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FABIANA PEREIRA DE LIMA MELO
SIMULAÇÃO DO SISTEMA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO DE
PONTA NEGRA- NATAL: MITIGAÇÃO DOS RISCOS AMBIENTAIS E
ESTRATÉGIA DE MANUTENÇÃO PREDITIVA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, como exigência para a
obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária ,
sob a orientação do Prof.º Drº Lúcio Flávio Ferreira
Moreira.
NATAL
2012
2
FABIANA PEREIRA DE LIMA MELO
SIMULAÇÃO DO SISTEMA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO DE
PONTA NEGRA- NATAL: MITIGAÇÃO DOS RISCOS AMBIENTAIS E
ESTRATÉGIA DE MANUTENÇÃO PREDITIVA
Trabalho de pós-graduação aprovado como requisito para a conclusão do Curso de PósGraduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, na Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Natal, pela comissão formada pelos professores:
Orientador:
Prof. Dr. Lúcio Flávio Ferreira Moreira - UFRN
Prof. Dr. AntonioMarozziRighetto - UFRN
Prof. Dr. Tarcisio Cabral da Silva - UFPB
Natal, 10 de agosto de 2012.
3
AGRADECIMENTOS
À Deus, por ter concedido a oportunidade concluir esse trabalho, mesmo com todas as
dificuldades e falta de tempo, me ajudou a seguir em frente, e realizar esse sonho.
À minha mãe, que sempre me deu forças para continuar trilhando esse caminho, com toda
dedicação, amor e atenção, não me deixando desistir e mostrando que sou capaz.
Ao meu esposo, que com muita paciência, me ajudou nesses anos de curso. Por me ajudar a
estudar quando estava sem vontade, por cancelar os passeios nos finais de semana, porque eu
precisava estudar, e pelas inúmeras idas (fora de hora) nos locais de estudos, para realização
da pesquisa de campo.
Ao meu orientador, professor Lúcio Flávio Ferreira Moreira, pela paciência e principalmente
pelo empenho dedicado a esse trabalho. Agradeço também ao professor Antônio
MarozziRighetto, pela boa vontade em meu ajudar nos momentos mais difíceis, por ter
sempre uma palavra de ânimo e por contribuir para a realização desse sonho.
Por fim, agradeço a todos os meus familiares e amigos pela força e pela torcida na conclusão
dessa etapa da minha vida e aos meus chefes que permitiram e relevaram as minhas ausências,
enquanto estava nas aulas, pela paciência, companheirismo e atenção que tiveram comigo.
A todos vocês muito obrigada!
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RESUMO
A Simulação do SES Ponta Negra- Natal: mitigação dos riscos ambientais e estratégia de
manutenção preditiva foi desenvolvida no contexto de diversas irregularidades operacionais
nas estações elevatórias e redes coletoras de esgoto no sistema de Ponta Negra. Com isso, os
riscos ambientais e as denuncias contra a empresa de saneamento devido aos extravasamentos
de esgotos em via pública se tornaram comuns. Esse bairro vem apresentando nos últimos
anos um aumento populacional muito maior do que a expectativa inicial de crescimento.
Nesse sentido, supõe-se o grande crescimento populacional e de geração de esgotos acima do
esperado, atrelado à utilização de manutenção corretiva e o mau uso do sistema podem ser as
principais causas das falhas operacionais ocorridas neste SES. Esse estudo teve por objetivo
analisar o comportamento hidráulico do SES de Ponta Negra a partir da simulação numérica
do seu funcionamento associados à cenários futuros de ocupação. O SES Ponta Negra
apresenta quilômetros de redes coletoras e 6 estações elevatórias interligadas, sendo a EE 1, 2,
4, Via Costeira e Praia Shopping interligadas a EE3, qual recebe todos os efluentes das
demais elevatórias e bombeia para a estação de tratamento de esgotos do bairro a qual é
constituída de uma lagoa facultativa seguida de 3 lagoas de maturação com disposição dos
efluentes tratados em valas de infiltração. Por serem interligadas entre si, o estudo foi
realizado considerando os dias e horas de maior vazão afluente para todas as elevatórias.
Além disso, a fim de mensurar as falhas nas redes coletoras foram realizados levantamento
dos dados de obstruções nessas redes. O levantamento e coleta de dados físicos e operacionais
foram realizados entre janeiro/2011 e janeiro/2012. A simulação do SES foi desenvolvida, a
fim de nos mostrar como esse está funcionando atualmente, e como irá funcionar nos
próximos anos, com base na estimativa populacional e de vazão de esgotos. Os dados
coletados representam o quadro atual das estações elevatórias do SES Ponta Negra e
alimentaram o modelo numérico desenvolvido em planilha eletrônica MS Excel® que permitiu
simular o comportamento do SES em cenários futuros. Os resultados obtidos neste estudo
mostram que a elevatória Praia Shopping já está subdimensionada e apresenta falhas graves
de funcionamento que compromete a qualidade do ambiente os aspectos ambientais da área
onde está inserida. As demais elevatórias do sistema atingirão sua capacidade máxima segura
de bombeamento entre os anos de 2013 e 2015, embora a EE 1 e EE 3 tenham a capacidade
de operar, ainda que de forma muito precária, até o ano de 2017. Além disso, observou-se que
o mau uso do sistema, com a entrada de lixo e água de chuva na rede coletora, são fatores
determinantes para as falhas que ocorrem no SES. E finalmente, constatou-se que a utilização
de manutenção corretiva, em vez da preditiva, no sistema como um todo tem se mostrado
altamente ineficiente causando graves falhas no sistema, gerando com isso danos ao meio
ambiente e riscos sanitários aos clientes.
Palavras-Chave – Sistema elevatório; esgoto; manutenção preditiva.
5
ABSTRACT
The simulation of SES-Natal Ponta Negra: mitigation of environmental risks and
predictive maintenance strategy was developed in the context of several operational
irregularities in the pumping stations and sewage systems in the system Ponta Negra. Thus,
the environmental risks and complaints against the company due to overflows of sewage into
the public thoroughfare became common. This neighborhood has shown in recent years an
increase of resident higher than the initial expectation of growth. In this sense presumed the
large population growth and generation of sewers higher than expected, associated to the use
of corrective maintenance and misuse of the system may be the main causes of operational
failures occurring in the SES. This study aimed at analyzing the hydraulic behavior of SES
Ponta Negrathrough numerical simulation of its operation associated to future scenarios of
occupation. The SES Ponta Negra has a long lengthof collection networks and 6 pumping
stations interconnected, being EE 1, 2, 4 coastal way, and beach Shopping interconnected EE3
to receives all sewers pumped from the rest pumping station and pumped to the sewage
treatment station of neighborhood which consists of a facultative pond followed by three
maturation ponds with disposal of treated effluent into infiltration ditches. Oncethey are
connected with each other, the study was conducted considering the days and times of higher
inflow for all lifts. Furthermore, with the aim of measuring the gatherer network failures were
conducted data survey of on the networks. Thephysical and operational survey data was
conducted between January/2011 and janeiro/2012. The simulation of the SES was developed
with the aim ofdemonstrating its functioning, eithercurrently and in the coming years, based
in population estimates and sewage flow. The collected data represents the current framework
of the pumping stations of the SES Ponta Negra and served as input to the model developed in
MS Excel ® spreadsheet which allowed simulating the behavior of SES in future scenarios.
The results of this study show thatBeach Shopping Pumping Station is actually undersized
and presents serious functioning problemsthatmay compromise the environmental quality of
surrounding area. The other pumping stations of the system will reach itsmaximum capacity
between 2013 and 2015, although the EE1 and EE3 demonstrateoperation capacity, even
precariously, until 2017. Moreover, it was observed that the misuse of the network system,
due to the input of both garbage and stormwater, are major factors of failures that occur in the
SES. Finally, it was found that the corrective maintenance appliance, rather than
predictive,has proven to beinefficient because of the serious failuresin the system, causing
damage to the environment and health risks to users.
Keywords–pump station system; sewage; predictive maintenance.
6
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Contribuição água pluvial ....................................................................................................18
Figura 2 Associação de bombas em paralelo. .....................................................................................26
Figura 3 Esquema do SES do bairro de Ponta Negra ..........................................................................34
Figura 4 SES EE1 .............................................................................................................................36
Figura 5 Chegada de esgoto EE 1 ......................................................................................................39
Figura 6 Poço de sucção ....................................................................................................................39
Figura 7 Conjunto moto-bomba em paralelo ......................................................................................39
Figura 8 Layout EE1 .........................................................................................................................40
Figura 9 SES EE 2 ............................................................................................................................42
Figura 10 Chegada de esgoto EE 2 ....................................................................................................45
Figura 11 Bombas 1 e 2 ....................................................................................................................45
Figura 12 Layout EE 2 ......................................................................................................................46
Figura 13 Acesso à EE 4 ...................................................................................................................47
Figura 14 SES EE 4 ..........................................................................................................................48
Figura 15 poço de sucção EE 4..........................................................................................................49
Figura 16 Grade EE 4........................................................................................................................51
Figura 17 Layout EE 4 ......................................................................................................................52
Figura 18 Desmoronamento Calçadão Ponta Negra (próximo EE4) ...................................................53
Figura 19 Rede coletora quebrada .....................................................................................................53
Figura 20 Reparos emergenciais na rede de esgoto ............................................................................54
Figura 21 SES EE Via Costeira .........................................................................................................55
Figura 22 Entrada EE Via Costeira ....................................................................................................58
Figura 23 Grade EE Via Costeira ......................................................................................................58
Figura 24 Caixa divisora de vazão .....................................................................................................59
Figura 25 Layout EE via Costeira ......................................................................................................59
Figura 26 SES EE Praia Shopping .....................................................................................................61
Figura 27 Poço seco ..........................................................................................................................64
Figura 28 Layout EE Praia Shopping.................................................................................................64
Figura 29 Layout EE 3 ......................................................................................................................67
Figura 30 Tampa poço de sucção 1 EE 3 ...........................................................................................68
Figura 31 Poço de sucção 2 EE 3 ......................................................................................................68
Figura 32 Metodologia aplicada na simulação ...................................................................................76
Figura 33 Esquema retorno de esgoto pela válvula de retenção ..........................................................93
7
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Curva de sistema EE 1 .......................................................................................................38
Gráfico 2 Curva do sistema EE 2.......................................................................................................44
Gráfico 3 Curva do sistema EE 4.......................................................................................................50
Gráfico 4 Curva do Sistema EE Via Costeira .....................................................................................57
Gráfico 5 Curva do sistema EE Praia Shopping .................................................................................63
Gráfico 6 Curva do sistema EE 3.......................................................................................................66
Gráfico 7 Comportamento das vazões futuras ....................................................................................81
Gráfico 8 Vazão prevista ...................................................................................................................83
Gráfico 9 Simulação EE 1 (2012) ......................................................................................................84
Gráfico 10 Simulação EE 1 (2017) ....................................................................................................85
Gráfico 11 Simulação EE 1 (2021) ....................................................................................................86
Gráfico 12Vazão prevista ..................................................................................................................89
Gráfico 13 Simulação 2016 EE 2......................................................................................................90
Gráfico 14 Vazão prevista EE 4 ........................................................................................................92
Gráfico 15 Vazão prevista EE Via Costeira .......................................................................................95
Gráfico 16 Simulação EE Via Costeira 2015 .....................................................................................95
Gráfico 17 Vazão prevista .................................................................................................................98
Gráfico 18 Simulação EE Praia Shopping - 2012 ...............................................................................99
Gráfico 19 Simulação extravasamento de esgoto - 2013 ....................................................................99
Gráfico 20 Vazão prevista ...............................................................................................................101
Gráfico 21 Simulação EE 3 – 2017..................................................................................................102
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Obstruções de esgoto ........................................................................................................19
Tabela 2 Balneabilidade ....................................................................................................................21
Tabela 3 Dados EE1..........................................................................................................................37
Tabela 4 Dados EE1..........................................................................................................................38
Tabela 5 Dados EE 2.........................................................................................................................43
Tabela 6 - Sistema de bombeamento .................................................................................................44
Tabela 7 Dados EE 4 ........................................................................................................................50
Tabela 8 – Dados do sistema de bombeamento ..................................................................................51
Tabela 9 Dados EE Via Costeira ......................................................................................................56
Tabela 10 – Dados do sistema de bombeamento ................................................................................57
Tabela 11 Dados EE Praia Shopping .................................................................................................62
Tabela 12 – Dados do sistema de bombeamento ...............................................................................63
Tabela 13 Dados EE 3 ......................................................................................................................65
Tabela 14 – Dados do sistema de bombeamento ................................................................................66
Tabela 15 - Simulação.......................................................................................................................77
Tabela 16 Dados operacionais das EE (2012) ...................................................................................79
Tabela 17 Casos de obstruções EE 1 .................................................................................................82
Tabela 18 Vazão prevista ..................................................................................................................83
Tabela 19 -Ciclo encher-secar EE1...................................................................................................84
Tabela 20 Registro de Ocorrência EE 1 .............................................................................................86
Tabela 21 Dados de obstrução EE 2 ..................................................................................................87
Tabela 22 Previsão de vazão EE 2 ....................................................................................................88
Tabela 23 Ciclo encher-secar EE 2 ...................................................................................................89
Tabela 24 Registros de Ocorrências EE 2 .........................................................................................90
Tabela 25 Dados de obstrução EE 4 ..................................................................................................91
Tabela 26 Vazão prevista EE 4..........................................................................................................91
Tabela 27 Registro de ocorrências EE 4 ...........................................................................................93
Tabela 28 Vazão prevista .................................................................................................................94
Tabela 29 Ciclo encher-secar ...........................................................................................................96
Tabela 30 Registro de ocorrência EE Via Costeira .............................................................................96
Tabela 31 Vazão prevista ..................................................................................................................97
Tabela 32 Ciclo encher-secar ............................................................................................................98
Tabela 33 Registro de ocorrência EE Praia Shopping .....................................................................100
Tabela 34 Casos de obstrução EE 3 .................................................................................................100
Tabela 35 Vazão prevista ................................................................................................................101
Tabela 36 Ciclo encher-secar EE3 ...................................................................................................102
Tabela 37 Registro de ocorrência EE3 ............................................................................................103
9
SUMÁRIO
1.0
INTRODUÇÃO ....................................................................................................................11
2.0
OBJETIVOS .........................................................................................................................15
2.1
Objetivo Geral .......................................................................................................................15
2.2
Objetivos específicos .............................................................................................................15
3.0
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................................16
3.1
A urbanização e seus efeitos nos serviços de saneamento ...............................................16
3.2
Mau uso do SES ...............................................................................................................17
3.3
Balneabilidade e poluição ambiental ...............................................................................20
3.4
Tecnologias apropriadas para a operação do SES ..........................................................22
3.5
Monitoramento do SES ...................................................................................................24
3.6
Estações Elevatórias de Esgotos ......................................................................................25
3.7
Manutenção corretiva versus manutenção preditiva ......................................................27
4.0
MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................................30
4.1
Funcionamento de um SES .................................................................................................30
4.2
Variáveis físicas e operacionais do SES ..........................................................................31
4.3
Área de Estudo.................................................................................................................32
4.3.1
Estação Elevatória 1 ...................................................................................................35
4.3.2
Estação Elevatória 2 ...................................................................................................40
4.3.3
Estação Elevatória 4 ...................................................................................................46
4.3.4
Estação Elevatória Via Costeira .................................................................................54
4.3.5
Estação Elevatória Praia Shopping .................................................................................60
4.3.6
Estação Elevatória 3 ....................................................................................................64
4.3.7
4.4
Estação De Tratamento De Esgoto De Ponta Negra ...................................................68
Estimativa do aumento populacional na área de estudo.......................................................69
4.5
Delimitação das bacias .................................................................................................69
4.6
Estimativa do aumento da vazão da rede (Q rede) .........................................................70
4.7
Levantamento dos casos de obstrução ............................................................................71
4.8
Levantamento das ocorrências nas EE ...........................................................................71
4.9
Determinação da vazão máxima de entrada ...................................................................72
5.0
SIMULAÇÃO DO SISTEMA ...............................................................................................73
6.0
RESULTADOS .....................................................................................................................79
6.1
Condição atual de funcionamento das elevatórias ..........................................................79
10
6.2
Estação Elevatória 1 ........................................................................................................82
6.3
Estação Elevatória 2 ........................................................................................................87
6.4
Estação Elevatória 4 ........................................................................................................91
6.5
Estação Elevatória Via Costeira ......................................................................................94
6.6
EE PRAIA SHOPPING ...................................................................................................97
6.7
Estação Elevatória 3 ......................................................................................................100
7.0
CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................104
8.0
CONCLUSÃO ...................................................................................................................106
9.0
REFERENCIAS ................................................................................................................107
11
1.0INTRODUÇÃO
A inexistência dos sistemas de esgotamento sanitário tem gerado vítimas de doenças de
veiculação hídrica ao redor do mundo, principalmente em países menos desenvolvidos. No
inicio dessa revolução sanitária, a proposta principal era apenas disponibilizar água potável
para consumo humano e afastar da população os resíduos sólidos e líquidos gerados.Até o
final do século XVIII, essas doenças matavam milhares de pessoas todos os anos. A partir do
século XIX, a preocupação com saneamento ambiental cresceu de forma considerável, pois
percebeu-se que a melhoria na salubridade das cidades favorecia a mitigação dos casos de
doenças de veiculação hídrica e a proliferação de vetores com ratos e mosquitos.
No Brasil, não foi diferente. No inicio das implantações dos projetos de engenharia no
século XIX, a preocupação principal era evitar as doenças de veiculação hídrica, seja por falta
de água ou por consumo de água contaminada. Naquela época, o saneamento se resumia ao
abastecimento de água em chafariz no centro da cidade e implantação de rede de água em
cidades maiores, as quais eram ampliadas conforme as cidades cresciam.
No Rio Grande do Norte, apenas no século XX a preocupação com o esgotamento
sanitário foi enfocada, iniciando os sistemas nos bairros Ribeira e Cidade Alta. Naquela
época, projetos de saneamento ambiental estavam em alta em muitos estados brasileiros, e a
disponibilidade de um sistema de saneamento que abrangia os serviços de coleta e destinação
de resíduos sólidos, abastecimento de água potável, além da coleta, tratamento e disposição
final de efluentes já era uma realidade. Nos anos 80, equipes de técnicos e engenheiros da
Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte (CAERN), iniciaram a execução dos
projetos de esgotamento sanitário tipo condominial, a título de projeto piloto, nos bairros de
Rocas e Santos Reis, Zona Leste de Natal.
A princípio os esgotos apenas eram coletados e transportados para deságue no Rio
Potengi, que banha a cidade. No mesmo período sistemas de esgotamento sanitário nos
bairros Quintas e Nordeste começaram a funcionar também com coleta tipo condominial. A
grande diferença estava no fato de que os efluentes coletados eram transportados para uma
estação de tratamento preliminar seguido de tratamento secundário (lagoa de estabilização) de
efluentes.
Desde então outras áreas de Natal são favorecidas com coleta e destinação de esgotos.
Entretanto, o crescimento desse tipo de serviço foi muito lento e insuficiente para atender a
12
demanda de crescimento da população, pois hoje menos de40% de Natal é saneada. Dentre os
vários sistemas localizados nas quatro zonas da cidade, alguns chamam atenção pelas
peculiaridades operacionais, em especial dos sistemas da zona Sul.
O sistema analisado neste estudo está situado na zona costeira de Natal, no bairro de
Ponta Negra, que historicamente foi habitado por pescadores e rendeiras e que nos últimos
anos tem experimentado grandes mudanças tanto da infraestrutura quanto na densidade
populacional.
O crescimento populacional, principalmente sazonal, tem trazido para esse bairro a
especulação imobiliária, e com essa, investimentos pesados na orla da praia com a construção
de calçadão, quiosques e restaurantes, além da melhoria na qualidade dos serviços básicos de
saúde, segurança e saneamento. Todo esse investimento visando apresentar uma praia bem
estruturada e preparada para receber turistas em períodos de alta estação.
Com todo esse investimento, o bairro passou a ser considerado zona nobre da cidade, o
que ocasionou um aumento ainda mais intenso na especulação imobiliária e na construção dos
chamados “espigões” (prédios residenciais com vários pavimentos e de alto luxo) próximo à
orla, o que consequentemente contribuiu para o crescimento populacional.
O bairro de Ponta Negra tem uma área de 707,16 hectares, população fixa de 25.400
habitantes e é subdividido em três setores: orla, vila e conjunto. A orla é a área com melhor
infraestrutura e dispõe de postos policiais, serviços de saneamento, serviços turísticos além de
hotéis e pousadas. A vila de Ponta Negra, área mais carente do bairro, é habitada pela
população nativa, basicamente pescadores e rendeiras, que já moravam no bairro antes do
inicio da especulação imobiliária. Entretanto, nos últimos anos também vem sendo
considerada área de especulação imobiliária devido à proximidade com a orla da praia. O
conjunto de Ponta Negra é a área mais nobre do bairro com população de classe média-alta,
residentes em prédios residenciais e casas de alto padrão.
Embora haja essa divisão no bairro, o fato é que esse cenário de uso e ocupação do
solo tem produzido sérios problemas relacionados com o aumento da densidade demográfica
e as demandas na infraestrutura de esgotamento sanitário. Isso tem se refletido no Sistema de
Esgotamento Sanitário (SES) de Ponta Negra nos últimos anos, com o surgimento de
problemas na operação e manutenção do sistema.
13
O SES de Ponta Negra foi implantado em 2001. Na época dispunha de rede coletora, 3
elevatórias de esgotos e estação de tratamento de efluentes com 1 lagoa facultativa e 3 lagoas
de maturação em série com disposição em área de infiltração. No ano de 2004, novas redes
coletoras e 1 estação elevatória foram implantadas para atender outra área da praia. A vazão
máxima de projeto para todo o SES é de 75 L/s, para ETE sem aeradores, de acordo com
Meneses (2006).
O grande enfoque do aspecto turístico do bairro, aliado ao crescimento populacional
proveniente da especulação imobiliária e da construção de diversos condomínios verticais
residenciais, gerou um crescimento maior do que as expectativas no que diz respeito à
demanda dos serviços de saneamento, principalmente a destinação dos efluentes. Para se ter
uma ideia do aumento desproporcional da demanda, a vazão atual da ETE, conforme medidor
de vazão eletrônico instalado na calha Parshall do sistema, em horários de pico chega a ser de
168 L/s.
Esse aumento da vazão de esgoto gerado interfere não apenas no tratamento, mas em
todo o SES. As redes de esgotamento sanitário se tornam sobrecarregadas e começam a
trabalhar com seção plena do tubo, quando o ideal é que todas as tubulações de esgoto por
gravidade trabalhem entre 50-75 % da seção. No momento em que esses tubos estão com
seção plena de esgotos, a rede começa a trabalhar sob pressão, o que ocasiona
extravasamentos pelos poços de visita localizados nas vias públicas. Da mesma forma, esses
extravasamentos podem ser provenientes da sobrecarga nas estações elevatórias de esgotos,
localizadas na orla da praia.
Tais extravasamentos de esgotos causam transtornos aos moradores da área, aos
transeuntes e aos turistas. Além desses transtornos, o risco de dano ambiental é bastante
eminente uma vez que o esgoto extravasado escorre pela sarjeta, chegando às galerias de
águas pluviais que deságua na praia, comprometendo a balneabilidade do local.
A Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte (CAERN) tem enfrentado
o desafio de gerenciar o SES na região de forma eficiente. O sistema na sua condição atual
está sujeito a uma série de limitações operacionais decorrentes da precariedade da
manutenção. Os problemas na operação e funcionamento do sistema têm comprometido a
credibilidade da empresa junto a sociedade. No cenário atual observa-se que a operação do
sistema tem diminuído a eficiência, podendo causar prejuízos consideráveis para a
Companhia. A estratégia de manutenção corretiva atualmente utilizada, normalmente exigeum
14
investimento imediato de reparação dos danos nas tubulações ou sistema de elevatórias, como
tentativa de minimizar os transtornos à população.
Esse aumento da demanda serve para demonstrar a necessidade de contemplar uma
estratégia de ação visando aumentar a eficiência de operação do SES. É provável que a falta
de uma política de manutenção preditiva e monitoramento do sistema contribua para a
ineficiência e aumento dos custos de operação. Pressupõe-se que ações preventivas e
preditivas podem reduzir a ocorrência de extravasamentos, uma vez que permite prever as
falhas e intervir em tempo hábil, evitando os transtornos e mitigando os danos ambientais,
como lançamento de esgotos in natura na praia.
Esse estudo propõe a simulação do sistema de esgotamento sanitário do bairro de
Ponta Negra, a fim de prever o comportamento hidráulico nos anos futuros, com base no
crescimento populacional.
15
2.0 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Analisar o comportamento hidráulico do SES de Ponta Negra a partir da simulação
numérica do seu funcionamento associados ao estabelecimento de cenários de ocupação.
2.2 Objetivos específicos

Analisar as principais falhas de operação do SES de Ponta Negra no cenário atual e
suas implicações;

Simular o comportamento hidráulico do SES do Bairro de Ponta Negra nos cenários
atual e futuro, com base no aumento da demanda ao longo dos anos;

Analisar, considerando os resultados obtidos, a estratégia de operação do SES, com o
objetivo de propor ações de manutenção corretiva e preditiva;
16
3.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 A urbanização e seus efeitos nos serviços de saneamento
A urbanização no Brasil, principalmente em cidades litorâneas, apresenta aspectos
positivos nos impactos econômicos de efeito multiplicador, ou seja, que faz com que a renda
seja gasta para a sustentabilidadedo local, sejam eles por empreendimentos turísticos, havendo
transações de capitais, com construções de infraestrutura no destino turístico, fazendo com
que o dinheiro trazido pelos turistas circule por toda sociedade (SANDLER, 2002).
Apesar da questão econômica do turismo ser um aspecto bastante positivo da urbanização,
o crescimento populacional nas cidades situadas nas zonas litorâneas vem aumentando
consideravelmente nas últimas décadas, e tem causado transtornos relacionados com a
demanda de serviços públicos, tais como abastecimento de água, coleta de esgotos, coleta de
resíduos sólidos, pavimentação e iluminação pública.
De acordo com Vasconcelos (1999), o crescimento das regiões metropolitanas no Brasil
gera impactos importantes ao patrimônio ambiental devido a forte perturbação de origem
antrópica. Na região de Natal, campos de dunas são ocupados, vegetação nativa é suprimida,
áreas de proteção ambiental são ocupadas.
Assim como em várias cidades costeiras, o crescimento populacional litorâneo em Natal
aumentou as demandas dos serviços de saneamento, notadamente nos bairros da Zona Sul.
Nesse sentido, o bairro de Ponta Negra vem se destacando nos últimos anos quanto ao seu
crescimento populacional.
Silva (2004) demonstrou que o crescimento desordenado da região do bairro de Ponta
Negra levou a um amontoado de edificações dispostas sem planejamento adequado,
concentrando muitos hotéis, pousadas, restaurantes, bares e casas noturnas para atender
frequentadores diurnos e noturnos. Esse crescimento, embora tenha trazido benefícios
turísticos e financeiros, acarretou diversos problemas pela falta de planejamento na
infraestrutura existente.
O SES de Ponta Negra tem apresentado problemas operacionais como resultado desse
aumento de demanda. De fato, a infraestrutura disponível não tem acompanhado esse
aumento.
17
As falhas de operação no SES têm ensejado denuncias junto ao Ministério Público e
órgãos ambientais como forma de evitar os transtornos causados a sociedade. As causas mais
comuns desses problemas estão associadas ao aumento da vazão de projeto, pelo crescimento
populacional acima do previsto.
Com todos esses problemas de infraestrutura das cidades, o crescimento populacional
deve ser visto com olhos mais atentos pelos órgãos públicos, uma vez que, ele traz consigo
diversos benefícios de ordem financeira e de desenvolvimento para as áreas adensadas.
3.2 Mau uso do SES
O sistema de esgotamento sanitário de Natal é do tipo separador absoluto, ou seja,
existem tubulações especificas para coleta de águas pluviais, chamadas de galerias, e para
coleta de esgotos sanitários. Esse tipo de sistema tem como principais vantagens: (a) redução
dos diâmetros de tubulações de esgotos, (b) melhoria na qualidade do tratamento de esgotos já
que a vazão é reduzida e (c) evita extravasamentos de esgotos em dias de chuvas (ou pelo
menos, deveria ser assim).
Esse tipo de sistema foi projetado na maioria dos municípios brasileiros, porém em
muitos, a falta de implantação do sistema de drenagem pluvial faz com que, na prática, esses
coletores funcionem como tipo unitário. Isso ocorre porque quando chove as águas pluviais
adentram pela rede de esgotos, causando extravasamentos, uma vez que essa não foi
dimensionada para tamanha vazão.
O mau uso do sistema de esgotamento sanitário tem sido o grande vilão dos seus
problemas operacionais. Observando a necessidade de determinar sanções para punir o uso
inadequado dos SES em Natal, a Agência Reguladora dos Serviços de Saneamento Básico em
Natal (ARSBAN), no Art. 86, inciso II da Resolução 004/2008, diz que se caracterizam
infrações sujeitas a penalidades o lançamento de águas pluviais nas instalações de esgotos
sanitários.
Essa resolução prevê penas para os usuários do sistema de esgotamento sanitário que
lançam água de chuva na rede coletora de esgotos; entretanto, a Companhia de Saneamento,
deve fiscalizar tais ligações, comprovar o ato e só então suprimir a ligação clandestina e
multar o indivíduo. Essas fiscalizações devem ser realizadas em massa, e de preferência nas
bacias onde são detectadas grandes aumentos de vazão nos períodos chuvosos; mas
18
infelizmente a Empresa alega não dispor de funcionários suficientes para realização desse
trabalho, e com isso a resolução perde força por não ser colocada em prática.
Assim como em Natal, a problemática das ligações clandestinas de água de chuva na
rede coletora de esgotos vem se tornando cada vez maior entre as empresas de saneamento.
Um estudo realizado por Tsutiya (2004) observou que a contribuição de águas pluviais em
sistemas de esgoto sanitário pode variar entre 26-283% sobre a vazão máxima de período
seco. Esse aumento quase três vezes maior que a capacidade das tubulações, bem como das
estações elevatórias e de tratamento têm causado diversos problemas de ordem
operacionaldifíceis de serem sanados, devido à dificuldade em detectar as ligações
clandestinas. O autor ainda argumenta que a ligação de esgoto, principalmente em residências,
deve ser fiscalizada pelas prestadoras de serviços de saneamento do Brasil, para evitar as
ligações clandestinas.
Ainda nesse estudo realizado por Tsutiya, no sistema sanitário de Tatuí, os
levantamentos de vazão nas estações de esgotos mostraram que houve um aumento no pico de
vazão de cerca de 30% devido às águas pluviais, interligadas a rede de esgoto. Esses dados
podem ser observados na figura 1.
Figura 1Contribuição água pluvial
Fonte: TSUTIYA, 2004
Aliada as fiscalizações, outros estudos têm comprovados que os trabalhos de
conscientização ambiental também tem se mostrado uma excelente ferramenta contra o mau
uso dos sistemas. Como exemplo, citamos o projeto de educação ambiental desenvolvido
pelos técnicos da SANEPAR, em Curitiba, no qual foi promovido o envolvimento e a
sensibilização do cliente em saber utilizar corretamente o sistema; essa experiência trouxe
como consequência vantagens e benefícios, evitando a disseminação de doenças de
19
veiculação hídrica, problemas de mau cheiro e refluxo para dentro do imóvel (PRZYBYSZ,
1997).
Muitas vezes, por não conhecer a rede de esgoto e seu funcionamento, a população pode
utilizá-la de forma inadequada, prejudicando o pleno funcionamento desses sistemas.
Gonçalves (2001; APUD Scalize, 2001), afirma que um grande número de reclamações de
obstrução da rede de esgotos é proveniente da utilização inadequada do ramal e/ou da rede
coletora de esgoto, pelo cliente, que faz o lançamento de água pluvial na mesma.
Além da questão das ligações clandestinas de água de chuva na rede coletora de esgotos, a
disposição inadequada de resíduos sólidos na rede também acarreta prejuízos e transtornos às
empresas de saneamento; pois os resíduos sólidos se acumulam causando obstruções nas
redes, além de problemas nas bombas das estações elevatórias, caso a limpeza das grades de
contenção de resíduos sólidos não seja realizada e o resíduo chegue ao poço de sucção.
Um estudo realizado por Lima (2011), no sistema de esgotamento sanitário de Natal,
com relação aos casos de obstruções de esgoto, revelou que a média de obstruções de esgotos,
nos anos de estudo chegou a mais de 300 casos/mês, na tabela 1.
Tabela 1 - Obstruções de esgoto
Ano
2003
2004
2005
2006
2007
Média mensal
186
196
219
306
223
Fonte: LIMA (2011)
De acordo com Lima (2011), a falta de conscientização da população com relação ao
uso do sistema condominial é o maior entrave para o pleno funcionamento do mesmo, já que a
grande maioria dos casos de obstrução está diretamente relacionada com a disposição
inadequada de lixo na rede coletora.
Os transtornos causados por problemas na rede de esgotos trazem prejuízos, para as
empresas de saneamento, para a população e compromete a saúde pública. Tsutiya (2004)
afirma que uma rede coletora de esgoto deficiente ou mal operada, além dos perigos que pode
20
ocasionar aos habitantes, inviabiliza o bom funcionamento das demais unidades que
compõem o sistema de esgotamento sanitário.
De uma forma geral, o mau uso nos sistemas de esgotamento sanitário, aliado aos
problemas operacionais provenientes da falta de estrutura logística da CAERN, e ainda a
contribuição de esgotos acima da capacidade suporte do SES de Ponta Negra, tem causado os
extravasamentos de esgotos em via pública e nas praias, um grave problema que pode
acarretar risco à saúde da população local e aos turistas que frequentam a área.
3.3 Balneabilidade e poluição ambiental
A balneabilidade nas praias de Natal tem sido estudada e analisada criteriosamente,
com o objetivo de mitigar a transmissão de doenças de veicula hídrica por contato primário. A
preocupação com a qualidade das águas das praias de Natal tem importância turística,
ambiental e social, já que as belas praias natalenses, movimentam a economia local em
diversos meses do ano.
Com o objetivo de preservar as praias, por serem a grande atração turística e
importante área de recreação e lazer nos centros urbanos, o Instituto de Desenvolvimento
Econômico e Meio Ambiente do Rio Grande do Norte (IDEMA), coordena o Programa Água
Azul, que realiza o monitoramento sistemático e a conservação das praias, mantendo-as em
condições próprias para a recreação primária, e informando aos banhistas das suas condições
de balneabilidade, que segundo Aureliano (2000) “é um instrumento de verificação de critério
de uso na medida em que determina se a praia tem qualidade para recreação de contato
primário”.
Esse monitoramento da balneabilidade das praias de Natal é realizado semanalmente, e
os dados obtidos são disponibilizados no site do IDEMA; além disso, placas sinalizadoras são
fixadas nos pontos das coletas para informar sobre a qualidade da água naqueles locais. Os
resultados geralmente são satisfatórios, a tabela 2 apresenta os resultados da última análise
realizada em 05/07/2012, onde é possível observar que de todos os pontos de coleta de Natal,
apenas um, apresentou situação imprópria.
21
Tabela 2 Balneabilidade
Fonte: IDEMA (2012)
É provável que esses dados positivos na orla de Ponta Negra, sejam explicados pela
existência de rede coletora, tratamento e disposição final de efluentes, o que inibe as ligações
clandestinas de esgotos para as redes pluviais que deságuam na praia. Esse aspecto faz do
SES Ponta Negra, um aliado à preservação da qualidade das águas.
Em cidades litorâneas que possuem sistemas de esgotamento sanitário é comum
encontrarmos estações elevatórias de esgotos próximas às praias, pois nestes locais a cota
topográfica é menor, por estar próximo ao nível do mar.
Um ponto preocupante da existência do SES na praia é que em situações adversas de
extravasamento de esgotos, a balneabilidade pode ser comprometida. Isso porque as redes
coletoras que atendem aos quiosques e bares, além de duas elevatórias do sistema de Ponta
Negra, estão localizadas na orla. Logo, quando esses efluentes jorram devido a problemas na
elevatória ou a obstruções na rede, os efluentes escorrem pela sarjeta e seguem pela galeria de
águas pluviais que deságuam nas praias, comprometendo a balneabilidade e acarretando para
a empresa sanções penais, por se tratar de crime ambiental.
Esses crimes estão previstos na Lei de Crimes Ambientais 9.605/98, Art. 54, “é
considerado crime ambiental causar poluição de qualquer natureza em níveis tais que resultem
ou possam resultar em danos a saúde humana”. No inciso, IV e V do mesmo artigo,
especifica: “dificultar ou impedir o uso publico das praias; ou ocorrer por lançamento de
22
resíduos sólidos, líquidos ou gasososem desacordo com as exigências estabelecidas em leis ou
regulamentos”.
Além das questões de crimes ambientais, o lançamento de resíduos provenientes de
esgotos sanitários, contribui para a deterioração das condições de balneabilidade e da
qualidade de vida nesses locais, transformando-os em locais de risco ambiental e sanitário,
expondo principalmente crianças, idosos e pessoas de baixa imunidade à bactérias, vírus e
protozoários, levando-os a desenvolver doenças (NEMETZ,2004). De acordo com Brites
(2010) a contaminação da água do mar gerada pelo despejo de esgoto pode contaminar o
usuário com microrganismos patogênicos, que podem estar presentes nas fezes humanas e
causar doenças como a hepatite e a cólera.
O estudo de risco sanitário e ambiental é de extrema importância para o gerenciamento
de um SES, uma vez que a análise dos riscos do sistema servirá de base para determinar
medidas de prevenção de impactos ambientais. De acordo com a ANVISA (2011), “risco
sanitário é a probabilidade que os produtos e serviços têm de causar efeitos prejudiciais à
saúde das pessoas e das coletividades”. Os extravasamentos de esgotos em logradouros e/ou
residências e a probabilidade de contato com o mesmo é caracterizado com risco sanitário, já
o extravasamento para a orla além do risco sanitário gera o risco ambiental, que desequilibra o
meio.
De acordo com o artigo 225 da Constituição Federal de 1988, “todos tem direito ao
meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia
qualidade de vida, impondo-se ao poder público e à coletividade o dever de defendê-lo e
preservá-lo para as presentes e futuras gerações” (BRASIL, 1988).
3.4 Tecnologias apropriadas para a operação do SES
Com todos esses fatores de poluição e risco à saúde pública, a preocupação das empresas
de saneamento com a qualidade dos serviços enfrenta dificuldades associadas à operação e
manutenção dos SES. A perspectiva das empresas é buscarsoluções sustentáveis que
minimizem os problemas operacionais.
23
Uma experiência realizada por Cândido (1999) nas estações elevatórias da SABESP para
automação dos sistemas apresentou como principais objetivos monitorar remotamente a
elevatória, aperfeiçoar a operação da elevatória e monitorar os equipamentos, procurando
mantê-los em operação de uma forma confiável pelo maior intervalo de tempo possível,
adotando a manutenção preditiva dos sistemas.
Utilizar metodologia de monitoramento tem se apresentado como uma excelente
ferramenta de controle, que evita quebras e paradas nos SES, e principalmente,
extravasamentos de esgotos, que diminuem a credibilidade das empresas prestadoras desses
serviços.
Para manter essa credibilidade, a experiência das equipes que coordenam os serviços
operacionais de um sistema sanitário, é de extrema importancia para mitigação de problemas
determinantes para o pleno funcionamento dos equipamentos. Pesquisas realizadas em
estações elevatórias de esgotos comprovam que desde a execução do projeto até a operação
do sistema pequena falhas podem comprometer toda a estrutura do sistema elevatório.
O Núcleo Sudeste de Capacitação e Extensão Tecnológica em Saneamento Ambiental
(NUCASE) desenvolveu um Guia de Treinamento para Manutenção e Operação de Estação
Elevatória de Esgotos (EEE), o qual orienta que uma boa instalação é fundamental para
proporcionar o pleno funcionamento do sistema, quando a mesma não é executado
corretamente, as consequências são: transtornos na operação, desgastes prematuros e danos
irreparáveis (NUCASE).
O projeto de uma elevatória também deve ser bastante criterioso na execução do poço de
sucção, pois de acordo com Tsutiya (2004), até mesmo as dimensões e formato desse poço,
podem formar vórtices que podem trazer consequências prejudiciais às bombas, aumentando
o desgaste do equipamento.
Um estudo realizado nas EEE de Toribaté, detectou que o problema mais sério que tem
ocorrido nas elevatórias é que frequentemente as bombas têm sido danificadas por causa do
travamento ou desgaste dos rotores. Isso é causado pela entrada de resíduos sólidos e areia,
provenientes das redes coletoras(SILVA, 2004). Para evitar o desgaste pelo poder abrasivo da
areia Carneiro (2006), recomenda a aplicação dos revestimentos anticorrosivo e anti-fricção,
aumentando assim, o rendimento do sistema e, consequentemente reduzindo o consumo de
energia elétrica e aumentando a vida útil da bomba.
24
O tempo de bombeamento também é um parâmetro importante a ser observado no
monitoramento de uma EEE; Borges (2003) analisou a operação de sistemas elevatórios
levando em conta o tempo de funcionamento das bombas, onde ele observou que os sistemas
elevatórios estavam subdimensionados, uma vez que o tempo de parada das bombas no
período de máxima demanda era menor que 10 minutos, valor convencionado para intervalo
de paradas das bombas (FERNANDES, 2010). Para ele, esse tipo de problema estava
associado ao crescimento populacional acima das expectativas de projeto.
3.5 Monitoramento do SES
O estudo realizado por Fenner (2001) apresenta abordagens para a manutenção de
sistemas de esgotamento sanitários, de acordo com ele, o aumento dos clientes e da pressão
política, juntamente com mais rigorosas normas ambientais, contribuem para a exigência de
que a manutenção destes sistemas seja gerenciada de forma mais sustentável e abrangente.
Esse estudo, apresenta os principais passivos de um SES, incluindo o cuidado com a
manutenção do sistema já existente, uma vez que esses se desgastam a cada ano; Fenner
salienta que inevitavelmente, as tubulações no solo continuam envelhecendo, com isso, a
preocupação continua crescendo sobre o seu desempenho contínuo e os riscos de fracasso
futuro.
Desenvolver metodologias de gerenciamento dos SES, tem sido prioridade para as
Companhias de Saneamento. Por esse motivo, Agudelo (2007) desenvolveu um quadro com
os principais critérios a serem analisado no gerenciamento de um SES, a fim de criar
diretrizes para tal gerenciamento. Segundo o autor, os principais objetivos de um SES são: (a)
melhoria da saúde e higiene, (b) economia de recursos humanos, (c) preservação dos recursos
naturais, (d) economia de recursos financeiros; (e) alto grau de comprometimento funcional e
flexibilidade, já que o mesmo deve se adaptar às condições locais, (f) fácil compreensão e (g)
incentivo do uso consciente por parte dos usuários (AGUDELLO, 2007).
Além disso, estudos voltados para o gerenciamento de SES, empresas Reguladoras de
Saneamento da Europa, conhecidas também como Office ofWaterService (OFWAT), tem
desenvolvido indicadores de desempenho nos serviços de saneamento, que tem como
categorias: (a) as obras de tratamento sem consentimento da população, (b) balneabilidadenão
25
conformes; (c) emissários submarinos insatisfatórios; (d) incidentes de poluição -categorias 1
e 2 e (e) processos bem sucedidos.
O OFWAT(WaterServicesRegulationAuthority)descreve em seus relatórios situações
parecidas com as ocorridas no Bairro de Ponta Negra em dias chuvosos, que é o retorno de
efluentes para as residências devido ao aumento de vazão acima da capacidade de
bombeamento dos sistemas elevatórios. Esse tipo de problema é quantificado por esse órgão e
serve de padrão para determinar a eficiência do SES. O Diretório Geral (DG) 5, referente a
esgotamento sanitário, aponta como diretriz de desempenho a quantidade de imóveis com
risco de inundação dos esgotos (uma ou duas vezes em 10 anos) seja devido a sobrecarga de
esgoto, pelo aumento populacional, ou outras causas. As informações contidas nesses
relatórios apenas comprovam o controle e monitoramento eficazes desses sistemas (ASHLEY,
2002).
De acordo com Denys (2002), o desempenho de uma rede de esgoto depende do nível
de deterioração de tubos e de outros padrões identificados e medidos em campo, como
infiltrações e rachaduras que podem causas deficiências. Essas deficiências podem ser
mensuradas e classificadas como mais ou menos admissível, dependendo do seu nível e a suas
possíveis consequências.
3.6 Estações Elevatórias de Esgotos
Dentre os componentes do SES de Ponta Negra, os que têm apresentado problemas
diversos, decorrentes da falta de manutenção e monitoramento são as EEE’s. De acordo com a
ABNT (1992), essas estações são “instalações que se destina ao transporte de esgotos do nível
do poço de sucção das bombas ao nível de descarga na saída do recalque, acompanhando
aproximadamente as variações da vazão afluente”.
Em outras palavras, são estações que bombeiam os esgotos da rede coletora para outro
ponto do sistema, de onde o esgoto pode continuar escoando por gravidade, ser tratado ou
disposto, dependendo da situação.
As estações são estruturas que demandam tempo para construção, instalação de
equipamentos e principalmente, após o inicio do funcionamento, cuidados com manutenção e
operação dos equipamentos, garantindo assim, o pleno funcionamento do sistema. Por
26
necessitar de todos esses cuidados, Junior (2012) recomenda evitar as elevatórias sempre que
possível. Entretanto, quando não for possível, utilizar desse recurso sem receio, obviamente se
certificando que os projetos e equipamentos atendam às normas, a fim de garantir o
funcionamento satisfatório dos mesmos.
Nos projetos de saneamento alguns aspectos são observados para verificar a
necessidade de sistemas elevatórios: (a) profundidade do coletor é superior a 4,0 m; (b) o
esgoto coletado ter que passar de uma bacia para outra; (c) terreno não apresenta condições
satisfatória para assentamento da rede coletora; (d) necessidade de elevação do esgoto
coletado para unidade em cota mais elevada, como uma ETE (JUNIOR, 2012).
Para realizar o bombeamento dos efluentes geralmente são utilizadas bombas
centrífugas que fornecem energia cinética e de pressão ao líquido. Essas bombas possuem um
rotor acoplado a um motor elétrico que se produzem um movimento rotatório, responsável
pelo recalque dolíquido; além disso, elas caracterizam-se por operarem com altas vazões e
pressões moderadas (GANGLIS, 2010).
No SES Ponta Negra, as estações elevatórias possuem duas bombas que trabalham em
paralelo e de forma consecutiva, com exceção da elevatória 2 e 3, que possuem as maiores
vazões de bombeamento. Nelas as bombas trabalham associadas emparalelo. De acordo com
Ganglis (2010), a associação de bombas em paralelo é fundamentalmente utilizada quando a
vazão desejada excede os limites de capacidade das bombas adaptáveis a um determinado
sistema.
O esquema da figura 2 apresenta o funcionamento de bombas em paralelo. Observa-se
que as duas funcionam simultaneamente recalcando a mesma vazão e altura manométrica,
sendo a vazão que chega a linha de recalque é a somatória das duas vazões.
Figura 2Associação de bombas em paralelo.
Fonte: Ganglis (2010)
27
O sistema de bombeamento tem como principal custo inerente o consumo de energia
elétrica, devido ao funcionamento de bombas hidráulicas para altas vazões.
A fim de
diminuir os custos dessa operação, Tiago Filho (1996) sugere a instalação de um inversor de
frequência, que trabalha alterando a frequência da tensão aplicada ao motor, possibilitando
controlar a sua rotação; ou seja, a vazão da bomba varia em função da vazão de entrada ao
sistema. Esse tipo de equipamento é bastante usado para fins de redução de custos elétricos,
por ser muito mais eficiente do que o fechamento do sistema por válvulas de retenção, com é
o caso das elevatórias em estudo.
Um estudo de casos realizado por TSUTIYA(2007) na Cidade de Lins (SP) analisou o
resultado da substituição do sistema encher-secar com vazão controlada por vávulas de
retenção pela instalação do inversor de frequência. Os resultados mostraram que houve uma
redução no consumo de energia na ordem de 38%, melhoria do fator potência de 0,85 para
0,98, eliminação do pico de corrente na partida e retorno do custo da instalação do variador de
rotação em 2,5 anos.
3.7 Manutenção corretiva versus manutenção preditiva
Em SES a preocupação com a manutenção e operação adequada dos equipamentos é
predominante, uma vez que a falta dessas pode acarretar transtornos graves como os
apresentados neste trabalho. Existem 3 tipos de manutenção que podem ser utilizadas no
gerenciamento desses sistema: corretiva, preventiva e preditiva.
De acordo com Monteiro (2010), “a manutenção corretiva visa corrigir, restaurar,
recuperar a capacidade produtiva de um equipamento ou instalação, que tenha cessado ou
diminuído sua capacidade de exercer as funções às quais foi projetado”. No SES de Ponta
Negra, por questões de organização e desempenho das atividades operacionais, a manutenção
utilizada é basicamente a corretiva. Esse fato acaba trazendo alguns transtornos, pois a quebra
ocorre muitas vezes em situações onde o reparo imediato não é possível, com isso a CAERN
se propõe a conviver com o caos do sistema, por falta de pessoal ou equipamentos suficientes
para atender de pronto a todas as solicitações.
De acordo com Almeida (2000), os maiores custos associados à manutenção corretiva
são: altos custos de aquisição de peças, altos custos de trabalho extra e elevado tempo de
28
paralisação da máquina. Lembrando que esse último aspecto é determinante, já que a
paralisação do sistema de bombeamento de esgoto implica em imediato lançamento de
efluentes em via pública e na orla da praia de Ponta Negra.
A manutenção preventiva, por sua vez, utiliza-se de informações repassadas pelos
fabricantes das bombas, os quais especificam um tempo de vida útil, e/ou de realização de
manutenção das máquinas, como por exemplo, troca de rotor, alinhamento ou balanceamento,
troca de selos mecânicos ou lubrificação.
Essa manutenção parte do princípio de que a troca do rotor da bomba, por exemplo,
deverá ser feita em 12 meses, conforme especificações do fabricante. Entretanto, por motivos
diversos - dentre eles o tipo de líquido que será bombeado, com mais os menos areia, resíduos
sólidos ou gordura – a vida útil as bomba pode variar.
A grande questão envolvida nisto é que se a bomba estiver em boas condições de
funcionamento, ainda que seja no período especificado para troca do rotor, a execução dessa
troca implicará em um custo desnecessário; por outro lado, se o tipo de líquido bombeado
desgastar a bomba antes da data prevista, o problema é ainda maior, pois seria necessário
apelar para a manutenção corretiva, muito mais onerosa.
O tipo de manutenção atualmente considerada ideal é a preditiva, a qual tem como
principal característica o monitoramento de alguns parâmetros, para prever falhas especificas
do sistema. De acordo com Almeida(2000), a manutenção preditiva usa monitoramento direto
das condições mecânicas, rendimento do sistema, e outros indicadores para determinar o
tempo médio para falha real ou perda de rendimento para cada máquina e sistema na planta
industrial. Por exemplo, o monitoramento da vazão de uma bomba, pode dar base para
determinação de uma possível falha no rotor, o qual seria trocado antes da ocorrência de
graves falhas no sistema.
Esse tipo de manutenção apresenta a situação real do sistema, prevendo possíveis
falhas com antecedência, e possibilitando a intervenção programada do serviço, o qual poderá
ser feita nos momentos de baixa vazão, sendo possível a substituição da bomba por outra.
Um exemplo da aplicação da manutenção preditiva em redes de esgotamento sanitário
foi desenvolvido por pesquisadores no Japão, onde é possível prever quando os tubos
precisam ser trocados.Os tubos estudados são classificados em três níveis de acordo com a
29
capacidade de fluxo em: colapso de alta, média e baixa complexidade. Os defeitos previstos
são: quebra, rachadura, desconexões ponta bolsa e defeitos nas paredes internas do tubo.
De acordo com Tsutiya (2003) tubulações de recalques também precisam de
manutenção preditiva a fim de evitar que o diâmetro interno do tubo seja reduzido pelas
incrustações normais das redes sendo necessário o uso de sistema de limpeza interna como o
“polly-pig” um tipo de raspador de arraste hidráulico que limpa a parte interna do tubo sem
precisar interromper o sistema, além de ser de fácil manuseio e bastante prático.
Os dados apresentados por Fenner (2000) relacionados a manutenção de sistemas
sanitários são alarmantes pois revelam que uma pequena parte das tubulações de esgotos
podem apresentar problemas, menos de 20%, entretanto, esse parcela pode acarretar para as
Empresa que gerenciam esses sistemas custos altíssimos para reparação.
De uma forma geral, a manutenção preditiva proporcionará significativos benefícios
em qualquer política de gestão de manutenção como ferramenta auxiliar, ou poderá fornecer
dados de equipamentos e instalações determinantes para maximização de utilização de
recursos, desde que devidamente associada à indicadores de vida útil de componentes ou
qualidade de processos e produtos. (LIMA, 2006)
30
4.0 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Funcionamento de um SES
Os SES compreendem todas as estruturas internas das residências para interligações de
efluentes, bem como ligações, redes coletoras e estações elevatórias de esgoto (EEE), estações
de tratamento de esgotos (ETE) e disposição final dos efluentes.
Todos esses componentes funcionam de forma integrada a fim de garantir que o
efluente gerado nas residências seja transportado para áreas mais afastadas e disposto
adequadamente.
As interligações internas das residências configuram-se a parte inicial da coleta desses
resíduos líquidos. Normalmente esses efluentes são interligados em caixas de passagem, que
tem a finalidade de proporcionar inspeções e manutenções quando necessário.
As instalações de ramais condominiais são realizadas de forma coletiva ao passo que
os efluentes gerados nas residências são transportados por tubulações instaladas nos quintais
das casas vizinhas até serem interligadas à rede coletora. Esse tipo de instalação é menos
onerosa, e geralmente é realizada em bairros mais carentes.
As instalações convencionais, também chamadas individuais, são interligações feitas
na rede coletora para cada residência, são bem mais onerosas e utilizadas em bairros de classe
média, pois os custos de instalação da mesma são repassados para os clientes.
As redes coletoras de esgotos, são instaladas nos logradouros à profundidades entre
0,80 m a 5,00 m, são compostas por tubos com diâmetros superiores a 150mm e poços de
visita a cada 100 m (com o objetivo de proporcionar manutenções nas redes). Essas redes tem
a finalidade de transportar os esgotos coletados nas residências por gravidade até outros
pontos, que podem ser estações elevatórias ou de tratamento.
As estações elevatórias são sistemas de bombeamento que geralmente são construídas
quando as tubulações da rede coletora já apresentam profundidades superiores a 4,50 m. O
funcionamento de uma EE segue um ciclo constante de enchimento-esvaziamento do poço de
sucção em função do tempo. O esgoto coletado passa por dispositivos de retenção de sólidos e
é armazenado provisoriamente no poço de sucção até o seu bombeamento.
31
Nesse poço de sucção estão instaladas boias elétricas de nível que acionam a bomba
quando o nível do poço atinge o nível máximo. Como a vazão de bombeamento sempre é
maior que a vazão da rede, o poço tende a secar enquanto a bomba está ligada. No instante em
que o poço atinge o nível mínimo, outra boia elétrica desliga a bomba. A partir de então, a
poço começa e encher até que o nível máximo seja atingido e a bomba seja acionada
novamente.
Existem outros tipos de EE nas quais a operação é diferente. O conjunto motor bomba
instalado na EE funciona 24 horas e dispõe de um dispositivo que regula a rotação do motor
em função do nível de esgoto no poço. Ou seja, a vazão bombeada se ajusta automaticamente
ao valor da vazão efluente. Nessa condição, o nível do poço permanece aproximadamente
constante.
Os efluentes bombeados das EE seguem pela tubulação de recalque sob pressão, até o
Poço de Visita (PV) que serve para conectar o trecho que sai da EE ao trecho que funciona em
regime livre para uma ETE.
As ETE’s podem ser de vários tipos: lagoas, digestores anaeróbios ou aeróbios,
compactas, etc. O SES de Ponta Negra tem seus efluentes tratados em lagoa facultativa,
seguida de lagoas de maturação e dispostos em valas de infiltração.
4.2 Variáveis físicas e operacionais do SES
Os sistemas elevatórios de esgotos dispõem de um dispositivo de retenção de sólidos
formado por uma grade e caixa de areia, um reservatório (poço de sucção) e bomba centrífuga
acoplada às tubulações de sucção e de recalque. O projeto de uma EE deve prever o uso de
dispositivos de retenção de resíduos sólidos, além de um reservatório destinado ao
armazenamento temporário do efluente.
O monitoramento da vazão em cada elevatória do SES de Ponta Negra exigiu o
levantamento em campo da estrutura física disponível em cada EE: a) volume útil do poço de
sucção; b) altura geométrica; c) altura de sucção; d) variáveis físicas das tubulações; e) dados
do conjunto motorbomba.
32
Devido à dificuldade de acesso as informações físicas de projeto das EE, houve a
necessidade de proceder ao levantamento da profundidade útil (distância vertical entre os
níveis de esgoto máximo e mínimo no poço de sucção) realizada com a participação de
funcionários da Empresa Concessionária, uma vez que esse tipo de levantamento
normalmente exige o esvaziamento do poço.
O cálculo da vazão bombeada em cada EE obedeceu as seguintes etapas:
a) determinação da vazão efluente da rede pela aplicação do balanço hídrico do poço
de sucção durante o período de enchimento. O levantamento foi feito nos meses de
janeiro/2011 e janeiro/2012, durante o horário considerado de máxima demanda do SES, entre
10 h e 13 h, conforme a expressão:
Q rede =
A poço . (NAmáx -NAmin )
Tenchimento
Equação 1
onde Apoço é a área em planta do poço de sucção (m2), NAmáx e NAmin são as cotas dos
níveis máximo e mínimo respectivamente (m), Tenchimento é o tempo necessário para o
enchimento do reservatório, que corresponde ao tempo entre a parada e o acionamento da
bomba.
b) determinação da vazão de bombeamento da EE. Uma vez determinado Q rede (m3/s),
o cálculo da vazão de bombeamento, Qbomb (m3/s), foi realizado com a aplicação do balanço
hídrico do poço de sucção durante o período de esvaziamento, conforme a expressão,
Q bomb =
A poço . NAmáx -NAmin
Tbomb
- Q rede
Equação 2
onde Tbomb é o tempo de bombeamento necessário para a secagem do poço (s).
4.3 Área de Estudo
O SES de Ponta Negra é composto de seis estações elevatórias de esgotos: EE 1, 2, 3 e 4,
Via Costeira e Praia Shopping, conforme esquema apresentado na Figura 1. A EE 3 recebe as
contribuições de todo o sistema e dispõe de um sistema elevatório que transfere os efluentes
para a ETE. A EE Via Costeira serve ao parque hoteleiro e a uma pequena área do bairro de
Mãe Luiza.
33
Na Figura 3 pode-se observar que as elevatórias EE 1 e EE 2 bombeiam os esgotos até um
poço de visita com cota de 47,35 m, de onde o esgoto segue pela rede coletora do bairro até a
estação EE 3.
Situação semelhante acontece com as EE Via Costeira 4 que recalca os efluentes ao longo
da rodovia denominada de Via Costeira até poço de visita localizado no bairro de Ponta
Negra, cuja cota é de 42,34 m, a partir do qual o esgoto segue para EE3 por gravidade.
A EE Praia Shopping e EE 4, bombeiam os esgotos até um poço de visita em comum, com
cota 41,90 m, de onde também segue por gravidade até a EE 3. Salienta-se que a EE 3 possui
dois subsistemas interligados, pois há duas entradas de esgotos, cada uma com sistema
próprio de retenção de sólidos e poços de sucção. Entretanto o sistema funciona de forma
conjunta, uma vez que os dois poços são interligados e há uma relação de balanço hídrico
entre ambos.
34
Figura 3 Esquema do SES do bairro de Ponta Negra
35
A seguir serão apresentadas mais detalhadamente cada uma das EE que compõem
esse sistema.
4.3.1 Estação Elevatória 1
A área de cobertura da EE 1 abrange a zona costeira de Ponta Negra, próximo ao
Morro do Careca. O serviço sanitário nessa área predominantemente atende a bares,
restaurantes e pousadas.
Apenas uma pequena parcela desta contribuição de esgotos é proveniente das
residências, já que a área de influencia desta elevatória abrange uma parte da vila de
Ponta Negra. Na Figura 4 está apresentada sua localização e área de cobertura.
36
Rede Coletora
Recalque
Área de influência EE1
Figura 4 SES EE1
37
A EE 1, por estar localizada próxima a orla da praia, é a mais fiscalizada por órgãos
públicos ambientais, como o Instituto de Defesa do meio Ambiente (IDEMA), Agencia
Reguladora de Sanemaneto de Natal (ARSBAN) e a Secretaria Municipal de Meio
Ambiente e Urbanismo (SEMURB).
Atualmente o sistema elevatório da EE1 vem apresentando problemas de operação,
decorrentes na sua maioria de possíveis falhas na manutenção preventiva do
sistema.Além disso, observa-se um aumento expressivo da vazão de efluentes nos dias
chuvosos, o que indica possível conexão ilegal da rede pluvial ao SES. O
extravasamento dos efluentes em direção à praia gera impactos importantes, afetando a
balneabilidade da praia numa zona turística.
A Tabela 3 apresenta dados da elevatória.
Tabela 3 Dados EE1
DADOS EE 1
Área de cobertura (ha)
48
População atendida
1731
Cota de entrada
- 1,40 m
Tubulação de entrada
400 mm
Diâmetro do poço de sucção
2,50 m
Volume do poço de sucção
6,87 m³
Vazão de entrada
58,92 m³/h
Vazão de saída
162 m³/h
Vazão nominal da bomba
170 m³/h
Tempo de enchimento do poço
7 minutos
Tempo de bombeamento do poço
4 minutos
Com essas informações foi possível desenvolver a curva característica do sistema
elevatório EE 1 apresentada no gráfico 1.
38
Gráfico 1 Curva de sistema EE 1
O gráfico 1 apresenta as condições de operação do sistema elevatório da EE 1. Nele
é possível observar que o ponto de funcionamento do sistema se desloca para a esquerda
a medida que o poço vai se esvaziando, o que produz como resultado uma redução da
vazão bombeada e aumento da altura manométrica. A tabela 4 apresenta os dados da
elevatória.
Tabela 4 Dados EE1
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
517 m
Diâmetro do recalque
200 mm
Cota mínima do bombeamento
-2,10 m
Cota lançamento
49,45 m
Velocidade do fluxo
1,43 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba
55 m
Altura geométrica
51,55 m
Vazão da placa
200 m³/h
Na figura 5, é possível observar a profundidade do fosso onde a grade está instalada.
39
Figura 5 Chegada de esgoto EE 1
Uma vez que o esgoto é separado dos resíduos sólidos, ele é armazenado
provisoriamente no poço de sucção até o seu bombeamento.
Figura 6 Poço de sucção
Na figura 7 podemos observar os motores do que acionam as bombas de sucção da
EE1, os quais são ligados em paralelo e funcionam alternadamente.
Figura 7 Conjunto moto-bomba em paralelo
40
O layout da EE 1 pode ser observado na Figura 8. O sentido do fluxo do esgoto na
EE está indicado: poço de entrada, grade, caixa de areia, poço de sucção, bombas e
tubulação de recalque.
Figura 8 Layout EE1
Em situações excepcionais como dias de grandes eventos na praia, dias chuvosos
ou de lotação em todos os hotéis e pousadas, a vazão da rede pode superar a capacidade
de bombeamento. Quando isso ocorre, pode haver o refluxo do esgoto, que pode atingir
o nível da superfície, com ocorrência de extravasamento para a via publica.
4.3.2 Estação Elevatória 2
A EE 2 localiza-se na área da vila de Ponta Negra (ver figura 9), e bombeia os
efluentes de origem residencial. Os ramais de esgoto desse sistema são
41
predominantemente convencionais, embora a área seja de classe baixa, onde comumente
são instalados sistemas condominiais.
42
Rede Coletora
Recalque
Área de influência EE1
Figura 9 SES EE 2
43
Os problemas de extravasamento de esgotos no local ocorrem geralmente pela
quebra de equipamentos e também ligações clandestinas de água de chuva na rede de
esgoto. Situada às margens da lagoa de captação de água pluviais da Vila de Ponta
Negra, a EE 2 está sujeita a restrições ambientais. Problemas operacionais na EE 2
produzem o extravasamento de esgoto para a lagoa de captação pluvial.
O sistema funciona de forma semelhante ao da EE 1 e estão apresentados na
Tabela 05.
Tabela 5 Dados EE 2
DADOS EE 2
Área de cobertura (ha)
90
População atendida
3233
Cota de entrada
35,92 m
Tubulação de entrada
400 mm
Diâmetro do poço de sucção
2,50 m
Volume do poço de sucção
7,58 m³
Vazão de entrada
125 m³/h
Vazão de saída
184 m³/h
Vazão nominal da bomba
72,5 m³/h
Tempo de enchimento do poço
4 minutos
Tempo de bombeamento do poço
8 minutos
É possível observar que o tempo de esvaziamento do tanque é maior que o
tempo de enchimento. Essa situação compromete o funcionamento do conjunto
motorbomba, uma vez que a bomba deve ter paradas de no mínimo 10 minutos para
evitar o superaquecimento do motor.
Salienta-se ainda que a vazão de cada bomba individual é menor que a vazão
bombeada. Nesta EE
simultaneamente.
as duas bombas funcionam associadas em paralelo
44
Altura manométrica
70,00
Curva do Sistema - EE2
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
Vazão (m³/h)
Nivel Máximo
Nivel mínimo
Ponto de Operação
Linear (curva da bomba)
Gráfico 2 Curva do sistema EE 2
Observe que o ponto de operação desta bomba apresenta para uma altura
manométrica de 35 m uma vazão de 160 m³/h. Entretanto, de acordo com os dados
obtidos em campo, a vazão bombeada está em torno de 180 m³/h, isso indica que a
bomba está funcionando acima da sua capacidade máxima.
A tabela 6 apresenta dos dados do sistema de bombeamento da EE2.
Tabela 6 - Sistema de bombeamento
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
1335 m
Diâmetro do recalque
200 mm
Cota mínima do bombeamento
24,21 m
Cota lançamento
47,35 m
Velocidade do fluxo
1,63 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba
37 mca
Altura geométrica
23,14 m
Vazão da placa
160 m³/h
Essa elevatória recebe o esgoto bruto que chega por uma tubulação de 400 mm,
e passa pela grade de retenção de resíduos sólidos (ver figura 10) para posterior limpeza
manual.
45
Figura 10 Chegada de esgoto EE 2
A figura 11 apresenta o poço seco da estação elevatória onde ficam instaladas os
conjuntos motor-bomba, que funcionam de forma “afogada” e recalcam os efluentes
para um poço de visita interligado à rede coletora de esgotos.
Figura 11 Bombas 1 e 2
O esquema de funcionamento da EE2pode ser observado na figura 12.
46
Figura 12 Layout EE 2
Salienta-se o poço de visita que recebe os efluentes bombeados da EE 1 e 2 é o
mesmo, e que esse está interligado a rede coletora de esgoto da área de influencia da
EE3.
4.3.3 Estação Elevatória 4
A EE 4 inicialmente não estava incluída no projeto do SES do bairro. A
necessidade de abrangência do sistema iniciou-se com as diversas solicitações,
principalmente de hotéis instalados na área de influencia desta elevatória.
Como a CAERN não dispunha de local para instalação da referida elevatória,
foi necessário solicitar a prefeitura uma área para essa construção. Entretanto, o único
local disponível, e que atendia às cotas chegada da rede coletora, foi o calçadão de
Ponta Negra, local onde a EE deveria ser subterrânea para não prejudicar o aspecto
paisagístico da orla.
47
Inicialmente, devido às condições locais de instalação das elevatórias, a mesma
foi projetada para ser totalmente automatizada, dispensando a presença de operadores,
até porque não havia condições de permanência no local por longos períodos.
Entretanto, o sistema não funcionou como o esperado e a presença de operadores se
tornou inevitável. Hoje, ainda com todas as condições adversas, três operadores
revezam-se em regime de escala para operar o sistema elevatório.
Entrada EE 4
Ponta Negra
Figura 13 Acesso à EE 4
Por ser subterrânea, a permanência no local causa grande desconforto aos
operadores de sistema que trabalham nesta EEE, pois a ventilação e iluminação natural
são precárias, não há local isolado para os funcionários, os quais permanecem em
ambiente semiconfinado inalando os gases provenientes da decomposição anaeróbia que
ocorre nas tubulações de esgotos antes da chegada à estação.
A figura 14 apresenta a localização e a rede coletora de esgotos da EE 4.
48
Rede Coletora
Recalque
Área de influência EE1
Figura 14 SES EE 4
49
A figura 15 apresenta o poço de sucção da elevatória, que está situado no mesmo
local de trabalho dos operadores. É interessante ressaltar que caso haja qualquer
problema na bomba, e o poço transborde, o esgoto extravasará para dentro da elevatória
onde estão instalados os quadros de comando, gerador e outros equipamentos, com os
quais o contato com o esgoto pode ser desastroso.
Figura 15 poço de sucção EE 4
A coleta de dados deste sistema foi realizada com visitas in loco, mas apresentou
dificuldades devido ao funcionamento do sistema ser diferente dos demais, o que
necessitou uma metodologia diferenciada.
O sistema EE 4 não possui boias de nível, mas um medidor de nível que regula a
vazão bombeada de acordo com a vazão de chegada. Ou seja, se a vazão de chegada for
120 m³/h a vazão de saída será a mesma, com o objetivo de deixar o nível do poço
constante, ou com pequenas variações.
Como não há ciclo de encher-secar nesse poço, a alternativa encontrada para
calcular a vazão de chegada de acordo com o nível dentro do poço foi desligar a bomba
de forma manual por 1 minuto e verificar a diferença de nível do poço, sendo possível
calcular o volume que entrou no poço no período em que a bomba estava desligada.
A tabela 7 apresenta os dados do sistema de bombeamento da EE4.
50
Tabela 7Dados EE 4
DADOS EE 4
Área de cobertura (ha)
50,5
População atendida
1815
Cota de entrada
7m
Tubulação de entrada
400 mm
Diâmetro do poço de sucção
7,5 m²
Volume do poço de sucção
7,31 m
Vazão de entrada
104 m³/h
Vazão de saída
125,7 m³/h
Vazão nominal da bomba
170 m³/h
A curva do sistema está representada no gráfico 3, como o nível do poço é
constante, há apenas uma curva do sistema, já que não há variação na altura
manométrica.
Altura manometrica (m)
42,00
Curva do Sistema - Ponta Negra 4
40,00
38,00
36,00
34,00
32,00
30,00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
vazão (m³/h)
Curva do sistema
bomba
Gráfico 3 Curva do sistema EE 4
Ponto de operação
51
Tabela 8 – Dados do sistema de bombeamento
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
365 m
Diâmetro do recalque
250 mm
Cota mínima do bombeamento
8,01 m
Cota lançamento
41,9 m
Velocidade do fluxo
0,6 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba
35 mca
Altura geométrica
33,89 m
Vazão da placa
180 m³/h
A vazão atual de bombeamento se aproxima da vazão projetada, o que indica
que o desgaste dos equipamentos nesta EE não ocasiona perda significativa da vazão.
O funcionamento desta elevatória ocorre inicialmente pela retirada de resíduos
sólidos do esgoto, através da grade de retenção (ver figura 16).
Figura 16 Grade EE 4
Em seguida é armazenado no poço de sucção, de onde é bombeado para o poço
de visita interligado a rede coletora de esgotos que chega à EE 3.
O layout da EE 4 pode ser observado na figura 17.
52
Figura 17 Layout EE 4
Embora o extravasamento de esgotos em caso de falhas do sistema na estação
elevatória não deságüe diretamente na praia, um grave problema tem ocorrido com a
rede de esgotos desse sistema. Devido à proximidade com a orla de Ponta Negra, a
elevação dos níveis de maré tem causado o desmoronamento do calçadão da praia de
Ponta Negra nos últimos meses, causando transtornos aos turistas e transeuntes,
conforme apresentado nas figuras 18, 19 e 20.
53
Figura 18 Desmoronamento Calçadão Ponta Negra (próximo EE4)
Figura 19 Rede coletora quebrada
Entretanto, não são apenas os turistas que estão sendo prejudicados, pois com o
desmoronamento, a rede coletora de esgoto que passa pelo calçadão rompeu pela força
das águas, com isso o lançamento de efluentes para a praia se tornou inevitável. A
prefeitura, responsável pela reconstrução da área danificada, não consegue resolver a
situação em tempo hábil, e a CAERN precisa tomar medidas paliativas e onerosas
(figura 20) para evitar a poluição da praia.
54
Figura 20 Reparos emergenciais na rede de esgoto
4.3.4 Estação Elevatória Via Costeira
A EE Via Costeira foi projetada para receber os efluentes de uma pequena área do
bairro de Mãe Luiza e dos hotéis da Via Costeira, ela localiza-se nas imediações do
Hotel Ocean Palace(figura 21), região de adensamento populacional baixo, com hotéis
de alto padrão.
55
Rede Coletora
Recalque
Área de influência EE1
Figura 21 SES EE Via Costeira
56
Essa elevatória apresenta problemas de manutenção relacionados à quebra de rotor,
falta de energia, entre outros. A questão da falta de energia é um grave problema
naquela localidade, uma vez que, são bastante frequentes. Embora essas elevatórias
sejam providas de geradores, algumas vezes eles não funcionam como deveriam,
ocasionado extravasamentos de esgotos para a praia.
As elevatórias que compõem o SES nessa área são interligadas em série.A elevatória
Via Costeira 1, localizada no início da Via Costeira, próximo ao bairro de Mãe Luiza,
recebe as contribuições de esgotos de uma parte desse bairro e dos restaurantes e motéis
da região, tem funcionamento similar aos das demais elevatórias e bombeia os efluentes
para a Elevatória Via Costeira 2, a qual recebe os efluentes da Elevatória Via Costeira 1
e de alguns hotéis e bombeias para Elevatória Via Costeira 3, que também recebe
efluentes de outros hotéis e por fim bombeia para Elevatória Via Costeira 4.
Durante a pesquisa optou-se por analisar apenas o sistema da EE Via Costeira 4,
uma vez que esse é o único sistema diretamente relacionado com o SES de Ponta Negra.
Os dados desta elevatória podem ser observados na tabela 9.
Tabela 9 Dados EE Via Costeira
DADOS EE VIA COSTEIRA 4
Cota de entrada
14 m
Tubulação de entrada
200 mm
Diâmetro do poço de sucção
2,50 m
Volume do poço de sucção
6,87 m³
Vazão de entrada
27,5 m³/h
Vazão de saída
45,4 m³/h
Vazão nominal da bomba
140 m³/h
Tempo de enchimento do poço
15 minutos
Tempo de bombeamento do poço
23 minutos
Podemos perceber que a vazão de bombeamento é muito inferior a vazão
nominal da bomba. Isso pode ser explicado pelo desgaste de peças, principalmente o
rotor o que provoca queda considerável na vazão da bomba. Como a CAERN não adota
57
monitoramento e manutenção preditiva, só será realizado a troca da peça quando o
sistema não mais estiver funcionando.
Altura manométrica
O gráfico 4 apresenta a curva do sistema EE Via Costeira 4.
Curva do sistema - Via Costeira
65,00
60,00
55,00
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
0
20
40
60
80
100
120
Vazão (m³/h)
Nível máximo
Nível mínimo
140
160
180
200
Ponto de operação
Linear (Curva da bomba)
Gráfico 4 Curva do Sistema EE Via Costeira
Tabela 10– Dados do sistema de bombeamento
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
2790 m
Diâmetro do recalque
200 mm
Cota mínima do bombeamento
13,5 m
Cota lançamento
42,34 m
Velocidade do fluxo
0,4 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba
57 mca
Altura geométrica
42,34 m
Vazão da placa
140 m³/h
Observa-se que a vazão atual de bombeamento é menor que a vazão para qual a
bomba foi projetada, de 140 m³/h. A falta de monitoramento, nesse sentido pode estar
gerando para a CAERN custos desnecessários para esse sistema, uma vez que a vazão
de entrada dessa elevatória é muito inferior à vazão nominal da bomba, a qual poderia
ser trocada por outra bomba de menor potência, que apresenta custos de consumo de
energia bem menores.
58
Na EE Via Costeira 4, as grades e poços de sucção estão localizado na parte externa
da elevatória (ver figuras22 e 23), totalmente isolada do local onde os operadores e
quadros de comando permanecem.
Figura 22 Entrada EE Via Costeira
Figura 23 Grade EE Via Costeira
No poço de sucção há uma caixa divisora de vazão (figura 24), que tem a finalidade
de impedir que a força provocada pelo lançamento do esgoto danifique o fundo do poço.
Salienta-se que as bombas utilizadas nesta elevatória são submersas e recalcam o esgoto
para um poço de visita que o transporta por gravidade até a EE 3.
59
Figura 24 Caixa divisora de vazão
O layout da EEE Via Costeira pode ser observado na figura 25.
Figura 25 Layout EE via Costeira
60
4.3.5 Estação Elevatória Praia Shopping
A EE Praia Shopping foi projetada para receber os efluentes gerados pelo Praia
Shopping e um Condomínio Costa do Corais, conforme área de influencia, figura 26 .
Entretanto, nos últimos anos tem servido adicionalmente a alguns restaurantes
situados nas imediações, o que tem acarretado sérios problemas. Vale citar que, nessa
elevatória os efluentes apresentam alto teor de gordura, dificultando a operação da
elevatória em razão de problemas de funcionamento das boias de nível automáticas, que
são obstruídas pela gordura. Como resultado disso ocorrem falhas no acionamento
automático do conjunto motor bomba, gerando transbordamento de esgotos para a via
pública.
61
Rede Coletora
Recalque
Área de influência EE1
Figura 26 SES EE Praia Shopping
62
Essa elevatória foi construída em 2006 e não estava inserida no projeto inicial de
esgotamento sanitário do bairro. Por ser de pequeno porte, a vazão do sistema difere
bastante em relação à vazão das demais elevatórias, com vazões menores que 5 m³/h. Os
dados foram coletados também de forma empírica observando o tempo de
funcionamento e de parada da bomba, além das medições dos poços de sucção e
profundidade de rede coletora. A tabela 11 apresenta os dados coletados nas visitas em
campo.
Tabela 11 Dados EE Praia Shopping
DADOS EE PRAIA SHOPPING
Cota de entrada
3 m
Tubulação de entrada
150 mm
Diâmetro do poço de sucção
2,50 m
Volume do poço de sucção
1,13 m³
Vazão de entrada
3,21 m³/h
Vazão de saída
4,29 m³/h
Vazão nominal da bomba
50 m³/h
Tempo de enchimento do poço
21 minutos
Tempo de bombeamento do poço
63 minutos
Os dados de vazão bombeada desta elevatória são bastante intrigantes se
comparados à vazão nominal da bomba, por ser apenas 10% da capacidade máxima.
Isso pode ser explicado pelo desgaste do rotor, que ocasiona perda considerável de
vazão. Além disso, a altura manométrica da bomba instalada é menor que a altura real, o
que diminui a capacidade de bombeamento.
O gráfico 5 apresenta a curva do sistema elevatório. A curva da bomba instalada
neste sistema apresenta dados para vazões de 50 m³/h de bombeamento; como esse
sistema está altamente defasado e muito abaixo da eficiência ideal adotada para tal
elevatória; fez se necessário refazer a curva da bomba com base nos dados empíricos
levantados em campo para essa situação.
63
Altura manometrica
35,00
Curva do sistema - Praia Shopping
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
0
1
nivel máximo
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ponto de operação
Vazão (m³/h)
nivel mínimo
Linear (curva da bomba)
Gráfico 5Curva do sistema EE Praia Shopping
Tabela 12 – Dados do sistema de bombeamento
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
937 m
Diâmetro do recalque
75 mm
Cota mínima do bombeamento 3,85 m
Cota lançamento
20,0 m
Velocidade do fluxo
0,4 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba 20 mca
Altura geométrica
16,15 m
Vazão da placa
50 m³/h
O funcionamento daEE Praia Shopping é similar às demais. A EE recebe os
efluentes que passam pela grade de retenção de resíduos sólidos, poço de sucção e são
recalcados para poço de visita.
Nesta elevatória há dois tipos de poços, um seco (figuras 27) e um úmido. O
primeiro tem a finalidade de acondicionar as bombas de sucção afogadas, por estar no
mesmo nível do poço de sucção; o segundo armazena o esgoto até que a boia de nível
máximo do poço acione a bomba. O esquema desta elevatória pode ser observado na
figura 28.
64
Figura 27 Poço seco
Figura28 Layout EE Praia Shopping
4.3.6 EstaçãoElevatória3
A EE 3 foi projetada para receber os efluentes de todo o SES e transferir para a
Estação de Tratamento de Esgotos de Ponta Negra, localiza-se na Rua da Tilápia, S/N –
Ponta Negra, as margens de uma lagoa de captação de águas pluviais da Prefeitura.
65
Por ser uma elevatória de grande porte, e por receber efluentes de todas as
elevatórias do bairro, já necessitou sofrer algumas alterações para atender ao aumento
da demanda, uma vez que duas novas elevatórias (EE4 e Praia Shopping) foram
inseridas no sistema após a execução do projeto inicial.
A elevatória inicialmente era composta de 1 poço de sucção e 1 bomba com
capacidade nominal de bombeamento de 500 m³/h. Entretanto, com o aumento da
demanda foi necessário fazer um poço maior com outra bomba de mesma capacidade e
interligá-los. Os dados referentes a esse sistema podem ser observados na tabela 13.
Tabela 13 Dados EE 3
DADOS EE3
POÇO 1
POÇO 2
27 m
27 m
Tubulação de entrada
500 mm
500 mm
Área do poço de sucção
4,91 m²
4,91 m²
Volume do poço de sucção
2,45 m³
10,3 m³
Cota de entrada
Vazão de entrada
640 m³/h
Vazão de saída
700 m³/h
Vazão nominal da bomba
500 m³/h
500 m³/h
A bomba 1 dessa elevatória funcionam praticamente o dia inteiro, e a bomba 2
para algumas vezes durante o dia, uma vez que a vazão bombeada é relativamente
próxima da vazão de entrada. Todo o efluente é bombeado para a Estação de
Tratamento de Esgotos de Ponta Negra, onde há um medidor de vazão ultra-sônico que
informa a vazão instantânea e a vazão acumulada que chega à essa estação.
O gráfico 6 apresenta a curva da bomba desse sistema, com os dados de
funcionamento das cada bomba separadamente.
66
70,00
Curva do sistema - EE3
65,00
Altura manométrica
60,00
55,00
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Vazão (m³/h)
Ponto de operação
nível minimo
nível máximo
Linear (curva da bomba)
Gráfico 6 Curva do sistema EE 3
Tabela 14 – Dados do sistema de bombeamento
DADOS DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Comprimento do recalque
2324 m
Diâmetro do recalque
400 mm
Cota mínima do bombeamento
19,25 m
Cota lançamento
57 m
Velocidade do fluxo
1,55 m/s
Material do recalque
ferro fundido
Altura manométrica da bomba
47 mca
Altura geométrica
37,8 m
Vazão da placa
500 m³/h
Observe que o ponto de operação desta bomba é aproximadamente 350 m³/h
para altura manométrica de 47 mca. Supõe-se que para a mesma altura manométrica as
duas bombas teriam a vazão de aproximadamente 700 m³h, que equivale a vazão real
medida em campo.
O esquema da figura 29 apresenta o funcionamento dessa elevatória.
67
Figura 29 Layout EE 3
Observa-se que há duas entradas de esgotos. A entrada 1, recebe os efluentes
das EE 1 e 2. O poço 1 é o que tem maior volume, 10,30 m³ e está interligado ao poço
2, com volume de 2,45 m³, que recebe os efluentes da EE4, EE Via Costeira e EE Praia
Shopping. No instante em que um dos poços atinge o volume máximo, o esgoto
excedente extravasa para o outro poço, evitando extravasamentos em via pública.
Entretanto, analisando a vazão que chega à elevatória e a vazão bombeada,
percebemos que mesmo com os dois poços, a probabilidade de extravasamento é grande
em dias chuvosos quando a vazão aumenta bastante.
A figura 30 apresenta a tampa de visita do poço de sucção 1. Esse poço foi
construído abaixo do salão de bombas, para diminuir a área necessária, uma vez que
essa elevatória foi construída no talude da lagoa de captação de águas pluviais.
68
Tampa do poço de
sucção 1
Figura 30 Tampa poço de sucção 1 EE 3
O poço de sucção 2, apresentado na figura 31, foi construído ao lado da
elevatória, também no talude da lagoa.
Figura 31 Poço de sucção 2 EE 3
4.3.7 Estação De Tratamento De Esgoto De Ponta Negra
No final de 2000, entrou em operação em Natal-RN, o maior sistema de lagoas
de estabilização do Estado (ETE Ponta Negra), projetado para receber no final de plano
(2016) uma vazão de 95 l/s com aeradores. O sistema é composto por uma série de 3
lagoas de estabilização, sendo uma facultativa primária seguida de duas lagoas de
maturação, com área total de 11 ha, e localizado em área de expansão imobiliária e de
classe média – alta.
69
4.4 Estimativa do aumento populacional na área de estudo
O aumento da vazão da rede foi estimado com base nos dados de crescimento
demográfico do bairro publicados no Anuário da Secretaria Municipal de Meio
Ambiente e Urbanismo de Natal (2010). Assim, foram usados os dados de densidade
demográfica entre 1991 e 2009 com o objetivo de estimar o aumento da densidade na
área de estudo entre os anos 2013 e 2020.
A projeção da população futura, que irá contribuir com cada uma das elevatórias
em estudo, foi dimensionado com a utilização da equação 1, para progressão aritmética,
a qual de acordo com Von Sperling (2001), é calculada à uma taxa constante e é a mais
indicada para estimativas de menor prazo, que é o nosso caso.
POPt=POPt'+k(t-t')
Equação 3
Onde, POPt é a população futura; POPt’ é a população atual, e k é a taxa de
crescimento.
Essa taxa foi calculada de acordo com a equação 2,
k=
POPt − POPt′
t − t′
Equação 4
Salienta-se que a EE Praia Shopping e Via Costeira utilizou-se a vazão máxima
de projeto e para EE 3 o somatório das vazões de bombeamento das demais elevatórias
mais o crescimento populacional da sua área de influência.
4.5 Delimitação das bacias
A estimativa do crescimento populacional foi realizada para toda área do bairro
de Ponta Negra, entretanto as elevatórias são divididas por bacia hidrográficas. Por esse
motivo houve a necessidade de delimitar a área de influencia de cada bacia onde as
70
elevatórias estão inseridas; dessa forma, é possível determinar a população atendida em
cada área separadamente.
Para realização dessa delimitação, foi solicitada à CAERN, a planta em AUTO
CAD do SES de Ponta Negra, com informações sobre a rede coletora e localização das
elevatórias. De posse dessa planta, iniciou-se o processo de delimitação de acordo com
o fluxo de esgotos. Obviamente em todas as situações as setas de fluxo convergiam para
as estações elevatórias.
Com essa convergência de redes de esgoto foi possível determinar e mensurar a
área de influencia de cada bacia, onde está inserida a elevatória. Com os dados desta
área em hectares (ha) e da população residente em Ponta Negra, determinou-se a
população atendida pela rede de esgotos em cada bacia.
Conhecendo a vazão de entrada atual e a população atendida de cada sistema, foi
possível determinar a vazão per capita de esgotos para cada área do bairro. Julgou-se
mais prudente em vez de utilizar uma vazão per capita teórica, ou seja, 80% da per
capita de água que varia entre 200 a 500l/hab.dia, utilizar a vazão per capita obtida pela
razão entre a vazão de entrada da elevatória e a população atendida.
4.6 Estimativa do aumento da vazão da rede (Qrede)
A estimativa do aumento da vazão foi baseada nos dados já obtidos de
população futura, delimitação de área de influencia e determinação da vazão per capita
para cada elevatória.
Inicialmente determinou-se a população atendida por cada elevatória (POP eee),
pela equação:
𝐏𝐎𝐏 𝐞𝐞𝐞 =
𝐏𝐎𝐏 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐱 𝐀𝐑𝐄𝐀 𝐞𝐞𝐞
𝐀𝐑𝐄𝐀 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥
Equação 5
Em seguida, aplicou-se a taxa de crescimento populacional e determinou-se o
crescimento por cada bacia ao longo dos anos; e por fim multiplicou-se a população
71
pela percapita de esgoto, especifica para cada elevatória, chegando aos dados de vazões
futuras para cada sistema tanto de forma isolada com no sistema interligado.
4.7 Levantamento dos casos de obstrução
O SES Ponta Negra, dividido em 4 bacias hidrográficas apresenta problemas
operacionais também devido ao mau uso do sistema sanitário. Com o objetivo de
quantificar as obstruções de redes e ramais ocorridas pelo uso inadequado foi realizado
levantamento no Sistema Integrado de Gestão de Serviços de Saneamento (GSAN) no
período de janeiro a junho de 2012.
O GSAN possui um banco de dados de possibilita quantificar as solicitações de
desobstruções em ramais e/ou redes coletoras do SES Ponta Negra. Com essas
informações e com as delimitações das bacias, foi possível observar os endereços e
identificar a localização em cada bacia.
4.8 Levantamento das ocorrências nas EE
As elevatórias do SES Ponta Negra não possuem nenhum tipo de
monitoramento, entretanto no ano de 2011 foi implantado a utilização de livros de
ocorrência com o objetivo de descrever os problemas operacionais ocorridos nas
elevatórias.
Esses livros, embora sejam preenchidos pelos operadores do sistema, ainda não
são devidamente utilizados pelas equipes de manutenção da empresa. As quais
dificilmente utilizam-se desse recurso para analisar o histórico de falhas dos
equipamentos, ação que poderia resultar em conclusões importantes sobre como está a
confiabilidade dos equipamentos dessa EE.
A fim de analisar esse histórico, os livros de ocorrência serão observados e as
informações referentes a falhas e quebras serão descritas nos resultados.
72
4.9 Determinação da vazão máxima de entrada
Nas estações elevatórias de esgotos as projeções de vazões são classificadas
como mínima, média e máxima. Para determinação da vazão de bombeamento da
estação elevatória convencionou-se que essa seria o dobro da vazão média de projeto.
Na concepção do projeto das elevatórias do sistema de Ponta Negra, as vazões mínimas,
médias e máximas são respectivamente Q, 2Q e 3Q. Considerando que a vazão da
bomba deve ser o dobro da vazão média temos, a equação 4.
𝑄𝑏 = 2𝑄𝑚é𝑑𝑖𝑎Equação 6
𝑄𝑏 = 2 (2𝑄𝑚𝑖𝑛)
𝑄𝑏 = 4 𝑄 min = 1,3 𝑄𝑚á𝑥
73
5.0 SIMULAÇÃO DO SISTEMA
A determinação das variáveis operacionais de cada EE (Qrede, Qbomb,
Tenchimento, Tbomb) representam as condições de funcionamento do SES para o
cenário atual de uso e ocupação do solo nas bacias contribuintes de esgotos.
Uma vez caracterizada a operação do SES, foi desenvolvido um
algoritmo em planilha eletrônica MS Excel capaz de simular o comportamento
hidráulico de cada sistema elevatório trabalhando de forma integrada.
No desenvolvimento do algoritmo, adotou-se a hipótese de que os problemas
operacionais do SES estão diretamente associados aos problemas de funcionamento das
EE. A simulação permitirá analisar o comportamento do SES em função do aumento da
demanda, refletida no valor da vazão efluente da rede (Qrede) ao longo do tempo.
5.1 Convenções do sistema
Para essa simulação foram utilizados inicialmente os dados obtidos em campo, a
fim de aferir o modelo que simula o intervalo de tempo de bombeamento e de parada do
conjunto motor-bomba, em função da vazão de entrada de esgotos na elevatória.
Com o objetivo de padronizar o monitoramento mais adequado para as
elevatórias e viabilizar as determinações das vazões e dos tempos dos ciclos enchersecar, foram adotadas algumas convenções:
a) Vazão de bombeamento constante e real
A diferença de vazão bombeada no instante em que o poço encontra-se no nível
máximo e no nível mínimo, em função da diferença na altura geométrica, foi
desconsiderada, uma vez que é irrisória em relação à altura geométrica real.
Além disso, convencionou-se também a vazão bombeada sendo a vazão atual do
sistema elevatório, ou seja, a vazão aferida em campo para a situação atual da
elevatória. Essa convenção é importante porque limita a elevatória à situação real de
74
funcionamento, onde a vazão real da bomba é menor que a vazão projetada devido ao
desgaste de peças do sistema.
b) Vazão máxima diária
A vazão de entrada da elevatória utilizada na simulação do ano atual foi a máxima
diária. Nesse caso a simulação considerou o momento de maior consumo do dia em
estudo, sendo possível determinar assim o comportamento hidráulico mais crítico.
Já para a simulação do comportamento hidráulico dos anos futuros, utilizou-se a
vazão máxima prevista com base no crescimento populacional, como já foi especificado
no capítulo anterior.
c) Tempo de simulação
O funcionamento das Estações Elevatórias não sofre grandes modificações ao longo
da semana, com exceção dos feriados e domingos, quando a vazão é maior. Por esse
motivo foram adotados dados de vazão ao longo do dia de maior consumo e realizado a
aferição do modelo por um período de 24h. Dessa forma, a simulação do
comportamento hidráulico dentro do poço é referente ao dia de maior consumo.
d) Variação de tempo
Para a simulação do sistema de bombeamento foi utilizado como medida base a
variação de volume no poço a cada minuto. Esse valor foi utilizado porque observou-se
que o tempo de enchimento do poço variava em poucos minutos, e tenderia a diminuir
conforme a vazão fosse aumentando. Além disso, a simulação foi iniciada
convencionando que o poço estava vazio e que ao longo de “n” minutos, a bomba seria
acionada automaticamente.
5.2 Fluxograma
O fluxograma abaixo (figura 32) apresenta o ciclo de funcionamento do sistema
elevatório em estudo. Observe a vazão de entrada do sistema, no tempo zero, o poço
está vazio; para o t diferente de zero, o volume começa a sofrer alterações. Enquanto o
nível do poço não for igual ao máximo, então o poço continua enchendo; quando o nível
75
do poço for igual ao máximo a bomba é acionada e, enquanto o nível do poço não for
igual ao nível mínimo, a bomba continua ligada; mas quando o nível do poço for igual
ao nível mínimo, então a bomba desliga, e o poço continua enchendo.
76
Figura 32 Metodologia aplicada na simulação
Dados EEE, Qrede
t=0
Volume (t)
Prof = Volume/Área poço
Não
Sim
Nível = Nível Máx
Nível>NivelMáx
Acionar bomba
Não
Sim
Desligar bomba
Nivel>Nmin
77
Esse ciclo foi simulado para cada EE que compõe o sistema elevatório de
esgotos de Ponta Negra. A Tabela 15 apresenta asvariáveis utilizadas na simulação.
Tabela 15 - Simulação
Tempo
(min)
Q esg
(m³/s)
Vol (t)
(m³)
Condição Prof (t)
(m)
Condições
E
S
Hg
F
Q bomba
(m³/s)
Onde,
Tempo (min) é a sequência cronológica do ciclo por hora;
Q esg(m³/s) é a vazão de esgotos prevista para ano simulado;
Vol (t) (m³) é o volume dentro do poço no tempo t;
Prof (t) é a profundidade dentro do poço no tempo t;
Condições são as fórmulas que definem quando a bomba deve ser acionada;
Hg é a altura geométrica em função do nível do poço;
Q bomba (m³/s) é a vazão máxima de bombeamento do sistema.
5.3 Fórmulas utilizadas na simulação
a) A variação do volume em função do tempo
𝑉𝑡 = 𝑄𝑒 − 𝑄𝑏 𝑥 ∆𝑡 + 𝑉
Onde,
Vt é o volume dentro do poço no tempo t
Qe é a vazão de entrada no poço
Qb é a vazão real da bomba, medida em campo
b) Condição de funcionamento em função da altura
Condição 1:
𝑆𝑒 𝐻𝑡 ′′ > 𝐻 𝑡 ′ ; 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑜 𝑝𝑜ç𝑜 𝑒𝑠𝑡á 𝑒𝑛𝑐ℎ𝑒𝑛𝑑𝑜
Condição 2: 𝑆𝑒 𝐻𝑡 ′′ < 𝐻𝑡 ′ ; 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑜 𝑝𝑜ç𝑜 𝑒𝑠𝑡á 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑑𝑜
Onde,
Ht’’ é a altura do esgoto dentro do poço no tempo t
Equação 7
78
Ht’ é a altura do esgoto no instante anterior
c) Altura em função do volume
𝐻𝑡 =
𝑉𝑡
𝐴
Equação 8
Onde, Ht é a altura no tempo t
Vt é o volume no tempo t
A é a área do poço de sucção
A junção desse conjunto de fórmulas, possibilitou a confecção de gráficos que
representam o funcionamento do sistema e o período de cada ciclo encher-secar, o que
pode apontar para o sub-dimensionamento do sistema ao longo dos anos.
79
6.0 RESULTADOS
Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos a partir da simulação do
funcionamento do SES para cenários futuros. O estudo consistiu das seguintes etapas: a)
Levantamento dos dados operacionais de cada EE; b) estimativa operacional da EE a
partir da previsão de crescimento populacional; c) análise das condições operacionais do
SES considerando os riscos ambientais e sanitários; d) manutenção preditiva.
O levantamento e coleta de dados físicos e operacionais foram realizados entre
janeiro/2011 e janeiro/2012. Esses dados representam o quadro da atual das estações
elevatórias de esgotos do SES Ponta Negra e alimentaram o modelo numérico
desenvolvidoque permitiu simular o comportamento do SES em cenários futuros.
6.1 Condição atual de funcionamento das elevatórias
Na Tabela 16são apresentadas as variáveis que definem o funcionamento de
cada elevatória que compõe o SES nas condições atuais.
Tabela 16 Dados operacionais das EE (2012)
ESTAÇÃO
VIA
PRAIA
COSTEIRA
SHOPPING
50,5
Não definida
15
3233
1815
7760
36,06
35,92
35,94
Não definida
Altura útil (m)
1,4
1,6
1,62
1,4
0,50
3,45
Volume do poço (m3)
6,87
7,58
7,31
6,87
1,125
114,7
4
8
23
63
7
4
15
21
58,92
125
27,5
3,21
EE 1
EE 2
EE 4
48
90
População atendida
1731
Densidade (Hab/Ha)
ELEVATÓRIA
Área
de
Cobertura
(Ha)
Tempo
de
bombeamento (min)
Tempo de enchimento
(min)
Qrede (m3/h)
Não
se
aplica
Não
aplica
104,1
se
Não
definida
Não
definida
EE 3
100
3592
35,92
Não
se
aplica
Não
aplica
608
se
80
Qbombeada (m3/h)
162
184
125,7
45,4
4,29
626
Atabela 16 apresenta os dados do SES para as diferentes áreas de cobertura das
estações elevatórias, um dado importante para a análise dos riscos ambientais
provenientes do extravasamento de esgotos nestes locais.
Nesse sentido, nas elevatórias EE 1, EE 4 e Via Costeira, localizadas nas áreas
próximas à orla, o principal risco ambiental está associado ao prejuízo da balneabilidade
devido ao risco de extravasamento de esgotos. As elevatórias EE 2 e EE 3 estão
localizadas em áreas próximas das lagoas de captação de águas pluviais, com risco de
poluição do solo pelo lançamento de esgoto in natura.
Os resultados obtidos com a simulação do funcionamento do SES com base no
crescimento populacional estão apresentados, no gráfico 7, onde são apresentadas as
vazões de esgotos previstas para o período entre 2013 e 2028, para cada elevatória do
sistema, em m³/h.
81
1000,00
Ano Previsto para colapso
900,00
800,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
EE1
EE 2
EE 3
anos
EE 4
Via Costeira
Gráfico 7 Comportamento das vazões futuras
Praia Shopping
2028
2027
2026
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
0,00
2013
Vazão (m³/h)
700,00
82
No gráfico é possível observar o aumento da vazão ao longo dos anos para cada
elevatória. Os pontos em formato de “x” sobre as linhas de crescimento de vazão de
esgotos das elevatórias indicam o instantepara o qual a capacidade instalada da
elevatória entrará em colapso, ou seja, o sistema de bombeamento começaria a trabalhar
acima de sua capacidade nos horários de pico, o que ocasionaria o extravasamento dos
esgotos nas vias públicas, lagoa de captação e praias.
Em seguida, os dados de cada elevatória para os anos futuros serão analisados.
6.2 Estação Elevatória 1
A obstrução de esgotos na orla da praia de Ponta Negra causa bastante transtorno
para os transeuntes. A tabela 17 apresenta os casos de obstruções ocorridas na EE 1 nos
últimos seis meses.
Tabela 17 Casos de obstruções EE 1
MÊS (2012)
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
MÉDIA
OBSTRUÇÕES
16
5
9
4
6
4
7
Os dados indicam 7 casos de obstrução mensais em média. Observar que no mês
de janeiro os casos são mais do que o dobro da média, fato que pode ser explicado pelo
aumento da população flutuante, o que facilita as obstruções por resíduos sólidos, já que
a probabilidade de mau uso aumenta, com base na quantidade de pessoas que utilizam o
sistema.
A tabela 18 mostra o crescimento populacional no período entre 2012-2022, e
sua respectiva vazão prevista para a área de influencia da EE1.
83
Tabela 18Vazão prevista
ANO
POPULAÇÃO
VAZÃO (m³/h)
2012
1731
59
2013
2080
70,80
2014
2429
82,68
2015
2778
94,57
2016
3127
106,45
2017
3476
118,33
2018
3825
130,22
2019
4174
142,10
2020
4523
153,98
2021
4872
165,87
2022
5221
177,75
A população residente em 2022, é cerca de 3 vezes maior que a população atual,
isso deve ocorrer principalmente devido a população flutuante nos meses de dezembro e
janeiro, períodos de alta estação, uma vez que essa elevatória atende a grande
quantidade de hotéis, os quais atingem suas capacidades máximas nesse período.
O gráfico 8 apresenta o comportamento da vazão prevista para no período de
estudo e a vazão máxima de bombeamento.
vazão (m³/h)
Vazão prevista EE1
200,00
180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
vazão prevista
anos
vazão máxima da bomba
Gráfico 8 Vazão prevista
84
Observe que a interseção entre as duas retas ocorre no ano de 2021, quando a
vazão prevista de entrada na elevatória se iguala a vazão máxima de bombeamento;
nesse instante, o sistema tende a entrar em colapso por não mais atender a demanda de
esgotos afluentes à elevatória.
O gráfico 9 apresenta o resultado da simulação do sistema de bombeamento da
EE1.
Simulação EE1 - 2012
0,050
vazão (m³/s)
0,040
0,030
0,020
0,010
0,000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
tempo (min)
Gráfico 9 Simulação EE 1 (2012)
Observar que o período de bombeamento é menor que o período de parada da
bomba, que são respectivamente 4 e 7 minutos, situação ideal para sistemas de
bombeamento.
A tabela 19 apresenta a relação entre esses períodos de encher-secar do poço de
sucção.
Tabela 19 -Ciclo encher-secar EE1
ANO
2012
2013
2014
2015
2016
VAZÃO (m³/min)
TEMPO (min)
TEMPO DO CICLO (min)
ENTRADA BOMBEADA
ENCHER
SECAR
1 BOMBA
2 BOMBAS
0,98
2,67
6,99
3,80
6,99
17,78
1,18
2,67
5,83
4,00
5,83
15,65
1,38
2,67
4,99
6,00
4,99
15,98
1,58
2,67
4,36
7,00
4,36
15,72
1,77
2,67
3,87
8,00
3,87
15,75
85
2017
2018
2019
2020
2021
1,97
2,17
2,37
2,57
2,76
2,67
2,67
2,67
2,67
2,67
3,49
3,17
2,90
2,68
2,49
9,00
13,00
22,00
51,00
90
3,49
3,17
2,90
2,68
2,49
15,97
19,33
27,80
56,36
94,97
No ano de 2012 o tempo de bombeamento é aproximadamente a metade tempo
de enchimento do poço; enquanto que nos anos seguintes, com o aumento da vazão de
entrada, o período de bombeamento torna-se maior que o de parada da bomba, causando
uma sobrecarga no sistema.
Considerando a relação da vazão de bombeamento 30% maior que a vazão de
entrada, observamos que a vazão máxima permitida de entrada de ser 2 m³/min.
No ano de 2017, a sistema de bombeamento apresenta tempo de bombeamento
2,6 vezes maior que o tempo de enchimento do poço.No gráfico 10, podemos observar a
simulação do sistema de bombeamento para esse ano.
Simulação EE1 - 2017
0,050
vazão (m³/s)
0,040
0,030
0,020
0,010
0,000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
tempo (min)
Gráfico 10 Simulação EE 1 (2017)
Observe que neste cenário o ciclo encher-secar para 1 bomba dura
aproximadamente 12 minutos, sendo 3 minutos para encher e 9 minutos para secar, ou
seja, o período de funcionamento da bomba é 3 vezes maior que o período de parada.
86
O gráfico 11apresenta a ano em que o sistema entrará em colapso.
0,06
Simulação EE 1 - 2021
Vazão (m³/s)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
tempo (min)
Gráfico 11 Simulação EE 1 (2021)
A linha em azul representa a vazão máxima de bombeamento da elevatória,
enquanto que a linha vermelha a vazão de entrada no sistema. A vazão de
extravasamento neste caso é representada pela área achurada, equivalente à diferença
entre a vazão bombeada e a de entrada.
Durante a pesquisa realizada nesta EE1, observou-se que além dos problemas do
aumento da vazão, acima do esperado ao longo dos anos, a manutenção e operação do
sistema têm apresentado dificuldades, o que prejudica ainda mais o sistema elevatório.
A fim de quantificar as ocorrências de reparos no sistema, foram observados os
livros de ocorrência desta elevatória, a tabela 21apresenta as solicitações de reparos.
Tabela 20 Registro de Ocorrência EE 1
Registros de Ocorrências EE1
Data
Ocorrência
10/05/2011
Desgaste Selo mecânico Bomba 1
18/05/2011
Desgaste Selo mecânico Bomba 2
01/08/2011
Desgaste no rotor
16/02/2012
Desgaste no FLAP
30/05/2012
Desgaste selo mecânico
10/07/2012
Desgaste do rotor
87
Os reparos provenientes desse sistema resumem-se a desgastes em rotores, selos
e flaps.
O desgaste dos rotores causa, dentre outros problemas, a redução na capacidade
de bombeamento do sistema, o que ocasiona a necessidade de tempo de bombeamento
maior, além de possíveis extravasamentos, dependendo a demanda de entrada.
Os selos mecânicosquando danificados pode ocasionar a perda da capacidade de
bombeamento e o vazamento de esgotos pelas bombas. Essa peça deveria ter longa vida
útil e uma manutenção praticamente inexistente ou mínima; Entretanto, a falta de
controle sobre esses aspectos operacionais faz com que essas peças se desgastem muito
mais rápido do que deveria.
Os Flaps funcionam como uma válvula de retenção na entrada de sucção da
bomba, impedindo o retorno do líquido pela tubulação de sucção quando a bomba é
religada, facilitando o re-escorvamento da bomba. Quando essa peça apresenta defeito,
pode entrar ar na bomba, o que impede a operação do sistema elevatório.
O uso de manutenção corretiva nessa EE ocasiona, troca de peças com
frequência acima do ideal, muitas vezes por que o problema inicial, que causa o
desgaste dessas peças não é identificado e corrigido.
6.3 Estação Elevatória 2
A EE 2, localizada na Vila de Ponta Negra, apresenta obstruções mais comuns
de ramais de esgotos, o que indica a má utilização nas residências. A tabela 21 mostra
os dados de obstruções no sistema da EE 2, nos meses de janeiro a junho deste ano.
Tabela 21 Dados de obstrução EE 2
MÊS (2012)
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
MÉDIA
QTE DE OBSTRUÇÕES
21
24
34
8
6
15
18
88
Observe que nos meses de alta estação, janeiro e fevereiro, a quantidade de
obstruções foram maiores que a média para esse período, o que também pode ser
explicado pelo aumento da população flutuante na praia.
É interessante ressaltar que o mês de março (inicio de baixa estação) apresentou
maior quantidade de obstrução, se comparado aos outros meses. Isso pode ser explicado
pelo aumento nas chuvas,devido ao aumento da vazão pelas ligações clandestinas na
rede de esgoto.
A tabela 22 apresenta o crescimento populacional e da vazão entre os anos de
2012 e 2022 para a EE2.
Tabela 22 Previsão de vazão EE 2
ANO
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
POPULAÇÃO
1796
2145
2494
2843
3192
3541
3890
4239
4588
4937
5286
VAZÃO (m³/h)
125,20
138,72
152,24
165,76
179,27
192,79
206,31
219,83
233,35
246,87
260,39
O gráfico 13 mostra que no ano de 2016, o sistema EE2 terá seu limite de
bombeamento atingido, entrando em colapso.
89
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
300,00
250,00
200,00
150,00
100,00
50,00
0,00
2012
Vazão (m³/h)
Vazão prevista EE2
Anos
Vazão prevista
Vazão máxima da bomba
Gráfico 12Vazão prevista
O sistema EE2, atualmente leva o dobro do período de encher para secar,
situação não ideal. A tabela 23, apresenta os dados da EE 2 no período de 2012 a 2016.
Tabela 23 Ciclo encher-secar EE 2
VAZÃO (m³/min)
TEMPO (min)
TEMPO DO CICLO (min)
ANO
ENTRADA BOMBEADA ENCHER SECAR 1 BOMBA 2 BOMBAS
2012
2,09
3,07
3,76
8,00
3,76
15,53
2013
2,31
3,07
3,40
10,00
3,40
16,80
2014
2,54
3,07
3,10
13,00
3,10
19,19
2015
2,76
3,07
2,84
27,00
2,84
32,69
2016
2,99
3,07
2,63
67,00
2,63
72,26
Observe que a vazão de entrada no ano de 2016 é muito próxima da vazão
bombeada, o que faz com que o sistema funcione por um longo período de tempo, até
atingir o nível mínimo do poço de sucção. É importante ainda ressaltar que para o
sistema com apenas uma bomba (que é caso da EE 2 há vários meses), o intervalo de
tempo atual de bombeamento é de 3,76 minutos, muito menor do que o ideal, 10
minutos.
90
Ainda é interessante observar nessa tabela, que embora a EE 2 só entre em
colapso em 2016, essa elevatória atingirá sua capacidade máxima aceitável de
bombeamento em 2013, quando aQb = 1,3 Qrede, que será de 2,31 m³/min.
O Gráfico 14 apresenta a simulação da EE 2 no ano de 2016.
0,060
Vazão (m³/min)
0,050
Simulação EE2 - 2016
0,040
0,030
0,020
0,010
0
11
22
33
44
55
66
77
88
99
110
121
132
143
154
165
176
187
198
209
220
231
242
0,000
Tempo (min)
Gráfico 13 Simulação 2016 EE 2
No gráfico percebemos que o período em que a bomba está desligada é
praticamente irrisório se comparado ao período em que permanece ligada.
A tabela 24 apresenta as solicitações de reparos para essa EE, nos últimos sete
meses.
Tabela 24 Registros de Ocorrências EE 2
Data
01/01/2012
29/01/2012
02/02/2012
08/02/2012
20/03/2012
16/05/2012
23/05/2012
09/07/2012
Ocorrências EE 2
Ocorrência
vazamento carcaça bomba 1
baixa amperagem bomba 2
rotor bomba 2 quebrado
ar no sistema bomba 2
valvula de retenção bomba 2 quebrada
há várias semanas, bomba 1 ligada direto
bomba 1 está aquecendo
bomba 2 rotor quebrado
Observe que os problemas mais comuns na EE 2, estão relacionados a uso
excessivo do sistema, como quebra de rotor, superaquecimentos das bombas, quebra de
91
carcaças (também relacionado com poder abrasivo da areia presente nos efluentes) além
de problemas de escorvamento.
É importante analisar a situação das válvulas de retenção do sistema, as quais
tem a finalidade de reter o liquido que está na tubulação no momento em que a bomba é
desligada. Quando essas válvulas não vedam o sistema, o esgoto bombeado volta pela
tubulação de recalque para o poço de sucção que enche mais rápido do que deveria.
6.4 Estação Elevatória 4
A tabela 25 apresenta os casos de obstruções na rede de esgotos da área de
influencia EE 4, para o primeiro semestre de 2012.
Tabela 25Dados de obstrução EE 4
MÊS (2012)
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
MÉDIA
QTE DE OBSTRUÇÕES
5
7
3
3
2
3
4
Observe que, se comparado às demais elevatórias, as obstruções nessa área são
bem menos frequentes. É possível que isso ocorra devido ao tipo de cliente atendido,
geralmente hotéis e residências de alto padrão, onde se pressupõe que os usuários
tenham maior consciência sanitária e ambiental.
A tabela 26 apresenta os dados de crescimento populacional nessa área.
Tabela 26 Vazão prevista EE 4
ANO
2012
2013
2014
2015
POPULAÇÃO
1815
2164
2513
2862
VAZÃO (m³/h)
104,10
124,12
144,15
164,17
92
2016
2017
2018
2019
2020
3211
3560
3909
4258
4607
184,20
204,22
224,25
244,27
264,29
A vazão de esgotos na EE4 aumentará consideravelmente nos próximos anos
principalmente pelo aumento da densidade populacional naquela área, pelas construções
de condomínios verticais. É interessante ressaltar ainda que nos meses de baixa estação
a população tenderá a diminuir um pouco, já que a população flutuante diminui nesse
período.
O gráfico 15 apresenta dos dados do aumento da vazão resultante do
crescimento populacional na EE 4. Observe que a vazão máxima de bombeamento se
igualará a vazão de entrada entre os anos de 2015 e 2016.
Vazão prevista EE4
350,00
Vazão (m³/h)
300,00
250,00
200,00
150,00
100,00
50,00
Vazão prevista
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
0,00
Anos
vazão máxima bombeada
Gráfico 14 Vazão prevista EE 4
De acordo com as recomendações da relação vazão bombeada e vazão de
entrada, a vazão máxima de entrada dessa elevatória deve ser 130,2 m³/h, uma vez que a
vazão da bomba é 170 m³/h.
A expectativa é que essa vazão seja atingida entre os anos de 2013 e 2014. Logo,
ainda que essa elevatória tenha condições de bombear os efluentes até o ano de 2015,
essa situação não deve ser considerada por acarretar maior probabilidade de falhas
devido à capacidade acima da recomendada.
93
A EE 4 possui sistema de bombeamento diferenciado das demais Elevatórias,
por esse motivo, a simulação desse sistema não apresenta gráficos com ciclo enchersecar, uma vez que, o poço mantém nível constante.
Na tabela 27 são apresentadas as ocorrências de manutenção corretivas
realizadas na EE4, no período de janeiro a junho de 2012.
Tabela 27 Registro de ocorrências EE 4
Ocorrências EE 4
Data
Ocorrência
02/01/2012 válvula de retenção bomba 1 quebrada
03/03/2012 válvula de retenção bomba 2 quebrada
17/04/2012 bomba 1 quebrada
duas válvulas de retenção quebrada,
15/06/2012 apenas bomba 2 funcionando
O sistema da EE 4 foi instalado em 2006, e por esse motivo é relativamente
novo, se comparado as outras elevatórias, por esse motivo os problemas operacionais se
resumem às válvulas de retenção. Entretanto, essa falha tem ocasionado consumo
excessivo de energia além de desgaste dos equipamentos acima do normal. Isso porque
quando o esgoto é bombeado, uma parte segue pela tubulação de recalque e outra volta
para dentro do poço de sucção pela tubulação da outra bomba, instalada em paralelo.
Como pode ser observado no esquema da figura 33.
Figura 33 Esquema retorno de esgoto pela válvula de retenção
94
Com esse problema, a vazão de entrada da elevatória é maior que a vazão
efetivamente gerada pela população, uma vez que somada à vazão gerada está a vazão
bombeada que retornou pelo barrilhete da outra bomba que está parada.
6.5 Estação Elevatória Via Costeira
A vazão de entrada da elevatória Via Costeira é o somatório das outras
elevatórias da Via Costeira com as vazões dos hotéis próximos a essa elevatória.
A determinação da vazão de entrada dessa elevatória, definida pelo projeto até o
ano de 2016 serviu de base para os dados até o ano de 2020. Como pode ser observado
na tabela 28.
Tabela 28 Vazão prevista
ANO
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2020
POPULAÇÃO
3300
3792
4284
4776
5268
5760
6252
6744
VAZÃO (m³/h)
27,50
31,60
35,70
39,80
43,90
48,00
52,10
56,20
O gráfico 16 apresenta o ano previsto para pane no sistema de bombeamento
devido à demanda ultrapassar a vazão máxima de bombeamento.
95
Vazão prevista EE Via Costeira
60,00
Vazão (m³/h)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
Vazão prevista
2020
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
0,00
Anos
Vazão máxima bombeada
Gráfico 15 Vazão prevista EE Via Costeira
Observe que o sistema de bombeamento até sua capacidade máxima atingida no
ano de 2016.
O sistema de bombeamento dessa elevatória foi simulado para o ano de 2015,
conforme gráfico 17.
Simulação EE Via Costeira - 2015
0,014
0,012
0,008
0,006
0,004
0,002
0,000
0
62
124
186
248
310
372
434
496
558
620
682
744
806
868
930
992
1054
1116
1178
1240
1302
1364
1426
Vazão (m³/s)
0,010
Tempo (min)
Gráfico 16 Simulação EE Via Costeira 2015
96
Observarna tabela 29que os dados de bombeamento do gráfico apresenta tempo
de bombeamento para o ano de 2015, muito maior que o tempo de parada da bomba, o
que pode causar danos nos equipamentos, devido ao uso por longos períodos.
Tabela 29 Ciclo encher-secar
ANO
2013
2014
2015
2016
2017
VAZÃO (m³/min)
ENTRADA
BOMBEADA
0,46
0,53
0,60
0,66
0,73
0,76
0,76
0,76
0,76
0,76
TEMPO (min)
TEMPO DO CICLO (min)
ENCHER SECAR 1 BOMBA
2 BOMBAS
14,97
22,87
14,97
52,80
13,03
29,61
13,03
55,66
11,53
42,00
11,53
65,06
10,34
72,21
10,34
92,89
9,38 257,25
9,38
276,00
A vazão máxima de entrada dessa elevatória deve ser de 0,58 m³/min, uma vez
que a vazão da bomba é 0,75 m³/min. Essa vazão será atingida entre os anos de 2014 e
2015.
A tabela 30 mostra os dados de solicitações de manutenção corretiva nos
equipamentos dessa elevatória.
Tabela 30 Registro de ocorrência EE Via Costeira
Ocorrências Via Costeira
Data
Ocorrência
10/01/2012 soft-start bomba 3 quebrado
06/02/2012 disjuntor bomba 1 quebrado
09/03/2012 bateria do gerador quebrada
transferência bomba 1 para bomba 2
20/05/2012 com defeito
22/06/2012 disjuntor bomba 2 quebrado
20/07/2012 Gerador não está ligando
Observar que os principais problemas de manutenção dessa elevatória estão
relacionados a desgaste de equipamentos elétricos, como disjuntores, baterias e softstarts, o que pode ser explicado pelo alto índice de umidade no local e a maresia que
enferrujam os equipamentos, uma vez que essa elevatória está instalada diretamente na
beira da praia.
É interessante ressaltar que problemas em geradores na área da via costeira são
graves, pois a rede elétrica local apresenta falhas constantes, o que torna indispensável o
uso constante de geradores.
97
6.6 EE PRAIA SHOPPING
A vazão máxima do sistema com base no crescimento populacional do
Condomínio Costa dos Corais e dos clientes do Praia Shopping, foi definido com base
nas informações do projeto original, para a no de 2020. A tabela 31 apresenta esse
crescimento da população e da vazão até 2020.
Tabela 31 Vazão prevista
ANO
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
POPULAÇÃO
290
419
548
677
806
936
1067
1198
1329
VAZÃO (m³/h)
3,63
5,24
6,85
8,46
10,08
11,70
13,33
14,97
16,61
Os dados de obstruções na área de influencia dessa EE são praticamente nulos,
uma vez que contribuição de esgotos proveniente apenas do condomínio e do shopping
é muito pequena. Além disso, os esgotos de entrada da EE Praia Shopping, segundo
informações dos operadores de sistema, praticamente não apresentam resíduos sólidos,
sinal do bom nível de educação sanitária dos usuários desse sistema.
O gráfico 18 apresenta o período em que o sistema, atingirá seu limite,
equiparando a vazão de entrada com a vazão de saída do poço.
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
Vazão prevista - EE Praia Shopping
2013
18,00
16,00
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
2012
Vazão (m³/h)
98
Anos
Vazão máxima bombeada
Vazão prevista
Gráfico 17 Vazão prevista
Diferente de todas as outras elevatórias, essa apresenta seu limite para colapso
para os próximos meses, já que ocorrerá entre 2012 e 2013. Os efeitos desse colapso já
podem ser observados na operação diária do sistema. Pois em dias chuvosos, quando a
vazão aumenta pelas ligações de água de chuva na rede de esgotos, essa elevatória já
apresenta transbordamentos de esgotos em via pública, que ficam empoçados na rua ou
deságuam na rede de drenagem.
A tabela 32 apresenta o tempo do ciclo encher-secar dessa elevatória para os
anos de 2012 e 2013. Observe que no ano de 2012 o poço demora cerca de 19 minutos
para encher e 63 para secar; No ano de 2013, o sistema já estará com a vazão de
entrada maior que a vazão de bombeamento.
A vazão máxima de entrada deve ser 0,053 m³/min, uma vez que a vazão da
bomba é 0,0683 m³/min.
Tabela 32 Ciclo encher-secar
VAZÃO (m³/min)
ANO
ENTRADA
BOMBEADA
TEMPO (min)
ENCHER
TEMPO DO CICLO (min)
SECAR
2012
0,06051
0,06833
18,6
63
2013
0,08726
0,06833
12,9
...
1 BOMBA 2 BOMBAS
18,6 100,1803279
-
-
O sistema atual de bombeamento foi simulado, e no gráfico 19pode ser
observado o comportamento hidráulico do sistema.
99
Bombeamento EE Praia Shopping 2012
0,001
vazão (m³/s)
0,001
0,001
0,001
0,000
0,000
0
64
128
192
256
320
384
448
512
576
640
704
768
832
896
960
1024
1088
1152
1216
1280
1344
0,000
tempo (min)
Gráfico 18 Simulação EE Praia Shopping - 2012
A simulação para o ano de 2013, já apresenta o extravasamento de esgotos.
Observe no gráfico 20, que a vazão de entrada do sistema supera a vazão máxima de
bombeamento, e que a área achurada representa a vazão excedente.
Simulação Praia Shopping - 2013
0,0016
0,0014
0,001
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
Tempo (min)
Vazão bombeada
Vazão de entrada
Gráfico 19 Simulação extravasamento de esgoto - 2013
176
168
160
152
144
136
128
120
112
104
96
88
80
72
64
56
48
40
32
24
8
16
0
0
Vazão (m³/s
0,0012
100
A tabela 33 apresenta as principais ocorrências de problemas operacionais nesse
período.
Tabela 33 Registro de ocorrência EE Praia Shopping
Data
12/03/2012
20/04/2012
22/04/2012
23/04/2012
Ocorrências Praia Shopping
Ocorrência
Poço extravasando
Bomba não está bombeando
Rotor quebrado
Poço extravasando (bomba reserva)
Os extravasamentos de esgotos já ocorrem desde março do corrente ano, e o
rotor da bomba, por funcionar por longos períodos de tempo, também está sofrendo
desgastes excessivos.
6.7 Estação Elevatória 3
Os casos de obstruções nas elevatórias mostram de certa forma a qualidade dos
esgotos que chegam à elevatória e determinam a frequência de limpeza das grades de
retenção de resíduos sólidos. A tabela 34 apresenta os casos de obstrução na área de
influencia da EE 3.
Tabela 34Casos de obstrução EE 3
MÊS (2012)
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
MÉDIA
QTE DE OBSTRUÇÕES
3
3
1
4
6
9
4
Observe que diferente das áreas de influencia das EE1 e EE2, essa área não sofre
grande influencia nos períodos de alta estação, isso porque essa está localizada longe da
orla. Os casos de obstruções também são menores devido ao nível cultural da população
residente nesta área.
101
A tabela 35 apresenta a previsão da população e das vazões ao longo dos anos.
Como essa elevatória recebe os efluentes de todas as outras que compõe esse sistema
além da contribuição da bacia onde está inserida, a determinação dessa vazão futura foi
realizada pela somatória das vazões futuras das outras elevatórias e a vazão da sua área
de influencia.
Tabela 35Vazão prevista
ANO
POPULAÇÃO
VAZÃO
VAZÃO EE's
VAZÃO
2013
3691
123,02
344,75
467,77
2014
3740
124,66
392,89
517,55
2015
3789
126,31
441,08
567,39
2016
3839
127,95
489,32
617,28
2017
3888
129,60
537,62
667,22
2018
3937
131,24
585,97
717,21
2019
3987
132,89
634,38
767,27
2020
4036
134,54
682,85
817,38
O gráfico 21 apresenta o período em que o sistema entrará em colapso, que será
Vazão prevista
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
Vazão prevista EE 3
900,00
800,00
700,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
2013
Vazão (m³/h)
entre os anos de 2017 e 2018.
Anos
vazão máxima bombeada
Gráfico 20 Vazão prevista
A tabela 36 apresenta dos dados de vazão e ciclos de encher-secar ao longo dos
anos.
102
Tabela 36Ciclo encher-secar EE3
ANO
2013
2014
2015
2016
2017
VAZÃO (m³/min)
TEMPO (min)
TEMPO DO CICLO (min)
ENTRADA
BOMBEADA ENCHER SECAR
1 BOMBA 2 BOMBAS
7,80
11,67
1,64
3,30
1,64
6,57
8,63
11,67
1,48
4,20
1,48
7,15
9,46
11,67
1,35
5,77
1,35
8,47
10,29
11,67
1,24
9,25
1,24
11,74
11,12
11,67
1,15
23,35
1,15
25,65
Observe que para a vazão de bombeamento ser 1,3 vezes maior que a vazão de
entrada, a vazão máxima afluente desse sistema deverá ser de 8,97 m³/min, valor que
será atingido entre os anos de 2014 e 2015.
A simulação do sistema EE 3, foi realizada para os anos de 2012 a 2017, ano de
pane no sistema. No gráfico 22 é possível observar a simulação do sistema para o ano
de 2017.
0,250
Bombeamento EE 3- 2017
Vazão (m³/s)
0,200
0,150
0,100
0,050
84
80
76
72
68
64
60
56
52
48
44
40
36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
0,000
Tempo (min)
Gráfico 21 Simulação EE 3 – 2017
Observe que o período de bombeamento do sistema é de 23 minutos, e o tempo
de enchimento é inferior a 2 minutos, ou seja, o período de bombeamento é 12 vezes
maior que o período de parada da bomba.
Atualmente essa EE funciona com duas bombas em paralelo, em dias chuvosos
ou de maior consumo de água, a vazão de entrada já se apresenta muito maior que a
normal. A tabela 37mostra as ocorrências de quebras do sistema nos últimos meses.
103
Tabela 37Registro de ocorrência EE3
Ocorrências EE 3
Data
Ocorrência
02/03/2012 bomba 2 vibrando muito
02/05/2012 as duas bombas funcionando o dia todo
05/05/2012 Flap bomba 3 quebrado
Observe que não há muitas ocorrências, isso é explicado pelo fato de que as
bombas são novas, com menos de 2 anos de uso. A troca desses equipamentos foi
necessária após problemas operacionais de vibração das bombas que estavam causando
transtornos aos vizinhos desta elevatória. A bomba 3 é reserva e está com problemas na
válvula interna (flap) que possibilita a escorva do sistema, fazendo com que a bomba
pegue ar, e não bombeia como deveria.
104
7.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Essa dissertação trabalhou com a hipótese de que ações preventivas e preditivas
podem reduzir a ocorrência de extravasamentos, uma vez que permite prever as falhas e
intervir em tempo hábil, evitando os transtornos e mitigando os danos ambientais, como
lançamento de esgotos in natura na praia.
Para a confirmação dessa hipótese, foram utilizados instrumentos de análise da
capacidade máxima de cada estação elevatória de esgotos que compõe o sistema, a fim
de possibilitar a simulação do comportamento hidráulico e observar as falhas
concernentes a esse bombeamento.
Após a simulação do sistema contatou-se que as falhas operacionais desses
sistemas de bombeamento poderiam ser mitigadas pelas ações de monitoramento de
aspectos gerais do sistema. Esse monitoramento deve inicialmente ser realizado apenas
para aspectos qualitativos, de forma que após a realização e tabulação desses aspectos,
os dados quantitativos também sejam levantados. O ideal nesse monitoramento é saber
até que ponto o sistema efetivamente está funcionando e o que precisa ser melhorando
para que esse funcione plenamente.
É interessante ainda lembrar que o monitoramento do tempo de funcionamento
das bombas e das vazões de entrada e saída das elevatórias, bem com a descrição dos
problemas operacionais como vazamentos e ruídos, pode ser determinante para evitar
falhas graves do sistema, uma vez que, esses parâmetros qualitativos podem informar as
condições reais de funcionamento da elevatória.
A implantação de planos de manutenção preditiva deve ser realizada após as
ações de monitoramento, a fim de corrigir indícios de falhas antes que ocorram. É muito
importante lembrar que esse tipo de manutenção requer principalmente a coleta
confiável dos dados e a organização das informações, a fim de apresentar um retrato fiel
da situação de cada sistema elevatório. Para tanto, há necessidade de investimentos
nessa área para aquisição de equipamentos, materiais e pessoal capacitado para o
monitoramento e análise dos resultados.
A alimentação de um banco de dados informando os dados básicos como:
diâmetros de recalques e rotores, vazão e altura manométrica nominal, rendimento,
modelo da bomba, periodicidade das limpezas dos poços de sucção, dentre outros;
105
Atrelado a intervenções realizadas nos equipamentos, ao longo do tempo de
funcionamento dos mesmos, pode dar base para investigações mais precisas dos
motivos de desgastes excessivos de peças e equipamentos, evitando as frequências de
quebra e detectando a raiz do problema.
As informações de situações passíveis de falhas, geralmente repassadas pelos
operadores do sistema, não devem ser desconsideradas pelas equipes de manutenção das
elevatórias, pois embora pequenas perdas de vazão,o aumento no horímetro, ruídos
diferentes e pequenas vibrações possam passar desapercebidassão sinais importantes de
eminente falhas no sistema.
Ainda é interessante ressaltar que embora haja custos iniciais para implantação
de manutenção preditiva em sistemas elevatórios, ela ainda é o tipo de manutenção mais
recomendada, pois praticamente exclui a probabilidade de falhas graves, e corrige as
possíveis falhas, apresentado para os clientes uma prestação de serviço de boa qualidade
e confiabilidade.
106
8.0 CONCLUSÃO
A simulação do funcionamento do SES de Ponta Negra permitiu chegar às seguintes
conclusões:

O uso do modelo numérico permitiu simular o comportamento hidráulico das EE
em função da vazão de efluentes e do sistema de bombeamento;

A simulação do funcionamento das EE permitiu analisar o ciclo encher-esvaziar
do poço de sucção para cenários futuros;

A relação Qrede/Qbomb demonstrou ser um parâmetro útil na analise da capacidade
hidráulica da EE. Uma condição considerada ideal apresenta essa relação menor
que 0,77, ao passo que valores acima de 0,77 sinaliza o comprometimento da
capacidade da EE, com o sistema de bombeamento trabalhando de forma
precária, com desgaste dos equipamentos;

A EE Praia Shopping apresenta atualmente condição hidráulica incompatível
para suprir as demandas. Nela, o sistema de bombeamento trabalha por longos
períodos, resultando numa sobrecarga das peças e equipamentos.

A adoção de manutenção preditiva permite melhorar o funcionamento do SES,
pois prevê possíveis falhas e intervém em tempo hábil para evitar os transtornos
e mitigar os danos ambientais;

As obstruções na rede apresentaram variabilidade espacial, o que pode estar
associada ao nível educacional da população. Na vila de Ponta Negra o número
de ocorrências é 4,5 vezes mais alto comparado com a região hoteleira;

A falta de manutenção preditiva e de monitoramento do SES tem contribuído
para a ocorrência de falhas operacionais dos sistemas elevatórios, com a
ocorrência de extravasamentos de esgotos e lançamento in natura na praia.
107
9.0 REFERENCIAS
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