Saneamento Basilco

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Disciplina Saneamento Básico I Orientação As respostas devem ser acompanhadas dos cálculos necessários ou serão ignoradas Data de entrega CONFORME CALENDÁRIO ACADÊMICO CONCEPÇÃO DE SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Neste trabalho hipotético utilize os dados demográficos do IBGE de uma cidade a escolha com dados dos últimos 3 censos pelo menos Estado Município Dados de 3 ou 4 últimos censos IBGE Ano População Ano População Com os dados dos censos do IBGE estime a população atual 2024 e a futura horizonte de 20 anos Apresente os cálculos dos modelos matemáticos compare os resultados e adote e justifique um dos métodos para os cálculos seguintes baseado por exemplo nas taxas de crescimento observadas nos últimos anos População atual População futura horizonte de 20 anos Faça um esboço de duas alternativas de concepção do Sistema de Abastecimento de Água para esse município comentando as diferenças entre elas indicando a melhor alternativa Justifique as escolhas Considerem a seguinte situação hipotética Consumo per capita utilizar valores estimados para o local em questão Justificando utilizando fontes confiáveis 40 da população reside na zona alta da cidade z200m e 60 na zona baixa z150m Sistema existente conta para zona baixa com um reservatório apoiado z180m e para zona alta com reservatórios apoiado z 200m e elevado z225m O Rio Verde z110m 8 km a noroeste da cidade ponto A tem disponibilidade de 30 da vazão necessária no final do plano Se for construída uma represa formando um reservatório de regularização essa disponibilidade sobe para 60 Qualidade da água atendendo a classe 1 Resolução Conama 35705 O Rio Verde z100m 5 km a oeste da cidade ponto B tem disponibilidade de 60 da vazão necessária no final do plano Qualidade atendendo a classe 2 no limite para a classe 3 Um manancial da serra z400m 15 km ao Norte da cidade pode fornecer 30 da vazão necessária com ótima qualidade da água Um aquífero artesiano z120m 5 km ao Sul da cidade pode ser explorado com capacidade para fornecer até 40 da vazão necessária possuindo ótima qualidade da água Quaisquer outros valores que sejam necessários adotar valores justificando Para a alternativa considerada como mais eficiente por parte do grupo determinar as vazões de dimensionamento de cada parte do sistema de abastecimento de água O traçado do desenho pode ser realizado computacionalmente Ponto A Ponto B Zona Baixa Aquífero Zona Alta Alternativa Adutora Início Término Extensão Desnível m Vazão Ls Legenda Adutora de água bruta AAB Adutora de água tratada AAT Estação elevatória EE Reservatório apoiado RAP Reservatório elevado REL Estação de Tratamento de Água ETA Captação em manancial da serra CMS Captação subterrânea CSub 2 Busque informações sobre estações de tratamento de esgoto ETE presentes na sua cidade Onde elas estão localizadas Pesquise sobre as modalidades de tratamento utilizadas lagoas de estabilização lodo ativado processos anaeróbios Discorra sobre as vantagens e desvantagens de cada um desses processos 3 Um medidor de vazão instalado na saída do reservatório de distribuição de água de uma cidade registrou as vazões apresentadas durante um período de 24 horas sucessivas A adução ocorre somente no período entre 10 e 18h Responda o QUE SE PEDE a Determinar a vazão média de consumo em ls e elaborar o gráfico da curva de demanda b Determinar a vazão de adução necessária para abastecer o reservatório em ls c Determinar o coeficiente de reforço da hora de maior consumo k2 d Determinar a capacidade total necessária para o reservatório e Hachurar na curva o volume correspondente ao enchimento e ao esvaziamento do reservatório 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tempo horas Vazão ls t h Consumo ls Adução ls Vconsumo m³h Valimentação m³h Valim Vdist m³h Saldo Déficit 1 0h1h 40 0 0 2 60 0 0 3 80 0 0 4 90 0 0 5 110 0 0 6 130 0 0 7 160 0 0 8 220 0 0 9 290 0 0 10 380 11 360 12 320 13 290 14 280 15 260 16 250 17 230 18 200 0 0 19 200 0 0 20 160 0 0 21 140 0 0 22 100 0 0 23 80 0 0 24 50 0 0 Total Σ Σ Σ Curso de Engenharia Civil Disciplina Saneamento Básico I Concepção de sistema de abastecimento de água Estado Espírito Santo Município Vitória Tabela 1 Dados populacionais dos últimos censos do IBGE Ano População Ano População 1991 258243 2010 319738 2000 291941 2022 322869 1 Estimativas de população Os cálculos para estimativas populacionais foram feitos através de três métodos comumente empregados em projeções e estimativas de contingente populacional que são apresentados a seguir Os resultados obtidos para as estimativas de população do município de VitóriaES são apresentados na Tabela 2 a Método aritmético O método aritmético pressupõe crescimento linear da população derivada constante isto é assumindo que os incrementos proporcionais ano a ano são constantes derivada nula São requeridos os dados de população em dois anos distintos para calcular a taxa de crescimento Ka em habitantesano e então calculase a estimativa para o ano de interesse A equação que rege a relação são as que se seguem KaP2P1 t2t1 PP2K att 2 Ka taxa de crescimento aritmética P2 e P1 população final e inicial respectivamente conhecidas P população de projeto t2 e t1 ano final e inicial respectivamente conhecidos t ano final de projeto b Método geométrico O método geométrico por outro lado considera que o percentual de crescimento da população ano a ano é constante com a população crescendo de forma geométrica com a constante Kg Novamente consideramse populações P1 e P2 de dois períodos diferentes t1 e t2 conhecidos e o contingente populacional no ano em que se deseja estimar é dado por K gln P2lnP1 t 2t 1 PP2e Kgtt2 Kg taxa de crescimento geométrica P2 e P1 população final e inicial respectivamente conhecidas P população de projeto t2 e t1 ano final e inicial respectivamente conhecidos t ano final de projeto c Método da curva logística O método logístico presume que o crescimento populacional se dá em fases acelerado retardado e tendente à estabilização e de forma assintótica em função do tempo passando por um ponto de inflexão Para projeções baseadas nesse método devese conhecer o contingente populacional em três períodos distintos t0 t1 e t2 A estimativa populacional se dá pela seguinte relação matemática P k 1e abT Sendo k2P0P1P2 b 1 04343d log P0kP1 P1kP0 a 1 04343 log kP0 P0 k população de saturação da área T intervalo de tempo entre o ano da projeção e t0 ano b razão de crescimento populacional a valor tal que para Tab há inflexão na curva populacional d intervalo constante entre os tempos to t1 e t2 d Estimativa de população atual e futura horizonte de 20 anos Os resultados obtidos com as estimativas populacionais são apresentados na Tabela 2 Vale ressaltar que a projeção pelo método logístico prevê que sejam usados dados de população equiespaçados entretanto os dados disponíveis tinham espaçamento de 9 10 e 12 anos de modo que não se pôde atender a esse critério A projeção por esse método foi feita com os dados de 2000 2010 e 2022 As projeções pelos métodos aritmético e geométrico foram feitas com os censos de 1991 e 2022 assumindo maior espaço entre as datas dos censos para tentar aumentar a confiabilidade dos resultados A projeção para um horizonte de 20 anos considerou o ano de 2044 Tabela 2 Projeções populacionais para VitóriaES Método Projeção população atual 2024 Projeção população em 2044 Aritmético 327038 368733 Geométrico 327555 378324 Logístico 323084 323226 Os resultados mostram semelhança entre os métodos aritmético e geométrico para a população atual 2024 que consta em torno de 327 mil habitantes Para longo prazo ano de 2044 vêse certa diferença de modo que a projeção geométrica sugere maior contingente populacional a longo prazo O método logístico por outro lado sugere crescimento populacional pouco acelerado em comparação com os censos anteriores apresentando pouco acréscimo mesmo em longo prazo ano de 2044 Pela comparação gráfica da evolução populacional fornecida pelos censos do IBGE conforme Figura 1 vêse diminuição da taxa de crescimento populacional na última década o que pode indicar estabilização no crescimento conforme sugere o método logístico para projeções populacionais Figura 1 Evolução populacional para o município de VitóriaSP segundo censos do IBGE 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 220000 240000 260000 280000 300000 320000 340000 Ano População Assim considerase que o método logístico é o que se adequa melhor ao caso do município em questão e Concepção do sistema de abastecimento de água Na concepção de um sistema de abastecimento de água considerase o consumo hídrico médio da população de Vitória é 20120 Lhabdia SNISMinistério das Cidades 2020Censo IBGE 2010 Considerando a projeção populacional para 2044 de 323226 habitantes pelo método logístico o consumo diário de água pela população é de 650330712 Ldia ou 7527 Ls A população que vive em zona alta 200 m é de 129290 habitantes e a da zona baixa z150 m 193936 Alternativa 1 Adutora Início Término Extensão Desnível m Vazão Ls Rio Verde represado Ponto A Reservatório apoiado baixa 8 km 70 4516 Aquífero artesiano Aquífero Reservatório apoiado alta 5 km 80 3011 Alternativa 2 Adutora Início Término Extensão Desnível m Vazão Ls Manancial da serra Manancial Reservatóri o apoiado baixa 15 km 220 2258 Rio Verde não represado Ponto A Reservatóri o apoiado baixa 8 km 70 2258 Aquífero artesiano Aquífero Reservatóri o elevado alta 5 km 105 3011 A Alternativa 1 pode ser mais interessante em termos de custo pois considera somente dois mananciais para o abastecimento da demanda hídrica da cidade o que gera menos gastos com a rede de distribuição total de 13 km de extensão A Alternativa 2 por outro lado presume instalações de adução para um terceiro manancial além de 15 km adicionais na extensão de adutoras o que gera mais gastos de implantação entretanto por diversificar a adução entre 3 mananciais tem menor impacto ambiental nas fontes de captação pois as vazões captadas são menores e assim diminuise o risco de exaustão do recurso hídrico Escolhese como alternativa mais eficiente a Alternativa 2 que apesar de possuir maior curso de implantação apresenta menores riscos ambientais de exaustão do manancial Considerando a vida útil estimada para os sistemas de captação e abastecimento de água ordem de 20 anos os custos de implantação são diluídos ao longo da vida útil do projeto o que favorece a Alternativa 2 ainda que está tenha maior custo inicial O esquema da alternativa escolhida é apresentado na Figura 2 Figura 1 Esquema da alternativa sugerida para sistema de captação de água para VitóriaES 2 Estações de Tratamento de Esgoto ETE em Vila VelhaES De acordo com o Plano Municipal de Saneamento Básico mais recente do município de Vila Velha ES de 2014 há cinco ETEs que tratam o esgoto doméstico conforme Tabela 3 Notase que a localização das estações é nos bairros homônimos de cada uma Tabela 3 Dados técnicos das estações de tratamento de esgoto de Vila Velha ETE Tipo de tratamento Vazão nominal Ls Eficiência média Araçás Lodos ativados oxidação biológica e clarificação 400 95 Jabaeté Lodos ativados com aeração prolongada 15 71 Ulisses Guimarães Reator anaeróbio de fluxo ascendente UASB e biofiltro aerado 30 93 Vale encantado Reator anaeróbio de fluxo ascendente UASB e lagoa facultativa 957 8356 Jacarenema Sistema fossa filtro 180 nd Fonte Prefeitura Municipal de Vila Velha 2014 O sistema de lodos ativados empregado nas ETEs Araçás e Jabaeté tem como vantagens principais a alta eficiência e a compacidade por ser composto por um tanque aerador que aumenta a atividade microbiológica de degradação de matéria orgânica mas apresenta elevados custos de operação e a necessidade inerente de tratamento de significativos volumes de lodo A oxidação biológica é eficiente e flexível para a combinação com outros processos de tratamento mas apresenta elevado consumo energético e custos de manutenção A clarificação é interessante por ser relativamente simples e de fácil operação além de eficiente na remoção de sólidos mas apresenta como desvantagem a não remoção de nutrientes e a necessidade de prétratamento O reator do tipo UASB tem como vantagem o baixo custo de operação e o reduzido volume de lodo além da produção de biogás potencialmente aproveitável mas é um processo menos eficiente na remoção de matéria orgânica e relativamente sensível a mudanças de temperatura e de carga orgânica O biofiltro aerado apresenta bom teor de remoção de nutrientes e matéria orgânica além de demandar pouco espaço de implantação mas apresenta como desvantagem elevados custos operacionais devido ao consumo energético e o alto teor de produção de lodo A lagoa facultativa apresenta baixos custos de operação e manutenção além de eficiência na remoção de matéria orgânica e alguns patógenos mas tem alta demanda de área devido a altos valores de tempo de detenção hidráulica TDH e a comum geração de maus odores O sistema fossa filtro por fim apresenta baixo custo de instalação e operação e é relativamente simples mas consideravelmente limitado em termos de capacidade de vazão a ser tratada além de potenciais problemas ambientais associados à contaminação do lençol freático se não for bem projetado e mantido 3 Sistema de distribuição a A vazão média de consumo é determinada pela média aritmética simples das vazões horárias fornecidas na tabela coluna Consumo Ls Esse valor equivale a 1867 Ls A Figura 3 ilustra a curva de demanda hídrica hora a hora Figura 3 Curva de demanda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Consumo Consumo médio Hora Vazão Ls b A vazão de adução necessária para abastecer o reservatório deve considerar que a adução ocorre em somente 8 horas diárias ou seja 13 do dia Assim calculase a vazão de adução pelo quociente entre a vazão média de consumo e a razão de trabalho da adução em relação às horas do dia 13 Dessa forma sendo a vazão média de consumo 1867 Ls a vazão de adução equivale a 186713 560 Ls a vazão requerida para o abastecimento do reservatório c O coeficiente de reforço K2 equivale à proporção entre a vazão média na hora de maior consumo e a vazão média diária portanto 3801867 204 d A capacidade total mínima do reservatório é a amplitude diária do saldo hídrico do sistema de abastecimento ou seja a diferença entre o máximo superávit e o mínimo déficit horários de modo que equivale a 334842487596 L e A Figura 4 ilustra o balanço hídrico no reservatório A área hachurada abaixo da linha preta corresponde ao esvaziamento do reservatório e a área acima ao enchimento do reservatório Figura 4 Curva de demanda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 5000 4000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 144360648972 1368 1836 2412 3204 4248 3600 2880 2016 1044 359999999999994 1044 2160 3348 2628 1908 1332 828000000000001 468000000000001 180000000000001 909494701772928 E13 Hora Volume L 4 Bibliografia Instituo Brasileiro de Geografia e Estatística Cidades e estados Vitória Disponível em httpswwwibgegovbrcidadeseestadosesvitoriahtml Acesso em 9 jun 2024 Instituo Brasileiro de Geografia e Estatística Sinopse do censo geográfico 2010 Espírito Santo Disponível em httpswwwibgegovbrcenso2010appssinopseindexphpuf32dados0 Acesso em 9 jun 2024 Prefeitura Municipal de Vila Velha Plano Municipal de Saneamento Básico 2014 Disponível em httpswwwvilavelhaesgovbrmidiapaginas55992015PlanoSaneamentoBasico SEMMAProc5744914AnexoAut336314pdf Acesso em 9 jun 2024 Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS Série histórica Disponível em httpapp4mdrgovbrserieHistorica Acesso em 9 jun 2024