Aula sobre sistemas de abastecimento de água e consumo

1. Saneamento Ambiental I
1
Universidade Federal do Paraná
Engenharia Ambiental
Aula 02 – Sistemas de Abastecimento de
Água e Consumo
Profª Heloise G. Knapik

2. Concepção de um
Sistema de
Abastecimento de
Água
Consumo de
Água
Projeção
Populacional

3. Sistemas de abastecimento de água: importância
Rede de Distribuição de
Água
Qualidade Quantidade Pressão Continuidade

4. 4
Sistemas de abastecimento de água: categorias
Segundo a
modalidade do
abastecimento
Segundo a
abrangência
Distribuição Exemplo
Solução individual Individual Sem rede Poço raso individual
Solução alternativa Coletiva Sem rede Chafariz comunitário
Solução alternativa Coletiva
Existência de rede
Condomínio
horizontal
Sistema de
abastecimento
Coletiva
Existência de rede
Sistema abastecedor
de uma cidade

5. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
5

6. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
6
• Subterrâneo freático ou não confinado
• Subterrâneo confinado
• Superficial sem acumulação
• Superficial com acumulação
• Água de chuva
Manancial:

7. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
7
• Estrutura responsável pela extração de água
• Depende do tipo de manancial
Captação:

8. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
8
• Estruturas necessárias ou não para vencer desníveis
geométricos
• Função da localização (para água bruta ou tratada) e do tipo
de bomba
Estação elevatória

9. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
9
• Transporte da água bruta ou tratada
• Conduto livre, forçado por gravidade ou em recalque
Adutora

10. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
10
• Unidades para tornar a água potável e palatável de acordo com os
padrões
• Condições mínimas:
• Toda água fornecida coletivamente deve ser submetida a processo de
desinfecção
• Toda água suprida por manancial superficial e distribuída por meio de
canalização deve incluir tratamento por filtração
Estação de tratamento

11. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
11
• Compensação entre as vazões de
produção e as vazões de consumo
• Contemplam também reservas de
emergência
• Podem assumir várias formas em
relação a seu tipo, posição
(apoiado, elevado, enterrado) e
posição relativa à rede (montante
ou jusante)
Reservatório

12. Partes constituintes de um Sistema de
Abastecimento de Água
12
• Composta por tubulações, conexões e peças especiais
• Função de distribuir a água até o consumidor final (casas,
comércio, indústrias)
• Configurações simples ou complexas em função do porte da
cidade, densidade demográfica, topografia e área abastecida.
Rede de Distribuição

13. Custo relativo das partes integrantes (%) em
função da população (P)
13
Partes do
sistema
P ≤ 10.000
10.000 < P ≤
40.000
40.000 < P ≤
100.000
P > 100.000
Captação 30 20 8 3
Adução 8 9 11 11
Bombeamento 6 5 5 1
Tratamento 12 9 9 5
Reservação 6 6 6 4
Distribuição 38 51 61 76
Fonte: Tsutiya 2004 (dados de 1996)

14. Concepção de um Sistema de Abastecimento de
Água
14
É o conjunto de estudos e conclusões referentes ao
estabelecimento de todas as diretrizes, parâmetros e
definições necessárias e suficientes para a
caracterização completa do sistema a projetar.

15. Concepção de um Sistema de Abastecimento de
Água
15
Identificação e quantificação de todos os fatores
intervenientes com o sistema de abastecimento de água
Diagnóstico do sistema existente
Estabelecimento de parâmetros básicos de projeto
Pré-dimensionamento das unidades dos sistemas para
as alternativas selecionadas
Escolha da alternativa mais adequada mediante
comparação técnica, econômica e ambiental

16. Atividades a serem desenvolvidas para o estudo
da concepção
16
1. Caracterização da área de estudo
• Características físicas
• Uso e ocupação do solo
• Aspectos sociais e econômicos
• Sistemas de infraestrutura e condições sanitárias
2. Análise do sistema de abastecimento de água existente
• Descrição
• Diagnóstico
3. Levantamento dos estudos e planos existentes

17. Atividades a serem desenvolvidas para o estudo
da concepção
17
4. Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo
5. Critérios e parâmetros de projeto
6. Demanda de água
• Estudo de demanda
• Cálculo das demandas
7. Estudo de Mananciais
• Manancial superficial
• Manancial subterrâneo
• Seleção de mananciais
8. Formulação de alternativas de concepção

18. Concepção de um Sistema de Abastecimento de
Água
18
9. Pré-dimensionamento das unidades dos sistemas
• Captação
• Estação elevatória e linha de recalque
• Adutoras
• Estação de tratamento de água
• Reservatórios
• Redes de distribuição
10. Estimativa de custo das alternativas propostas
11. Análise comparativa das alternativas propostas
• Análise técnica
• Análise econômica
• Análise ambiental
• Análise social
12. Concepção escolhida

19. Concepção de um Sistema de Abastecimento de
Água – Normas existentes
19

20. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Mananciais
20
Manancial
Superficial
Captação em curso de água
Captação em represas
Captação em manancial de
serra
Manancial
subterrâneo
Captação através de caixas
de tomada e drenos
Captação através de poços
rasos
Captação através de poços
profundos

21. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água
21

22. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água
22

23. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água
23

24. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas
24
Alternativa A:
Captação em manancial
superficial sem acumulação
Alternativa B:
Captação em manancial
superficial com acumulação
Alternativa C:
Captação em manancial
subterrâneo confinado

25. Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas
25
Fator de comparação A B C
Custo de implantação da tomada d’água * *** **
Número de equipamentos exigindo manutenção * * ***
Custo de aquisição das bombas ** * ***
Custo de energia elétrica ** * ***
Custo de implantação da adutora *** ** *
Custo de implantação do tratamento *** ** *
Consumo de produtos químicos no tratamento *** ** *
Geração de resíduos (lodo) no tratamento *** ** *
Riscos potenciais devido a microrganismos *** ** *
Riscos devido a substâncias químicas *** ** *
Riscos devido à algas tóxicas * *** *
Impactos ambientais da exploração ** *** *
* Mais vantajosa ** Intermediária *** Menos vantajosa

26. 26
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

27. 27
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

28. 28
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

29. 29
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

30. 30
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

31. 31
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

32. 32
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

33. 33
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

34. 34
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

35. 35
Concepção de Sistemas de Abastecimento de
Água - Alternativas

36. Dimensionamento dos Componentes de um
Sistema de Abastecimento de Água
36
Q= ... (L/s) ???
Qual a principal variável no dimensionamento das
tubulações, estruturas e equipamentos?

37. Consumo de Água
37
Importante para:
Operação/ ampliação/
melhorias dos sistemas
Dimensionamento de
tubulações, reservatórios e
equipamentos
Depende de:
Consumo médio por habitante
Estimativa do número de
habitantes (atual e de projeto)
Variações de demanda
Consumos adicionais (reserva
de incêndio, áreas industriais,
limpeza pública)

38. Consumo de Água – Classificação
38
Classificação em
função de:
Doméstico
Comercial
Industrial
Público
É importante para:
Identificação de zonas
homogêneas
Estabelecer políticas
tarifárias e de cobrança
diferenciadas

39. Consumo de água
39
Pode ser
determinado
por:
Micromedição – leitura dos hidrômetros
Macromedição – leitura na saída
do reservatório
Ausência de medições – valores de consumo médio ou
valores de áreas semelhantes

40. Consumo médio efetivo per capita de Água –
Estado de São Paulo
SP e Região Metropolitana:
População: > 14 milhões
Extensão de rede > 24 mil km
Extensão de ramal predial: > 20 mil km
Número de ramais:: > 3 milhões
Número de economias: > 5 milhões
Fonte: Dados de 1996 a 2002, retirados de Tisutiya, 2004
Região L/hab.dia L/economia.dia
SP e RM 221 510
Interior do estado 156,3 463,7
Consumo micromedido per capita
Interior do Estado de
SP
Número de
municípios: 298

41. Consumo médio efetivo por economia – litoral
do Estado de São Paulo
• Verão (janeiro e fevereiro): maior afluxo de grandes
populações flutuantes e maior consumo de água
• Restante do ano: residentes fixos da região
Fonte: Dados estimados de 1995 a 2015, retirados de Tisutiya, 2004
Época do ano m³/economia.mês
Verão 20 a 23
Restante do ano 15 a 21
Consumo por economia

42. 42
Consumo de água – População flutuante

43. Fatores que afetam o consumo de água
43
Condições climáticas
Hábitos e nível de vida da população
Natureza da cidade
Medição da água
Pressão na rede
Existência de rede de esgoto
Preço da água

44. Variações no consumo
44
Anuais
• Tende a
crescer com o
tempo
(aumento da
população ou
melhoria de
hábitos de
higiene)
Mensais
• Aumento no
verão e
diminuição no
inverno
Diárias
• Aumento no
verão e
diminuição no
inverno
Horárias
• Aumento
médio entre 10
e 12 horas
(função de
hábitos da
população)

45. Consumo de Água: Variação Diária
45
Coeficiente do dia de maior consumo (K1)
𝐾1 =
𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜

46. Consumo de Água: Variação Diária
46
Valores médios - Coeficiente do dia de maior consumo (K1)
Autor/Entidade - Ano Local K1
Cetesb (1978) Valinhos (SP) 1,25 - 1,42
Tsutiya (1989) São Paulo (SP) 1,08 - 3,08
Saporta et al. (1993) Barcelona 1,1 - 1,25
Walski et al. (2001) EUA 1,2 - 3,0
Hammer (1996) EUA 1,2 - 4,0
AEP (1996) Canadá 1,5 - 2,5
Recomendação ABNT : K1 = 1,2

47. Consumo de Água: Variação Horária
47
Coeficiente do dia de maior consumo (K2)
𝐾2 =
𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑑𝑖𝑎
𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎

48. Consumo de Água: Variação Horária
48
Valores médios - Coeficiente do dia de maior consumo (K2)
Autor/Entidade - Ano Local K2
Cetesb (1978) Valinhos (SP) 2,08 – 2,35
Tsutiya (1989) São Paulo (SP) 1,5 – 4,3
Saporta et al. (1993) Barcelona 1,3 – 1,4
Walski et al. (2001) EUA 3,0 – 6,0
Hammer (1996) EUA 1,5 – 10,0
AEP (1996) Canadá 3,0 – 3,5
Recomendação ABNT : K2 = 1,5

49. Projeção Populacional – Consumo de Água
49
Período de alcance do projeto: 20 anos ou mais
Estudo da população da área de projeto
• Dados populacionais dos últimos censos
• Setores censitários da área de projeto
• Cadastro imobiliário
• Pesquisa de campo
• Planos e projetos existentes
• Planos diretores do município
• Situação socioeconômica do município
• Elaboração de projeções da população

50. Projeção Populacional – Consumo de Água
50
Método dos componentes
demográficos
Métodos matemáticos
Método da extrapolação gráfica

51. Projeção Populacional – Método dos
componentes demográficos
51

52. Projeção Populacional – Método dos
componentes demográficos
52
• Tendências socioeconômicas do processo de metropolização
• Tendências demográficas globais
• Tendências de mortalidade
• Tendência de fecundidade
• Tendência migratória e população recenseada

53. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
53
Método aritmético
Método geométrico
Método da curva logística

54. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
54
• Método aritmético
Considera o crescimento linear da população
𝑑𝑃
𝑑𝑡
= 𝐾𝑎
𝑃 = 𝑃2 + 𝐾𝑎(𝑡 − 𝑡2)
𝐾𝑎 =
𝑃2 − 𝑃1
𝑡2 − 𝑡1
Em que: t representa o ano de projeção e P a população

55. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
55
• Método geométrico
55
Considera o crescimento exponencial da população
𝑑𝑃
𝑑𝑡
= 𝐾𝑔 𝑃 𝑃 = 𝑃2 𝑒 𝐾 𝑔(𝑡−𝑡2)
𝐾𝑔 =
ln(𝑃2) − ln(𝑃0)
𝑡2 − 𝑡0
Em que: t representa o ano de projeção e P a população

56. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
56
• Método da curva logística
t0
P0
PS
PS
PS

57. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
• Método da curva logística
𝑑𝑃
𝑑𝑡
= 𝐾𝑙 𝑃
𝑃𝑆 − 𝑃
𝑃𝑆
𝑃𝑆 =
2𝑃0. 𝑃1. 𝑃2 − 𝑃1
2 (𝑃0 + 𝑃2)
𝑃0. 𝑃2 − 𝑃1
2
𝐾𝑙 =
1
𝑡2 − 𝑡1
. 𝑙𝑛
𝑃0(𝑃𝑆 − 𝑃1)
𝑃1(𝑃𝑆 − 𝑃0)
𝑐 =
(𝑃𝑆−𝑃0)
𝑃0
𝑃𝑡 =
𝑃𝑆
1 + 𝑐𝑒 𝐾 𝑙(𝑡−𝑡0)
Coeficientes:
Condições:
Dados censitários equidistantes no tempo
P0<P1<P2 e P0.P2<P1²

58. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
58
• Exemplo
Nomenclatura Ano
População
medida (censo)
População estimada
Aritmética Geométrica Logística
P0 1980 10585
P1 1990 23150
P2 2000 40000
2005
2010
2015
2020
Com base nos dados censitários, elaborar a projeção populacional
através dos métodos apresentados

59. Projeção Populacional – Métodos Matemáticos
59
• Método da extrapolação gráfica

60. Projeção Populacional – Zonas Homogêneas
60

61. Consumo de Água – Paraná e Curitiba
61
Fonte: https://www.bemparana.com.br/noticia/374258/
em-curitiba-consumo-de-agua-cresce-mais-que-a-populacao

62. Vazões de Dimensionamento dos Componentes
de um Sistema de Abastecimento de Água
62
Q= ... (L/s) ???