Elevatórias de sistemas de esgotos sanitários

Este texto foi elaborado por:

Diego de Oliveira Martins

Paula Duarte Sihcão Queiroz

Rune Siqueira Rocha Filho
Discentes do 4º ano do curso de Eng. Civil, UFMT, Barra do Garças

Resumo: Após sair da rede de esgoto doméstica o efluente deve seguir até a estação de tratamento, mas não sem antes passar por uma série de ramais residenciais e por tubulações maiores, até o interceptor de esgoto. Recebe  volume cada vez maior de resíduos sólidos e líquidos e, em alguns momentos, é necessário que haja o bombeamento desse conteúdo pela tubulação. Todas as vezes que por algum motivo não seja possível, sob o ponto de vista técnico e econômico, o escoamento dos esgotos pela ação da gravidade, é necessário o uso de elevatórias, para elevar o esgoto de um ponto para outra de cota normalmente mais elevada. Serão discutidos os principais tipos de bombas utilizadas nas estações elevatórias de esgoto. Neste artigo será abordado um estudo de caso a respeito do sistema de elevatórias de Araguari-MG, que incluirá discussões sobre os custos de operação e manutenção de estações elevatórias de esgoto.

Palavras chave: Estações elevatórias, esgotamento sanitário, saneamento básico, custo, estudo de caso.

Estação elevatória de esgoto (EEE)

Essas unidades de bombeamento são construídas para bombear a água e os resíduos de tubulações profundas, que exigem a necessidade de um equipamento para transpor essa profundidade, ou ainda quando existe baixa declividade ou porção elevada do terreno para assim permitir que a gravidade volte a atuar no transporte do esgoto até as estações onde será tratado.
Uma estação elevatória de esgoto também age na retirada de parte desses resíduos sólidos. Isso porque, em dado momento, a quantidade de sólidos atinge um volume capaz de provocar entupimentos e causar outros danos às tubulações. Por isso toda a rede de esgoto está equipada com dispositivos que permitem a retirada de sólidos do sistema.
A estação elevatória de esgoto deve ser equipada com dispositivos de pré-tratamento como grades, barras ou cestos. São normalmente operadas pelas próprias empresas de saneamento e têm outra importante função ligada ao meio ambiente. Em muitas situações elas são necessárias em áreas próximas a mananciais, impedindo a contaminação desses locais, além de desviar o curso do esgoto.

A elevação do esgoto pode ocorrer quando:

• A profundidade do coletor é superior ao valor limite do projeto
• Existe necessidade de a rede coletora transpor obstáculos naturais (como rio ou serra) ou artificiais (como avenida ou metrô);
• O esgoto coletado necessita passar de uma bacia hidrográfica para outra;
• O terreno não apresenta condições satisfatórias para assentamento da rede coletora, como áreas alagadas ou afloramentos rochosos;
• Existe necessidade de elevação do esgoto coletado para unidade em cota mais elevada, como na chegada da estação de tratamento de esgoto ou da unidade de destino final.

São partes componentes da EEE:

• Dispositivos de entrada;
• Unidades de remoção de sólidos;
• Medidor de vazão;
• Poço úmido;
• Conjunto motor e bomba e suas tubulações (sucção e recalque)
• Poço seco.

As EEEs são utilizadas em condições técnicas que requerem condutos forçados, o que reflete nos custos de construção. Os processos inerentes são:

• Aquisição de equipamentos;
• Operação;
• Consumo de energia;
• Manutenção (reparos em equipamentos eletromecânicos);
• Conservação e garantia de funcionamento do sistema;
•  Possível desapropriação de área urbanizada.

O que se seguirá no texto será o comentário acerca das bombas mais comumente utilizadas nas estações elevatórias de esgoto.

Tipos de conjuntos moto-bombas para esgotamento sanitário

Bomba centrífuga 
É o equipamento mais utilizado para bombear líquidos. É utilizada no saneamento básico, na irrigação de lavouras, nos edifícios residenciais, na indústria em geral, elevando, pressurizando ou transferindo líquidos de um local para outro.

O rotor de uma bomba centrifuga é uma turbina que cede energia para o fluido à medida que este escoa continuamente pelo interior de suas palhetas. Embora a força centrífuga seja uma ação particular das forças de inércia, ela dá o nome a esta classe de bombas. A potência a ser fornecida é externa à bomba. A transferência de energia é efetuada  por um ou mais rotores que giram dentro do corpo da bomba, movimentando o fluido e transferindo a energia para este. A energia é em grande parte cedida sob a forma de energia cinética a esta pode ser convertida em energia de pressão.

O fluido entra na bomba por um bocal de sucção. Do bocal de sucção, o fluido é encaminhado a um ou mais rotores que cedem energia ao fluido, seguindo-se um dispositivo de conversão de energia cinética em energia potencial de pressão. O fluido sai da bomba pelo bocal de recalque, A energia cedida ao fluido se apresenta sob a forma de diferença de pressão entre a sucção e o recalque da bomba. Em função desta transferência de energia é que podemos elevar pressurizar ou transferir fluidos.

Tipo de bombas centrífuga

Bomba centrífuga vertical: As bombas centrífugas verticais são, em sua maioria, construídas com eixos na horizontal. As bombas verticais possuem rotor  instalado na extremidade inferior de um eixo prolongado e  mergulhado no fluido. Esta construção é conveniente quando, por exemplo, é desejado elevar água de um rio ou lago sem submergir o acionador, geralmente um motor elétrico que não suporta a imersão . Estas bombas verticais são destinadas à instalação em um poço inundado com água.

Bomba centrífuga multi estágios: Uma bomba centrífuga que contenha mais de um rotor é uma bomba centrífuga multi estágios. Cada estágio fornece ao fluido determinada energia, de modo a se adicionarem. Havendo necessidade de maior energia - mais pressão - aumenta-se número de rotores dispostos em série. Os rotores podem estar montados no mesmo eixo ou, mais raramente, em eixos distintos.

Bombas parafuso

As bombas parafuso são capazes de bombear a vazões e elevações específicas de forma contínua, e podem funcionar tanto com energia mecânica quanto manual. As bombas consistem em um parafuso instalado com inclinação de 30, 35, 38, ou 40 com a horizontal em uma canaleta de concreto ou calha metálica fornecida como parte integrante do equipamento.
O equipamento pode ser construído em aço inoxidável ou aço carbono. Esta máquina originalmente era constituída por um parafuso colocado dentro de um tubo cilíndrico oco. Pode ser vista como um plano inclinado envolvido por um cilindro. À medida que a extremidade inferior do tubo rotaciona, este arrasta  determinado volume de água, que, conforme o veio roda, vai deslizando para cima ao longo do parafuso até sair pela extremidade superior do tubo.

Ejetores pneumáticos

Os ejetores pneumáticos são bombas de pequena capacidade (2 a 20 l/s) para emprego em unidades independentes, principalmente para esgotamento de subsolos de edificações que se situam abaixo do nível da rede coletora externa de esgotos. O esgoto líquido penetra através da válvula inicial, enchendo a câmara de recepção. Quando a água residuária alcança o nível máximo, a válvula é aberta através do acionamento provocado pela boia, impulsionando ar comprimido fornecido por um compressor acoplado, forçando o líquido acumulado através da válvula final visto que neste movimento a válvula anterior a ela ficará fechada. Quando o nível mínimo é atingido, a posição da válvula inicial se inverte dando início a novo ciclo. Cada ciclo dura em média um minuto quando o ejetor trabalha com sua capacidade máxima.

Ejetores pneumáticos são viáveis para esgotamento de alturas manométricas de 3 a 15 metros e de vazões de até 20 l/s, pois vazões maiores consumem muita energia com baixos rendimentos, inferiores a 15%.

Rotores

Os rotores dos motores assíncronos são constituídos por conjuntos de condutores colocados em pacotes de lâminas de ferro com espessura de 0,5mm cada lâmina, isoladas entre si por uma camada superficial de óxido de ferro e providas de furos que fornecem ranhuras ou canais nos quais os condutores são colocados. Em geral possuem de 3 a 5 canais por pólo e por fase. Nos motores de grande potência empregam-se múltiplos pacotes com espessuras de 10 cm cada, para melhor refrigeração interna e redução do aquecimento de todo o equipamento.  
O rotor induzido pode ser dos tipos: bobinado ou em anéis e de gaiola ou em curto-circuito. Quando em cada ranhura são colocadas barras e estas barras são soldadas em suas extremidades a um anel de cobre, conectando-as em curto entre si, tem-se o rotor de gaiola. Neste caso o rotor não possui número de pólos próprios, mas o número do estator induzido por este. Estes anéis podem ser providos de aletas externas que substituem o ventilador, principalmente nos de pequena potência. Isto é um dos motivos do por quê dos motores com rotor em curto-circuito serem mais compactos e de operação mais simples.

Estudo de caso econômico e financeiro da cidade de Araguari MG

A cidade de Araguari, localizada no triângulo mineiro, estado de Minas Gerais, possui 101.974 (censo/2000) habitantes. Está numa altitude média de 922 metros, possui 2.732 Km² de área. Cerca de 90% da população é servida de redes coletoras de esgoto. A zona urbana está situada dentro de cinco bacias hidrográficas:

1. Bacia do Córrego Brejo Alegre – bacia principal, onde se concentra todo esgoto coletado e corta o centro da cidade, dividindo-a em norte e sul;

2. Bacia do Córrego dos Verdes;

3. Bacia do Córrego do Desamparo;

4. Bacia do Córrego das Araras;

5. Bacia do Córrego da Lagoa Seca;

A concepção do esgotamento sanitário é reverter todo esgoto coletado para a bacia do Córrego Brejo Alegre, que possui projeto para construção de uma estação de tratamento de esgoto. No ano 2000 existiam onze estações elevatórias de esgoto operando na cidade.

O primeiro levantamento feito pelos autores foi o custo de energia mensal. Foram contempladas as faturas de energia emitidas pela Cemig. A média dos 12 meses foi de R$ 1.260,47. O pico foi no mês de fevereiro (R$ 1.804,87) com medição entre 15 jan a 15 fev, logo, em período chuvoso. Enquanto que a menor fatura foi no mês de março (R$ 1.054,84).

O projeto padrão das estações existentes é de uma estação elevatória convencional de poço úmido com conjunto moto-bomba submerso. Todo o esgoto se concentra num PV (poço de visita) à montante da EEE.

Em seguida, o esgoto é recalcado até uma caixa de descompressão, localizada em cota adequada, que permitirá seu caminhamento por gravidade até os interceptores do Córrego Brejo Alegre.

Posteriormente foi observada a localização geográfica. Após a locação de cada estação no respectivo levantamento, foi verificado que todas as EEEs estavam em cotas elevadas das respectivas bacias hidrográficas, limitando inclusive o crescimento urbano ou o atendimento à população que reside em cotas mais baixas. Outro fato importante foi que em uma única bacia existem mais de uma estação. O maior número foi encontrado na bacia do Córrego dos Verdes, com quatro EEEs.

Em seguida foram observadas as manutenções ocorridas nessas EEEs. Entre os diversos serviços relacionados foram notados o entupimento da rede, problemas no conjunto moto-bomba, bóia, painel, entre outros.

Como solução para a manutenção: foi feito novo levantamento altimétrico da região e de acordo com o levantamento planialtimétrico foi possível diminuir para apenas quatro estações. No entanto, a sugestão é que sejam quatro novas EEEs, desativando as onze existentes. Duas estações foram extintas com a construção de um interceptor de esgoto. As nove restantes serão desativadas à medida que as novas estações (localizadas em cotas mais baixas) forem construídas.
O segundo passo foi a sugestão do desenvolvimento de um projeto novo para essas estações, observando os problemas levantados. Para isso, adota-se uma estação elevatória com poço seco e conjunto moto-bomba com eixo horizontal (motores com alto rendimento). A estrutura física possui duas células distintas, que permitem o rodízio operacional, revezando o funcionamento dos conjuntos e realizando manutenções preventivas.

O estudo econômico-financeiro realizado demonstrou que em 4,5 anos o investimento inicial para construção das novas estações será recuperado, desativando as estações existentes, levando em consideração as contas de energia e manutenções corretivas realizadas. O custo para implantação das novas estações gira em torno de R$ 130 mil (cada uma), totalizando o investimento final de R$ 520 mil.

Bibliografia

BORGES, K. L. 2003. Análise e redimensionamento das estações elevatórias de esgoto no município de Araguari-MG. VII Exposição de experiências municipais em saneamento. Assemae - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento.

PMSB. Plano de águas e ações do município de Joinville SC. Disponível em: <http://sistemaspmj.jo inville.sc.gov.br/documentos_vivacidade/1022-PMJ-PMS-RT-P008_R1_TOMO%20III.pdf>

NBR 9648 – Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Novembro/1986.

NBR 12.208 – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Abril/1992.

Pensamento verde e meio ambiente. Disponível em: <http:/ /www.pensamentoverde.com.br/meio-ambiente>.

CEDAE. Norma geral para projeto e construção de estações elevatórias de tratamento de esgoto. Disponível em: <http: //www.cedae.com.br/div/normacedaeelevatoriaesgoto.pdf>.