Memorial de Calculo - Dimensionamento de Estacao de Tratamento de Agua ETA para Delmiro Gouveia AL

SUMÁRIO 1 OBJETIVO3 2 CARACTERIZAÇÃO GERAL3 3 DIMENSIONAMENTO 5 31 VAZÕES DE CAPTAÇÃO E ADUTORAS DE ÁGUA5 32 CALHA PARSHALL PARA FINS DE MISTURA RÁPIDA 7 33 FLOCULADOR DE CHICANAS VERTICAIS 9 34 DECANTADOR DE FLUXO VERTICAL 11 35 FILTRO RÁPIDO POR GRAVIDADE 14 4 ESTRUTURA FINAL DA ETA E SISTEMA DE ADUÇÃO19 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS23 3 1 OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo apresentar o memorial de cálculo para o dimensionamento de uma estação de tratamento de água ETA capaz de abastecer o município de Delmiro Gouveia AL em um horizonte de projeto de 20 anos A ETA deverá aduzir a água tratada para um reservatório o qual deverá ser capaz de abastecer a cidade bem como uma indústria e atender às necessidades de combate à incêndio 2 CARACTERIZAÇÃO GERAL O município de Delmiro Gouveia se localiza no estado de Alagoas no nordeste brasileiro na região do Sertão Alagoano Localizado à jusante da Usina Hidrelétrica de Paulo Afonso o município possui uma população de 51318 habitantes IBGE 2022 Na região há a presença de dois corpos hídricos principais o Rio São Francisco e o Canal do Sertão o qual foi construído em 1992 como uma medida de mitigação dos impactos causados pela seca na região levando água do Rio São Francisco até os municípios afetados Governo do estado de Alagoas 2019 Para realizar o dimensionamento da ETA se faz necessária a projeção do crescimento populacional no município neste horizonte de tempo Sendo assim a partir dos dados coletados do banco de dados do IBGE para a população do município desde o ano de 1970 conforme apresentado na Tabela 1 realizouse uma projeção do crescimento por meio do Microsoft Excel utilizandose a linha de tendência da série histórica conforme apresentado na Figura 1 Tabela 1 Série histórica da população no município de Delmiro Gouveia AL ANO HABITANTES 1970 14680 1980 26768 1996 40404 2000 42995 2007 46599 2010 48096 2022 51318 Fonte Elaboração própria com dados do IBGE 4 Figura 1 Linha de tendência do crescimento populacional no município de Delmiro Gouveia AL Fonte Elaboração própria com dados do IBGE Aplicando a equação da linha de tendência apresentada acima 720𝑥 1 4𝐸 06 estimase que a população de projeto é de 72400 habitantes Outro dado imprescindível para o dimensionamento da ETA é o consumo diário per capita da região Em consulta ao Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS verificouse que a população local apresenta um consumo médio diário de 945 Lhabdia Dessa forma a Tabela 2 apresenta este e os demais dados iniciais de projeto necessários para o início do dimensionamento 5 Tabela 2 Dados iniciais de projeto DADO VALOR População atual hab 51318 População 2045 hab 72400 K1 12 K2 15 Consumo diário per capita Lhabdia 945 Consumo população Ls 792 Consumo indústria Ls 20 Consumo incêndio Ls 100 Fator de funcionamento da ETA 1 Percentual para lavagem dos filtros 4 Fonte Elaboração própria A captação será realizada de maneira superficial no Canal do Sertão um manancial de Classe II O ponto de captação se localiza nas coordenadas geográficas 9315391 37982113 3 DIMENSIONAMENTO 31 VAZÕES DE CAPTAÇÃO E ADUTORAS DE ÁGUA Para determinar a vazão de água bruta que deverá ser tratada na ETA fazse necessário calcular as vazões nos diferentes trechos de adução Essas vazões são calculadas por meio das Equações 1 a 5 apresentadas abaixo Equações 1 a 5 Cálculo das vazões de adução 1 𝑄𝑒 𝑃𝑞𝐾1𝐾2 86400 𝑄𝑖𝑛𝑐 2 𝑄𝑑 𝑄𝑖𝑛𝑑 3 𝑄𝑐 𝑄𝑒 𝑄𝑑 4 𝑄𝑏 𝑃𝑞𝐾1 86400 𝑄𝑑 𝑓 6 5 𝑄𝑎 𝑄𝑏 1 𝐸𝑇𝐴 100 Realizados os cálculos a vazão será correspondente à vazão de água bruta que 𝑄𝑎 deverá ser tratada na ETA Sendo assim a Tabela 3 apresenta os valores calculados para as vazões de adução para o ano de início e horizonte de projeto Tabela 3 Vazões de adução da ETA VAZÃO TRECHO VAZÃO 2025 Ls VAZÃO 2045 Ls 𝑄𝑒 Do ponto de coleta da indústria até a rede da cidade 11103 15254 𝑄𝑑 Coleta da indústria 200 200 𝑄𝑐 Do reservatório até o ponto de coleta da indústria 11303 15454 𝑄𝑏 Da ETA até o reservatório 7935 10703 𝑄𝑎 Da captação de água bruta até a ETA 8266 11148 Fonte Elaboração própria A partir dos valores de vazão calculados acima é possível dimensionar o diâmetro das adutoras de captação de água bruta e distribuição de água tratada Dessa maneira a Tabela 4 apresenta os diâmetros escolhidos para cada seção bem como a velocidade da água para as vazões de início e fim de projeto Tabela 4 Diâmetros das tubulações de adução da ETA TRECHO DIÂMETRO mm VELOCIDADE 2025 ms VELOCIDADE 2045 ms 𝑄𝑒 400 088 121 𝑄𝑑 50 102 102 𝑄𝑐 400 090 123 𝑄𝑏 350 082 111 𝑄𝑎 350 086 116 Fonte Elaboração própria 7 32 CALHA PARSHALL PARA FINS DE MISTURA RÁPIDA Com as vazões de captação calculadas ao longo do horizonte de operação da ETA o próximo passo é dimensionar a Calha Parshall a qual será utilizada também para fins de mistura rápida do coagulante a fim de aumentar a eficiência da floculação Três parâmetros principais devem ser analisados durante o processo de escolha da Calha Parshall sendo eles 1 Número de Froude entre 17 a 25 para gerar um ressalto hidráulico fraco ou entre 45 e 90 para gerar um ressalto estável 2 Tempo de detenção hidráulico menor ou igual a 1 segundo 3 Gradiente de velocidade entre 700 e 1100 s¹ conforme ABNT NBR 122161992 Esses parâmetros devem ser atingidos durante todo o horizonte de projeto isto é tanto para a vazão inicial de tratamento quanto a final Dessa forma avaliando os parâmetros para as opções comerciais de Calha Parshall verificouse que a calha de 9 é a mais adequada para a situação A Tabela 5 apresenta os resultados obtidos para a calha escolhida Com isso a Figura 2 apresenta a vista superior e o corte vertical da Calha Parshall escolhida Tabela 5 Resultados do dimensionamento da Calha Parshall para fins de mistura rápida ANO CALHA N DE FROUDE TEMPO DE DETENÇÃO s GRADIENTE s¹ 2025 9 20 052 8193 2045 9 18 046 7837 Fonte Elaboração própria 8 Figura 2 Vista superior e corte vertical da Calha Parshall de 9 Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 9 33 FLOCULADOR DE CHICANAS VERTICAIS Visando uma maior eficiência operacional da floculação foi dimensionado um floculador de chicanas verticais que provocasse uma variação no gradiente de velocidade de 70 s¹ em seu primeiro canal até 30 s¹ em seu último considerando a vazão de operação final do projeto Dessa maneira com um tempo total de floculação de 20 minutos o floculador é composto por 5 canais com aproximadamente 15 metros de comprimento cada e uma largura de 07 metros por canal A Tabela 6 apresenta os resultados obtidos com o dimensionamento Tabela 6 Resultados do dimensionamento do floculador de chicanas verticais CANAL al m Ncomp Ve1 ms Lt m hpt m G s¹ 1 062 24 0257 617 0123 704 2 069 21 0231 554 0086 590 3 077 19 0207 496 0062 502 4 090 16 0177 425 0038 393 5 109 13 0146 351 0021 291 Fonte Elaboração própria Notase que a variação do gradiente de velocidade se manteve próximo do desejado de 10 s¹ por canal Além disso cabe destacar que o distanciamento entre as chicanas variou entre 062 a 109 metros e a Ve1 se manteve no intervalo de 01 a 03 ms Dessa maneira a Figura 3 apresenta a vista superior do floculador dimensionado 10 Figura 3 Vista superior do floculador dimensionado Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 11 34 DECANTADOR DE FLUXO VERTICAL A Tabela 7 apresenta os dados utilizados como base para o dimensionamento das unidades de decantação Conforme recomendações da ABNT NBR 122161992 serão dimensionadas duas unidades de decantação bem como a taxa de aplicação superficial utilizada foi de 35 m³m²dia Tabela 7 Dados base para o dimensionamento dos decantadores DADO VALOR Vazão 2045 m³s 0111 N de unidades de decantação 2 Vazão por unidade m³s 0056 TAS m³m²dia 35 Comprimento das placas m 12 Distância entre placas m 006 Espessura da placa m 0005 Ângulo graus 60 B m 05 X m 15 H m 087 Viscosidade cinemática da água m²s 1 10 6 Fonte Elaboração própria Dessa forma as Tabelas 8 e 9 apresentam respectivamente o resultado do dimensionamento e a verificação do mesmo Tabela 8 Resultados do dimensionamento do decantador de fluxo vertical V0 mdia Aútil m² Asu m² Bcalc m Badot m Lútil m Ne Nplacas Lp m L m Npoços 3803 127 146 31 35 42 70 71 46 59 9 Fonte Elaboração própria 12 Tabela 9 Verificação do dimensionamento do decantador de fluxo vertical Ld m Lp m Ne Nplacas V0 cms Vs mdia qv mdia Dh m Re 39 34 52 53 0397 3157 23783 012 4702 Fonte Elaboração própria Por fim as Tabelas 10 e 11 apresentam respectivamente o dimensionamento das calhas de coleta de água tratada e das alturas do decantador Tabela 10 Resultados do dimensionamento das calhas de coleta de água tratada qL Lsm Lv m Lcalha m Ncalhas Lvadot m qL Lsm Esp m 15 372 45 4 36 155 1125 Fonte Elaboração própria Tabela 11 Resultados do dimensionamento das alturas do decantador H1 m H2 m H3 m Esp2 m H4 m 0866 06 104 056 07 Fonte Elaboração própria Dessa forma serão utilizadas duas unidades de decantação de 45 x 45 metros cada uma composta por 9 poços de lodo de 15 x 15 metros com 4 calhas espaçadas em 1125 metros A Figura 4 apresenta a vista superior e o corte vertical de cada unidade de decantação 13 Figura 4 Vista superior e corte vertical de cada unidade de decantação Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 14 35 FILTRO RÁPIDO POR GRAVIDADE A última unidade da ETA a ser dimensionada são os filtros Serão utilizados filtros rápidos por gravidade de fluxo descendente compostos de uma camada única de areia e sendo a água tratada coletada pelo fundo falso com bocais A taxa de filtração adotada foi de 180 m³m²dia e a expansão da areia na lavagem foi de 30 conforme recomendações da ABNT NBR 122161992 Estes e os demais dados iniciais utilizados no dimensionamento são apresentados na Tabela 12 abaixo Tabela 12 Dados base para o dimensionamento dos filtros DADO VALOR Vazão 2045 m³s 0111 Tipo de leito filtrante Camada única de areia Sentido do filtro Descendente Taxa de filtração m³m²dia 180 Coleta da água filtrada Fundo falso com bocais Espaçamento entre bocais m 02 Expansão da areia na lavagem 30 d10 mm 05 b m 04 e m 01 Tempo de lavagem min 7 Fonte Elaboração própria Dessa forma a Tabela 13 apresenta os resultados do dimensionamento dos filtros da estação Tabela 13 Resultados do dimensionamento dos filtros rápidos por gravidade A m² C 106 Ldia N Sf m² BL L m B m Ladot m Badot m Sf m² A m² 5351 963 5 107 06 422 253 43 25 1075 5375 Fonte Elaboração própria 15 A partir dos dados apresentados as Tabelas 14 a 16 apresentam respectivamente o dimensionamento do diâmetro das tubulações das camadas do filtro e da lavagem do filtro Tabela 14 Resultados do dimensionamento do diâmetro das tubulações DIÂMETRO Ø𝑎 mm Ø𝑒 mm Ø𝐿 mm Ø𝑠 mm mm Ø𝑑 Calculado 2180 1538 2377 3364 579 Adotado 250 200 250 350 75 Fonte Elaboração própria Tabela 15 Resultados do dimensionamento das camadas do filtro H1 m H2 m H3 m H4 m H5 m H6 m Ht m 05 02 05 04 16 03 38 Fonte Elaboração própria Tabela 16 Resultados do dimensionamento da lavagem do filtro Va ms QL m³s C F m P m 00127 0137 2 065 0325 Fonte Elaboração própria Considerando os dados de lavagem do filtro e do diâmetro das tubulações calculase que a velocidade da água na tubulação de lavagem é igual a 278 ms Dessa forma foi dimensionado um reservatório de água de lavagem único capaz de armazenar a água de lavagem para atender a todos os cinco filtros os quais necessitam de um volume total de 28667 m³ O dimensionamento deste reservatório e de sua elevação em relação aos filtros são apresentados nas Tabelas 17 e 18 respectivamente Tabela 17 Resultados do dimensionamento do reservatório de água de lavagem H0 m HL m Ht m Df m VL m³ Vres m³ Lres m Bres m Hu m Ht m 025 016 041 05 28667 300 10 8 375 395 Fonte Elaboração própria 16 Tabela 18 Resultados do dimensionamento da elevação do reservatório em relação aos filtros h1 m h2 m h3 m h4 m h5 m h6 m ht m 298 07 0127 063 0027 03 476 Fonte Elaboração própria Dessa maneira considerando a altura das calhas dos filtros em relação ao solo o nível d água mínimo do reservatório de água de lavagem deve estar a uma cota mínima de 716 metros acima da cota dos filtros Visando obter uma margem de sobra determinouse uma diferença de cota total de 75 metros Por fim as Figuras 5 e 6 apresentam as vistas superiores e os cortes verticais das unidades filtrantes e do reservatório de água de lavagem Cabe ressaltar que o reservatório poderia ser colocado em uma região de cota mais elevada dispensando a necessidade de uma estrutura para eleválo Entretanto para fins deste projeto optouse por colocálo sobre uma estrutura elevada 17 Figura 5 Vista superior e corte vertical de cada unidade de filtração Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 18 Figura 6 Vista superior e corte vertical do reservatório de água de lavagem Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 19 4 ESTRUTURA FINAL DA ETA E SISTEMA DE ADUÇÃO Conforme visto ao longo do item 3 do presente trabalho a ETA dimensionada será composta por 1 uma Calha Parshall de 9 para fins de mistura rápida 2 um floculador de chicanas verticais com 5 canais de larguras entre 062 e 109 metros 3 duas unidades de decantação de fluxo vertical 4 cinco unidades de filtros rápidos por gravidade de fluxo descendente compostos de uma camada única de areia 5 um reservatório elevado de água de lavagem dos filtros com capacidade de 300 m³ Cabe ressaltar que ainda existem na ETA outras unidades auxiliares indispensáveis para o pleno tratamento da água como por exemplo a unidade de dosagem do agente coagulante e a casa de química Entretanto este trabalho se limitou a dimensionar apenas as cinco unidades citadas A partir do dimensionamento apresentado nos tópicos anteriores é possível posicionar as unidades dimensionadas de forma a obter a estrutura final da ETA Dessa forma a Figura 7 apresenta este panorama final da estação 20 Figura 7 Vista superior da estrutura final da ETA Fonte Elaboração própria por meio do AutoCAD 2025 21 Analisando a distribuição espacial de todo o sistema por meio do Google Earth é possível medir os comprimentos aproximados de cada seção de adução Dessa maneira a Tabela 19 apresenta esses valores Ademais a Figura 8 apresenta a vista espacial localizada geograficamente de todos os pontos do sistema Cabe ressaltar que a partir da análise da elevação do terreno realizada por meio do Google Earth identificouse que a cota máxima da cidade é de cerca de 280 metros Sendo assim o reservatório de distribuição de água tratada foi posicionado em um local de elevação superior com cerca de 320 metros Tabela 19 Comprimentos das tubulações de adução da ETA TRECHO DIÂMETRO mm COMPRIMENTO m 𝑄𝑒 400 4736 𝑄𝑑 50 548 𝑄𝑐 400 3046 𝑄𝑏 350 1056 𝑄𝑎 350 380 Fonte Elaboração própria 22 Figura 7 Vista espacial geolocalizada do sistema Fonte Google Earth Pro 23 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 12216 Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público Brasil 1992 AUTOCAD 2025 Autodesk Inc 2024 GOOGLE EARTH PRO 2024 Google LLC 2024 GOVERNO DO ESTADO DE ALAGOAS Canal do Sertão Alagoano Alagoas em Dados e Informações Alagoas 2019 INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA IBGE Panorama do estado de Alagoas Brasil 2022 MINISTÉRIO DAS CIDADES Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS Brasil 2022