Aula 4 Captação 2 final

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SANEAMENTO BÁSICO II 
- AULA 4- 
Prof. Eloá Cristina F. Pelegrino (eloa.pelegrino@unifran.edu.br) 
UNIFRAN – 2017 
8º Período – Curso de Engenharia Civil 
Disciplina 
 
SANEAMENTO BÁSICO II 
 
CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUPERFICIAL 
 
Aula 4 - Captação de água de superfície - Parte II 
Dispositivos constituintes das captações de água: 
 
•Tomada de água (ocorre em todo o tipo de captação). 
•Barragem de nível ou soleira, (eleva o nível de água do manancial 
garantindo N.A. mínimo na captação). 
•Reservatório de regularização de vazão (situações em que a vazão 
mínima do manancial for menor do que a vazão de captação). 
• Grades e telas, geralmente presentes em todo o tipo de captação. 
•Desarenador (caixa de areia), que é utilizado quando o curso
 de água apresenta transporte intenso de sólidos. 
 Dispositivos constituintes das captações de água: 
Barragem de regularização de nível (soleira): é 
um muro de pequena altura (1 a 2 metros) 
construído no curso de água com a finalidade de 
dotá-lo de altura de lâmina de água suficiente 
para a derivação ou captação de suas águas. 
Aplica-se a cursos de água de superfície cujo 
nível de água mínimo (NAmin) seja reduzido. 
Na situação mais simples é construída com blocos de 
rocha colocados no curso de água (barragem de 
enrocamento) 
Captação com barragem de nível: configuração típica 
 Altura: 
Deve ficar a pelo menos 0,60 m acima do fundo 
E a pelo menos 0,20 m acima do NA mínimo. 
Dificilmente é superior a 1,5 m. 
 Base da barragem de nível: 
Deve resistir ao empuxo da água pelo seu próprio peso. 
Construída em concreto simples ou em alvenaria de 
pedra (trabalhar somente à compressão). 
 
 Usualmente costuma-se adotar para o vertedor da 
barragem o perfil conhecido como Creager que 
favorecem o escoamento rápido da vazão ou descarga, 
impede a ocorrência de efeitos nocivos a estrutura. 
Perfil Creager para vertedor de barragem 
Perfil Creager com os eixos X e Y conforme 
Azeveto Netto et al,1998. 
 Para se obter a vazão que passa por um perfil Creager, ou a altura 
de sobrelevação (hc) da água sobre a soleira do vertedor com esse 
perfil, utiliza-se a fórmula proposta por Azevedo Netto (1998): 
 
 
Q= 2,2 . L . H 3/2 
 
em que: 
Q: vazão que escoa pelo vertedor (m3/s); 
L: comprimento da soleira do vertedor (m); 
H: altura da lâmina da água sobre a soleira do vertedor (m) = (hc 
no caso de vazão de cheia). 
 Método prático (perfil Creager): usar os valores 
da tabela seguinte válidos hc = 1m 
Para outros valores de hc (altura máxima da lâmina 
de água sobre a soleira do vertedor ): os valores dessa 
tabela devem ser multiplicados pelo valor real de hc. 
Perfil Creager para vertedor de barragem 
Barragem de nível da Captação Rio Canoas – Franca/SP 
Grades e telas: são dispositivos para reterem 
materiais flutuantes ou em suspensão de maiores 
dimensões. 
 Grades: são constituídas de barras paralelas. 
a impedir a passagem de materiais Destinam-se 
grosseiros. 
 Telas: são formadas por fios formando malhas. 
Têm por finalidade reter materiais flutuantes não retidos 
na grade. 
 As grades grossas devem ser colocadas no ponto de 
admissão de água na captação, seguidas pelas grades 
finas e pelas telas. 
 Ou seja, as telas devem ser sempre instaladas 
após as grades. 
 Existem dois tipos de grades. 
 Grade grosseira: 
 
Destinada à retenção de material de dimensões superiores 
a 7,5 cm 
Cursos de água sujeitos a regime torrencial. 
O espaçamento entre as barras paralelas é de 7,5 cm a 15 cm. 
 Grade fina: 
É utilizada para a retenção de material de dimensões 
inferiores a 7,5 cm. 
A distância entre as suas barras paralelas varia entre 2 
cm e 4 cm. 
Espessuras das barras: 
Grade grosseira: 3/8” (0,95 cm), 7/16” (1,11 cm) ou 1/2” (1,27 cm); 
Grade fina: 1/4” (0,64 cm), 5/16” (0,79 cm) ou 3/8” (0,95 cm). 
Quanto maior a altura da grade, maior deve ser sua 
espessura, para conferir-lhe maior rigidez. 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
Bitolas padronizadas 
Tipo de grade 
G rosseira 
Fina 
3/8” (0,95 cm) 
1/4" (0,64 cm) 
7/16” (1,11 cm) 
5/16” (0,79 cm) 
1/2” (1,27 cm) 
3/8” (0,95 cm) 
Espessuras padronizadas 
 Tipo de limpeza: 
• As grades (e também as telas) podem ser de limpeza manual ou 
mecanizada. 
Em obras de captação com vazão superior a 500L/s, ou em mananciais 
que, por suas características, exijam limpeza frequente das grades finas, 
deve ser estudada a possibilidade de empregar equipamento mecânico. 
As barras e os fios que constituem as grades e as telas devem ser de 
material anticorrosivo ou protegido por tratamento adequado. 
As telas são de uso mais restrito em captações de 
água. 
São constituídas por fios metálicos ou material plástico, 
formando malha com 8 a 16 fios por decímetro da tela. 
Grades e telas podem ser de limpeza manual ou 
mecanizada. 
Os equipamentos de limpeza mecanizada, pelo seu 
elevado custo, são restritos às captações de grandes 
vazões (> 1 m3/s). 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
 Grades com limpeza manual: inclinação para jusante 
de 70º a 80º com a horizontal, e passadiço para 
execução dos serviços de manutenção 
 Dimensionamento das grades e telas (NBR 12213) 
Área das aberturas da grade: 
Em relação ao NAmín deve ser igual ou superior a 1,7 
cm2 para cada litro por minuto de vazão captada. 
A velocidade resultante deve ser igual ou inferior a 10 
cm/s. 
Perda de carga: 
 É calculada pela fórmula das perdas de cargas localizadas 
considerando como obstruída 50% da seção de 
passagem. 
ℎ = 𝑘 .
𝑉2
2. 𝑔
 
A perda de carga nas grades e telas podem ser determinadas 
através da equação: 
 Coeficiente de perda de carga (k) em grades: 
 
k = β.(s/b)1,33.sen.α 
β: coeficiente adimensional, que é função da forma da 
barra 
s: espessura das barras; 
b: distância livre entre barras; 
α: ângulo da grade em relação à horizontal. 
Formas geométricas e coeficiente β das seções transversais das barras de grades 
Grade na captação de água da cidade de Cardoso Fonte: Zambon e Contrera (2013) 
 Coeficiente de perda de carga (k) em telas: 
k = 0,55.[(1-ε2)/ε2] 
ε: porosidade, igual à razão entre a área livre e a área total da 
tela, sendo: 
a)para tela de malha quadrada: ε = (1-n.d)2 
b)para tela de malha retangular: ε = (1-n1.d1).(1-n2.d2) em que: 
n, n1, n2: número de fios por unidade de comprimento; 
d, d1, d2: diâmetro dos fios (mesma unidade utilizada para a 
definição de n). 
Desarenador (caixa de areia): 
É uma instalação complementar 
Tem por finalidade remover areia da água captada. 
Segundo a NBR 12213 deve ser utilizada quando o curso de 
água apresenta transporte intenso de sólidos (concentração 
≥ 1,0 g/L). 
 Geralmente são projetados com seção retangular. 
 Utilização obrigatória em captações à superfície da água 
(NBR 12.213) 
 Na caixa de areia, a água passa com velocidade reduzida, 
havendo um processo de sedimentação 
O seu comprimento é pelo menos 3 vezes maior 
do que a sua largura. 
Para minimizar a possibilidade de curto circuito da água 
no seu interior. 
 
 No seu interior ocorre a chamada 
sedimentação de partículas discretas. 
Partículas que não têm alterado o seu tamanho, forma 
ou peso ao se sedimentarem. 
 O dimensionamento consiste na 
determinação do comprimento L, necessário 
para que o grão de areia que estiver 
entrando na parte superior do desarenador 
(situação mais desfavorável)nele fique 
retido ao final do seu movimento 
descendente até o fundo do desarenador 
Planta e corte de um desarenador com duas células 
 As partículas de areia tem dois movimentos: 
 Movimento horizontal: 
Devido à movimentação da água nessa direção. 
Se faz com velocidade constante (vh), igual à velocidade 
da água. 
 Movimento vertical: 
É resultante da ação da força da gravidade. 
Velocidade de sedimentação (vs) 
O seu valor é determinado experimentalmente. 
Velocidade terminal de sedimentação de grãos de areia (g=2650 kgf/m3) 
Se esse grão de areia em posição mais desfavorável ficar retido, 
todos os demais grãos com dimensões iguais ou superiores ao 
primeiro também ficarão. 
Desenho esquemático para dimensionamento de desarenador 
 Equacionamento: 
movimento vertical: h = vs.t ⇒ t = h/vs 
movimento horizontal: L = vh.t ⇒ t = L/vh 
(1) 
(2) 
equação da continuidade: Q = vh (b.h) ⇒ vh =Q/(b.h) (3) 
Substituindo (2) em (1): 
𝑳
𝒗𝒉
=
𝒉
𝒗𝒔
 ⇒ 𝑳 = 𝒉. (
𝒗𝒉
𝒗𝒔
) (4) 
 
 
 (5) 
(6) 
Da equação 5: 𝑣𝑠 =
𝑄
(𝑏.𝐿)
=
𝑄
𝐴
 
Sendo A área em planta do desarenador: A = b.L 
A altura da lâmina de água (h) não interessa para o 
cálculo do comprimento do desarenador, porque: 
Se por um lado, a altura menor implica vh maior; 
Por outro, vh maior implica menor tempo (t) para o 
movimento desde a superfície até o fundo. 
 
 
A duas variáveis, vh e t, compensam-se e o comprimento 
L do desarenador permanece o mesmo, qualquer que seja h. 
 
Entretanto, a altura da lâmina de água (h) é importante para 
evitar o arraste da areia, devendo possuir um valor mínimo que 
possibilite que a velocidade horizontal não seja superior a 0,30 
m/s. 
Existem 
velocidade 
duas maneiras de 
de sedimentação 
verificar o 
(vs) para 
valor da 
a qual o 
desarenador foi dimensionado: 
vs = h/t e vs = Q/A 
A relação Q/A é conhecida como taxa de escoamento 
superficial ou, mais simplesmente, taxa de 
sedimentação. 
 Sua unidade de medida costuma é m3/(m2.dia), 
equivalente a m/dia (unidade de velocidade). 
 Esta unidade significa que cada 1 m3/dia de vazão 
do líquido a ser sedimentado requer uma área de 
sedimentação de 1 m2. 
Condições para de projeto de desarenadores (NBR 
12213): 
O desarenador deve ser instalado entre a tomada de água e a 
adutora; 
 Devem existir preferencialmente dois desarenadores, 
dimensionados, cada qual, para a vazão total, ou seja, um deles 
deve funcionar como unidade de reserva; 
O desarenador pode ser dispensado quando se comprovar 
que o transporte de sólidos sedimentáveis não é prejudicial 
ao sistema; 
Os desarenadores devem ser dimensionados para a 
sedimentação de partículas de areia com vS ≥ 0,021m/s (para 
reterem partículas com d ≥ 0,2 mm); 
 A velocidade de escoamentohorizontal (vh) deve ser 
menor ou igual 0,30 m/s; 
 O comprimento do desarenador obtido no cálculo teórico 
deve ser multiplicado por um coeficiente de segurança de 
1,5; 
 A remoção de areia do fundo dos desarenadores pode 
ser feita hidraulicamente com descargas através de 
tubulações instaladas no fundo das unidades ou através 
de equipamentos. 
 O desarenador com remoção por processo manual deve 
ter: 
a) Depósito capaz de acumular o mínimo equivalente a
 10% do volume do desarenador; 
b) Largura mínima (B) que facilite a construção, permita 
acesso e livre movimentação do operador e 
equipamentos de limpeza 
 
Para se obter as outras dimensões da caixa de areia, L, b e h, deve-
se considerar: 
 Relação L/b≥ 3, para evitar que curtos circuitos na caixa 
reduzam sua eficiência; 
 Velocidade de escoamento na caixa menor ou igual a 0,3m/s 
 Largura b ≥0,5m, para possibilitar facilidades de construção e 
operação; 
Largura dos desarenadores em função de sua altura 
Captação no rio Una, com barragem de nível, tomada de água e caixa de areia mecanizada 
Fonte: Zambon e Contrera (2013) 
Exercício 
≥ 
Captação de água superficial - Rios 
Captação superficial em rios - Desafios 
• Comportamento do ciclo de chuvas 
• Topografia 
• Condição do leito e margens 
• Material flutuante e submerso transportado 
42 
Captação de água superficial - Rios 
Captação superficial em rios - Topografia 
- Deve atender à variação de nível em função da vazão 
- Problemas com afundamento do canal ou formação de bancos de areia 
(mudança dos níveis operacionais) 
43 
Captação de água superficial - Rios 
Captação superficial em rios - Problemas 
Construção sobre flutuadores (problemas de projeto, falta de recursos): 
- Precariedade 
- Fragilidade 
- Muita gambiarra 
- Dificuldades de manutenção em períodos de cheias 
60 
 Sistema de abastecimento existente em
 Franca 
 
Captação: se dá através de seis Estações Elevatória 
de Água Bruta (EEAB) ao longo dos três sistemas de 
captação (Rio Canoas, Ribeirão Pouso Alegre e Rio 
Sapucaí Mirim) 
 Ribeirão Pouso Alegre (Q=260L/s) 
 Rio Canoas (Q=830 L/s) 
 Rio Sapucaí Mirim (Q=1032 L/s) 
Q95%, que corresponde a vazão que está presente no rio durante, pelo menos, 95% do tempo. 
AMT= altura manométrica total 
A Altura manométrica total (AMT) é a resistência total existente para elevar a água desde o ponto de 
captação até o ponto de utilização. 
EXERCÍCIO 
 
1-) Dimensionamento de grade (exercício) 
Dimensionar uma grade para captação de 20 L/s em um ribeirão, 
utilizando caixa de tomada. O manancial apresenta regime de 
escoamento torrencial em períodos de chuva, com transporte de 
sólidos flutuantes de grandes dimensões. 
As alturas das lâminas de água mínima e máxima do ribeirão sobre a laje de 
fundo da caixa de tomada (colocada 0,40 m acima do leito do curso de água) 
são, respectivamente, de 0,30 m e 1,20 m 
● Tipo de grade e especificações de suas barras: 
- Será adotada uma grade do tipo grosseira de limpeza 
manual, com a seguinte configuração 
 
Vista de frente da grade 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
• Especificações de suas barras: 
- As barras terão espessura (s) de 3/8” (0,95 cm), espaçamento 
(b) de 10 cm e inclinação com a horizontal (α) de 70º 
 
 
• Tipo de grade e especificações de suas barras: 
- Foi escolhida para as barras a seção circular (tipo G), e o 
material utilizado será o aço carbono com pintura 
anticorrosiva 
 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS 
SUPERFICIAIS 
 
● Grade tipo G 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Área útil mínima da grade (Au): 
 
Deve ser igual ou superior a 1,7 cm² para cada litro por minuto 
de vazão captada, de modo que a velocidade resultante seja 
igual ou inferior a 10 cm/s 
A u  1,7.1200  2 0 4 0 c m
2 = 0 ,204m 2 
 
Au = 0,204 m2 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Verificação da velocidade entre as barras: 
 
+ Como Q = 20 L/s = 0,020 m3/s, da equação 
da continuidade tem-se: 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Largura útil mínima da grade (Bu): 
 
+ É a largura livre da grade (somando-se 
os espaçamentos entre as barras). Sabe-se que: 
 
A u  Bu .Hm i n 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Número mínimo de barras (n): deve ser um 
número inteiro, com arredondamento para cima 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Largura total mínima da grade: 
B  n.s  n  1.b  8.0,95  7.10  77,6 c m = 7 8 c m 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
 
● Altura da grade: 
 
- Função do NA máximodo curso d’água em relação 
a laje de fundo da caixa de tomada 
 
- Como essa altura é de 1,20 m, e deve-se adotar 
uma borda livre próxima a 0,20 m 
 
H = 1,40 m para a grade 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS 
SUPERFICIAIS 
 
● Altura da grade: 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
● Perda de carga na grade: 
 
- Para grade tipo G, tem-se  = 1,79 
 
- Adotou-se um ângulo com a horizontal de 70º 
CAPTAÇÃO EM MANANCIAIS SUPERFICIAIS 
- Velocidade V de aproximação na seção a 
montante da grade, com 50% de obstrução 
● Perda de carga na grade: 
A perda de carga é muito pequena, o que é uma característica das 
grades grosseiras (grande espaçamento) 
0,78. 
0,171 
0,171² 
0,0001097 m = 0,11 mm 
Leitura complementar: 
 Capítulo 8 – Captação de águas superficiais