Saneamento 001 a 051

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA 

SANEAMENTO AMBIENTAL I 

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA 

Castelo Branco 

Lisboa, Março de 2007 

Eduardo Ribeiro de Sousa 

António Jorge Monteiro

Captação 

Elevação 

Transporte ou 

adução 

Tratamento 


Componentes 

Órgãos 

Obras de captação 

Estações elevatórias e 

sobrepressoras 

Adutores, aquedutos e 

canais 

Estações de tratamento 

de água (ETA) 

Constituição dos Sistemas 

Objectivo / função 

Captar água bruta nas origens (superficiais e 

subterrâneas), de acordo com as disponibilidades e 

as necessidades. 

Bombar água (bruta ou tratada) entre um ponto de 

cota mais baixa e um ou mais pontos de cota mais 

elevada. 

Conjunto de obras destinadas a transportar a água 

desde a origem à distribuição. O transporte pode ser: 

em pressão (por gravidade e por bombagem); com 

superfície livre (aquedutos e canais). 

Produzir a água potável a partir de água bruta, 

obedecendo às normas de qualidade (Decreto-Lei 

243/01, de 1 de Agosto - Anexo VI). 

Saneamento I [2]


Componentes 

Armazenamento 

Distribuição 

Ligação domiciliária 

Distribuição interior 

Ramais de ligação 

Redes interiores dos 

edifícios 

Constituição dos Sistemas 

Órgãos 

Reservatórios 

Rede geral pública de 

distribuição de água 

Objectivo / função 

Servir de volante de regularização, compensando as 

flutuações de consumo face à adução. 

Constituir reservas de emergência (combate a 

incêndios ou em casos de interrupção voluntária ou 

acidental do sistema de montante). 

Equilibrar as pressões na rede de distribuição. 

Regularizar o funcionamento das bombagens. 

Conjunto de tubagens e elementos acessórios, como 

sejam juntas, válvulas de seccionamento e de 

descarga, redutores de pressão, ventosas, bocas de 

rega e lavagem, hidrantes e instrumentação 

(medição de caudal, por exemplo), destinado a 

transportar água para distribuição. 

Asseguram o abastecimento predial de água, desde a 

rede pública até ao limite da propriedade a servir, em 

boas condições de caudal e pressão. 

Conjunto de tubagens e elementos acessórios para 

distribuição de água no interior dos edifícios. 



Captação de Águas Subterrâneas 

Nascente Poço Radial 




Problemas nas zonas costeiras: intrusão salina 




Tomada de água em rio ou albufeira (corte longitudinal) 

Tomada de água e estação elevatória 

(planta) 



Bombas centrífugas de eixo vertical 

em tomada de água directa 

Captação de Águas Superficiais 

Tomadas de água móveis 

Tomada de água flutuante 



Captação em albufeira 


Captação directa no paramento de 

montante duma barragem de terra 




Torre de tomada de água em albufeira 



Elevação 

Grupos electrobomba 



Transporte ou Adução / Escoamentos em Pressão 

Adução mista: por gravidade e por bombagem 

Adução por bombagem 

com um troço pouco inclinado 



Tratamento 

Estação de tratamento de água (ETA) 

Espessadores 

Oficinas 

Armazenamento 

de cloro e CO 2 

Saturadores 

de cal 

Edifício 

de exploração 

Desidratação 

de lamas 

Edifício 

dos reagentes 

Mistura rápida 

Floculadores 

Filtros 



Armazenamento 

Câmara de manobras de reservatório com duas células 



Distribuição 

Rede de distribuição de água em planta 



Distribuição interior 

Rede interior de um edifício – sistema tipo de alimentação de água fria 


Objectivo: 


Avaliação, o mais correcta possível, das quantidades de água para as quais se deve 

projectar as componentes dos sistemas. 

Principais elementos: 

A) Horizonte de Projecto; 

B) População de Projecto; 

C) Caudais de Projecto; 

D) Área de Projecto; 

E) Hidrologia de Projecto. 

Bases Quantitativas de Projectos 


Definição: 

Número de anos durante os quais o sistema ou as estruturas e os equipamentos que o 

compõem têm que servir em boas condições. 

Factores: 

 

 

 

 

 

 

 


Bases Quantitativas de Projectos / Horizonte de Projecto 

Vida útil das obras de construção civil e equipamento; 

Facilidade ou dificuldade de ampliação; 

Previsão da Evolução da População; 

Taxa de juro durante o período de amortização do Investimento; 

Funcionamento da Instalação nos primeiros anos de exploração; 

Capacidade financeira da entidade gestora; 

Disponibilidade em recursos hídricos. 



Bases Quantitativas de Projectos / Vida Útil e Horizonte de Projecto 

Furos e poços 

Tomadas 

de água 

Tipo de obra 

Duração 

provável 

(anos) 

50 a 60 

40 a 50 

Horizonte de 

Projecto 

(anos) 

20 a 30 

20 a 40 




Grandes adutoras 


e torres 

de pressão 

Tipo de obra 

Duração 

provável 

(anos) 

60 a 80 

80 a 100 

Horizonte de 

Projecto 

(anos) 

40 a 50 

20 a 40 




Estações 

elevatórias 

(construção civil) 

Grupos 

electobomba 

e equipamento 

electromecânico 

Tipo de obra 

Duração 

provável 

(anos) 

40 a 60 

25 a 35 

Horizonte de 

Projecto 

(anos) 

20 a 40 

20 a 25 




Instalações de 

tratamento 

(construção civil) 

Instalações de 

tratamento 

(equipamento) 

Tipo de obra 

Duração 

provável 

(anos) 

40 a 60 

20 a 30 

Horizonte de 

Projecto 

(anos) 

20 a 40 

20 a 25 




Redes de 

distribuição 

de água 

Redes de 

drenagem de 

águas residuais 

Tipo de obra 

Duração 

provável 

(anos) 

30 a 40 

30 a 40 

Horizonte de 

Projecto 

(anos) 

Máxima 

expansão 

urbana 

Máxima 

expansão 

urbana 


Definição: 

População a servir no horizonte de projecto. 

Factores: 

 

 

 

 


Métodos de extrapolação ou de regressão; 

a. Linear P 20 = P 0 + K a ( t 20 - t 0 ) 

b. Geométrica P 20 = P 0 (1+K g )(t 20 - t 0 ) 

Comparação; 

Extrapolação Visual; 

Taxa de crescimento decrescente; 

Elementos de base: 

Bases Quantitativas de Projectos / População de Projecto 

Censos e o recenseamento eleitoral. 

Problemas: Migrações. 

 

 

 

 

 

Taxa de crescimento decrescente; 

Curva logística; 

Análise parcelar; 

Previsão de emprego; 

Planos Directores. 


Componentes dos consumos: 

População a servir no horizonte de projecto. 

Componentes de consumo: 

 

 

 

 

 

População permanente; 

População temporária ou flutuante; 

Actividades comerciais; 

Capitação: 

 

 


População residente; 

Entidades públicas; 

Relação entre o consumo anual total pelo número de habitantes e pelo número de dias 

do ano [L/(hab.dia)]. 

Bases Quantitativas de Projectos / Caudais de Projecto 

Componentes de consumo: 

 

 

 

 

 

Indústria; 

Actividades agrícolas e pecuárias; 

Combate a incêndios; 

Emergências; 

Perdas. 

A capitação é uma característica média de consumo; 

Difícil a atribuição de um valor em Projecto. 



Factores que influenciam a capitação: 

1. População 

Consumos mínimos fixados pelo Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais 

de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (RGAAR): 

80 L/(hab.dia) 





2. Condições climáticas 

3. Hábito de higiene individual 


4. Existência ou não de redes interiores 

5. Tipo de drenagem de águas residuais 

6. Estado de conservação do sistema 

até 1000 hab. 

de 1000 hab. até 10 000 hab. 

de 10 000 hab. até 20 000 hab. 

de 20 000 hab. até 50 000 hab. 

acima de 50 000 hab. 

7. Estrutura tarifária 

8. Inclusão ou não de pequenas actividades 

comerciais, públicas (5 a 20 L/(hab. dia)) 

ou industriais. 

9. Perdas (valor mínimo (RGAAR) 10% do 

caudal total) 




Tipo de estabelecimento 

Adegas 

Escolas 

Escritórios 

Estações de serviço 

Garagens 

Lacticínios 

Lavandarias 

Matadouro (animais de grande porte) 

Matadouro (animais de médio porte) 

Padarias 

Pensões (sem cozinha, nem lavandaria) 

Restaurantes 

Bovinos 

Caprinos 

Ovinos 

Equídios 

Galinhas 

Perus 

Suínos 

Bovinos (vacas leiteiras) 

Tipo de animal 

Consumos 

5 L /litro de produto 

50 L /(aluno.dia) 

50 L /(trabalhador.dia) 

150 L /(veículo.dia) 

50 L /(veículo.dia) 

4-12 L/(kg de produto) 

30 L/(kg de roupa) 

300 L/(cabeça) 

150 L/(cabeça) 

0,6 L/(kg de farinha) 

120 L/(hóspede.dia) 

25 L/refeição 

Capitação 

40 (L/animal/dia) 




0,4 (L/animal/dia) 

0,75 (L/animal/dia) 




Caudal médio anual: 

Produto da população pela capitação: 

Caudais de ponta: 

 

 

 

Q m = Capitação x População [L 3 /T -1 ] 

Definem as características extremas de consumos; 

Determinam-se multiplicando o caudal médio pelo correspondente factor de ponta: 

Usualmente definem-se: 

 

 



Q p = f p x Q m 

[L 3 /T -1 ] 

Caudal de ponta mensal (caudal médio do mês de maior consumo); 

Caudal de ponta diário (caudal médio do dia de maior consumo); 

Caudal de ponta horário (caudal médio da hora de maior consumo). 


Aspectos de traçado: 

 


Obstáculos especiais: 

 

 

Problemas topográficos: 

 

Adução / Escoamentos com Superfície Livre 

adaptação do traçado do canal / aqueduto à 

topografia do terreno. 

Travessias de vales pronunciados 

sifões invertidos 

Travessias de serras ou montanhas 

Túneis ou galerias 

Aquedutos 


Aspectos de traçado: 

 

O estudo duma adutora pressupõe a análise das condições de traçado, em planta e em 

perfil longitudinal. 

Condicionantes: 

 

 

 

 

 

 


Extensão (o mais curta possível e nos grandes diâmetros com grandes raios de 

curvatura); 

Pressões de serviço nos troços; 

Adução / Escoamentos em Pressão 

Facilidade de construção, reparação e vigilância; 

Transposição de obstáculos topográficos (linhas de água, vales e linhas de cumeada); 

Inclinações mínimas nos trechos ascendentes (3 ‰) e descendentes (5 ‰); 

Profundidade mínima de assentamento das tubagens (1 m); 



Adução / Perfil Longitudinal duma Adutora, em Pressão, por Gravidade 

Fonte: Water Supply and Waste-Water Disposal – Fair et al. 


Duração do transporte: 

 

 


Transporte por bombagem: 

A não ser em casos especiais, 16 h 

diárias como período máximo diário 

de adução (NP 837); 

A fiabilidade dos sistemas mecânicos 

permite 20 h/dia, com segurança 

razoável. 

Transporte gravítico: 

Adução / Dimensionamento Hidráulico de Adutoras 

Período máximo diário de adução de 

24 h/dia. 


Caudais de dimensionamento: 

 

 

Dimensionamento para o dia de maior consumo: 

em que: 



Q dim = K t x K p x f D x Q m 

Dimensionamento para o mês de maior consumo: 

Q dim = K t x K p x f M x Q m 

K t – factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte); 

K p – factor de perdas na adução (1,05 a 1,10); 

f M ; f D – factor de ponta mensal ou factor de ponta diário; 

Q m – caudal médio anual. 


Limitações à velocidade do escoamento: 

 

 

Razões para a limitação da velocidade máxima: 

Sobrepressões provocadas pelo regime variável; 

Perdas de carga excessivas e anti-económicas. 

Razões para a limitação da velocidade mínima: 

Qualidade da água nas condutas; 

Auto-limpeza e deposição de sólidos. 

Velocidade do escoamento: 

 

 



Troços em pressão por bombagem 

Troços em pressão por gravidade 

0,6 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s 

0,3 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s 

8000 

7000 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

Custo de Energia (€) 

0 

0 200 400 600 800 


Determinação das pressões de serviço das tubagens: 

 

PN 6 

PN 10 

PN 16 

PN 20 

Condutas adutoras gravíticas: 

E-2 



Altura piezométrica estática 

E-3 

 

Condutas adutoras por bombagem: 

Altura piezométrica dinâmica 


Duronil \ Tubagens 

Características: 

Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida de parede compacta 

fabricada por extrusão. 

As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão: 

PN6 kgf/cm 2 (0,6 MPa); 

 

 

 


PN10 kgf/cm 2 (1,0 MPa); 

PN16 kgf/cm 2 (1,6 MPa). 

Diâmetros exteriores (mm): 

Tubagens / Policloreto de Vinilo (PVC) 

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 



PEAD \ Tubagens 

Diâmetros exteriores (mm): 

Tubagens / Polietileno de Alta Densidade (PEAD) 


A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão. 

As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de pressão de: 

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630 

PN4 kgf/cm 2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm 2 (1,6 MPa) 


PRFV \ Tubagens 

 

 

 

 



As tubagens de PRFV são fabricadas através de um processo de centrifugação 

automático. 

Diâmetros interiores (mm): 

Tubagens / Poliester Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV) 

A tubagem é formada por diversas camadas, variando as quantidades de 

matérias primas usadas em cada uma. 

No fabrico da tubagem entram quatro componentes: 

Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma resina de poliester não 

saturada e não dissolvente; 

Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para melhorar a carga estrutural; 

Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas propriedades mecânicas; 

Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-se fibras de vidro de alta 

qualidade. 

As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa 

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100;…; 2400 



FFD \ Tubagens 


Tubagens / Ferro Fundido Dúctil (FFD) 


As tubagens de ferro fundido dúctil (FF) caracterizam-se por serem 

tubagens de grande longevidade. 

Podem ter vários revestimentos interiores. 

As tubagens de FF são apresentadas nas classes de pressão de: 

3,2 MPa a 4,0 MPa 

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; … 

FERRO FUNDIDO DÚCTIL 



Aço \ Tubagens 



As tubagens de aço podem ser dimensionadas com várias 

espessuras e são normalmente utilizadas para trechos com 

elevadas pressões e em trechos em que a tubagem não esteja 

enterrada. 

Tubagens / Aço 

Podem ter vários revestimentos interiores. 

As tubagens de aço são apresentadas nas classes de pressão de: 

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; … 

3,2 MPa a 4,0 MPa 


Fibrocimento 

É um material em desuso, mas do qual existem extensões 

significativas nas redes mais antigas. 

Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30 

Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço) 

É um material competitivo nos grandes diâmetros com o 

ferro fundido dúctil. 

Outras tubagens plásticas: 

Polipropileno 


Outros tipos \ Tubagens 

Tubagens / Outros Tipos 

Resiste a altas pressões (20 kgf/cm 2 ) e permite o escoamento 

e fluidos a altas temperaturas. 


Sobrepressões provocadas pelo regime variável 

Redução instantâneas de velocidade 

com 


( V0 

−V1 

) 

∆H 

= a 

g 

9900 −1 

a = ( m s 

D 

48, 

3+ 

k 

e 


a – celeridade (m/s) 

V i – velocidade do escoamento (m/s) 

k – constante, que depende do tipo de material 

da tubagem (aço = 0,50; ferro fundido = 1,0; 

betão = 5,0; plástico = 18) 

e – espessura da conduta (m) 

D – diâmetro da conduta (m) 

) 


Tempo de anulação do caudal 

Fórmula de Rosich (1970) 

K. 

L. 

U 0 

T = C + 

g. 

Ht 

com 


Paragem de Grupos Electrobomba / Sobrepressões e Subpressões 

C – parâmetro que depende do declive da conduta elevatória: 

H t /L ≤ 20% => C = 1s 

H t /L > 40% => C = 0s 

K – coeficiente adimensional, dependente do comprimento: 

L(m) 

K(-) 



Subpressão máxima (Michaud) 

T 

T 

2L 

a. 

U 0 

< ⇒ ∆H 

= − 

a 

g 

> 

L 2L. 

U 

⇒ ∆H 

= − 

a 

g. 

T 

2 0 

Normalmente, é necessário proceder à protecção da conduta através de órgãos de protecção 

contra os efeitos do golpe de aríete. 

Volante de inércia Válvula de escape Reservatório de 

ar comprimido 

(RAC) 




Chaminé de equilíbrio 

EE de Castelo do Bode 

Chaminé de equilíbrio 

Conduta adutora 


Exemplo: 

Fecho instantâneo: 

a. 

U 0 600x1, 

4 

∆H 

= − = = 85m 

g 9, 

8 

Tempo de 

anulação 

do caudal 

Subpressão 

máxima 


Paragem de Grupos electrobomba / Sobrepressões e Subpressões 

H t = 50 m 

Corte de alimentação de energia ao grupo electrobomba: 

K. 

L. 

U 0 1, 

5x1000x1, 

4 

T = C + = 1+ 

= 5, 

3s 

g. 

H 9, 

8x50 

2L 

2x1000 

T > = = 3, 

3s 

a 600 

t 

Logo 

2. L. 

U 0 ∆H 

= − = 54m 

gT 

L = 1000 m 

V = 1,4 m/s 

PEAD 



Custos de instalação 

Tubagem 

Arranque e reposição de pavimentos; 

Movimento de terras; 

Fornecimento, instalação e montagem (incluindo acessórios). 

Estações elevatórias 

Construção civil; 

Equipamento mecânico, eléctrico, electromecânico, automação. 

Órgãos acessórios 

Dispositivos redutores de pressão (CPC ou VRP); 

Ventosas; 

Descargas de fundo; 

Válvulas de seccionamento. 


Custos de exploração e manutenção: 

Energia; 

Encargos com pessoal; 

Manutenção. 

Adução / Estudo Económico de Sistemas de Adução 



Sistemas adutores gravíticos 


⎧L1 

. J 

⎨ 

⎩ 

⎧L 

⎨ 

⎩ 

11 

⎧L 

⎨ 

⎩ 

21 

1 

. J 

( D ) + L . J ( D ) 

11 

. J 

L 

1 

+ L 

( D ) + L . J ( D ) 

21 

1 

11 

L 

11 

2 

2 

= 

12 

+ L 

12 

2 

L 

total 

12 

= L 

1 

2 

12 

= 

H 

= H 

( D ) + L . J ( D ) 

21 

L 

21 

22 

+ L 

22 

= 

22 

L 

2 

22 

1 

= 

H 

2 




Sistemas adutores com condutas elevatórias 

Determinação do diâmetro económico 


Custos com energia 

Energia consumida no ano i: 

Custo da energia no ano i: 

Volume elevado no ano i: 

 

 



E 

i 

= 

. Vi. 

H 

η 

γ t 

γ . V . H 

η 

i t 

CE i = p = K. 

Elevam-se volumes diferentes ao longo do período de projecto; 

V 

i 

Preço unitário da energia 

Vi = i i 

Pop . Cap . 365dias 

γ . H 

K = 

Para calcular o total da energia anual não é necessário conhecer o tempo médio de 

bombagem em cada ano. 

t 

η 

p 


Actualização dos encargos com energia 

Ano 

1 

2 

3 

: 

N 



Valor no ano 

K.V 

1 

∑ 

N 

i= 

1 

K.V 

2 

K.V 

3 

Custo total da energia actualizado 

: 

K. VN 

K. 

V 

i 

Valor actualizado 

∑ 

N 

i= 

1 

K . V1 

/( 1+ 

ta 

) 

K + 

. V2 

/( 1 ta 

K + 

. V3 

/( 1 ta 

N 

a 

) 

) 

2 

3 

K . V /( 1+ 

t ) 

K. 

V 

i 

N 

/( 1+ 

t 

a 

) 

i 


Hipótese: Os volumes elevados anualmente crescem de acordo com uma lei geométrica. 

Ano 

1 

2 

3 

: 

N 



Actualização dos encargos com energia 

Volume elevado no ano 

V = V ( 1+ 

t 

1 0 g 

Custo total da energia actualizada 

: 

) 

V 2 = V0( 

1+ 

tg 

) 

V 3 = V0( 

1+ 

tg 

) 

V = V ( 1+ 

t ) 

N 

0 

g 

2 

3 

N 

Custo da energia actualizado 

K . V0 

( 1+ 

tg 

) /( 1+ 

ta 

) 

K + 

2 

. V0 

( 1+ 

tg 

) /( 1 ta 

K + 

3 

. V0 

( 1+ 

tg 

) /( 1 ta 

N 

N 

K . V0 

( 1+ 

tg 

) /( 1+ 

ta 

) 

K. 

V 

o 

= K. 

V 

o 

N 

∑ i= 

1 

: 

( 1+ 

t 

g 

) 

i 

) 

) 

2 

3 

/( 1+ 

t 

( 1+ 

t ⎡ 

g ) ⎛1+ 

tg 

⎞ 

⎢1− 

⎜ 

⎟ 

( ta 

− tg 

) ⎢ 

⎣ ⎝1 

+ ta 

⎠ 

N 

⎤ 

⎥ 

⎥ 

⎦ 

a 

) 

i 

=

Saneamento 001 a 051

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