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Aula 10 - Reservatórios de distribuição de água
Considerações iniciais
Reservatórios de regularização x Reservatórios de distribuição:
Reservatórios de regularização são formados normalmente por
represas (barragens) em cursos d’água naturais (água bruta);
Volume útil elevado (centenas ou milhares de hectômetros
cúbicos);
Promovem a regularização mensal das vazões (de montante
para jusante):
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Reservatórios de distribuição são apoiados ou elevados
(água tratada);
Volume da ordem de dezenas, centenas, no caso dos
apoiados alguns milhares de m³;
Promovem a regularização horária das vazões (entre uma
adutora e uma rede de distribuição).
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Objetivos principais:
A NBR 12217 - Projeto de reservatório de distribuição de água
para abastecimento público define reservatório de
distribuição como o elemento do sistema de abastecimento de
água destinado a regularizar as variações entre as vazões de
adução e de distribuição e condicionar as pressões na rede de
distribuição.
Segundo TSUTIYA, as principais finalidades dos reservatórios
de distribuição são:
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 Regularizar a vazão: receber uma vazão constante, igual
à demanda média do dia de maior consumo de sua área de
influência, acumular água durante as horas em que a
demanda é inferior à média e fornecer as vazões
complementares quando a vazão de demanda for superior
à média.
 Condicionar as pressões na rede de distribuição: a
localização dos reservatórios de distribuição pode influir
nas condições de pressão na rede, principalmente,
reduzindo as variações de pressões.
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 Segurança ao abastecimento: fornecer água por ocasião
de interrupções no funcionamento normal da adução, como
conseqüência da ruptura da adutora, paralisação da
captação ou estação de tratamento, falta de energia
elétrica, etc.
 Reserva para incêndio: suprir vazões extras para o
combate a incêndio.
Os reservatórios devem ser localizados de forma a manter o
funcionamento da rede de distribuição entre pressões
estáticas máximas e pressões dinâmicas mínimas.
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Pressões estáticas referem-se ao nível máximo do reservatório
quando a rede não esta em funcionamento.
Pressões dinâmicas são as pressões nos pontos da rede de
distribuição computadas a partir do nível mínimo do
reservatório, descontadas as perdas de carga que ocorrem
durante o movimento da água nas tubulações.
Por vezes, em função da escala do sistema de distribuição ou
das condições topográficas, faz-se necessário mais de um
reservatório, sendo cada um responsável pela garantia de
adequada pressurização em respectivas zonas de pressão.
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A NBR 12218 - Projeto de rede de distribuição de água para
abastecimento público recomenda que os reservatórios de
distribuição devam ser localizados de modo a abastecer as
redes de distribuição com os seguintes limites de pressão:
 Pressão estática máxima: 500 kPa (50 mH2O - mca);
 Pressão dinâmica mínima: 100 kPa (10 mH2O - mca).
A ABNT tem uma norma especifica para projeto de
reservatórios: NBR 12217 – Projeto de reservatório de
distribuição de água para abastecimento público.
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As unidades que antecedem o reservatório são dimensionadas
para a vazão média do dia de maior consumo (QD>C);
Que é o produto da cota per capita pela população de projeto,
maximizada pelo coeficiente do dia de maior consumo (k1).
No dimensionamento das redes de distribuição essa vazão
acresce-se do coeficiente da hora de maior consumo (k2);
Os reservatórios permitem que as unidades precedentes
apresentem dimensões mais econômicas compatíveis a vazões
de menor magnitude.
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Permitem ainda menores variações na vazão de recalque e
redução do consumo de energia elétrica.
Os gastos com energia elétrica despendem de 12 a 20% da
arrecadação dos sistemas de abastecimento de água no País.
É o segundo insumo mais importante, superado apenas pelos
gastos com pessoal.
Estima-se que 95% deste consumo de energia elétrica advenha
das estações de recalque.
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Outra Vantagem é o aumento no rendimento dos conjuntos
elevatórios: com valores de altura manométrica e vazão
aproximadamente constante, os conjuntos motor-bomba
poderão operar próximos ao seu rendimento máximo.
Desvantagens:
Custo elevado de implantação;
Localização: para atender as variações de pressão na rede, o
reservatório deve ser localizado em cota adequada;
Impacto ambiental;
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Classificação de reservatórios de distribuição
São vários os critérios que permitem classificar os
reservatórios:




Quanto à localização no sistema;
Quanto à localização no terreno;
Quanto à sua forma;
Quanto aos materiais de construção.
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a) Localização do reservatório no sistema:
 Reservatório de montante: o reservatório localizase a montante da rede de distribuição (antes da rede).
Caracterizam-se por ser o próprio reservatório que
sempre fornece água à rede de distribuição.
Pode haver múltiplos reservatórios dependendo da
área a ser atendida ou do escalonamento para
atender limites de pressão.
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 Reservatório de jusante (ou de sobras): o
reservatório localiza-se a jusante da rede de
distribuição de água.
Esse reservatório recebe água durante as horas de
menor consumo e auxilia o abastecimento durantes as
horas de maior consumo.
Este reservatório possibilita uma menor oscilação de
pressão nas zonas de jusante da rede.
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 Reservatório de posição intermediaria: Consiste
em reservatório intercalado no sistema de adução e
tem a função de servir de volante de regularização das
transições entre bombeamento e, ou, adução por
gravidade.
Normalmente
capacidade.
são
reservatórios
de
pequena
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Reservatório de montante e jusante
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b) Localização do reservatório no terreno
 Reservatório enterrado: se situa inteiramente em cota
inferior à do terreno em que esta localizado.
 Reservatório semi-enterrado: é aquele que apresenta
pelo menos um terço de sua altura total situado abaixo do
nível do terreno onde se encontra localizado.
 Reservatório apoiado: o fundo se encontra a uma
profundidade correspondente a menos que um terço de
sua altura total abaixo do nível do terreno em que se
localiza.
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 Reservatório elevado: é o reservatório cuja cota de
fundo é superior à cota do terreno onde se localiza.
 stand pipe: reservatório elevado com a estrutura de
elevação embutida de modo a manter contínua o
perímetro da secção transversal da edificação.
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O reservatório enterrado tem a vantagem de ser isolado
termicamente e provocar menos impacto ambiental do que os
outros tipos de reservatórios.
Entretanto o custo de execução é maior, e a entrada e saída do
reservatório e sua descarga são mais
Os reservatórios semi-enterrado e apoiado são mais fáceis de
se construir, no entanto, necessitam de um isolamento
adequado.
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Os reservatórios elevados são necessários nos casos em que a
topografia do terreno não é adequada para abastecer a área
por outros tipos de reservatórios.
Os principais inconvenientes do reservatório elevado são o
custo elevado e o impacto ambiental.
Em casos de relevo mais acidentado, é comum a instalação de
uma estação elevatória instalada na própria rede de
distribuição, denominada booster, para assegurar o
abastecimento nas áreas mais altas.
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Via de regra, os reservatórios elevados são alimentados por
estações elevatórias, assim, a tubulação de chegada deve ser
instalada para que a água entre pelo ponto mais alto (reduzir a
variação de altura manométrica).
c) Formas dos reservatórios
Para os reservatórios enterrados, semi-enterrados e apoiados,
predominam as formas circulares e retangulares (não existe
restrição quanto à forma dos reservatórios).
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O reservatório circular é normalmente utilizado como
reservatório apoiado.
O reservatório retangular é utilizado para reservatório
enterrado, semi-enterrado e apoiado.
É comum construir esses reservatórios divididos em duas
câmaras por uma parede interna.
Sobre aspecto estrutural, a forma cilíndrica é a mais ecnômica.
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Reservatórios Apoiados
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Reservatórios Semi-Enterrados
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Reservatórios Elevados
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Reservatórios Elevados
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d) materiais de construção
Os reservatórios de maior porte são usualmente construídos
de concreto armado e, menos freqüentemente, aço, alvenaria
estrutural e concreto protendido.
Os reservatórios elevados de menor porte são também
construídos em argamassa armada, fibra de vidro e aço.
Em reservatórios de concreto armado, dispõe-se camada de
brita ou argila expandida sobre a laje de cobertura para reduzir
os efeitos de dilatação nos períodos mais quentes do ano.
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Capacidade dos reservatórios
Leva em consideração: Volume para atender às variações de
consumo de água; Volume para combate a incêndios e Volume
para emergências.
a) Volume para atender às variações de consumo de água (ou
volume útil): esse volume é compreendido entre o nível
máximo (maior nível que pode ser atingido em condições
normais de operação) e o nível mínimo (corresponde à lamina
para evitar vórtices, cavitação e arraste de sedimentos do
fundo do reservatório).
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O calculo do volume útil é feito considerando-se a adução para
o dia de maior consumo (dia mais desfavorável).
O cálculo do volume útil pode ser feito quando se dispõe da
curva de consumo e também quando não se dispõe da curva
de consumo (neste caso, é feita uma hipótese de variação da
curva de consumo. Uma delas é admitir a forma senoidal).
O calculo do volume útil baseado na curva de consumo pode
ser realizado considerando-se a adução continua ou
intermitente ao reservatório.
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 Adução continua (vazão constante durante as 24 horas
do dia).
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No tempo t1, a vazão de consumo começa a ultrapassar a vazão de
adução, de modo que o reservatório começa a esvaziar,
terminando no tempo t2.
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Entre os intervalos t2 e 24 horas e 24 horas e t1, a adução supera o
consumo e o reservatório vai acumulando água em excesso, para
cedê-la ao setor no intervalo de tempo t1 e t2.
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As áreas hachuriadas em tracejado são iguais às áreas não
hachuriadas, representando cada uma delas a capacidade mínima
do reservatório para atender o consumo normal no dia de
consumo máximo.
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O volume de reservação poderá ser determinado através da
seguinte equação:
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 Adução intermitente (adução para um intervalo de
tempo de funcionamento de t horas).
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Ao iniciar o funcionamento da adução, no instante t1 o
reservatório irá acumulando os volumes de água até o fim do
período de funcionamento no instante t2, em que o nível de
água do reservatório atinge o seu valor máximo.
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A área hachuriada em traços contínuos representa o volume
que deve estar disponível no reservatório para que possa ser
atendido o consumo de água durante os intervalos de tempo
t2 a 24 horas e 24 horas a t1.
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As áreas hachuriadas com traços interrompidos representa os
volumes consumidos durante os intervalos de tempo em que
não esta funcionando o sistema adutor.
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No dia de maior consumo, as duas áreas, correspondentes ao
saldo de adução e ao consumo quando a adutora não esta
funcionando, são iguais. Cada uma delas representa a
capacidade mínima do reservatório para atender os consumos
normais do setor de abastecimento.
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b) Volume adicional para combate a incêndios
É necessário quando a capacidade do sistema de
abastecimento de água não é suficiente, o que geralmente
acontece em sistemas de pequenos e médios portes.
Sendo os incêndios um evento de frequência relativamente
baixa no Brasil, principalmente em cidades de médios e
pequenos portes normalmente não se destina um volume de
reservação para o combate a incêndios.
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c) Volume para emergências
As paralisações no sistema de produção de água (captação,
elevatórias, ETA), por acidentes de curta duração são
relativamente freqüentes, e são consideradas situações de
emergência.
Não há nenhuma fórmula para se determinar o volume de
emergência.
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A decisão de se considerar um determinado volume para
emergência, deverá ser do responsável pelo sistema de
abastecimento, pois esse volume depende da vulnerabilidade
do sistema.
d) Volume de reservação utilizados na elaboração de projetos
Para
a
elaboração
de
projetos
de
reservatórios,
normalmente se utilizam as recomendações da NBR 12217.
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Segundo a NBR 21217, não existindo dados suficientes para
traçar a curva de variação de consumo, o volume mínimo
armazenado será igual ou maior que 1/3 do volume distribuído
no dia de maior consumo.
Tubulações e órgãos acessórios
a) Tubulação de entrada: A entrada de água pode ser feita em
qualquer posição da altura do reservatório.
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Entretanto, duas posições de entrada prevalecem, a entrada
acima do nível de água (entrada livre) e a entrada afogada.
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No Brasil, é usual a entrada livre devido a tradição e a menor
complexidade no projeto para a escolha do conjunto motobomba.
A velocidade da água na tubulação de entrada não deve
exceder o dobro da velocidade na adutora que alimenta o
reservatório.
A entrada de água deve ser dotada de sistema de fechamento
por válvula, comporta ou adufa, manobrada por dispositivo
situado na parte externa do reservatório.
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Deve ser verificado o impacto decorrente da queda da água no
fundo do reservatório vazio.
No caso de entrada afogada em reservatório de montante, a
tubulação de entrada deve ser dotada de dispositivos para
impedir o retorno de água.
b) Tubulação de saída: A velocidade da água na tubulação de
saída não deve exceder uma vez e meia a velocidade na
tubulação da rede principal imediatamente a jusante.
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A saída de água deve ser dotada de sistema de fechamento
por válvula, comporta ou adufa, manobrada por dispositivo
situado na parte externa do reservatório.
A jusante do sistema de fechamento deve ser previsto
dispositivo destinado a permitir a entrada de ar na tubulação.
A saída de água de reservatório é um dos componentes de
maior importância, pois é nela que acontece os fenômenos
hidráulicos referentes a formação de vórtices.
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A entrada de ar através de vórtices poderá acarretar no
sistema de abastecimento de água os seguintes problemas:
 Diminuição da vazão nas adutoras;
 Redução da capacidade de armazenamento
reservatório;
 Diminuição da eficiência e vazão da bomba;
 Vibração e cavitação da bomba.
do
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O procedimento para evitar a formação de vórtices consiste
em se considerar uma submergência mínima na saída de água
do reservatório.
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c) Extravasor: os reservatórios devem ser providos de
extravasor com capacidade para a vazão máxima afluente em
condições normais de operação.
A água de extravasão deve ser encaminhada por conduto livre
a um corpo receptor adequado.
d) Ventilação: Devido à oscilação da lâmina d’água é
necessário abertura de ventilação para saída de ar quando a
lâmina sobe e a entrada de ar quando a lâmina desce.
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Isso é feito para evitar os esforços devido ao aumento e
diminuição da pressão interna.
A vazão de ar para dimensionamento deve ser igual à máxima
vazão de saída de água do reservatório.
e) Acesso ao interior do reservatório: Os reservatórios devem
ter na sua laje de cobertura aberturas que permitem o fácil
acesso ao seu interior, bem como escadas fixadas nas paredes.
A abertura mínima deverá medir 0,60m x 0,60 livres
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Operação de reservatórios
Volume nominal: volume compreendido entre o fundo do
reservatório e o nível do extravasor (limite de
extravasamento).
Limite baixo: nível mínimo do reservatório para que não haja
formação de vórtices, entrada de ar na tubulação de saída, ou
mau funcionamento da estação elevatória.
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Limite alto: nível máximo do reservatório para que haja tempo
hábil de manobra, evitando que a água atinja o extravasor ou
que a bóia de segurança seja acionada.
Limite de bóia: nível d'água a partir do qual é acionado o
mecanismo de uma bóia que atua localmente no fechamento
do reservatório, sendo que a bóia é considerada um recurso de
segurança extrema;
Limite de extravasamento: lâmina d'água a partir da qual
começa a haver perda d'água pelo sistema de extravasamento.
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Folga: altura correspondente à diferença entre o limite de bóia
e o limite alto, e corresponde ao acréscimo de volume entre a
emissão do alarme de limite alto e o total fechamento da
válvula de controle;
Volume útil: volume compreendido entre o limite baixo e o
limite alto.
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Regras operacionais podem ser definidas para otimizar o
sistema buscando atender diversos objetivos:
 Redução dos gastos com energia elétrica.
 Minimização das falhas no atendimento a demanda.
 Redução de perdas físicas em função das pressões na
rede.
 Flexibilidade na operação de sistemas com múltiplos
reservatórios interligados.
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Na próxima aula:
Estações elevatórias