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USO RACIONAL DA ÁGUA: AVALIAÇÃO DE IMPAC TOS NOS
SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTO SANITÁRIOS ATRAVÉS DE
METODOLOGIA RACIONAL PARA CONCEPÇÃO, PROJETO E
DIMENSIONAMENTO
Daniel C. Santos(1)
Eng. Civil, Professor da UFPR. Centro Politécnico. Curso de Engenharia
Civil Doutorando da EPUSP
Endereço(1): e-mail [email protected].
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RESUMO
Este trabalho apresenta uma aplicação da metodologia racional para concepção, projeto e
dimensionamento dos Sistemas Prediais de Esgoto Sanitários (SPES), a qual, convém ressaltar,
integra o novo texto da NBR-8160-PROJETO E EXECUÇÃO DE SISTEMAS PREDIAIS
DE ESGOTOS SANITÁRIOS a ser proposto pelo comitê CB-02 / CE.02:013.01 que está
revisando esta norma. A referida metodologia, visa flexibilizar a atuação do projetista do SPES,
objetivando outorgar ao mesmo um poder de decisão maior do que aquele proporcionado pela
metodologia convencional.
O trabalho apresenta também um estudo de caso onde aparelhos sanitários economizadores de
água substituem aqueles convencionais. Em tal estudo é demonstrado tanto o “controle
sistêmico” sobre todo o processo de concepção, projeto e dimensionamento propiciado pela
metodologia racional, assim como as economias obtidas na concretização do sistema, seja
através da eliminação de alguns trechos, seja através da redução de diâmetros.
PALAVRAS -CHAVE: Metodologia Racional, Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários, Uso
Racional da Água.
INTRODUÇÃO
É crescente a conscientização de diversos segmentos da sociedade no sentido de racionalizar e
otimizar recursos, sejam eles naturais, técnicos ou financeiros. Um exemplo que se impõe pela
sua importância, é o uso racional da água nos Sistemas Prediais de Água Fria, onde diversas
inovações na concepção do sistema e na tecnologia tem sido apresentadas. Consequentemente,
se os Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários (SPES) forem dimensionados pela NBR-8160PROJETO E EXECUÇÃO DE SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS
vigente, o sistema resultará super-dimensionado, uma vez que tal norma não apresenta
flexibilidade no tratamento dos volumes de descarga. Desta forma, observando-se a
necessidade de flexibilização das atividades do projetista, foi proposto por integrantes do
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comitê CB-02 / CE.02:013.01, responsável pela atual revisão da NBR- 8160, a introdução na
mesma, sob caráter optativo, de uma metodologia racional para a concepção, projeto e
dimensionamento, a qual propicia maior poder de decisão ao projetista.
Isto posto, é apresentado este trabalho, cujo objetivo é apresentar a referida metodologia
racional e demonstrar sua aplicação no sentido de avaliar os impactos do uso racional da água
sobre a concepção, projeto e dimensionamento do SPES. Tal avaliação é através do
dimensionamento de um sistema convencional e de um sistema com aparelhos sanitários de
consumo reduzido de água.
Metodologia Racional para a Concepção, Projeto e Dimensionamento do
SPES.
A filosofia que norteia o desenvolvimento desta metodologia é que um SPES seja inicialmente
concebido apenas com ventilação primária. Assim sendo, após a concepção e o projeto,
dimensiona-se as tubulações do SPES através das seguintes equações, as quais tem como base
a equação de Manning para o escoamento permanente e livre:
a) diâmetro do tubo de queda:
0,116 n3/8 Qtq3/8
dtq = ---------------------------------to5/8
(01)
onde dtq é o diâmetro interno do tubo de queda (m), Qtq é a vazão de projeto no tubo de
queda ( l/s), n é o coeficiente de Manning (s/m1/3) e to é a taxa de ocupação de água durante o
escoamento no tubo de queda; a fim de se garantir a manutenção do escoamento anular no tubo
de queda, recomenda-se utilizar to entre 1/4 e 1/3.
b) diâmetro dos ramais de descarga, ramais de esgoto, sub -coletores e coletor predial
considerando-se escoamento à meia seção:
n3/8 Qe3/8 I- 3/16
de = ---------------------------(02)
6,644
onde de é o diâmetro do trecho considerado (m), n é o coeficiente de Manning, Qe é a vazão
no trecho considerado (l/s), I é a declividade do trecho considerado.
A vazão de projeto em cada trecho do SPES, é dada por:
J
Qp = ? ( mi qi )
i =1
(03)
onde Qp é a vazão de projeto no trecho considerado (l/s), i é o índice representativo do tipo de
aparelho sanitário, J é o número de tipos de aparelhos sanitários conectados ao trecho
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considerado, mi é o número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso
simultâneo, entre Ni aparelhos instalados, para um dado fator de falha; Ni é o número de
aparelhos sanitários do tipo i instalados no trecho considerado, qi é a vazão unitária do
aparelho sanitário do tipo i (l/s). A vazão de projeto é tratada como função da simultaneidade
de uso e da tipologia dos aparelhos sanitários. Há diversas metodologias estatísticas
desenvolvidas para determinar a simultaneidade de uso, entre elas aplicações das distribuições
normal, binomial e multionomial. Tais métodos estabelecem, para um dado nível de confiança a
ser estipulado pelo projetista, o número de aparelhos sanitários do tipo i em uso simultâneo (mi)
entre o total instalado ao trecho considerado (Ni). O tipo de aparelho sanitário em questão
determinará as respectivas vazões a serem fornecidas pelos fabricantes, assim como as
frequências de uso e durações das descargas, as quais são dados de campo. Uma vez
concebido o SPES apenas com a ventilação primária e devidamente dimensionado, deve ser
verificado se este nível de ventilação é suficiente. Neste caso, é utilizado um equacionamento
desenvolvido por GRAÇA (1985), onde são determinadas, a partir das características
geométricas do sistema previamente definidas e condições climáticas do ambiente em questão,
as magnitudes estimadas e admissíveis das variáveis referentes às perdas de altura do fecho
hídrico, bem como as pressões desenvolvidas nas tubulações.O conjunto de inequações abaixo
explícita estas relações:
a) Ha,i ? Hr,i
b) Da,s ? Dr
c) Sa,s ? Sr
Onde Ha,i é a perda de altura do fecho hídrico admissível para o desconector i (mm), Da,s é a
depressão admissível no sistema (N/m2), Sa,s é a sobrepressão admissível no sistema (N/m2),
Hr,i é a perda de altura do fecho hídrico provocada por auto -sifonagem(mm), Dr é a
depressão máxima provocada pelos efeitos de sifonagem induzida, tiragem térmica e ação do
vento e das variações da pressão ambiental (N/m2) e Sr é a sobrepressão máxima no sistema (
N/m2).
Caso os valores admissíveis sejam ultrapassados pelos valores estimados, significando a
insuficiência da ventilação primária, pode o projetista alterar as características geométricas dos
sistemas ou adotar componentes que suportem as variações de pressões verificadas no interior
do sistema de maneira a evitar a implantação da ventilação secundária. Estas alternativas não
sendo suficientes ou viáveis, concebe-se, projeta-se e dimensiona-se o subsistema de ventilação
secundária. O fluxograma referente a filosofia apresentada acima encontra-se na figura 01 a
seguir:
concepção, projeto e
dimensionamento do SPES com
apenas ventilação 1º
verificação da suficiência da
ventilação 1º
suficiente?
sim
fim
não
alteração das
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características
geométricas
concepção, projeto e
dimensionamento da
ventilação 2º
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Figura 01: Fluxograma representativo da metodologia.
O subsistema de ventilação pode ser composto por tubulações ou dispositivos de ventilação ou,
ainda, uma combinação de ambos. Caso a concepção, o projeto e o dimensionamento da
ventilação secundária seja através de tubulações, a seguinte equação é utilizada considerandose uma perda de carga máxima de 25mmca e desconsiderando-se a perda de carga nas
singularidades (MONTENEGRO, 1987):
Dv = 4,06 * [f * Lv * (Q ar')2)]1/5
( 04)
onde Dv é o diâmetro da tubulação de ventilação(mm), Lv é o comprimento da tubulação de
ventilação(mm), f é o coeficiente de perda de carga distribuída(adimensional) e Qar’ é a vazão
de ar na tubulação (l/s); se a ventilação secundária seja composta por dispositivos de
ventilação, serão necessárias as especificações dos fabricantes.
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
O objeto de estudo foi um prédio de 20 andares com as seguintes características:
- 02 apartamentos por andar cômodos por apartamento: 01 sala, 03 dormitórios, 01 cozinha,
01 área de serviço e 01 banheiro
- 01 tubo de queda atendendo a 02 banheiros por andar. Neste estudo dimensionou-se, em
um primeiro momento, o sistema predial de esgoto sanitário quando uma bacia sanitária com
válvula de descarga é utilizada. Num segundo momento dimensiona-se o sistema quando a
bacia sanitária com válvula de descarga é substituída por uma bacia com caixa acoplada de
12 litros; e, finalmente, substitui-se a caixa acoplada de 12 litros por uma de 06 litros, além
de se substituir também os lavatórios e chuveiros convencionais por lavatórios e chuveiros de
volume de descarga reduzido. Isto pode ser assim sintetizado:
1º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde as vazões características das
bacias sanitárias são as seguintes:
-
vazão média da bacia sanitária com válvula de descarga: 1,90 L / s
lavatório convencional: 0,10 L / s
chuveiro convencional: 0,20 L / s
2º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde apenas as vazões características
das bacias sanitárias são modificadas:
-
vazão média da bacia sanitária com caixa acoplada de 12 litros: 0,96 L / s
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-
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lavatório convencional: 0,10 L / s
chuveiro convencional: 0,20 L / s
3º Estudo: As vazões estudadas foram as seguintes, onde as vazões características das
bacias sanitárias, lavatórios e chuveiros são modificadas:
-
vazão média da bacia sanitária com caixa acoplada de 06 litros: 0,40 L / s
lavatório de volume reduzido: 0,08 L / s
chuveiro convencional: 0,08 L / s
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Tais valores de vazão constam nos trabalhos de BELINAZO (1991) e SANTOS (1997), além
de alguns catálogos de fabricantes. Cabe ainda considerar que o SPES é inicialmente concebido
apenas com ventilação primária, conforme premissa da metodologia racional e, desta forma, são
dimensionadas as tubulações do subsistema de coleta e transporte. O coeficiente de Manning
considerado foi de 0,013. Para o cálculo do diâmetro do ramal de esgoto (eq. 02), o valor da
vazão de projeto foi considerada a somatória das vazões unitárias dos aparelhos sanitários
contribuintes. A declividade foi estabelecida em 2,0 %.
Para a determinação do diâmetro do tubo de queda (eq. 01), considerou-se to = 1/3. Para a
vazão de projeto neste caso (eq. 03), utilizou-se a distribuição binomial para o estabelecimento
de mi para Nlv = N bs =Nch =40 aparelhos instalados, sendo o fator de falha de 1,0%. O
diâmetro do coletor foi calculado através da equação 02, todavia adaptada para escoamento a
1/2 de seção. A vazão de projeto foi considerada a mesma do tubo de queda e a declividade
de 1,0%. Para o cálculo do subsistema de ventilação (eq. 04), considerou-se f como função do
diâmetro. Para o ramal, trabalhou-se com Lv = 6,0m, enquanto que para a coluna, Lv = 80,0
m; os valores de vazões de ar foram calculados conforme equacionamento descrito em
GRAÇA (1985). Os resultados encontram-se na tabela 01:
Tabela 01: Resultados da Aplicação da Metodologia.
TRECHOS
RAMAL DE ESGOTO
TUBO DE QUEDA
COLETOR
RAMAL DE VENTILAÇÃO
COLUNA DE VENTILAÇÃO
DIÂMETROS NOMINAIS
BS c/ Válvula de
BS c/ Caixa
BS c/ Caixa
Descarga;
Acoplada 12L. Acoplada 12L.
Lav. e Chuv.
Lav. e Chuv.
Lav. e Chuv.
Convencionais
Convencionais Economizadore
s
100 mm
75 mm
50 mm
150 mm
100 mm
75 mm
200 mm
150 mm
100 mm
50 mm
50 mm
não necessário
100 mm
100 mm
não necessária
Na sequência foi verificada a suficiência da ventilação primária para a configuração então
dimensionada. As relações abaixo apresentam o resultado:
1º Estudo:
a) Ha,bs = 29,73mm ? Hr,bs = 0,0mm
b) Da,s= 183,10 Pa ? Dr =259,97 Pa
Ha,cs = 34,20mm ? Hr,cs = 0,0mm
c) Sa,s = 490,00Pa ? Sr = 0,0 Pa
2º Estudo:
a) Ha,bs = 29,73mm ? Hr,bs = 0,0mm
b) Da,s= 183,10 Pa ? Dr =267,63 Pa
Ha,cs = 34,20mm ? Hr,cs = 0,0mm
c) Sa,s = 490,00Pa ? Sr = 0,0 Pa
3º Estudo:
a) Ha,bs = 29,73mm ? Hr,bs = 0,0mm
b) Da,s= 183,10 Pa > Dr =142,07 Pa
Ha,cs = 34,20mm ? Hr,cs = 0,0mm
c) Sa,s = 490,00Pa ? Sr = 0,0 Pa
onde cs representa caixa sifonada.
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Na tabela 01 percebe-se claramente que a redução dos volumes de descarga reduz
sensivelmente os diâmetros das tubulações. Quando se usa bacias de 06 litros e os aparelhos
economizadores de água, todos os trechos de tubulação tem seus diâmetros reduzidos.
Percebe-se que o procedimento racional estabelece, para o escoamento a meia seção, que o
diâmetro do ramal de esgoto da bacia sanitária seja de 50 mm e que o diâmetro do tubo de
queda é de 75 mm. Porém, o diâmetro do ramal de esgoto da bacia sanitária, definido por
norma, é de 100 mm, condição esta que torna-se um fator restritivo para que o tubo de queda
seja de 75 mm. Evidencia -se então a flexibilidade oferecida pela metodologia racional, a qual
permite constante adequação às inovações tecnológicas relativas aos aparelhos sanitários de
baixo consumo de água.
Conclui-se também que apenas a ventilação primária não foi suficiente nos primeiro e segundo
estudos; desta forma dimensionou-se o subsistema de ventilação secundária, cujos resultados
também encontram-se na tabela 01. Não obstante, para o 3º estudo a depressão resultante
apresentou-se menor que a depressão admissível, indicando a suficiência da ventilação primária.
Percebe-se então que na tabela a ventilação secundária não é necessária.
CONCLUSÃO
A aplicação da metodologia procurou demonstrar a liberdade que o projetista pode dispor no
manuseio das variáveis, possibilitando assim a busca de soluções racionais e otimizadas. A
economia na concretização do sistema predial de esgotos sanitários, a ser obtida com relação
ao uso de aparelhos economizadores de água, é bastante evidenciada, está relacionada a
eficiência de tais soluções, sejam através de reduções de diâmetros, conexões apropriadas,
dispositivos específicos, entre outros recursos.
REFERENCIAS BIBLIOGR ÁFICAS
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