.



Figura 2.2.2 ( c) – Poço de visita de alvenaria. Figura 2.2.2 (d) – Tubo de queda

Quando a canalização afluente apresentar diâmetro muito grande (não existindo as peças necessárias para construção do tubo de queda), deve-se projetar um complemento do poço de visita, denominado poço de queda.
i) Tanque fluxível: dispositivos destinados a darem descargas periódicas de água para limpeza de coletores (atualmente em desuso).
j) Sifão invertido: canalizações rebaixadas funcionando sob pressão, destinadas à travessia de canais, obstáculos, etc.
Emprega-se sifão invertido quando há necessidade de se vencer um obstáculo que interfere na declividade e/ou na profundidade de uma canalização condutora de esgotos.

Um sifão invertido é constituído basicamente, por canalizações que contornam o obstáculo, por baixo, e por duas câmaras de acesso; uma em cada extremidade. A Figura 2.2.2 (f) mostra esquematicamente um exemplo de sifão invertido.


Figura 2.2.2. (f) – Planta e perfil de um sifão invertido

Geralmente os sifões invertidos apresentam três canalizações (mínimo: duas canalizações) para que ocorram condições de funcionamento. O projeto dessa unidade deve ser bastante cuidadoso para atender às seguintes condições básicas:
- a velocidade nas canalizações deve ser tal que impeça a deposição de partículas (V ≥ 1,0 m/s);
- como as vazões são muito variáveis, as canalizações devem ser projetadas de maneira que uma delas seja suficiente para conduzir as águas no período de baixa vazão e, as demais, para atender escalonadamente, as vazões maiores;
- a câmara de entrada deve ser projetada de maneira a encaminhar a vazão mínima para a canalização correspondente e, tão logo a vazão atinja o valor limitado para essa canalização, através de vertedor lateral (calculado convenientemente) começa a alimentação da segunda linha e posteriormente, de maneira semelhante, da terceira linha;
- a câmara de saída deve dispor de acessórios que impeçam o refluxo para as canalizações que não estiverem sendo utilizadas;
- devem ser previstas instalações que permitam a limpeza das canalizações e câmaras de acesso.

k) Estação de tratamento de esgotos (ETE): são instalações destinadas a purificação ou depuração dos efluentes, para que tenham qualidade compatível com o corpo receptor.

l) Obras de lançamento final: canalizações destinadas a conduzir o efluente final das estações de tratamento de esgotos, ou esgoto bruto, ao ponto de lançamento em rios, oceanos ou lagos.


2.3- Vazões de projeto
No desenvolvimento do projeto observa-se seguinte seqüência:
- determinação do período do projeto;

- previsão do crescimento populacional e da população de projeto;

- cálculo das vazões de escoamento;

- dimensionamento das partes componentes do sistema.


O cálculo das vazões de escoamento pode ser feito pela técnica convencional ou pela técnica moderna, que se baseia na avaliação de área edificada existente e contribuinte, bem como do seu crescimento até que atinja uma situação urbanística especificada pela legislação que regula o seu crescimento.

Na técnica convencional que será aqui desenvolvida no cálculo da rede, a contribuição de uma área determinada é função do consumo de água e é expressa em termos de vazão por unidade de área (hectare) ou de extensão contribuinte (quilômetro).

É claro que existe a necessidade de se determinarem as áreas a esgotar das bacias e sub-bacias contribuintes, bem como dos comprimentos dos trechos da rede que será projetadas.

As vazões a serem adotadas são as referentes ao início e final do funcionamento do sistema.


Para o cálculo da vazão do início do período do projeto, adota-se a equação (1):
...........................................................(1)
Onde:

Qi = vazão máxima contribuinte da época inicial de projeto, expressa em L/s;



= 1,2 – coeficiente de máxima vazão diária de consumo de água;

= 1,5 – coeficiente de máxima vazão horário de consumo de água.
......................................................................................................................(2)

= vazão média contribuinte da época inicial de projeto, expressa em L/s;

C = coeficiente de retorno água-esgoto = 0,80


- Coeficiente de retorno (C ) – é a relação média entre os volumes de esgoto produzido e a água efetivamente consumida. Entende-se por consumo efetivo aquele registrado na micromedição da rede de distribuição de água descartando-se, portanto, as perdas do sistema de abastecimento. Parte desse volume efetivo não chega aos coletores de esgoto, pois conforme a natureza de consumo perde-se por evaporação, infiltração ou escoamento superficial – por exemplo, lavagem de roupas, regas de jardins, lavagem de pisos ou de veículos. Além disso, é conveniente a investigação a respeito de outras fontes de abastecimento de água, poços freáticos, por exemplo, que podem elevar o volume de esgoto produzido até mesmo acima do volume registrado nos hidrômetros, caso de indústrias, hospitais e outros contribuintes singulares. A norma brasileira NBR 9649 (ABNT, 1986), recomenda o valor de C = 0,8 quando inexistem dados locais oriundos de pesquisas.
= área esgotada na época inicial de projeto, em h a;

= densidade populacional na época inicial de projeto, em habitantes por hectare (hab/h a); é determinada no relatório preliminar do sistema;

= taxa per-capita da água de abastecimento na época inicial de projeto (L/hab.dia).

I = TI .L ..............................................................................................................................(3)


Onde:
I = vazão de infiltração em L/s da época inicial do período de projeto;

TI = taxa de contribuição de infiltração em L/s . km;

L = extensão da rede da área contribuinte na época inicial do projeto, expresso em km;

Qci = vazão média concentrada num ponto na época do projeto;


A vazão concentrada corresponde à lançamentos industriais ou comerciais de valor significativo.
..............................................................................................................................(4)
Txi = taxa de contribuição linear para uma área esgotada de ocupação homogênea na época inicial de projeto, expressa em L/s . km, sendo:

.........................................................................................................(5)
que corresponde ao valor de Qi, do qual se excluem as contribuições concentradas por , em L/s.

.............................................................................................................................(6)
Tai = taxa de contribuição por superfície esgotada na época inicial de projeto, expressa em L/s. h a.


...............................................(7)
Qf = vazão máxima contribuinte da época final do projeto, expressa em L/s;

................................................................................................................(8)

= vazão média contribuinte da época final de projeto, expressa em L/s;

af = área esgotada na época final de projeto, expressa em h a;

df = densidade populacional da área esgotada na época final de projeto, em hab/ h a;

qf = taxa per-capita diária de água de abastecimento na época final de projeto, expressa em L/hab.dia;



= vazão média concentrada na época do período de projeto;

= vazão de infiltração em L/s na época final de projeto;

L’= extensão da rede da área contribuinte na época final de projeto, expressa em km.


....................................................................................................................(9)
Txf = taxa de contribuição linear para uma área de ocupação homogênea na época final de projeto, expressa em L/s . km, sendo:

.......................................................................................(10)
....................................................................................................................(11)
Taf = taxa de contribuição por superfície esgotada na época final de projeto, expressa em L/s.





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