SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

DO MUNICÍPIO DE CAJAZEIRAS-PB

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL ÁREA DE ENGENHARIA DE RECURSOS HÍDRICOS

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

GRUPO:

PABLLO DA SILVA ARAUJO

PRISCILA BARROS RAMALHO

RAYAN CORDEIRO DA SILVA

THIAGO LIMEIRA DE ALENCAR

PROFESSOR: JANIRO DA COSTA REGO

PERÍODO: 2014.1

CAMPINA GRANDE, SETEMBRO DE 2014.

Objetivos

Elaboração de um Sistema de Abastecimento de Água para o município

de Cajazeiras-PB, localizada no sertão do estado da Paraíba.

Este projeto abrange:

o Estimativa populacional para o período de projeto (20 anos);

o Cálculo das vazões de captação e distribuição;

o Estudo hidrológico para determinação do manancial de

abastecimento;

o Locação dos pontos constituintes do sistema de abastecimento;

o Custo de implantação da rede de abastecimento;

o Otimização dos procedimentos construtivos, técnicos e econômicos

para funcionamento do sistema.

Obs.: Todas as partes do projeto foram idealizadas visando o abastecimento permanente de 100% da população urbana com água de qualidade.

Caracterização do Município

Localização e acesso:

Cajazeiras encontra-se na mesorregião do Sertão Paraibano.

Localizada a 498 km da capital João Pessoa.

Área: 565.899 km².

O município em estudo se caracteriza

por estar em um processo constante de

urbanização.

Até os dias atuais, o município de

Cajazeiras é formado por dois distritos:

Cajazeiras (onde está localizada a sede

municipal) e Engenheiro Ávidos.

Área urbana de Cajazeiras. Fonte: Google Earth

Caracterização Climática:

• Em termos gicos o pio acha-se inserido no denominado

“ gono das Secas”, constituindo um tipo - rido quente e seco,

segundo a o de Koppen (1956).

• O regime trico é baixo irregular:

Médias anuais : 880,6 mm/ano

Mínima: 227,1 mm/ano

Máxima: 1961,0 mm/ano

Fonte: AESA

Topografia, geologia e vegetação:

• A altitude da sede municipal é de 295 metros acima do nível do mar.

• Situada na Planície Sertaneja formada por pediplanos e elevações

residuais alongadas.

• O solo é formado, em sua maioria, pela desagregação e

decomposição das rochas do embasamento cristalino.

• Vegetação de pequeno porte, pica de caatinga tica, onde se

destaca a presença de ceas, arbustos e arvores de pequeno a

dio porte (CPRM, 2005).

Demografia:

• A população total da cidade é de 58.446 habitantes (IBGE, 2010);

• População Urbana: 81,27%

• População Rural: 18,73%

• Taxa de urbanização: 81,27%

• Taxa de crescimento entre 2000-2010 (IDHM): 0,94%

IDHM: 0,679 – Classificado como Médio

Desenvolvimento Humano (9º lugar do

Estado) (IBGE,2010)

Perfil sócio-econômico:

• Produto Interno bruto (PIB): R$ 531.715 mil (IBGE, 2010)

• PIB per capita R$ 9043,69 (IBGE, 2010)

• Agricultura e pecuária: produção de frutas, cana de açúcar e comércio pecuário.

Distrito Industrial

Indústrias Alimentícias

Indústrias Construção

Civil e Têxtil

Indústrias de Couro,

Fiação, Sucata, Tinta

E Tecelagem

Aspectos Hidrográficos:

• pio de Cajazeiras encontra-se inserido nos domínios fica do

Rio Piranhas, sub-bacia do Rio do Peixe.

Bacia do Rio Piranhas

Bacia do Rio Paraíba

• Os principais cursos d’ gua o os

riachos: Papa Mel, do Cipo, Terra

Molhada, dos Mirandas, do meio, da

Caic ara, do Amaro e das Marimbas.

• Os principais corpos de o

o: a Lagoa do Arroz

(80.220.750m3) e os acudes:

Escurinho, Descanso, Cajazeiras e Eng° vidos (255.000.000m3).

Açude Engenheiro Ávidos

Açude Lagoa do Arroz

• A barragem Engenheiro Ávidos, do

Açude Piranhas, está localizada no

município de Cajazeiras.

• Barra o rio Piranhas, sistema de mesmo

nome, sendo a mais importante bacia

hidrográfica da região e cobrindo uma

área de 1.124 km2.

Açude Engenheiro Ávidos. Fonte: Google Earth

• O rio de Engenheiro Avidos representa a

principal reserva drica superficial da bacia do Alto

Piranhas.

Memorial Descritivo

Concepção de Projeto:

• Horizonte de projeto de 20 anos, ou seja, para o ano de 2034.

• Visa o abastecimento permanente de 100% da população urbana com

água de qualidade.

Custos Aproveitamento Das

Condições Geográficas

Da Cidade

Funcionamento

Do Sistema

Concepção

•Estrutura de captação de água bruta;

•Traçado e dimensionamento da adutora de agua bruta;

de

•Locação do melhor ponto para instalação da ETA e seu detalhamento;

•Traçado e dimensionamento da tubulação de transporte de água tratada;

Projeto

•Especificação da unidade de armazenamento de água tratada;

•Dimensionamento da rede principal de distribuição urbana.

Memorial de Cálculo

Estimativas Populacionais:

• Crescimento da população acarreta o crescimento da

demanda de serviços: aumento da demanda do sistema de

abastecimento de água.

• Elaboração de um sistema tendo por base um horizonte de

projeto (Visão para o futuro).

Cajazeiras-PB

Ano População

1991 51.273

1996 51.159

2000 54.715

2007 56.051

2010 58.446

2013 60.612 Fonte: IBGE,2010.

Métodos de Estimativa Populacional:

• Método Geométrico: a população cresce a uma taxa constante

considerando o temo como um exponencial para o incremento anual

sobre a taxa.

• Método dos Componentes Demográficos: utiliza dados de projeção

demográfica, destacando o papel da fecundidade, mortalidade e

migração na dinâmica do crescimento populacional.

• Método da Curva Logística: a população cresce numa relação

matemática que estabelece uma curva que cresce assintoticamente

até um valor de saturação.

• Método da Extrapolação Gráfica: a partir de dados populacionais de

cidades com crescimento semelhante prolonga-se manualmente o

gráfico da população da cidade em estudo.

• Método da Projeção Aritmética: a população cresce de forma linear

com o tempo por meio de uma taxa constante em iguais períodos de

tempo.

Método Geométrico

Método dos Componentes Demográficos

• Pt - população futura (2034)

• Po – população atual (2010)

• N – nascimentos

• M – óbitos

• I – nº de imigrantes

• E – nº de emigrantes

Segundo o IBGE (2010)

Po 58.446 habitantes

N 3.362 habitantes

M 1.180 habitantes

I 3.974 habitantes

E 3.761 habitantes

Método da Curva Logística

50000

52000

54000

56000

58000

60000

62000

64000

66000

68000

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

Po

pu

laç

ão

Anos

Curva Logística

Método de Extrapolação Gráfica

Método da Projeção Aritmética

Estimativas Populacionais:

Resultado das Projeções - Cajazeiras-PB - Horizonte de Projeto (2034)

Método População (hab)

Geométrico 68.954

Componentes Demográficos

60.841

Curva Logística 66.163

Extrapolação Gráfica 62.329

Aritmético 77.606

Optou-se pela escolha do método da curva

logística, pois é observado um valor mediano entre

os demais métodos, e por ser também um método

considerado confiável.

Cálculo da vazão

da captação ao

reservatório

Cálculo da vazão do

reservatório até a

rede de distribuição

Escolha do Manancial:

• O manancial escolhido para abastecimento da cidade deve facilitar

o acesso para captação, operação e manutenção do sistema.

• Deve ter grande disponibilidade hídrica durante o tempo de projeto.

• Levando em conta a favorável condição hidrológica do município

de Cajazeiras, entre dois reservatórios, decidiu-se captar água do

açude Engenheiro Ávidos (conhecido como Boqueirão) por

apresentar maior volume que os demais açudes da região.

Açude Engenheiro

Ávidos

Se funcionasse de forma isolada regularizaria cerca de

0,250m³/s e a demanda média encontrada para o

município de Cajazeiras estimada para o ano de 2034 é

de 0,192m³/s.

Concepção do Projeto:

Esquema adotado para o sistema de abastecimento de Cajazeiras.

Captação:

• Considerações feitas:

o Regime das chuvas no manancial. Dados das estações pluviométricas, localizadas

na bacia hidrográfica do açude, mostram a seu índice pluviométrico mensal em

mm.

o Tomada de água do açude:

Mês Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total

115,1 174,1 235,0 168,6 55,8 26,9 15,5 3,0 4,2 13,5 17,2 35,1 880,6

Fonte: DNOCS.

Fonte: SUDENE.

Arranjo geral da

barragem

Seção

transversal da

barragem

Fonte: DNOCS

Fonte: DNOCS

Após a escolha da barragem Engenheiro Ávidos para abastecimento da

cidade de Cajazeiras, foi traçada a canalização até a ETA (Estação de

Tratamento de Água), e a partir desta foi feita a ligação até a cidade de

Cajazeiras.

Fonte: Google Earth

Perfil Topográfico do Traçado

Traçado Preliminar e Localização:

• A escolha do traçado teve como fundamento a escolha de pontos de passagem

com cotas mais baixas que a cota do manancial, com a finalidade de abastecer a

cidade por gravidade.

• O Manancial está numa cota de 384 m.

• A Estação de Tratamento de Água (ETA) = 342 m , a uma distância de 9,4 Km do

manancial escolhido.

• O Reservatório apresenta uma cota de 341 m e distância do ponto de captação

de 19 Km.

Estação de Tratamento (ETA):

• O tratamento visa remover da água os organismos patogênicos e as

substâncias químicas orgânicas ou inorgânicas que podem ser prejudiciais à

saúde humana.

As etapas que estão presentes em qualquer estação de tratamento são:

Coagulação, Floculação, Decantação, Filtração, Cloração e Fluoretação.

Fonte: Sabesp

Adução e elevação:

o Adutoras de água bruta: Corresponde à parte do sistema de adução que

transporta a água do manancial até a Estação de Tratamento de Água (ETA).

o Adutoras de água tratada: Corresponde a parte do sistema de adução que

transporta água tratada da ETA até os reservatórios para em seguida ser

distribuída na rede urbana de abastecimento.

Captação ETA Reservatório

Adutora por gravidade

BOMBA

Adutora por recalque

Dimensionamento da Adutora

Vazões de Adução

• Adutora de água bruta (adução partindo do manancial até a ETA - Qa;

• Adutora de água tratada (partindo da ETA até o reservatório) - Qb;

• Adutora que interliga o reservatório a rede de distribuição – Qc.

Vazões de Adução

População (2034) - hab. 66.163

q (l/hab.dia) 250

K1 1,5

K2 2,0

Qe (Específico) Não considerado

Consumo (ETA) 5,0%

Vazão (m³/s)

Adutora de Água Bruta (Manancial-ETA) 0,302

Adutora de Água Tratada (ETA-Reservatório) 0,287

Adutora Reservatórtio/Rede de Distrbuição 0,574

Dimensionamento das Adutoras

• Fórmula de Hazen-Williams: Diâmetro

• Cálculo da Vazão Máxima

• Cálculo da velocidade

• Tubulação em Ferro Fundido (FOFO): C=130.

Dimensionamento

Adutora de Água Bruta

Calculado Comercial

Diâmetro (mm) 494 500

Qmáx (m³/s) 0,314

Velocidade (m/s) 1,60

Adutora de Água Tratada (ETA-Reservatório)

Calculado Comercial

Diâmetro (mm) 559 600

Qmáx (m³/s) 0,385

Velocidade (m/s) 1,27

Adutora Reservatório/Rede

Calculado Comercial

Diâmetro (mm) 615 650

Qmáx (m³/s) 0,667

Velocidade (m/s) 1,27

Verificação das pressões nos pontos mais desfavoráveis

• Ponto B (Possível localização da Estação Elevatória)

• Ponto C (Ponto mais elevado da rede)

• Aplicação da Equação da Energia

Adutora por Gravidade

É necessário a instalação

de um sistema de

bombeamento.

Peças Essenciais da Adutora

Utilizadas para o correto funcionamento: ventosas, para a retirada

do ar em pontos altos da tubulação; descarga de fundo, nos

pontos baixos da adutora dotada de registro para esvaziamento

da canalização quando se fizer necessário.

As curvas e conexões mais bruscas, como joelhos de 90° e Tê de

passagem lateral ocorrem junto das bombas para o correto

funcionamento do mecanismo hidráulico.

Peças essenciais para o funcionamento da Adutora

Da Captação à ETA

Peça Quantidade

Tomada d’Água com Crivo 1

Registro de Fechamento 1

Joelho de 90º 3

Da Estação Elevatória de Água Bruta à ETA

Peça Quantidade

Válvula de Retenção 1

Registro de Gaveta 2

Ventosas 4

Válvula de descarga 1

Curva de 45º 5

Curva de 90º 4

Da Estação Elevatória de Água Tratada ao Reservatório Popular

Peça Quantidade

Joelho de 90º 1

Curva de 45º 2

Válvula de Retenção 1

Registro de Fechamento 1

Ventosa + Tê de Passagem Direta 2

Descarga de Fundo + Tê de Passagem Direta +

Registro de Fechamento 2

Estimativas dos Custos da Adutora

Trechos de avaliação dos custos:

• Adutora de água bruta à ETA;

• Adutora de água tratado ao Reservatório;

• Reservatório à Rede de Distribuição.

Fonte: Freire (2000).

Diâmetro de pré-dimensionamento.

• Fórmula de Bresse

• Constante de Bresse (K): 1,3

• Número de Horas de Funcionamento (Nu): 18 horas

• Como o valor encontrado não é um diâmetro comercial, estudou-

se os custos dos diâmetros inferiores (500 e 600 mm) e superiores

(600 e 700 mm).

Custos Totais (diâmetro e comprimento das tubulações) e Custo das

Tubulações

Diâmetro

Nominal

(interno)(mm)

Comprimento da

tubulação (m)

Custo do tubo

(R$/m)

Custo total

dos tubos

Custo dos Serviços

(movim de terra) (R$/m)

Custo Total

dos Serviços

Custo da tubulação

instalada - C(D)

(R$/m)

Custo Total da

Tubulação

Instalada

500 9450 257,74 2435643 77,32 730674 335,06 3166317

600 9550 327,81 3130585,5 98,34 939147 426,15 4069732,5

700 3600 419,38 1509768 125,81 452916 545,19 1962684

De acordo com os cálculos

observamos que o diâmetro obtido

difere do diâmetro calculado, com isso

escolhemos o diâmetro de 500 e 550

mm, pois sua eficiência é alta e atende

a vazão necessária, assim como seu

custo não é tão elevado.

Dimensionamento do Sistema de

Bombeamento

Cálculo das Perdas de Carga

Curva Característica do Sistema

Escolha da Bomba

Características da Bomba

Verificação da Cavitação

Peças QTD. Fórmula Diâmetro (mm) Le (m)

Válvula de pé com crivo 1 550 141,07

Registro de gaveta 1 550 3,79

Joelho de 90° raio médio 3 550 44,16

Comprimeto real da tubulação 1 - 550 10,00

Válvula de retenção leve 1 500 39,96

Registro de gaveta 2 500 7,59

Ventosas 4 500 42,01

Válvula de descarga 1 500 31,56

Curva 45° 5 500 37,91

Curva 90° R/D=1,5 4 500 24,44

Comprimeto real da tubulação 1 - 500 4894,00

Recalque

Bomba - Trecho pós captação até a ETA

5077,47

199,02

Cálculo das Perdas de Carga

Sucção

(m)

Equação do Sistema:

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Q(m

³/h

)

Hm (m)

Curva do Sistema

Q(m³/h) Hm(m)

0 42,00

100 42,26

200 42,95

300 44,01

400 45,42

500 47,16

600 49,23

700 51,62

800 54,31

900 57,31

1000 60,60

1100 64,19

1200 68,07

1300 72,23

1400 76,67

1500 81,39

1600 86,38

Vazão recalcada= 0,302 m³/s = 1087,2 m³/h

Altura Manométrica (Hm)= 63,72m

Bomba modelo KSB 250-400 da linha MEGANORM

• Tabela fornecida pelo fabricante: vazão e altura manométrica.

Ponto de Funcionamento do Sistema

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Q(m

³/h

)

Hm (m)

Ponto de Funcionamento do Sistema

Curva do Sistema Curva da Bomba

Hm= 66m

Q= 1200 m³/h

Características

da Bomba

Verificação da Cavitação

Procedimento indicado em PORTO (2006).

• Bomba Não-Afogada.

• NPSHr= 7 (encontrado no ábaco).

NPSHd > NPSHr

Não ocorrerá cavitação no

sistema de bombeamento

dimensionado

Dimensionamento dos Reservatórios

Finalidades do reservatório de distribuição de água (Tsutiya, 2006):

• Regularizar a Vazão: uniformização do volume distribuído

acumulando água tratada durante as horas em que a

demanda seja inferior à média.

• Segurança ao Abastecimento Urbano: fornecer água mesmo

por ocasião de interrupções no funcionamento da adução.

• Reserva de Água para Incêndio: suprir vazões extras para o

combate de eventuais incêndios.

• Regularizar Pressões: a sua localização, forma e altura,

influenciam nas condições de pressão da rede de

abastecimento.

Volume útil a ser reservado: considerou-se o volume distribuído no

dia de maior consumo.

Dimensões do Reservatório:

Arranjo da Rede Malhada de Distribuição

Utilização do Software EPANET 2.0 Brasil (Método de Hardy Cross)

A partir de parâmetros de entrada definidos no projeto, o software realiza os cálculos de velocidade nas tubulações e pressões nos nós da rede.

Considerou-se, para o cálculo, duas situações: reservatório cheio e com reserva na eminência de entrar em colapso.

Vazão Reservatório/Rede: 0,667 m³/s ou 667 L/s

Comprimento da tubulação da rede: 32.097,96 metros

Vazão por metro: 0,0208 L/s/m

Critérios da NBR 12218 (Projeto de Rede de Distribuição de Água para o Abastecimento Público.

• Pressão: 10 m.c.a < P < 50 m.c.a

• Velocidade: 0,6 m/s < V < 3,5 m/s

Divisão da cidade por zonas de abrangência

Rede de Distribuição Escolhida

Considerações para entrada no EPANET

• Os diâmetros da rede foram estimados de forma a manterem as

especificações da norma

• Dados de entrada em cada nó da rede: cota, trecho

equivalente e consumo base.

• As vazões equivalentes a cada nó foram calculadas

considerando o consumo base.

• O consumo base igual a vazão perdida de acordo com o

trecho equivalente.

• Para fins de análise, foram considerados dois cenários: O

primeiro consiste no reservatório cheio (na cota 341 m) e o

segundo com o reservatório em situação desfavorável quando

sua capacidade está pela metade (na cota 337 m).

Pressões em cada NÓ (RESERVATÓRIO CHEIO)

Velocidades nos TRECHOS (RESERVATÓRIO CHEIO)

Pressões nos NÓS (EMINÊNCIA DE COLAPSO)

Velocidades nos TRECHOS (EMINÊNCIA DE COLAPSO)

Dados Finais do Projeto

Primeira Etapa: coletados dados para o dimensionamento de um

sistema completo de abastecimento urbano de água, cálculos

inicias de estimativa populacional, demanda hídrica, vazões de

adução, traçado e determinação dos pontos estratégicos para

posicionamento das instalações integrantes do sistema.

Segunda e Terceira Etapas: dimensionamento das estruturas do

sistema (estação bombeamento, adutoras, reservatório e rede de

distribuição, assim como a concepção dos processos da ETA).

Os dimensionamentos foram feitos considerando as condições mais

econômicas, seguras e menos prejudiciais ao meio ambiente.

CONCLUSÕES

O dimensionamento do sistema de abastecimento de água para o

município de Cajazeiras-PB foi cumprido, atendendo as especificações de

norma e execução de projeto.

Ampliação de conceitos acerco do abastecimento de água de um

município, desde o manancial até a rede de distribuição final;

A realização de projetos são essenciais para o funcionamento e boa

eficiência, de forma a trazer melhores condições para os usuários do

sistema, com menor custo;

A Gestão dos Recursos Hídricos é fundamental para a manutenção do

potencial hídrico de uma região.

Referencial Bibliográfico

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12211: Estudos de Concepção de Sistemas Públicos de Abastecimento de Água. ABNT: Rio de Janeiro, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12213: Projeto de Captação de Água de Superfície para Abastecimento público. ABNT: Rio de Janeiro, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12214: Projeto de Sistemas de Bombeamento de Água para Abastecimento Público. ABNT: Rio de Janeiro, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12215: Projeto de Adutora de Água para Abastecimento Público. ABNT: Rio de Janeiro, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12216: Projeto de Estação de Tratamento de Água para Abastecimento Público. ABNT: Rio de Janeiro, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12217: Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para Abastecimento Público. ABNT: Rio de Janeiro, 1994.

AESA – Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba. Painel de Monitoramento de Açudes da Paraíba. Disponível em <http://site2.aesa.pb.gov.br/aesa/jsp/monitoramento/volumes_acudes/indexVolumesAcudes.jsp>..

Referencial Bibliográfico

IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Cidades. Disponível em

<www.ibge.gov.br> Acesso em 15 de junho de 2014.

CPRM - Serviço Geológico do Brasil. (2005). Projeto cadastro de fontes de

abastecimento por água subterrânea. Diagnóstico do município de

Cajazeiras, estado da Paraíba

KSB BRASIL. Manual Técnico KSB Meganorm – Bomba Centrífuga de Uso Geral.

Várzea Paulista – SP: KSB Bombas Hidráulicas S.A., 2009

PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica Básica. 4ª Ed. São Carlos: Escola de

Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo, 2006. 519 pp.

TSUTIYA, Milton Tomoyuki. Abastecimento de Água. 3ª Ed. São Paulo:

Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo, 2006. 643 pp.

Obrigado!!!