aula05_captação Águas superficiais
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Captulo 4
Captao de guas Superficiais
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As obras de captao devem ser projetadas e construdas
de modo a...
Funcionar ininterruptamente em qualquer poca do ano
Permitir a retirada de gua para o sistema de abastecimento em quantidade suficiente ao
abastecimento e com a melhor qualidade possvel
Facilitar o acesso para operao e manuteno do sistema
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Mananciais Superficiais
So aqueles encontrados na superfcie da terra
So os mais utilizados para abastecimento pblico
Mais sujeitos poluio e contaminao
Formados por parcela de gua de precipitao ou pelo lenol subterrneo
Tipos:
Rios perenes, sem represamento
Rio ou curso dgua com reservatrio de acumulao
Lagos naturais
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Mananciais Superficiais
Fonte: www.aesa.pb.gov.br
Aude Acau
Aude Epitcio Pessoa Rio Piranhas
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Mananciais Superficiais
Suas caractersticas dependem de:
rea da bacia
Geologia da bacia
Topografia da bacia
Condies atmosfricas
Atividades humanas (uso do solo)
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Mananciais Superficiais
Com relao quantidade de gua disponvel, pode ocorrer:
Qmn > Qdemanda
Tomada de gua pode ser feita diretamente no rio. Em alguns casos, constri-se uma barragem de nvel para
possibilitar a colocao dos rgos da tomada de gua;
Qmn < Qdemanda e Qdemanda < Qmdia
O aproveitamento deste manancial possvel s com a acumulao da gua.
Qmn < Qdemanda e Qmdia < Qdemanda
Este manancial no atende a cidade.
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Escolha do manancial e
do local da captao
Trs conjuntos de elementos e consideraes relevantes:
Tipos de estudos a realizar
Condies gerais a serem atendidas pelo local de captao
Inspeo de campo e consulta comunidade a ser beneficiada
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Tipos de estudos a realizar
Mapa geogrfico da rea a abastecer e da regio do entorno.
Influencia:
Tipo de tratamento da gua
Comprimento, acesso, perfil topogrfico e desnvel altimtrico de aduo
Aproveitamento de unidades de abastecimento existentes
Racionalidade na disposio das unidades de reservao e distribuio
Estimativa da vazo mnima dos mananciais em estudo
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Tipos de estudos a realizar
Conhecimento dos usos da gua a jusante
Levantamentos: Sanitrio da bacia hidrogrfica a montante dos possveis pontos
de captao (usos da terra e da gua) qualidade da gua
Nveis mximo e mnimo da gua + perodo de retorno
Dados planialtimtricos, batimtricos e geotcnicos
Os levantamentos possibilitam estudos tcnicos e econmicos comparativos
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Condies a serem atendidas pelo local de
captao
Situar-se em ponto que garanta a vazo demandada pelo sistema
Situar-se a montante da localidade a que se destina e a montante de focos de poluio importantes qualidade
Cota altimtrica superior da localidade a ser abastecida (gravidade) ou com o menor desnvel geomtrico (bombeamento)
Situar-se em terreno que apresente condies de acesso, caractersticas geolgicas, batimetria, nveis de inundao e condies de arraste e deposio de slidos favorveis ao tipo e porte da captao
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Condies a serem atendidas pelo local de
captao
Permitir que as estruturas e dispositivos fiquem protegidos da ao erosiva da gua, de efeitos de
remanso e da variao do nvel da gua
Resultar o mnimo de alteraes no curso de gua em decorrncia da implantao da captao
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Condies a serem atendidas pelo local de
captao
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Caractersticas hidrulicas importantes Vazes:
Vazes mnimas, mximas
Frequncia da vazo
Coeficiente de escoamento superficial:
C = vol. Escoado / vol. Precipitado
Tempo de concentrao: tempo necessrio para que, a partir do incio de uma chuva, toda a bacia passe a contribuir na seo em estudo
Outros fatores:
Velocidade de escoamento e sua distribuio
Declividade
Perda de carga, eq. de linha de gua, curvas de remanso, etc.
Permitem caracterizar a bacia hidrogrfica e melhor entendimento sobre o
comportamento do manancial (cheias, por exemplo)
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A vazo do manancial
Mtodo direto (medio da vazo):
Vertedor triangular frmula de Thomson: Q = 1,4 . H5/2
Vertedor retangular frmula de Francis: Q = 1,838 . L . H3/2
Molinete e flutuador medem velocidade (Q= v.A)
Nvel dgua curva chave
Mtodo indireto (frmulas empricas)
Mtodo racional: Q = C.I.A, para pequenas bacias hidrogrficas
Mtodo SCS
L
90o
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Partes constituintes de uma captao
Tomada dgua
Barragem de nvel ou soleira
Reservatrio de regularizao
Grades e telas
Desarenador (caixa de areia)
Dispositivos de controle
Canais e tubulaes
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Tomada de gua
Dispositivo da captao que conduz a gua do manancial para as demais partes do sistema
Velocidade nos condutos livres ou forados > 0,6 m/s
Nos casos de vrtice, prever dispositivos para evitar formao
Tipos de tomada:
Tubulao de tomada
Caixa de tomada
Canal de derivao
Poo de derivao
Captao flutuante
Torre de tomada
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Tomada de gua tipos de tomada tubulao de tomada
Tubulao simples que conduz a gua at a unidade seguinte (caixa de areia ou caixa de passagem de
adutora por gravidade ou poo de suco ou suco
direta por bomba)
Aplica-se a cursos dgua perenes, com pequena variao de nvel e que no possuam escoamento
torrencial
A tubulao provida de crivo ou de tubos perfurados
Tubulao pode ficar apoiada em pilares de alvenaria, concreto, madeira ou de estruturas metlicas
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Tomada de gua tipos de tomada caixa de tomada
Empregada quando o escoamento torrencial ou rpido, colocando em risco a integridade das tubulaes instaladas
As caixas de tomada so dotadas de grade em sua entrada (veremos dimensionamento)
Quando aps a caixa de tomada for utilizado um canal passa-se a ter um canal de derivao
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Tomada de gua tipos de tomada caixa de derivao
Utilizado em canais de mdio e grande porte, fazendo os papis de caixa de tomada e do canal de a interliga prxima unidade
Bastante semelhante caixa de tomada
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Tomada de gua tipos de tomada poo de derivao
um tubulo construdo na margem de rios inundveis e com declividades acentuadas
Quando a variao de nvel do rio for acentuada, pode-se adotar mais de uma tubulao de tomada
Antes do advento das bombas resistentes abraso, no podia ser usado em rios com escoamento torrencial
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Tomada de gua tipos de tomada captao flutuante
Utilizada em lagos e reservatrios e em rios com regime de escoamento tranquilo
Mais usada em sistemas de pequenas e mdias comunidades como alternativa mais econmica s
captaes convencionais com torre de tomada
Trs tipos:
Com motor e/ou bomba no submersveis, instalados em balsa
Com conjunto motorbomba submersvel suspenso por flutuadores
Com tomada de gua flutuante (no usual)
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Motor e/ou bomba no submersveis, instalados em balsa
Aplica-se em situaes onde no possvel o uso de bombas
submersveis
5 desvantagens:
. Maior preo de aquisio
. Menor rendimento
. Menores vazes
. Menores alturas manomtricas
. Maior risco de danos por choques
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Com conjunto motorbomba submersvel suspenso por
flutuadores
Tende a ter menor custo que o anterior
Aplicao depende de avaliao tcnica-econmica
Balsa mais vantajosa para sistemas de maior porte
Flutuadores mais indicada para menores vazes
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Tomada de gua tipos de tomada torre de tomada
A tomada de gua feita atravs de torres de grandes dimenses, com entradas de gua em nveis diferentes
Indicado para grandes sistemas (captao em lagos, reservatrios ou grandes rios)
Pode funcionar tambm como tomada de gua e elevatria
Neste caso, os equipamentos de bombeamento so motobombas de eixo prolongado
O motor fica no piso situado acima do NA mximo do manancial e a bomba centrfuga, instalada no poo com gua abaixo do NA
mnimo e com a necessria submergncia
Observar qualidade da gua
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Barragem de nvel
Muro de pequena altura construdo perpendicularmente a um curso de gua
Pequenos cursos de gua
A barragem de nvel s deve ser utilizada quando a vazo mnima do curso d'gua supera a demanda mdia do dia de consumo
mximo
Quando a captao direta no pode ser aplicada
FONTE: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Captac02.html
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Dimensionamento perfil trapezoidal
1 peso especfico do material de construo
- peso especfico da gua
b largura do coroamento
H altura mxima da gua
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Dimensionamento perfil trapezoidal Determina-se Qmx enchente
Frmula de Aguiar para o Nordeste:
)..120.(.
.1150
ZEKZE
SQ emxenchent
S - rea da bacia hidrogrfica, em km2
E - linha de fundo da bacia, em km (igual ao comprimento do riacho, da seo nascente)
K e Z - coeficientes da bacia hidrogrfica (varia de acordo com as caractersticas da bacia):
Bacia hidrogrfica K Z
1. Pequena, ngrime e rochosa 0,10 0,85
2. Acidentada sem depresses 0,15 0,95
3. Mdia 0,20 1,00
4. Ligeiramente acidentada 0,30 1,05
5. Acidentada com depresses 0,40 1,15
6. Quase plana, terreno argiloso 0,65 1,30
7. Quase plana, terreno varivel 1,00 1,45
8. Quase plana, terreno arenoso 2,50 1,60
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Dimensionamento perfil trapezoidal
Estima-se o valor de L em funo da seo do rio (boqueiro)
Calcula-se h (para vertedor retangular de parede espessa)
Qmxenchente = 1,71 . L . h3/ 2 h = [Qmxenchente / (1,71 . L)]
2/3
Calcula-se a base menor do trapzio (b)
p/ barragem de concreto simples: 1 = 2416 kgf/m3
gua: = 1000 kgf/m3
h = b [(1 ) / ]1/ 2
b = h / 1,19
-
Dimensionamento perfil trapezoidal Clculo de B:
).(2
))(.(4)(
1
2
1
2
1
2
11
bHbbB
Para concreto simples:
22 71,0.45,286,0 HbbB
hHH
onde
HfHtotal
1
:
Deve-se prever uma pequena folga para a altura do muro de proteo, em torno de 15% de h.
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Dimensionamento perfil Creager
-
Dimensionamento perfil Creager
O comportamento hidrulico (menor turbulncia) deste perfil melhor que o trapezoidal, sendo maior o seu custo
construtivo.
Roteiro de clculo semelhante ao trapezoidal
Determina Qmxenchente
Estima L
Calcula h
Para o vertedor Creager: Qmxenchente = 2,22 . L . h3/2
Calcula (desenha) o perfil de acordo com coordenadas da tabela abaixo:
Tabela para h=1m
X Y X Y X Y
0,0 0,126 0,6 0,060 1,7 0,870
0,1 0,036 0,8 0,142 2,0 1,220
0,2 0,007 1,0 0,257 2,5 1,960
0,3 0,000 1,2 0,397 3,0 2,820
0,4 0,007 1,4 0,565 3,5 3,820
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Grades e Telas
-
Grades e telas
GRADES GROSSEIRAS GRADES FINAS TELAS
Bitolas padronizadas
Grade grosseira: 3/8 (0,95cm), 7/16 (1,11cm) ou 1/2 (1,27cm)
Grade fina: 1/4 (0,64cm), 5/16 (0,79cm) ou 3/8(0,95cm)
-
Grades e telas
Limpeza manual ou mecanizada
Na limpeza manual grades ou telas, inclinao a jusante de 70o a 80o
rea das aberturas das grades:
No nvel mnimo da gua: 1,7cm2 para cada L/min
De modo que V
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Grades e telas
Perda de carga para grades e telas: hf = k . V2 / 2g
hf perda de carga (m)
V vel. mdia de aproximao sendo a seo de passagem 50% obstruda (m/s)
G acelerao da gravidade (m/s2)
k coeficiente e perda de carga
k = . (s / b)1,33 . sen (para grades)
: coef. adimensional, em funo da forma da barra
s: espessura das barras
b: dist. Livre entre barras
: ngulo em relao horizontal
-
Grades e telas
-
Grades e telas
k coeficiente e perda de carga
k = 0,55 . (1 - 2) / 2 (para telas)
: porosidade, igual razo entre a rea livre e a rea total da tela, sendo:
Para tela de malha quadrada: = (1 n.d)2
Para tela de malha retangular: = (1 n1d1). (1 n2d2)
Onde:
n, n1, n2: nmero de fios por unidade de comprimento
d, d1, d2: dimetro dos fios
-
Desarenador
Utilizado quando o curso de gua apresenta transporte intenso de slidos
Concentrao de slidos sedimentveis em suspenso >= 1,0g/L
Em geral, seo retangular em planta
Comprimento no mnimo 3x a largura
Recomendvel o dimensionamento de 2 (um reserva)
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Desarenador
)3)(/.(//
)2()1(
)2(//:.
)1(//:.
ShhS
hh
SS
vvhLvLvh
vLttLvHorizontalMov
vhtthvVerticalMov
)6)(./(
:)3()5(
)5)(./(
)4)(.(.:.
S
h
hh
vBQL
emdoSubstituin
hBQv
hBvAvQdeContinuidaEq
xLLf
bL
5,1
3min
Coeficiente de segurana
-
Barragens de acumulao
-
Caractersticas dos
reservatrios Construdos para atender os usos mltiplos dos
recursos hdricos
Tem por finalidade acumular parte das guas dos perodos chuvosos para liber-las no perodo de
estiagem (regularizando as vazes naturais)
So formados por barragens implantadas nos cursos dgua
Suas caractersticas como a capacidade de armazenamento dependem muito das caractersticas
topogrficas do meio
Definio do volume til
-
Mtodos de Dimensionamento
(Lopes e Santos, 2002)
Quanto ao uso dos dados:
Mtodos estocsticos: propiciam o clculo de probabilidades, como a ocorrncia de
falhas
Mtodos determinsticos: tratam os dados de forma nica, com base na srie
histrica
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Mtodos de Dimensionamento
(Lopes e Santos, 2002)
Quanto ao mtodo de clculo:
Mtodos simplificados: mtodos para sistemassimples que dificultam a aplicao para sistemas maiscomplexos, restrigem-se para pequenos reservatriosde uso nico (Diagrama de Rippl)
Modelos de simulao: descrevem o comportamentodo sistema ao longo do tempo e do espao em funode algum cenrio de operao
Modelos de otimizao: determinam um ponto timode uma funo objetivo otimizando o dimensionamento do reservatrio e a sua operao
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Dados necessrios
Srie histrica de pluviometria
Srie histrica de vazo
Dados de evaporao
Necessidade de srie ampla (min de 30 anos)
Com os trs anos mais secos realiza-se o balano hdrico (comparao dos afluxos
com as retiradas)
-
BALANO HDRICO DO RESERVATRIO
t : o intervalo de simulao atual e t+1 o prximo intervalo de
simulao
St : o volume armazenado no reservatrio
Pt : o volume de gua precipitado sobre o lago do reservatrio
Qt : a vazo afluente ao reservatrio
Et : o volume de gua perdido por evaporao e infiltrao do
reservatrio
Rt : o volume retirado do reservatrio para consumo
tttttt REQPSS 1
Restries: o volume mximo (ou a capacidade) K e o volume mnimo (ou
o volume morto) Smin do reservatrio em cada intervalo de simulao t:
Smin StK
Mtodo do balano hdrico
-
BALANO HDRICO DO RESERVATRIO
VOLUME MORTO
VOLUME MX.
VOLUME ARMAZENADO.
VOLUME MN.
St
Pt
Qt
Et
Rt
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AFLUXOS:
Precipitao na bacia hidrulica
Vazo afluente ao reservatrio
Dados monitorados
Estimados por modelos hidrolgicos
RETIRADAS:
Demanda mensal:
consumo mensal do sistema = vazo mx. diria no final do plano x 30 dias (m3 /ms)
Evaporao:
volume mensal evaporado = altura mensal de evaporao x rea da bacia hidrulica.
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Como eu sei a rea da bacia hidrulica?
Atravs da
curva
Cota-rea-Vol
Cota (m) rea (km2) Volume (hm)
772,00 0,00 0,00
775,00 0,94 0,94
780,00 2,39 8,97
785,00 4,71 26,40
790,00 8,15 58,16
795,00 12,84 110,19
800,00 19,88 191,30
805,00 29,70 314,39
810,00 43,58 496,50
815,00 58,01 749,62
820,00 74,23 1.079,39
825,00 92,29 1.494,88
830,00 113,89 2.009,38
835,00 139,59 2.642,00
840,00 164,59 3.401,09
845,00 191,44 4.289,81
-
0100
200
300
400
500
600
700
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Vo
lum
e (
Hm
3)
ou
re
a (
km
2)
Cota (m WGS84)
Volume Hm3
rea (km2)
Relao Cota - rea - Volume
-
Modelo de planilha
Capacidade til = maior saldo + maior dficit
(1) (2)(3)=
(2)-
(1)
(4) (3)
acumulad
o
(5)=(3)-(4)
>0 saldo
-
Modelo de planilha
MsNmero de
dias do ms
Volume
(m3)rea (m2)
Vazo
afluente
(m3/s)
Acrscimo
do volume
afluente
(m3)
Precipitao
(m)
Volume
referente a
7 (m3)
Evaporao
(m)
Volume
referente a
8 (m3)
Afluxo
Lquido (m3)
Demandas
(m3/s)
Volume das
demandas
(m3)
Volumes
acumulados
Volumes
final ms
-
Tubulao de tomada
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