Baixe Apostila hidraulica-sanitaria-final e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Física, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA ENG 350 INSTALAÇÕES HIDRÁULICO-SANITÁRIAS Profª: Cecília de Fátima e Souza Construções Rurais e Ambiência Arte Final: Flávio Alves Damasceno Engenheiro Agrícola Viçosa – MG 2009 Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. ENG 350 – NOTAS DE AULA AULA TEÓRICA: INSTALAÇÕES HIDRÁULICO-SANITÁRIAS DEA/UFV PROFESSORA: CECÍLIA DE FÁTIMA E SOUZA I. INSTALAÇÕES DE AGUA FRIA (NB- 92/80 – ABNT – NBR 5626/82) A. Definição Corresponde ao conjunto de tubulações, conexões e acessórios que permitem levar a água da rede pública até os pontos de consumo ou utilização dentro da habitação. B. Sistemas Sistema direto - todos os aparelhos e torneiras são alimentados diretamente pela rede pública. Sistema indireto - todos os aparelhos e torneiras são alimentados por um reservatório superior do prédio, o qual é alimentado diretamente pela rede pública ( caso haja pressão suficiente na rede) ou por meio de recalque, a partir de um reservatório inferior. Misto – parte pela rede pública e parte pelo reservatório superior o que é mais comum em residências, por exemplo, a água para a torneira do jardim vem direto da rua. C. Componentes Sub-ramal- canalização que liga o ramal á peça de utilização. Ramal – canalização derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais. Coluna de distribuição- canalização vertical derivada do barrilete ou colar e destinada a alimentar os ramais. Colar ou barrilete – canalização horizontal derivada do reservatório e destinada a alimentar as colunas de distribuição. Ramal predial – canalização que conduz a agua da rede pública para o imóvel. Reservatório de água. Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. Figura 3 - Vista geral de um sistema de distribuição de água Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. G. Dimensionamento do Reservatório TABELA 1: Consumo de Água em litros/cab/dia Consumo de Água (litros/cab/dia) Homem 100 a 200 • Residencias • Hotéis • Escolas • Quartéis Bovinos ( intensivo) • De leite 120 • De corte cria e recria 40 terminação 80 Aves • de corte ( frangos) 0,15 • de postura ( galinhas ) 0,20 Suínos Peso Corporal ( Kg ) • 13 2,3 a 4,5 • 26 a 36 3,2 • 34 a 56 7,5 • 90 a 150 7,0 a 13,5 • Porcas em gestação 13,5 a 17,0 • Porcas em lactação 18,0 a 23,0 Abatedouros • Grandes animais 300 • Pequenos animais 150 Eqüinos 45 a 100 Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. OBSERVAÇÕES: 1) A dimensionar o reservatório, é recomendável um fator de segurança de 3 dias para a reserva do volume. 2) Fatores como o clima (+ quente e seco), hábitoes e nivel sócio – econômico da população, natureza (presença de indústrias) e crescimento da cidade, influem no consumo de água. 3) Para a capacidade maior ou igual 5.000 litros, construir 2 ou mais reservatórios. 4) Os reservatórios devem ser construídos em local de fácil acesso a fim que possam ser inspecionados periodicamente. H. Distribuição de água Materiais empregados: Tubos de ferro fundido Tubos PVC Juntas rosqueadas ou soldadas Projeto Restrições o Ø mínimo = ½” (15mm) a ¾” (20mm) o Vmáx nas canalizações = 2,5 m/s o V ≤ 14 x D ( Dem mm e V em m/s) Para não produzir ruído desagradável durante o escoamento. Dimensionamento da tubulação: Método do consumo Máximo Possível - Baseia-se no fato de que a vazão no ramal de distribuição deve ser do uso simultâneo de todos os aparelhos que ele alimenta. Tabela 2 – DIÂMETROS RECOMENDADOS NA TUBULAÇÃO Aparelho Ø mm Vaso com válvula de descarga (V.D) e com caixa d’agua em altura < 6 m 1 ½” 40 V.D. cx d’água altura > 6 m 1 ¼” 32 Vaso com caixa de descarga ½” 15 Bidê, chuveiro, bebedouro, lavatório ½” 15 Pia de cozinha ½” 15 Máquina de lavar (roupas , louças) ¾” 20 Filtro ½” 15 Banheira ½” 15 Tanque ¾” 20 Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. ÁREA DE SERVIÇO Corte BB Figura 7 – Detalhe da vista frontal da área de serviço Corte CC Figura 8 – Detalhe da vista lateral da área de serviço Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. BANHEIRO Corte DD Figura 9 – Detalhe da vista frontal do banheiro Corte EE Figura 10 – Detalhe da vista lateral do banheiro Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. Considerando a cozinha e a área de serviço, teríamos o seguinte dimensionamento, feito com base nas tabelas 2 e 3. TRECHO 1 – FI + TQ = ½” + ¾” = 1 + 2,9 = 3,9 = 6,2 → 1” TRECHO 2 - FI +TQ +PI = ½” + ¾” + ½” = 1 +2,9 +1 = 4,9 = 6,2 → 1” → TRECHO 3 - FI +TQ +PI +MLR = ½” + ¾” + ½” + ¾” = 1 + 2,9 + 1 + 2,9 = 7,8 = 10,9 → 1 ¼” TRECHO 4 - FI +TQ +PI +MLR + MLP = ½” + ¾” + ½” + ¾” = 1 + 2,9 + 1 + 2,9 + 2,9 = 10,7 = 10,9 → 1 ¼” Exercício: Fazer o dimensionamento para o banheiro Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. E) Dimensionamento É feito atribuindo-se aos diversos aparelhos valores chamados unidades de descarga (UD). A unidade de descarga é um fator numérico que representa a freqüencia habitual de utilização, associada à vazão típica de cada uma das diferentes peças de um conjunto de aparelhos heterogêneos em funcionamento simultâneo. Corresponde a descarga de um lavatório de residência. Para o dimensionamento serão utilizadas as Tabelas 4 e 5. TABELA 4 - Número de unidades de descarga dos aparelhos sanitários e diâmetro nominal dos ramais de descarga. Aparelho Número de Unidades de Descarga Diâmetro Mínimo de ramal de descarga mm (pol) Banheira • De residência • De uso geral Bebedouro Bidê Ducha Chuveiro • De residência • De uso geral Lavatório • De residência • De uso geral • De uso coletivo, por torneira Mictório • Com válvula • Com descarga automática • Com calha, por metro Pia • De residência • De grandes cazinhas • De despejos Ralo Tanque de lavar • Pequeno • Grande Vaso sanitário 3 4 0,5 2 6 2 4 1 2 1 6 2 2 3 6 3 1 3 6 40 (1 ½) 40 (1 ½) 30 (1 ¼) 30 (1 ¼) 75 (3) 40 (1 ½) 40 (1 ½) 30 (1 ¼) 40 (1 ½) 50 (2) 75 (3) 40 (1 ½) 50 (2) 40 (1 ½) 50 (2) 50 (2) 30 (1 ¼) 30 (1 ¼) 40 (1 ½) 100 (4) Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. Tabela 5 – Ramais de Esgoto (diâmetro mínimo) Número de unidade de descarga Diâmetro mínimo mm (pol) 1 4 7 13 24 160 432 30 (1 ¼) 40 (1 ½) 50 (2) 60 (2 ½) 75 (3) 100(4) 125 (5) EXEMPLOS DE DIMENSIONAMENTO PLANTA BAIXA ESGOTO SANITÁRIO Figura 11 – Planta baixa de um prédio com um pavimento Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. PLANTA BAIXA ESGOTO SANITÁRIO Figura 12 – Planta baixa de um banheiro simples Figura 13 - Esquema de junção da coluna de ventilação Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. SISTEMA DE ESGOTO DOMICILIAR Tanque séptico O tanque séptico ou fossa séptica é uma das soluções recomendadas para destino dos esgotos (afluentes) em edificações providas de suprimento de água. É um dispositivo de tratamento biológico, destinado a receber a contribuição de um ou mais domicílios e com capacidade de dar aos esgotos um grau de tratamento compatível com sua simplicidade e custo. Os tanques sépticos foram concebidos por volta do ano de 1860, a partir de trabalhos pioneiros de Louis Mouras, na França, que utilizando um tanque enterrado no solo, acondicionou matérias sólidas provenientes de cozinha e banheiro e observou a formação de um lodo escuro e pouco denso. Até hoje, esses tanques ainda são amplamente divulgados, constituindo uma das principais alternativas para tratamento biológico primário de despejos. Os tanques sépticos podem ser cilíndricos ou prismático-retangulares, sendo que estes últimos favorecem a decantação, basicamente dos tipos com câmara única (Figura 18), com câmaras em série e com câmaras sobrepostas. Pode ser todo construído de concreto ou as paredes podem ser de alvenaria de ½ tijolo, de tijolos maciços (35 tijolos maciços por m2) revestidos com argamassa de cimento e areia no traço 1:3 adicionada de impermeabilizante. As paredes são executadas sobre base de concreto simples feita sobre terreno apiloado, nas dimensões determinadas pelo projeto. As chicanas, responsáveis pelo direcionamento do afluente dentro do tanque, podem ser de madeira ou concreto pré-fabricado, com espessura 0,05 m, sendo a da entrada menor que a da saída. A laje que serve para tampar e vedar a fossa, normalmente é confeccionada de concreto armado, 0,06 a 0,08 m de espessura, e é septada, composta por partes de 0,50 m de largura que facilitam a abertura para limpeza. As tubulações de entrada e saída são de 4”. FIGURA 18 – Esquema do tanque séptico de câmara única. Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. Dentro da fossa séptica o esgoto se desloca horizontalmente e com baixa velocidade, nela permanecendo durante um certo período, conhecido por tempo de detenção. A pequena velocidade de escoamento permite que as partículas mais densas decantem, sob a ação da gravidade, para formar o lodo e que as menos densas subam para flutuar na massa líquida, constituindo a escuma. São encaminhados à fossa séptica todos os despejos domésticos oriundos de cozinhas, lavanderias, chuveiros, lavatórios, bacias sanitárias, bidês, banheiras, mictórios e ralos de pisos de compartimentos internos. Processa-se uma sedimentação de 60 a 70% dos sólidos em suspensão contidos nos esgotos, formando-se uma substância semilíquida denominada lodo. Parte dos sólidos não decantados, formados por óleos, graxas, gorduras e outros materiais misturados com gases, são retidos na superfície livre do líquido, no interior da fossa, os quais são denominados escumas. O esgoto, livre dos materiais sedimentáveis e flutuantes, flui entre as camadas de lodo e de escuma, deixando o tanque séptico em sua extremidade oposta, de onde é encaminhado a uma unidade de pós-tratamento. A decomposição do lodo e da escuma, dentro da fossa, é facultativa e anaeróbia, resultando em compostos mais estáveis como o CO2, CH4 e H2S. É bastante lenta sendo que o período de digestão somado ao que o lodo fica armazenado constitui o intervalo de tempo entre duas operações consecutivas de remoção do lodo ou de limpeza da fossa. O lodo retido no tanque séptico deve ser periodicamente removido, de acordo com o período de armazenamento estabelecido no dimensionamento, sendo recomendados intervalos de 1 a 3 anos ou quando o lodo atingir camada de 1/3 da profundidade do líquido. O material estável sólido retirado do interior da fossa séptica deve ser depositado em área destinada para esse fim. A essência dos processos biológicos de tratamento de esgotos reside na capacidade dos microrganismos envolvidos utilizarem os compostos orgânicos biodegradáveis, transformando-os em subprodutos que podem ser removidos do sistema de tratamento. É importante enfatizar que a fossa séptica não purifica os esgotos, apenas reduz a sua carga orgânica a um grau de tratamento aceitável em determinadas condições. O efluente é escuro e com odor característico devido a presença de gás sulfídrico e outros gases produtores de odores. As bactérias estão presentes em grande quantidade e provocam destruição parcial ou total dos microrganismos patogênicos. Mesmo quando a fossa é bem projetada e satisfatoriamente mantida, seu efluente ainda possui de 30 a 40% de sólidos em suspensão e uma demanda bioquímica de oxigênio não inferior a 30% dos valores referentes ao esgoto afluente. A eficiência de remoção de óleos e graxas é da ordem de 70 a 90%. É necessária, portanto, atenção relativa para a disposição do efluente. O efluente da fossa séptica pode ser disposto em poços absorventes ou em sistemas de filtros anaeróbios montados com brita e areia. Os filtros anaeróbios, assim como os poços sumidouros, recebem a parte líquida do esgoto, previamente tratado pela fossa séptica, a qual retém essencialmente a parte sólida (matéria orgânica). A seqüência de diferentes granulometrias de brita e areia permite uma filtração dos diferentes componentes que não foram transformados pela fossa. As zoogléias, comunidades de bactérias, se depositam nas britas para então exercer ação sobre os patogênicos e a matéria orgânica que não foram eliminados pela fossa. Após o percurso pelo filtro, é necessário adaptar uma saída para o líquido remanescente. Pode-se conectar o filtro a um sumidouro ou mesmo à galerias de água pluvial, situação esta recomendada somente quando há um tratamento prévio do esgoto. O efluente pode ser ainda descarregado no solo por meio de valas de infiltração (Figura 19), desde que se disponha de áreas suficientemente grandes e solo com Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. permeabilidade favorável à percolação do líquido. As valas escavadas no terreno, duas no mínimo, onde ficam as tubulações de drenagem, devem ter profundidade de 0,70 a 1,00 m, largura de 0,50 a 1,00 m, guardando entre si o afastamento mínimo de 1,00 m, considerando- se paredes vizinhas. A tubulação de drenagem é constituída de tubos de 0,10 m, perfurados, que deixam entre si juntas livres, cobertas com papel alcatroado de modo a evitar o entupimento do sistema, obedecendo-se extensão máxima de 30 m e declividade de 1:300 a 1:500. As valas que recebem a tubulação são preenchidas com materiais filtrantes como a brita, sendo a extensão definida em função da vazão do efluente da fossa séptica, da capacidade de absorção do solo e da largura das próprias valas. Para fossas domiciliares, pode-se adotar, de forma prática, de 7 a 10 m de canalização nas valas, por pessoa, e para maiores vazões, pode-se adotar de 1 a 4 m por pessoa. FIGURA 19 – Detalhes da confecção das valas de infiltração. A escolha do processo a ser adotado para disposição do efluente da fossa séptica está relacionada a fatores como a natureza e utilização do solo; profundidade do lençol freático, que não deve ser atingido; permeabilidade do solo; localização da fonte de água de subsolo utilizada para consumo humano, bem como intensidade de seu uso e; volume e taxa de renovação das águas de superfície. Quando o dimensionamento do sistema de valas de infiltração resulta em mais de uma linha (Figura 20), é necessário a instalação de uma caixa que permita fazer a distribuição do efluente, instalada entre a tubulação de saída do tanque séptico e as linhas. As caixas de distribuição (Figura 21) podem ser de seção quadrada, retangular ou circular, podendo ser construídas com alvenaria de tijolos maciços, ½ vez, revestida com argamassa. Devem ter tampa septada de concreto armado. As tubulações de entrada e saída são de 4”. Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. orgânicos dissolvidos. Por outro lado, se o oxigênio livre é insuficiente, a decomposição anaeróbia passa a ocorrer, conferindo ao solo coloração escura com produção de maus odores. As condições aeróbias prevalecerão se o esgoto for aplicado intermitentemente, dando lugar a que o oxigênio tenha melhor acesso aos poros nos intervalos de aplicação. Caso a aplicação seja contínua ou mesmo prolongada, os microrganismos aeróbios acabam por morrer, sendo substituídos pelos anaeróbios. O dimensionamento do poço sumidouro pode se feito, partindo-se da determinação da área das suas paredes, a qual pode ser definida em função do tempo de infiltração do solo, de acordo com os dados apresentados na Tabela 1. TABELA 1- Áreas de absorção de poços absorventes, em m2, em função da capacidade de infiltração do solo, medida pelo coeficiente de infiltração (Ci), em litros por m2 por dia e pelo tempo de infiltração, em minutos Tempo de Infiltração (min) Coeficiente de Infiltração (L.m-2.dia-1 ) Área de absorção das paredes por pessoa (m2) < 1 (areia grossa ou pedregulho) > 90 1,8 2 – 5 (areia fina) 60 a 90 2,8 5 – 10 (areia com argila) 40 a 60 4,5 11 – 30 (argila com muita areia ou pedregulho) 30 a 40 7,4 30 – 60 (argila com pouca areia ou pedregulho) 20 a 30 14,9 > 120 (argila compacta, rocha ou outras formações impermeáveis) < 20 impraticável APLICAÇÃO 2 Dimensionar poço sumidouro ou absorvente, circular, para atender família de 10 pessoas, considerando-se que o tempo de infiltração do solo da propriedade seja igual a 4 minutos. De acordo com a Tabela 1, para tempos de infiltração do solo entre 2 e 5 minutos, pode-se adotar área de absorção igual a 2,8 m2 por pessoa. Então: a) Área total das paredes (Sp): 22 28/8,210 mpessoampessoasSp =×= b) Perímetro do poço sumidouro (P): Adotando-se diâmetro (D) igual a 1,5 m, tem-se: mDP 7,4== π Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. c) Profundidade do poço (hs): m m m P Sp hs 9,5 7,4 28 2 === Nesse caso a profundidade calculada ficou acima da máxima recomendada, com risco de atingir e contaminar o lençol freático. Dessa forma, pode-se redimensionar, adotando-se área da seção transversal maior ou optar pela construção de duas unidades mais rasas. As valas de infiltração devem ser montadas em linhas com mesmo comprimento, evitando-se a proximidade de árvores para que as raízes não interfiram nas canalizações. A área das valas pode ser gramada, o que contribui para a absorção do líquido efluente, por meio da transpiração. Quanto menor for o teor de sólidos em suspensão no efluente, mais lenta será a colmatação do terreno nas valas de infiltração e, conseqüentemente, mais longo o período de funcionamento desses sistemas. O sucesso do tanque séptico deve-se principalmente à sua simplicidade construtiva e operacional, não sendo recomendado dimensioná-lo para número de usuários maior que 300. De acordo com a NBR 7229/82, a capacidade mínima da fossa séptica deve ser de 1.250 litros e a máxima, de 75.000 litros. A.1) Dimensionamento do Tanque Séptico O dimensionamento pode ser feito, de acordo com ABNT (1982), por meio da seguinte equação: )(1000 KLTDHCNV f ×+××+= (01) em que, V = Volume útil, L; N = Número de pessoas ou unidades de contribuição, hab ou unid.; C = Contribuição de esgotos, L/ha.dia ou L/unid.dia; TDH = Tempo de detenção hidráulica dos despejos, dias; Lf = Contribuição de lodo fresco, L/ha.dia ou L/unid.dia; e K = Taxa de acumulação de lodo, dias. O tempo de detenção hidráulica (TDH), como mostrado na Tabela 2, pode ser dado em função da contribuição diária de esgotos (Q = NxC), de forma a promover a sedimentação mais efetiva dos sólidos e a depuração biológica da fase líquida Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. Tabela 2 – Tempo de detenção hidráulica dos esgotos em função da contribuição diária Contribuição diária (Q) Tempo de detenção hidráulica (TDH) (L/d) (dias) (horas) Até 1500 1,00 24 1501 – 3000 0,92 22 3001 – 4500 0,83 20 4501 – 6000 0,75 18 6001 – 7500 0,67 16 7501 – 9000 0,58 14 Acima de 9000 0,50 12 Para a contribuição de esgotos (C) de residências de padrão médio, valores médios da ordem de 130 L/un.dia e da contribuição de lodo fresco (Lf), da ordem de 1 L/un.dia. Há recomendações para que esses parâmetros sejam de 150 e 1 L/un.dia, respectivamente. Para hospitais, prédios de apartamentos, escolas, residências rurais e hotéis, pode-se considerar 250, 200, 150, 120 e 120 L/un.dia, respectivamente para C. O valor de Lf pode ser considerado 1 L/un.dia, para todos os casos mencionados. O mesmo autor fornece valores para a taxa de acumulação de lodo (K), em dias, por faixa de temperatura ambiente e por intervalo entre limpezas do tanque. Considerando-se limpeza anual do tanque, K seria 65 para temperatura ambiente entre 10 e 20o C e 57 para maior que 20o C. Para limpeza a cada 5 anos, K seria 225 e 217, considerando-se as faixas de temperatura mencionadas anteriormente. A profundidade útil dos tanques sépticos pode ser de 1,50 a 2,80 m para volumes úteis dos mesmos de 6,0 a 10 m3 . Para fossas sépticas de seção circular, o diâmetro interno mínimo e a profundidade útil mínima devem ser iguais a 1,10 m e o diâmetro não deve ser superior a duas vezes a profundidade útil. Para as fossas sépticas retangulares, a largura interna mínima deve ser igual a 0,70 m, a razão entre comprimento e largura deve estar entre 2 e 4, a profundidade útil mínima igual a 1,10 m e a largura não pode ultrapassar duas vezes a profundidade útil. Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. FIGURA 23 – Esquema do sistema de distribuição de esgoto domiciliar FIGURA 24 – Detalhe da distância entre a caixa de inspeção e fossa séptica Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. CAIXA DE INSPEÇÃO FIGURA 25 – Detalhe do dimensionamento da caixa de inspeção FOSSA SÉPTICA CIRCULAR FIGURA 26 – Detalhe interno da fossa séptica circular Notas de Aula ENG 350 - Instalações hidráulico-sanitárias SOUZA, C.F. FOSSA SÉPTICA RETANGULAR FIGURA 27 – Detalhe interno da fossa séptica retangular (a) (b) FIGURA 28 - Detalhe da fossa séptica no sentido horizontal (a) e vertical (b)