memorial de cáculo - nerópolis

8/17/2019 Memorial de Cáculo - Nerópolis

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Pontifícia Universidade Católica De Goiás

Engenharia Civil

Saneamento Básico – ENG-2103 turma C01/3

MEMORIAL DE CÁLCULO

NERÓPOLIS -GÓIAS

Memorial de Cálculo do estudo de concepção desistema de abastecimento de água -SAA para finsde avaliação da disciplina de Saneamento Básicodo Curso de Engenharia Civil da PontifíciaUniversidade Católica de Goiás.

Professor: Anselmo Claudino

ALUNOS: LUCAS MENDES

MARTIN JUNIOR

CAIO VINÍCIUS

YAGO PESSONI

Goiânia/2016.


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PUC -GO SANEAMENTO BÁSICO 2016/1

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SUMÁRIO

1 DEFINIÇÃO DA POPULAÇÃO DE PROJETO.............................................................................3

1.1 DETERMINAÇÃO DAS ZONAS DE PRESSÃO...............................................................4

1.2 DETERMINAÇÃO DA DENSIDADEDEMOGRÁFICA....................................................5

1.3 DETERMINAÇÃO DAS POPULAÇÕES DAS ZONAS DE PRESSÃO..................................6

2 CÁLCULO DO VOLUME E ÁREA DOS RESERVATÓRIOS.........................................................7

3 DIMENSIONAMENTO S DE ELEMENTOS DE PROJETO...............................................8

3.1 DIMENSIONAMENTO DA TOMADA D’ÁGUA..........................................................8

3.2 DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR.................................................................9

3.3 DIMENSINAMENTO DA CAIXA DE AREIA E TEMPO DE LIMPEZA..............................10

4 CÁLCULOS DOS DIÂMETROS DAS TUBULAÇÕES..................................................................11

4.1 DIMENSIONAMENTO DE ADUTORA DE ÁGUA BRUTA.............................................11

4.2 DIMENSINAMENTO DA ADUTORA DE ÁGUA TRATADA E ESTAÇÃO ELEVATÓRIA....12

4.3 DIMENSIONAMENTO DA ADUTORA ENTRE Reserv. 1 PARA Reserv.2 .....................13

4.4 DIMENSIONAMENTO DA ADUTORA ENTRE Reerv. 2 PARA Resev.3........................14

5 PERDAS DE CARGA POR ADUTORA...................................................................................15

6 ANEXOS...........................................................................................................................16

6.1 DETALHE DA EEA (ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUA).............................................17

6.2 DETALHE DA GUARITA.........................................................................................18

6.3 DETALHE O RESERVATÓRIO APOIADO – METÁLICO..............................................19

6.4 DETALHE DE ELEMENTOS DO PROJETO.................................................................20

6.5 PLANTA BAIXA DO CENTRO DE RESERVAÇÃO.......................................................21


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1 DEFINIÇÃO DA POPULAÇÃO DE PROJETO

Para a projeção da população urbana baseado em métodos matemáticos (ano a ano)

foram utilizados os seguintes métodos matemáticos:

Método de taxa aritmética; Método de taxa geométrica; Método de taxa decrescente decrescimento; Método da curvalogística.

A partir dos modelos matemáticos chegou-se a estimativa população ao longo do

tempo, conforme apresentado na tabela a seguir:

POPULAÇÃO ESTIMADA - NERÓPOLIS-GO

MétodoPopulação

(1990)População

(2000) População (2010)População

(2036)Aritmético 11.306 17.268 23.229 38.729

Geométrico 11.306 16.206 23.229 59.234

Taxa Decrescente 11.306 18.315 23.229 30.176

Curva logística 11.306 17.253 23.229 32.260

Observado 11.306 17.253 23.229(Tabela 1 – Crescimento Populacional por Método)

ERRO Aritmético GeométricoTaxa

Decrescente Curva logística1990 - 0 - -

2000 210 1.096.685 1.128.228 -

2010 - - - 0

TOTAL 210 1.096.685 1.128.228 0(Tabela 2 – Cálculo do Erro por Método de Cálculo)


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(Tabela 3 – Crescimento Populacional por Ano)

Assim o MÉTODO DA CURVA LOGÍSTICA foi o adotado como sendo a

melhor estimativa populacional para o Sistema de Abastecimento de Água –

SAA por apresentar menor erro.

1.1 DETERMINAÇÃO DAS ZONAS DE PRESSÃO

(Tabela 4 – Áreas da Zonas de pressão)

A locação das zonas de pressão em planta anexa.

Ano Aritmético Geométrico Taxa Decrescente Curva logística Vazão 1 Vazão 2 Vazão 3

2016 26.806 28.830 25.441 26.268 56,91 54,73 82,09

2017 27.402 29.887 25.766 26.718 57,89 55,66 83,49

2018 27.998 30.983 26.079 27.152 58,83 56,57 84,85

2019 28.594 32.118 26.382 27.568 59,73 57,43 86,15

2020 29.191 33.296 26.674 27.967 60,59 58,26 87,40

2021 29.787 34.517 26.956 28.349 61,42 59,06 88,59

2022 30.383 35.782 27.228 28.714 62,21 59,82 89,73

2023 30.979 37.094 27.490 29.063 62,97 60,55 90,82

2024 31.575 38.453 27.744 29.395 63,69 61,24 91,86

2025 32.171 39.863 27.988 29.711 64,37 61,90 92,85

2026 32.767 41.325 28.224 30.011 65,02 62,52 93,79

2027 33.364 42.839 28.452 30.297 65,64 63,12 94,68

2028 33.960 44.410 28.672 30.567 66,23 63,68 95,52

2029 34.556 46.038 28.884 30.823 66,78 64,22 96,32

2030 35.152 47.726 29.089 31.066 67,31 64,72 97,08

2031 35.748 49.475 29.287 31.295 67,81 65,20 97,80

2032 36.344 51.289 29.477 31.511 68,27 65,65 98,47

2033 36.940 53.169 29.661 31.716 68,72 66,07 99,11

2034 37.537 55.118 29.839 31.908 69,13 66,47 99,71

2035 38.133 57.139 30.010 32.089 69,53 66,85 100,28

2036 38.729 59.234 30.176 32.260 69,90 67,21 100,81

ÁREAS DA ZONAS DE PRESSÃO

Zona Metros² há Densidade Hab por ZonaVazão por

Zona

ZONA

1529.189,11 52,92

53,42

2.827 5,89ZONA

21.056.604,20 105,66

5.645 11,76

ZONA3

2.074.847,43 207,4811.084 23,09

VRP 1.256.464,50 125,65 6.712 13,98

TOTAL 4.917.105,24 491,71 26.268


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1.2 DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DEMOGRÁFICA

A densidade demográfica para as áreas de influência é dada em habitantes por

hectare (hab/ha) e é calculada utilizando a equação abaixo, onde a população

utilizada é a população atual do ano de 2016.

= . Á

Aplicando aos dados na equação tem-se:

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DEMOGRÁFICA DA CIDADE

População do ano de 2016 Área Total das Zonas (hectares)

26.268 491,71

(Tabela 5 – Determinação da Densidade Demográfica)

1.3 DETERMINAÇÃO DAS POPULAÇÕES DAS ZONAS DE PRESSÃO

Para a determinação das populações das zonas de Pressões Foi utilizado a seguinte

equação:

= Á

Aplicando aos dados na equação tem-se as seguintes populações:

DETERMINAÇÃO DAS POPULAÇOES POR ZONA DE PRESSÃOZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 VRP TOTAL

2826.98 5644.35 11083,58 6712.22 26267.13

Densidade Demográfica (hab./ha) 53,42


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Divisão das zonas de acordo com a planta topográfica:

Local Cota

Captação 710,00

ETA 709,00

Estação Elevatória - EEL 709,00

Reservatório 1 - Res1 797,00



VRP 700,00(Tabela 6 – Cotas de locais de referência)

Para todos os efeitos de cálculo desde trabalho foram utilizados os parâmetros

expressos na tabela abaixo:

q (L/hab*dia) 150 Consumo percapitak1 1,2 Coeficiente de variação maximak2 1,5 Coeficientede variação maximaC 5% Consumo da ETA

(Tabela 7 – Parâmetros de Projeto)


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2 CÁLCULO DO VOLUME E ÁREA DOS RESERVATÓRIOS

Para dimensionamento do volume necessário para os centros de reservação,

utilizamos a seguinte equação:

=1

3 (1 ) / =

/ = √

4

Assim chegou-se nos seguintes volumes:

CENTRO DE RESERVAÇÃO 1

Volume (m³) Área (m²) Diâmetro (m)

169.620 42.4 6.61



338.700 84.7 10.38



665.040 166.26 14.55

(Tabela 8 – Perimetros dos Centros de Reservação)

De acordo com as carcterística topográficas e demográficas da cidade em questão, foi

estabelecido o uso apenas de reservatórios apoiados, por os mesmos possuírem vantagens

estruturais e enconômicas em relação a outros tipo de reservatórios.

Visto que, apenas pequena parte da cidade não estaria na zona altimétrica adequada as

específicações de pressões máximas a serem fornecidas pela rede, foi utilizado um VRP

(Válvula Redutora de Pressão).


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3 DIMENSIONAMENTOS DE ELEMENTOS DE PROJETO

3.1 DIMENSIONAMENTO DA TOMADAD’ÁGUA

Parao dimensionamento da tomada d’água foram utilizadas as seguintes equações:

1 = ∗∗186400

+ / Q = V * A / = ²4

/ = √ 4

Dados:População: 103942hab.

Largura da Tubulação: 5,0metros;

Material: PVC

V ≥ 0.6 m/s

Va: 0.7 m/s

1 = 32260 150 1,286400

1.05 = 69.9 / - Q1 = 0.0699 m³ / s

D = √ 4 0.06990.7

= 0.357 m = 357 mm - DN = 400 mm

V= - V =

0.0699 0.4²

4 = 0.56 m / s

No entanto, V ≥ 0.6 m/s,

Assim, adotamos o DN = 350 mm:


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V =0.0699 0.35²

4

= 0.73 m / s – OK

3.2 DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR

Para o dimensionamento do desarenador utilizaremos as seguintes equações:

=

/ =

/ Vs = 0.021 m/s / Ve ≤ 0.3 m/s

Inicialmente adotamos o valor de Ve = 0.3, no entanto, o resultado foi B = 0.233 m,

valor muito pequeno para a largura do desarenador. Tamanho que ira comprometer o

eficiência e rapidez da limpeza. Assim, optamos para o valor de Ve = 0.07.

=0.0699

0.07 1= 0.998 = 1

= 0.06990.021 1

x 1.5 = 4.99 = 5 m

Para garantir que as dimensões calculadas estão nos padrões de normas utiliza-se a segunda

equação de verificação:

≥ 3 , por tanto, 5

1 = 5 → Ok


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3.3 CAIXA DE AREIA E TEMPO DE LIMPEZA

Seguindo parâmetros do projeto, foi previamente estabelecido que a quantidade de solosedimentado será Ss = 0.7 ml/L. E o tempo de limpeza estabelecido foi de 2 horas. Assim

utilizaremos as seguintes equações para esse dimensionamento:

Vc = B x L x C ,onde C = 10 % de Hmin / Tl =

/ Vs = Ss x Q

Onde : Tl = tempo de limpeza

Vc = Volume da caixa

Vs = Volume dos sólidos

Ss = Sólido sedimentado

Vc = 1 x 5 x 0.1 = 0.5 m³

Vs = 0.7 x 69.9 = 48.93 ml / s

1 hora = 3600s ; 2 horas = 7200s

7200 =

48.9310^−6 → Vc = 0,35 m³

Modificando o B e o L para que o Vc seja compatível

B = 1m; L = 3.5; C = 0.1

Vc = 1 x 3.5 x 0.1 = 0.35 m³


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4 CÁLCULOS DOS DIÂMETROS DAS TUBULAÇÕES

4.1 DIMENSIONAMENTO DE ADUTORA DE ÁGUA BRUTA

A adutora de água bruta transporta a água do poço de sucção por gravidade até a

estação de tratamento de água (E.T.A). E para o seu dimensionamento foram

utilizadas as seguintes equações:

= 10.65 1,85

4.87 1301.85 / Q = 0.279 x C x 2.63 x

0.54

/

V = 0.355 x C x 2.63 x 0.54

Hf = hf’ + hf’’ →hf’’ = 0 → hg = hf

Desnível da captação até a estação de tratamento ( ETA) = 1m

1 =10.65 0.06991,85 100

4.87 1301.85= 0.240 m → DN = 250 mm

Q = 0.279 x130 x 0.252.63 x 10.54

100 = 0.078 m³ /s

V = 0.355 x 130 x 0.252.63 x1 0.54

100 = 1.60 m/s

Recomenda –se 1 ≤ V ≤ 6 m/s , portanto dentro da norma.


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4.2 DIMENSINAMENTO DA ADUTORA DE ÁGUA TRATADA E

ESTAÇÃO ELEVATÓRIA (ETA →Rsr1)

A adutora de água tratada por recalque transporta a água da estação de tratamento até a o

Resevatorio 1. E para o seu dimensionamento foram utilizadas as seguintes equações:

K = 1.2 / = 9.81 ɳ

/ ɳ = 0.7 / = 10.65 1,85

4.87 1301.85 /

D = / L = 3759,48

Assim, para calcularmos a potência da bomba a ser utilizada para o recalque, seguimos

calculando a seguinte sequência:

DIMENSIONAMENTO ADUTORA 1

Diâmetro (mm) 300 350 400

Velocidade de escoamento no Tubo (m/s) 0,951 0,699 0,535

Hg ( perda de carga geométrica ) (m) 88,00 88,00 88,00

Hf' ( perda de carga distribuída ) (m) 11,718 5,531 2,887Hf"( perda de carga localizada ) (m) 0,067 0,017 0,045

Hf ( distribuida + localizada ) (m) 11,785 5,549 2,932

Hm ( Altura manométrica ) (m) 99,785 93,549 90,932

Potencia 93,987 88,113 85,649

Potência Instalada 187,975 176,227 171,298

preço da tubulação por metro linear 18,340 20,410 22,480

preço da tubulação 68948,863 76730,987 84513,110

motor bomba 939873,538 881134,996 856487,737

custo operacional 5269307,001 4939995,239 4801812,846

Custo TOTAL 5338255,865 5016726,226 4886325,957

(Tabela 9 – Dimensionamento da Adutora 1)

O diâmetro utilizado foi o de 400 mm devido o mesmo apresentar o menor custo.

R$ = 0,32 Kwh ht = Horas p/ dia x Dia p/ ano x Alcance de projeto

R$ = 5000 Kw ht = 24 x 365 x 20 = 17500 horas

Cee = ht x Pot x 0,32


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4.3 DIMENSIONAMENTO DA ADUTORA ENTRE Reserv. 1 PARA Reserv.2

Utilizando a mesma vazão, porém com comprimento diferente. Para tanto, utilizaremos

as seguintes equações:

Q= Vx A / L = 594,47 m / = √ 4

/ = 10.65 1,85

4.87 1301.85 / V = 0,7 m/s

Cálculo do Diâmetro:

= √ 4 0,06721 0,7

= 0,350 m = 350 mm

Cálculo da perda de Carga Distribuida:

′ = 10.65 0,067211,85 594,47

0,354.87 1301.85= 0,87mca

Cálculo da Velocidade:

V =

→ V =0,06721 0,35²

4

→ V = 0,70 m/s

Cálculo da perda de Carga Localizada:

′′ = ²2

→ ′′ = 0,2 0,7²2 9,81

= 0,00499 2 = 0,00998( Curva 45°)

′′ = 0,1 0,7²2 9,81

= 0,00249 x 3 = 0,00749 (Curva 22°)


Velocidade de escoamento no Tubo (m/s) 0,700

Diâmetro (mm) 0,350

Hf' ( perda de carga distribuída ) (m) 0,879

Hf"( perda de carga localizada ) (m) 0,017

Hf"( localizada + distribuída ) (m) 0,896

Hg ( altura geométrica ) 27,000

(Tabela 10 –

Dimensionamento da Adutora 2)


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4.4 DIMENSIONAMENTO DA ADUTORA ENTRE Reerv. 2 PARA Resev.3

= 10.65 1,85

4.87 1301.85 / ′′ = ²

2 / L = 2422,72 / D = 350 mm

Cálculo da perda de Carga Distribuida:

=10.65 0,067211,85 2422,72

0,354.87

1301.85 = 3,56

Cálculo da perda de Carga Localizada:

′′ =0,4 0,72

2 9,81 = 0,00998 6 = 0,06

′′ = 0,2 0,72

2 9,81 = 0,00499 x 3 = 0,015 mca

′′ =0,1 0,72

2 9,81= 0,00249

hf’’ = 3,56 + 0,06 + 0,015 + 0,00249 = 3,64 mca


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5 PERDAS DE CARGA POR ADUTORA


Adutora 1 Adutora 2 Adutora 3 Coeficiente K da perda localizada

Curva de 90 3 0 6 0,4

Curva de 45 0 2 3 0,2

Curva de 22 0 3 1 0,1

Curva de 11 5 0 0 0,05

Comprimento 3.759,48 594,47 2.422,72

Coeficiente 1,2

Vazão 0,06721 Tarifa 0,32

Diâmetro (adutora 1) 0,311099

tempo (20anos) 175200,00 horas

Velocidade de escoamento no Tubo (m/s) 0,700

Diâmetro (mm) 0,350

Hf' ( perda de carga distribuída ) (m) 3,582

Hf"( perda de carga localizada ) (m) 0,077

Hf"( localizada + distribuída ) (m) 3,660

Hg ( altura geométrica ) 40,000



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6 ANEXOS

6.1 DETALHE DA EEA (ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE ÁGUA)


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6.2 DETALHE DA GUARITA


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6.3 DETALHE O RESERVATÓRIO APOIADO – METÁLICO


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6.4 DETALHE DE ELEMENTOS DO PROJETO


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6.5 PLANTA BAIXA DO CENTRO DE RESERVAÇÃO

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