Descargas não controladas de efluentes por efeito de afluências indevidas. O caso de uma estação elevatória

! ! ! ! ! ! ! MESTRADO!INTEGRADO!EM!ENGENHARIA!DO!AMBIENTE!! Ano!Letivo!2014/2015! ! ! DESCARGAS!NÃO!CONTROLADAS!DE!EFLUENTES!POR!EFEITO!DE! AFLUÊNCIAS!INDEVIDAS.!O!CASO!DE!UMA!ESTAÇÃO!ELEVATÓRIA.! ! ! MARIA!ASSIS!TEIXEIRA!PEREIRA!BRANCO! ! Dissertação!submetida!para!obtenção!do!grau!de! MESTRE EM ENGENHARIA DO AMBIENTE Versão Provisória Presidente!do!Juri:!Cidália!Maria!de!Sousa!Botelho! Professora!Auxiliar!do!Departamento!de!Engenharia!Química!da!Faculdade!de!Engenharia! da!Universidade!do!Porto! ! ! ___________________________________________________________! Orientador!académico:!José!Carlos!Tentúgal!Valente! Professor!Associado!do!Departamento!de!Engenharia!Civil!da!Faculdade!de!Engenharia!da! Universidade!do!Porto! ! ! ! ! ! ! ! ! Junho!de!2015! ! 2! ! ! ! AGRADECIMENTOS! ! ! Ao!Professor!Tentúgal!Valente,!que!me!orientou!na!realização!desta!dissertação!dandoI me! liberdade! para! explorar! os! caminhos! que! me! ajudaram! a! alcançar! os! objetivos! pretendidos.! ! À!Doutora!Catarina!Gonçalves,!da!Associação!Bandeira!Azul,!por!me!ter!reencaminhado! para!quem!melhor!me!poderia!ajudar!e!por!me!ter!prestado!auxílio!sempre!que!tal!lhe!foi! solicitado.! ! Aos!Doutores!José!Salvado!e!Cláudia!Brandão,!por!me!terem!ajudado!a!trabalhar!com!a! base! de! dados! dos! Sistema! Nacional! de! Informação! dos! Recursos! Hídricos! disponível! online!e!por!me!terem!alertado!para!as!possíveis!falhas!que!poderia!haver.! ! À!minha!Família!e!aos!meus!Amigos,!pela!presença,!preocupação!e!amizade!constantes!ao! longo!de!toda!a!vida!e,!em!particular,!neste!semestre!e!pelas!ajudas,!tão!simples!mas!tão! importantes!que!me!foram!dando!sempre!que!lhes!foi!pedido.! ! Ao!meu!irmão!por!ser!o!meu!primeiro!exemplo,!por!não!se!poupar!a!esforços!para!me!ver! bem!e!por!ter!contribuído,!nos!detalhes,!para!que!eu!tivesse!sempre!o!necessário!para!a! realização!da!dissertação.! ! Aos!meus!Pais,!por!me!terem!apoiado!não!só!durante!esta!etapa!final!mas!durante!todo!o! percurso!académico!e!por!me!terem!educado,!transmitido!os!valores!em!que!acreditam!e! contribuído!sobremaneira!para!me!tornar!naquilo!que!sou!hoje.! ! ! ! ! 3! ! ! ! RESUMO! Nos!últimos!anos!as!preocupações!do!ser!humano!com!o!meio!ambiente!têm!aumentado! muito.!Começa!a!existir!a!consciência!de!que!os!recursos!não!são!ilimitados!e!que!as!ações! tem!influência!na!duração!dos!mesmo.!!! ! Um!dos!recursos!naturais!que!mais!preocupações!tem!levantado!é!a!água.!Como!poupar,! que!fazer!às!águas!residuais,!como!será!possível!evitar!todas!as!descargas!de!efluentes! não!tratados!no!meio!hídrico!ou!no!solo,!são!problemas!que!têm!sido!levantados!e!para!as! quais!se!tem!tentado!encontrar!uma!solução.! ! No!presente!trabalho!estudaIse!uma!situação!que!constitui!preocupação!crescente!e!que! corresponde!à!descarga!de!efluentes!não!tratados!no!meio!hídrico!por!incapacidade!das! instalações!e!face!à!afluência!de!volumes!anormais!de!águas!pluviais!às!instalações!que! deveriam!ser!só!de!águas!residuais.!É!estudado!o!caso!particular!da!estação!elevatória!do! Molhe! Sul,! localizada! na! zona! limite! entre! as! cidades! de! Vila! do! Conde! e! da! Póvoa! do! Varzim! e! que! faz! parte! do! Subsistema! de! Saneamento! da! ETAR! do! Ave! infraestrutura! integrada! no! Sistema! Multimunicipal! de! Abastecimento! de! Água! e! de! Saneamento! do! Noroeste!concessionado!à!Águas!do!Noroeste,!S.A.! ! O!período!de!análise!corresponde!aos!anos!de!2013!e!2014.!Nestes!2!anos!ocorreram!13! casos!de! descargas!indevidas! por!bypass!direto! para!o! Oceano!Atlântico! por!diferentes! motivos,! tais! como! a! necessidade! de! limpeza! do! poço! de! bombagem,! a! existência! de! avarias!nos!órgãos!de!elevação!ou!outras!componentes!da!estação!elevatória!ou!excesso! de!caudal!afluente.!! ! Depois!de!uma!análise!das!condições!de!ocorrência!de!tais!descargas,!foram!analisadas!e! são!propostas!várias!soluções!que!permitam!diminuir!–!ou!até!reduzir!a!zero,!o!volume!de! águas!residuais!descarregado!sem!tratamento!para!o!Oceano!Atlântico!e!estudarIseIá!qual! a!solução!mais!económica!e!qual!a!que!possui!uma!relação!custo/m3!de!derrame!evitado! mais!baixa.!! ! ! 4! ! ! ! ABSTRACT! In!recent!years!the!human!concern!for!the!environment!has!increased!a!lot;!the!Human! being! has! realized! that! the! resources! are! not! unlimited! and! that! their! actions! have! an! influence!on!the!duration!of!these!resources.!! ! The!natural!resource!that!!has!raised!more!concerns!is!water:!how!to!save?!What!to!do! with!waste!water?!Can!all!improper!discharges!be!avoided?! ! Due!to!this!growing!concern,!this!paper!will!focus!on!the!particular!case!of!the!pumping! station! of! Molhe! Sul,! Vila! do! Conde,! which! is! part! of! the! sanitation! subsystem! of! the! WWTP!Ave!during!the!years!2013!and!2013.! ! In! these! two! years! there! were! 13! cases! of! undue! discharges! by! bypass! straight! to! the! Atlantic! Ocean! for! several! reasons! such! as! cleaning! the! well,! breakdowns,! excessive! tributary! flow;! for! each! one! of! these! discharges! it! will! be! calculate! the! flow! and! the! extension!and!it!will!be!made!a!try!of!understanding!the!circumstances!which!gave!rise!to! them.! ! After!having!a!summary!of!the!conditions!of!the!improper!discharges!it!will!be!tried!to! propose! an! economic! solution! which! allows! to! reduce! the! volume! of! waste! waters! discharged!into!the!ocean,!ideally!to!0.! ! ! 5! ! ! ! ÍNDICE! !! AGRADECIMENTOS! 2! RESUMO! 3! ABSTRACT! 4! ÍNDICE! 5! ÍNDICE!DE!TABELAS! 7! ÍNDICE!DE!FIGURAS! 8! ACRÓNIMOS! 9! 1.!INTRODUÇÃO!10! 1.1!CAUSAS!E!EFEITOS!DAS!DESCARGAS!INDEVIDAS!12! 1.2!DISPOSIÇÕES!LEGAIS!13! 2.!CASO!DE!ESTUDO!14! 2.1!A!ENTIDADE!GESTORA!–!ÁGUAS!DO!NOROESTE!15! 2.2!DESCRIÇÃO!DO!SUBSISTEMA!DE!SANEAMENTO!DA!ETAR!DO!AVE!15! 2.3!DESCRIÇÃO!DA!ESTAÇÃO!ELEVATÓRIA!DO!MOLHE!SUL!E!SEU!MODO!DE!FUNCIONAMENTO!16! 2.4!CARACTERIZAÇÃO!DA!SITUAÇÃO!DE!FUNCIONAMENTO!20! 2.5!DADOS!E!REGISTOS!EXISTENTES!21! 2.6!TRATAMENTO!DE!DADOS!22! 2.7!EPISÓDIOS!A!CONSIDERAR!27! 2.8!PROPOSTA!DE!SOLUÇÕES.!ANÁLISE!COMPARATIVA!28! 2.8.1!CONSTRUÇÃO!DE!UM!POÇO!ADICIONAL!OU!AUMENTO!DA!CAPACIDADE!DO!EXISTENTE!28! 2.8.2!FUNCIONAMENTO!DA!BOMBA!DE!RESERVA!EM!SITUAÇÕES!DE!EMERGÊNCIA!35! 2.8.3!INSTALAÇÃO!DE!UMA!BOMBA!DE!CARACTERÍSTICAS!SEMELHANTES!ÀS!EXISTENTES!39! 2.8.4!SUBSTITUIÇÃO!DE!UMA!DAS!BOMBAS!EXISTENTES!POR!UMA!DE!MAIOR!CAPACIDADE!40! ! 6! ! ! ! 3.!CONCLUSÕES!42! 4.!PROPOSTAS!DE!DESENVOLVIMENTO!44! REFERÊNCIAS!BIBLIOGRÁFICAS!45! ANEXOS!44! ANEXO!I!–!PRIMEIRA!PÁGINA!DO!FICHEIRO!“CAUDAIS!DIÁRIOS!BOMBADOS”! 45! ANEXO!II!–!PRIMEIRA!PÁGINA!DO!FICHEIRO!“CAUDAIS!AFLUENTES”,!FOLHA!“EE!FORTE”! 46! ANEXO!III!c!PRIMEIRA!PÁGINA!DO!FICHEIRO!“CAUDAIS!AFLUENTES”,!FOLHA!“PR!VILA!DO!CONDE”! 47! ! !! ! 7! ! ! ! ÍNDICE!DE!TABELAS! Tabela!1!c!Comunicações!de!bypass!à!APA!por!derrame!de!caudal!a!partir!da!Estação!Elevatória!do!Molhe!Sul !22! Tabela!2!c!Resumo!mensal!dos!volumes!afluentes!e!bombeados!da!estação!elevatória!para!a!ETAR!do!Ave !24! Tabela!3!c!Cálculo!do!Caudal!e!Quantidade!Afluente!e!do!Caudal!e!Quantidade!de!bypass!26! Tabela!4!–!Volume!e!Caudal!Afluentes!e!de!Bypass!dos!Episódios!a!considerar!27! Tabela!5!–!Volume!de!bypass!com!a!consideração!de!um!novo!poço!de!420!m3!32! Tabela!6–!Custo!de!Exploração!com!energia!elétrica!utilizada!33! Tabela!7!–!Custos!de!construção!de!um!poço!de!420!m3!34! Tabela!8!–!Resumo!da!solução!construção!de!um!novo!poço!de!420!m3!35! Tabela!9!–!Episódios!e!caudais!a!serem!considerados!para!esta!solução!35! Tabela!10!–!Cálculos!necessários!ao!cálculo!da!curva!caraterística!da!instalação!37! Tabela!11!–!Averiguação!da!viabilidade!do!acionamento!da!bomba!auxiliar!para!evitar!situações!de!bypass !38! Tabela!12!–!Custos!de!operação!da!bomba!de!reserva!em!caso!de!emergência!38! Tabela!13!–!Resumo!da!utilização!da!bomba!de!reserva!em!situações!de!emergência!39! Tabela!14!–!Custos!estimados!de!alargamento!da!sala!de!bombagem!40! Tabela!15!–!Resumo!da!instalação!de!uma!bomba!extra!de!caraterísticas!iguais!às!existentes!40! Tabela!16!–!Averiguação!da!necessidade!de!bypass!com!as!3!bombas!existentes!41! Tabela!17!–!Consumo!energético!para!elevar!a!totalidade!nos!caudais!para!o!presente!e!até!ao!horizonte!do! projeto!41! Tabela!18!–!Resumo!das!soluções!propostas!e!viáveis!42! !! ! 8! ! ! ! ÍNDICE!DE!FIGURAS! Figura!1!–!Evolução!em!Portugal,!em!percentagem,!do!acesso!da!população!a!sistemas!públicos!de! abastecimento,!!drenagem!e!tratamento!de!águas!desde!1991!a!20091!11! Figura!2!–!Vista!aérea!da!zona!abrangida!pelo!subsistema!de!saneamento!da!ETAR!do!Ave!13! Figura!3!–!Poço!reservatório!da!estação!elevatória!do!Molhe!Sul!17! Figura!4!–!Equipamento!de!gradagem!e!remoção!de!sólidos!antes!da!entrada!no!poço!18! Figura!5!–!Vista!da!sala!de!bombagem!19! Figura!6!–!Bomba!elevatória!19! Figura!7!–!Painel!de!instruções!de!um!dos!grupos!eletrobomba!19! Figura!8!–!Curva!característica!de!cada!um!dos!grupos!elevatórios!20! Figura!9!–!Comparação!entre!volume!afluente!e!de!bypass,!nos!casos!em!que!a!bombagem!funciona!29! Figura!10!–!Comparação!entre!volume!afluente!e!de!bypass,!sem!bombagem!30! Figura!11!–!Volume!não!descarregado!caso!existisse!poço!reservatório!auxiliar!31! Figura!12!–!Curvas!caraterísticas!das!várias!bombas!e!curva!caraterística!da!instalação!37! Figura!13!–!Volume!de!bypass!evitado!por!cada!solução!proposta!43! Figura!14!–!Custo!da!solução!por!volume!de!bypass!evitado!43! ! ! ! 9! ! ! ! ACRÓNIMOS! c WWTP!–!Waste!Water!Treatment!Plant! c APA!–!Agência!Portuguesa!do!Ambiente! c SNIRH!–!Sistema!Nacional!de!Informação!De!Recursos!Hídricos! c IPMA!–!Instituto!Português!do!Mar!e!da!Atmosfera! c ETAR!–!Estação!de!Tratamento!de!Águas!Residuais! c CCI!–!Curva!Característica!da!Instalação! c CCB!–!Curva!Característica!da!Bomba! ! ! ! 16! ! ! ! O!Subsistema!de!Saneamento!do!Ave!em!análise,!é!constituído!por!5!estações!elevatórias,! todas!exploradas!pela!Águas!do!Noroeste:!Estação!Elevatória!de!Vila!do!Conde,!Estação! Elevatória!de! Formariz,!Estação! Elevatória!do! Estaleiro,!Estação! Elevatória!da! Azurara!e! Estação!Elevatória!do!Molhe!Sul!que!é!a!responsável!por!elevar!o!caudal!afluente!de!todas! as!outras!estações!até!à!ETAR!do!Ave,!onde!as!águas!residuais!serão!tratadas.! ! A!estação!elevatória!do!Molhe!Sul,!situaIse!junto!ao!Oceano!Atlântico,!na!zona!limítrofe! entre! Vila! do! Conde! e! a! Póvoa! do! Varzim,! na! área! do! seu! porto! de! mar,! e! eleva,! diariamente!e!atualmente,!uma!média!de!cerca!de!13.115!m3/dia!de!águas!residuais!até!à! ETAR.! Para! isso! utiliza! até! 3! das! 4! bombas! instaladas! existentes! e! em! paralelo.! Estas! bombas!vão!conduzir!a!água!através!de!uma!conduta!elevatória!em!ferro!fundido!dúctil!de! 700!mm!de!diâmetro,!numa!extensão!de!cerca!de!6!km!vencendo!um!desnível!geométrico! de!30,65!m.! ! A!ETAR!do!Ave!está!dimensionada!para!os!volumes!previsíveis!de!ocorrer!no!de!2038!I!ano! horizonte! do! projeto,! que! corresponde! a! uma! população! servida! de! cerca! de! 258.000! habitantes!equivalentes,!de!acordo!com!o!projeto!elaborado.!O!crescimento!potencial!–! de! 83.000! para! 258.000! habitantes,! deverIseIá! ao! aumento! do! número! de! habitantes! previsíveis!para!os!concelhos!da!Póvoa!do!Varzim!e!de!Vila!do!Conde!e!ao!alargamento!da! rede!a!locais!que!presentemente!não!estão!abrangidos.! ! 2.3!Descrição!da!Estação!Elevatória!do!Molhe!Sul!e!seu!modo!de!funcionamento! ! A!estação!elevatória!do!Molhe!Sul!localizaIse!na!Marginal!Atlântica,!em!Vila!do! Conde,! entre! os! municípios! de! Vila! do! Conde! e! o! da! Póvoa! de! Varzim,! com! as! coordenadas! 41º22’18’’N,!8º22’18’’O.! ! A!estação!elevatória!foi!projetada!em!2008,!sendo!o!ano!de!2010!sido!considerado!como! ano!de!arranque,!e!o!ano!de!2038!como!o!horizonte!de!projeto,!ou!seja,!o!período!findo!o! qual! a! obra,! previsivelmente,! atingirá! a! saturação.6! Assim,! sempre! que! for! necessário! extrapolar!dados!para!o!futuro!como,!por!exemplo,!diluição!dos!custos!de!exploração!ou! de!investimento,!considerarIseIá!o!período!de!23!anos!compreendido!entre!1!de!Janeiro! de!2016,!dia!em!que!a!proposta!entraria!em!ação!e!31!de!Dezembro!de!2038,!ano!em!que! a!estação!elevatória!atinge!a!saturação.! ! Esta!estação!elevatória!foi!projetada!para!recolher!as!águas!de!saneamento!da!Póvoa!do! Varzim,!provenientes!da!estação!elevatória!do!Forte,!e!de!Vila!do!Conde,!provenientes!da! ! 17! ! ! ! estação!elevatória!Vila!do!Conde!e!de!várias!bacias!de!drenagem,!e!conduziIlas!até!à!ETAR! do!Ave.6! ! A!estação!elevatória!é!constituída!por!9!áreas!funcionalmente!independentes:6! I câmaras!de!entrada!e!válvulas!de!isolamento;! I gradagem;! I poço!de!bombagem!e!zona!de!órgãos!de!manobra!e!segurança;! I sala!das!bombas;! I sala!do!tratamento!de!desodorização;! I espaço!para!os!quadros!elétricos!e!instrumentação;! I sala!do!gerador!de!emergência;!! I posto!de!transformação;! I instalações!sanitárias.! ! Uma!vez!que!o!objeto!desta!dissertação!se!prende!com!os!episódios!de!bypass!originados! pela!falta!de!capacidade!de!armazenamento!e!bombagem!de!todo!o!caudal!afluente,!vão! ser! focados,! sobretudo,! o! poço! de! bombagem! e! a! sala! das! bombas,! local! onde! se! encontram!instaladas!os!grupos!de!elevação.! ! O!poço!de!bombagem!tem!um!volume!total!de!246!m3!e!as!dimensões!de!!7,20!x!8,50!x! 4,00!m3.! ! Nas! figuras! 3! e! 4! ! podem! ser! visualizados! alguns! aspetos! indicativos! e! relativos! a! esta! estação!elevatória.! !! ! Figura!3!–!Poço!reservatório!da!estação!elevatória!do!Molhe!Sul! Antes!da!água!residual!afluente!afluir!ao!poço!da!estação!elevatória,!o!efluente!circula! através!de!uma!grade!mecânica!semiIvertical!que!está!associada!a!um!transportador!do! ! 18! ! ! ! tipo!parafuso!sem!fim,! e! que!retém!e! eleva! os!sólidos!de!maiores! dimensões! para!um! contentor!que,!posteriormente,!é!encaminhado!para!um!destino!em!aterro!adequado.! ! Figura!4!–!Equipamento!de!gradagem!e!remoção!de!sólidos!antes!da!entrada!no!poço! ! Duas!vezes!por!ano!é!necessário!proceder!à!limpeza!do!poço,!em!resultado!de!sólidos!que! ficam!retidos!e!que!até!lá!confluem.!Para!isso!esvaziaIse!o!poço!de!bombagem,!colocandoI se!o!caudal!afluente!a!drenar!diretamente!para!o!Oceano!Atlântico!em!situação!de!bypass.! ! Os! equipamentos! de! elevação! I! as! bombas,! são! ligadas! automaticamente! através! de! automatismos!que!disparam!quando!o!nível!da!água!atinge!diferentes!cotas,!dependendo! assim!da!altura!da!água!do!poço!o!funcionamento!de!uma,!duas!ou!três!bombas!Três!dos! grupos!são!acionados!automaticamente!quando!a!altura!da!água!no!poço!atinge!um!nível! préIdefinido,!enquanto!que!o!quarto!grupo!é!um!grupo!de!reserva!e!é!acionado!apenas! através!de!ordem!manual.! ! ! ! 19! ! ! ! ! Figura!5!–!Vista!da!sala!de!bombagem! ! ! Figura!6!–!Bomba!elevatória! ! Figura!7!–!Painel!de!instruções!de!um!dos!grupos!eletrobomba! ! 20! ! ! ! ! Os! quatro! grupos! elevatórios! são! iguais,! sendo! a! curva! característica! de! cada! grupo! a! representada!na!figura!8.!! ! ! Figura!8!–!Curva!característica!de!cada!um!dos!grupos!elevatórios!! ! 2.4!Caracterização!da!Situação!de!Funcionamento! A!estação!elevatória!do!Molhe!Sul!recebe!as!águas!de!saneamento!provenientes!de!parte! dos!concelhos!da!Póvoa!do!Varzim!e!de!Vila!do!Conde!e!ainda!a!água!que,!não!sendo!de! 050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Q [l/s] 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 H [m] 100 120 140 160 180 200 220 240 260 P2 [kW] ME2000/4-63 86% Hydr.eff. 463 463 Pump performance curves AFP 3002 AFP 3002 50 Hz 1480 rpm FrequencyDischarge DN300 Reference curve Curve number 204 kW Rated power Hydraulic efficiency 8,0 m86 %42 m427 l/s 1 kg/dm³ Density NPSHHeadFlow 50 Hz 2015-06-03 Date 1,562 mm²/s Rated speedTestnorm ISO 2548C Viscosity 127 x 110 mm2-vane channel impeller 2 463 mm ABS reserves the right to change any data and dimensions without prior notice and can not be held responsible for the use of information contained in this software. ABSEL PRO 1.7.2 / 2006-12-21 2009-03-26 RevisionSolid size ImpellerN° of vanesImpeller size ! 21! ! ! ! saneamento,!se!introduz!na!rede,!tais!como!infiltrações!de!água!pluvial,!água!de!rega!ou! outras.! ! A! água! afluente! é! recebida! à! entrada! da! estação! elevatória,! sendo! posteriormente! gradada!e,!seguidamente!aflui!ao!poço!de!bombagem.!A!partir!deste!é!bombeada!para!a! ETAR!do!Ave.!No!caso!de!haver!alguma!avaria!ou!de!o!volume!afluente!ser!superior!àquele! que! é! possível! ser! bombeado,! pode! originarIse! uma! situação! de! bypass,! ou! seja,! uma! situação! em! que! o! caudal! excedente,! é! desviado! diretamente! para! o! Oceano! Atlântico! através!de!coletor!apropriado!e!dedicado!ao!efeito,!como!sucede!em!situações!de!limpeza! como!as!já!anteriormente!relatadas.!!! ! 2.5!Dados!e!Registos!Existentes! Com! o! objetivo! de! desenvolver! o! presente! trabalho,! foram! possíveis! disponibilizar! os! seguintes!dados:! ! I caudal!afluente!proveniente!da!estação!elevatória!do!Forte!e!do!ponto!de!recolha! de!Vila!do!Conde;! I dados!referentes!ao!caudal!bombeado!para!a!ETAR;! I dados!do!consumo!elétrico;! I dados!relativos!ao!número!de!horas!de!funcionamento!das!bombas!por!dia.! ! Todos! estes! dados! foram! fornecidos! sob! a! forma! de! leituras! diárias! dos! diferentes! medidores!instalados.! ! Uma!vez!que,!segundo!a!DecretoILei!nº!152/97,!indica!que!e!sempre!que!há!derrame!de! água!de!saneamento!para!águas!públicas,!é!necessário!reportar!o!acontecimento!à!APA!I! Agência!Portuguesa!do!Ambiente,!a!entidade!gestora!dispõe!dos!registos!correspondentes! a!essas!ocorrências!e!que!constam!da!Tabela!1!onde!figuram,!também,!a!data,!a!duração!e! a!razão!justificativa!dos!derrames!ocorridos.!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 22! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! A Ano Data Início Fim Total Observações 2013 02/04/13 13h 18h 5 h EE parada, comporta de admissão de efluente fechada - Inspeção vídeo IG para ETAR Ave 15/05/13 2h22 3h38 1h16 Avaria elétrica - comporta de admissão de efluente fechada 29/05/13 7h30 18h 12h30 Limpeza poço elevatório (bypass da componente gravítica VC) - comporta de admissão de efluente fechada 27/09/13 9h30 20h3 0 11 h Excesso caudal e inundação de edifício elevatório - comporta de admissão de efluente fechada 02/10/13 19h30 23h3 0 4 h Excesso caudal (bypass parcial - abertura e fecho da comporta em função do nível do poço elevatório) 21-22 /10/2013 20h 1h15 5h15 Excesso caudal (bypass parcial - abertura e fecho da comporta em função do nível do poço elevatório) 22/11/13 9h 12h2 0 3h20 Excesso caudal (bypass parcial - abertura e fecho da comporta em função do nível do poço elevatório) 12/11/13 8h 20h 12 h Limpeza poço elevatório (bypass da componente gravítica VC) - comporta de admissão de efluente fechada 16/11/13 12h30 14h3 0 2 h Avaria sensor comporta - comporta de admissão de efluente fechada 2014 06/01/14 8h30 9h30 1 h Avaria gradagem - comporta de admissão de efluente fechada 03/02/14 15h45 17h0 5 1h 20 Avaria autómato - comporta de admissão de efluente fechada 04/06/14 8h 20h 12 h Limpeza poço elevatório (bypass da componente gravítica VC) - comporta de admissão de efluente fechada 16/12/14 8h 20h 12 h Limpeza poço elevatório (bypass da componente gravítica VC) - comporta de admissão de efluente fechada Tabela!1!c!Comunicações!de!bypass!à!APA!por!derrame!de!caudal!a!partir!da!Estação!Elevatória!do!Molhe!Sul! ! 2.6!Tratamento!de!dados! ! ! 23! ! ! ! A! partir! dos! dados! fornecidos,! foi! considerado! como! principal! objetivo,! avaliar! a! quantidade! de! esgoto! que! é! enviado! para! o! oceano! através! do! bypass!e! qual! a!! percentagem!que!corresponde!relativamente!ao!esgotos!bruto!afluente.!! ! Para!isso!e!para!cada!período!definido,!era!objetivo!calcular!o!caudal!entrado!na!estação! elevatória,!calcular!o!volume!de!precipitação!que!se!teria!infiltrado!e!assim!saber!qual!a! percentagem! que! corresponderia! a! esgoto! bruto! e! qual! a! percentagem! que! corresponderia!a!água!que,!se!não!se!tivesse!infiltrado!no!sistema!de!saneamento,!não! necessitaria!de!ser!tratada,!nomeadamente!água!da!chuva!e!de!rega.! ! Este! modo! de! proceder! não! foi! possível! de! ser! desenvolvido! uma! vez! que! os! dados! relativos! à! precipitação! não! foram! disponibilizados! pelo! SNIRH! I! por! avaria! dos! equipamentos!nos!postos!udométricos!mais!próximos!da!estação!elevatória,!nem!junto!do! IPMA,!por!resposta!tardia!(não!envio!do!orçamento!em!tempo)!às!diversas!tentativas!de! contacto.! ! Outra! dificuldade! ocorrida,! foi! a! instabilidade! nos! registos! dos! dados! no! medidor! de! caudal!do!ponto!de!recolha!de!Vila!do!Conde.!Este!ponto!de!recolha!possui!um!medidor! de!caudal!do!tipo!ultrassónico,!que!é!sujeito!a!erros!mais!frequentes!do!que!de!outros! tipos!de!medidores!e,!em!particular,!mais!do!que!os!medidores!do!tipo!eletromagnético.! Na!realidade,!um!medidor!de!caudal!do!tipo!ultrassónico!“emite!ondas!ultrassónicas!que! se! propagam! através! do! líquido,! recebendoIas! depois! de! terem! sofrido! a! influência! do! escoamento! e! usa! o! resultado! dessa! influência! para! medir! o! caudal”7.! No! entanto,! os! resultados!são!altamente! dependentes! quer!do!perfil!de!velocidades! do! fluido!quer!da! quantidade!de!matéria!existente,!o!que!no!caso!de!escoamentos!de!águas!residuais!é!mais! usual.8! ! Nos!casos!dos!medidores!de!caudal!instalados!na!estação!elevatória!do!Forte!e!à!entrada! da!ETAR,!o!caudal!é!medido!por!medidores!do! tipo!eletromagnético!que,!com!base!na! aplicação! da! lei! de! Faraday,! permite! obter! a! velocidade! do! líquido! e,! posteriormente,! conhecendo!o!diâmetro!da!conduta,!obter!o!caudal!escoado.7! ! Para!realizar!o! tratamento!de!dados!começouIse!por!eliminar!todos!os!valores!iguais!a! zero,!quer!proviessem!do!medidor!de!caudal!de!Vila!do!Conde!ou!da!soma!dos!medidores! da! estação! elevatória! do! Forte,! por! estes! se! deverem! a! erros! nas! medições! e! não! a! ocasiões!em!que!o!caudal!foi,!de!facto,!igual!a!zero.!Na!prática!correspondem!a!situações! de!não!medição!por!impossibilidade!dos!equipamentos!a!não!realizarem.! ! ! 24! ! ! ! Posteriormente,!efetuouIse!uma!análise!diária!dos!dados!remanescentes!para!identificar! as! situações! em! que! teria! ocorrido! bypass.! No! entanto,! houve! dois! fatores! que! impossibilitaram!que!se!recorresse!a!este!modo!de!proceder:! ! I as! leituras! disponíveis! não! foram! realizadas! todas! à! mesma! hora,! o! que! impossibilitou!conhecer!o!valor!do!caudal!que!afluiu!ou!se!bombeou!num!dia;!! I o! facto! de! se! ter! tido! de! proceder! à! eliminação! de! um! elevado! número! de! medições,!o!que!teve!impacto!na!fiabilidade!dos!valores!obtidos,!de!acordo!com!os! valores!obtidos!teriam!ocorrido!situações!de!bypass!em!53%!dos!dias!e,!em!muitas! ocasiões,!teria!sido!bombeado!caudal!que!não!teria!afluído!à!estação.! ! Assim!foi!necessário!encontrar!um!caminho!alternativo!que!consistiu!na!análise!mensal! dos!dados!disponíveis,!em!vez!de!uma!análise!diária.!Na!seguinte!Tabela!2,!apresentaIse! tal!análise!em!que!os!valores!de!volumes!libertados!foram!obtidos!através!do!cálculo!da! média!dos!caudais!afluentes!e!a!média!dos!caudais!elevados!para!a!ETAR.!! ! ! Mês Volume Bombead o (m3) Volume Afluent e (m3) Dias considerado s (d) Caudal Médio Bombead o (m3/d) Média Afluent e (m3/d) Bombead o - Afluente (m3/d) Bombage m Suficiente? Volume libertad o por dia (m3) Jan/13 400.084 414.945 29 13.796 14.308 -14.861 Não 512 Fev/13 309.636 310.038 28 11.058 11.073 -402 Não 14 Mar/13 385.536 409.531 31 12.437 13.211 -23.995 Não 774 Abr/13 368.952 385.239 30 12.298 12.841 -16.287 Não 543 Mai/13 232.218 238.031 21 11.058 11.335 -5.813 Não 277 Jun/13 463.886 448.051 30 15.463 14.935 15.835 Sim 0 Jul/13 434.460 433.917 31 14.015 13.997 543 Sim 0 Ago/13 454.028 446.811 31 14.646 14.413 7.217 Sim 0 Set/13 382.662 374.629 30 12.755 12.488 8.033 Sim 0 Out/13 478.969 463.676 31 15.451 14.957 15.293 Sim 0 Nov/1 3 196.609 200.569 18 10.923 11.143 -3.960 Não 220 Dez/1 3 327.157 339.124 31 10.553 10.939 -11.967 Não 386 Jan/14 451.261 432.343 28 16.116 15.441 18.918 Sim 0 Fev/14 445.115 374.527 25 17.805 14.981 70.588 Sim 0 Mar/14 354.000 388.767 31 11.419 12.541 -34.767 Não 1.122 Abr/14 338.613 339.619 30 11.287 11.321 -1.006 Não 34 Mai/14 323.048 331.640 31 10.421 10.698 -8.592 Não 277 Jun/14 424.111 428.676 30 14.137 14.289 -4.565 Não 152 Jul/14 444.630 426.610 30 14.821 14.220 18.020 Sim 0 Ago/14 446.424 459.648 31 14.401 14.827 -13.224 Não 427 Set/14 418.987 357.247 30 13.966 11.908 61.740 Sim 0 Out/14 371.383 340.932 31 11.980 10.998 30.451 Sim 0 Nov/1 4 373.108 285.486 30 12.437 9.516 87.622 Sim 0 Dez/1 4 303.341 313.105 29 10.460 10.797 -9.764 Não 337 Tabela!2!c!Resumo!mensal!dos!volumes!afluentes!e!bombeados!da!estação!elevatória!para!a!ETAR!do!Ave! ! 25! ! ! ! ! Através!desta!análise!mensal,!foi!possível!fazer!uma!análise!geral!da!oscilação!dos!caudais! ao!longo!dos!dois!anos!de!observação.!No!entanto,!após!a!subtração!do!caudal!afluente! ao!bombeado,!continuou!a!verificarIse!que!muitos!valores!são!negativos,!indiciando!que! teriam!ocorrido!mais!situações!de!bypass!do!que!as!que!foram!reportadas!à!APA.!! ! Este!tipo!de!análise!levantou!ainda!um!problema!temporal,!já!que!um!mês!é!um!período! bastante! extenso! e! os! episódios! de! bypass!ocorrem! apenas! duram! algumas! horas,! suscitando! a! não! possibilidade! em! determinar! qual! a! altura! do! mês! em! que! ocorreu!o! episódio!e!quais!os!caudais!afluentes!contribuintes.!! ! Assim,! e! uma! vez! que! se! conhecia! a! data! e! a! duração! de! cada! ocorrência! de! derrame! optouIse!por!fazer!a!análise!inversa,!ou!seja,!partindo!de!cada!episódio!fazer!a!análise!do! caudal!afluente!e!da!bombagem.!DefiniuIse!como!período!de!cada!episódio!em!causa,!os! 2!dias!anteriores!!e!o!próprio!dia!do!derrame!e!como!duração!do!episódio!o!intervalo!de! tempo!em!que!se!está!a!efetuar!o!bypass!do!caudal!afluente!para!o!mar.! ! Analisando! os! dados! enviados! à! Agência! Portuguesa! do! Ambiente! (Tabela! 1),! pode! verificarIse!que,!dos!13!episódios!ocorridos!durante!os!anos!de!2013!e!2014,!quatro!se! deveram! à! necessidade! de! limpeza! do! poço,! um! à! inspeção! vídeo! IG! para! ETAR! Ave.! quatro!a!avarias!de!equipamentos!e!quatro!ao!excesso!do!caudal!afluente.! ! Para!todos!estes!casos!considerouIse!importante!estimar!não!só!o!caudal,!mas!também!a! quantidade!total! de!águas! de!saneamento!enviadas!para!o!mar!para!se!poder! ter!uma! ideia!mais!real!da!situação!em!causa.!Para!isso!efetuaramIse!os!seguintes!cálculos:! ! 1. caudal!médio!horário!proveniente!do!ponto!de!recolha!de!Vila!do!Conde,!para!o! período!de!cada!episódio;! 2. caudal!médio!horário!proveniente!da!estação!elevatória!do!Forte,!para!o!período! de!cada!episódio;! 3. caudal!médio!horário!total!através!da!soma!dos!valores!obtidos!em!1!e!2;! 4. volume! total! de! afluente! à! estação! elevatória,! calculado! através! do! produto! do! número!de!horas!de!duração!de!cada!episódio!e!o!caudal!médio!horário!total;! 5. caudal!médio!horário!bombeado!durante!o!episódio;! 6. quantidade! total! de! afluente! bombeado,! calculado! através! do! produto! entre! o! número! de! horas! de! duração! de! cada! episódio! e! o! caudal! bombeado! médio! horário;! ! 32! ! ! ! !! Volume Bypass Atual (m3) Caudal médio de bypass (m3/h) Caudal Médio Bombagem (m3/h) Volume Bombeado (m3) Excedente ? Volume Excedente (m3) bypass ? Volume bypass Episódio 1 3.330 666 0 0 Sim 3.330 Sim 3.330 Episódio 2 552 436 546 692 Não 0 Não 0 Episódio 3 7.707 617 546 6.831 Sim 876 Sim 456 Episódio 4 416 38 582 6.404 Não 0 Não 0 Episódio 5 328 82 874 3.497 Não 0 Não 0 Episódio 6 192 57 967 3.222 Não 0 Não 0 Episódio 8 4.952 413 546 6.558 Não 0 Não 0 Episódio 9 890 445 546 1.093 Não 0 Não 0 Episodio 10 906 906 546 546 Sim 360 Não 0 Episódio 11 787 590 546 729 Sim 59 Não 0 Episódio 12 6.695 558 546 6.558 Sim 137 Não 0 Episódio 13 5.830 486 546 6.558 Não 0 Não 0 Total 32.584 Total 3.786 Tabela!5!–!Volume!de!bypass!com!a!consideração!de!um!novo!poço!de!420!m3! Analisando!os!resultados!da!tabela!5,!verificaIse!que,!caso!existisse!um!poço!adicional!de! 420!m3,!num!período!de!caraterísticas!idênticas!às!ocorridas!nos!anos!de!2013!e!2014,! apenas!teria!sido!necessário!recorrer!a!bypass!por!duas!vezes,!uma!aquando!da!inspeção! do!interceptor!gravítico!I!em!que!a!existência!ou!não!de!poço!auxiliar!não!tem!qualquer! influência,!e!outra,!aquando!da!lavagem!do!poço,!sendo!possível,!neste!caso,!reduzir!o! caudal!derramado!para!apenas!cerca!de!11%!do!valor!do!caudal!derramado!com!apenas! um!poço.! ! Para!calcular!os!custos!desta!solução!é!necessário!considerar!2!tipos!de!custos:!os!custos! de!investimento!relativos!à!construção!do!poço!–!escavações,!paredes,!fundo,!etc.,!e!os! resultantes!da!instalação!de!novos!equipamentos!de!bombagem!e!os!custos!relativos!a! despesas!de!exploração!relativos!ao!consumo!de!energia!elétrica..! ! O!cálculo!do!consumo!de!energia!elétrica,!foi!realizado!a!partir!do!conhecimento!da!curva! de!potência!dos!grupos!elevatórios!com!base!no!gráfico!constante!da!figura!8.!Com!base! neste! gráfico! a! equação! que! relaciona! o! caudal! elevado! com! a! potência! consumida! –! obtida!por!ajuste!polinomial!aplicado!ao!conjunto!de!valores!do!gráfico,!é! ! 33! ! ! ! ! 𝑃=232,23𝑄!−705,3𝑄!+285,62𝑄!+154,64𝑄+132,64!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! Em!que!P!representa!a!potência!expressa!em!kW!e!Q!o!caudal!elevado!expresso!em!m3/s.! ! Partindo!desta!equação! e!considerando!o! custo!médio!unitário!que!a! entidade!gestora! compra!a!energia!elétrica!–!0,0865!€/kW.h,!um!rendimento!hidráulico!das!bombas!de!86%! e! ainda,! realizando! uma! projeção! da! inflação! até! ao! ano! de! 2038! é! possível! calcular! o! consumo!elétrico!da!bombagem!do!caudal!que,!na!situação!atual,!seria!descarregado!por! bypass.! ! ! Volume que segue para Bypass agora (m3) Volume que segue para bypass com tanque (m3) Volume extra bombeado (m3) Caudal de bombagem (3 bombas) (m3/s) Potência Necessári a (kW) Tempo de trabalho extra (s) Energia Necessári a Fornecer (kWh) Preço de Energia Episódio 2 552,267 0,0 552 0,506 208 1091 63,020 5,59 Episódio 3 7.706,657 455,8 7251 0,506 208 14330 827,409 73,38 Episódio 4 415,960 0,0 416 0,506 208 822 47,466 4,21 Episódio 5 328,183 0,0 328 0,506 208 649 37,450 3,32 Episódio 6 191,555 0,0 192 0,506 208 379 21,859 1,94 Episódio 8 4.952,038 0,0 4952 0,506 208 9787 565,086 50,11 Episódio 9 890,350 0,0 890 0,506 208 1760 101,599 9,01 Episodio 10 906,108 0,0 906 0,506 208 1791 103,398 9,17 Episódio 11 787,156 0,0 787 0,506 208 1556 89,824 7,97 Episódio 12 6.694,589 0,0 6695 0,506 208 13230 763,931 67,75 Episódio 13 5.829,800 0,0 5830 0,506 208 11521 665,249 59,00 Total= 291,45 Tabela!6–!Custo!de!Exploração!com!energia!elétrica!utilizada! Os!custos!de!construção!do!poço!são,!maioritariamente!devidos!à!escavação!e!remoção! dos!solos.!! ! 34! ! ! ! Uma!vez!que!o!poço!reservatório!existente!tem!4!metro!de!profundidade!o!poço!a!ser! construído!deverá!também!ter!os!mesmos!4!metros!para!facilitar!possíveis!transferências! de!água!de!um!poço!para!o!outro.! ! Em!termos!de!investimento!relativo!à!construção!do!poço!suplementar,!considerarIseIá! que!o!poço!tem!as!dimensões!parciais!de!10!m!x!10,5!m!x!4!m.!! ! Para!o!cálculo!do!investimento!associado!a!essa!construção,!consideramIse!para!valores! unitários!para!os!itens!de!construção!mais!significativos!os!seguintes!valores:! ! I escavação,!remoção!e!transporte!de!420!m3!de!terra!–!21€/m3!(10)! I laje!de!fundo!10,5!x!10!x!0,4!–!102€/m2!(10)! I 2!paredes!dos!lados!mais!extensos!–!10,5!x!4!x!0,30!–!322!€/m2!(10)! I 2!paredes!dos!lados!mais!curtos!–!10!x!4!x!0,30!–!322!€/m2!(10)! I laje!de!topo!10,5!x!10!x!0,2!–!83!€/m2!(10)! ! A!estes!valores!unitários!corresponde!os!custos!totais!constantes!da!tabela!7.! ! Tarefa Quantidade Preço Unitário (€) Preço Total (€) Escavação, Remoção e carregamento do solo 420 m3 21 8.820 Laje de Fundo 105 m2 102 10.710 Paredes 10,5 42 m2 322 13.524 Paredes 10 40 m2 322 12.880 Laje de Cobertura 105 m2 83 8.715 Total 54.649 Tabela!7!–!Custos!de!construção!de!um!poço!de!420!m3! Aos!custos!da!energia!gasta!na!elevação!têm!de!ser!adicionada!a!inflação.!Uma!vez!que! não! foram! encontradas! projeções! da! taxa! de! inflação! até! ao! ano! horizonte! de! projeto! optouIse!por!obter!a!taxa!média!de!inflação!dos!últimos!23!anos!e!utilizar!esse!valor!para! os!23!anos!que!ocorrem!desde!2016!a!2038.! ! Volume de Bypass sem poço adicional (m3) 32.584 Custo da energia (€/2 anos) 430 Volume de Bypass com poço adicional de 420 m3 (m3) 3.786 Custo de Obra (€) 54.649 Bypass evitado até horizonte de projeto (m3) 331.177 Custo Total (€) 59.594 Custo Diluído pelos 23 anos 2.591 ! 35! ! ! ! (€/ano) Custo por m3 até horizonte do projeto (€/m3) 0,18 Tabela!8!–!Resumo!da!solução!construção!de!um!novo!poço!de!420!m3! ! Como!se!verifica!dos!elementos!constante!da!tabela!8,!o!custo!estimado!desta!solução,! diluído!pelos!23!anos! do!projeto,!é! de! 2.544!€!por!ano,!prevendoIse! que,!com!o! poço! auxiliar!seja!possível!evitar!a!descarga!de!cerca!de!28.800!m3!de!águas!residuais!para!o! Oceano!Atlântico!a!cada!2!anos,!num!total!de!cerca!de!331.177m3!até!ao!horizonte!de! projeto.!! ! 2.8.2!Funcionamento!da!Bomba!de!Reserva!em!Situações!de!Emergência! ! Outra!das!hipóteses!que!se!considerou!na!análise!realizada,!foi!utilizar!a!bomba!de!reserva! em! situações! de! emergência,! ou! seja,! nas! situações! em! que! as! 3! bombas! não! têm! capacidade!para!bombear!toda!a!água!que!aflui!ao!poço!reservatório.!! ! Neste!caso!apenas!se!podem!considerar!os!episódios!4,!5!e!6!uma!vez!que!são!estes!os! únicos!que!tem!excesso!de!caudal!afluente.!Em!todos!os!outros!episódios,!a!comporta!de! acesso! estava! fechada,! quer! por! avaria! quer! por! necessidade! de! manobras,! não! sendo! possível!o!caudal!afluente!entrar!no!tanque!reservatório.! ! Episódio Volume Afluente (m3) Caudal Médio mente (m3/h) Volume do bypass (m3) Caudal Médio do bypass (m3/h) Episódio 4 6819 620 416 38 Episódio 5 3825 956 328 82 Episódio 6 3414 1024 192 57 Tabela!9!–!Episódios!e!caudais!a!serem!considerados!para!esta!solução! ! As! bombas! existentes! na! estação! estão! instaladas! em! paralelo! e! têm! uma! curva! característica!obtida!a!partir!do!gráfico!apresentado!na!figura!8:! ! 𝐻!=62 −5𝑄−100𝑄!!!!!!!!!!𝐻𝑚,𝑄𝑚!/𝑠! ! Uma!vez!que!as!diversas!bombas!estão!montadas!em!paralelo!as!correspondentes!curvas! características,!dependendo!de!estarem!duas,!três!ou!quatro!bombas!a!funcionar,!tomam! a!seguinte!forma:! ! 36! ! ! ! 2!𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎𝑠!!!!!!!!!!𝐻!=62 −! !𝑄−!"" !𝑄!!!!!!!!!!𝐻𝑚,𝑄𝑚!𝑠m! ! 3!𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎𝑠!!!!!!!!!!𝐻!=62 − 5 3𝑄− 100 9𝑄!!!!!!!!!!𝐻𝑚,𝑄𝑚!𝑠! ! 4!𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎𝑠!!!!!!!!!!𝐻!=62 − 5 4𝑄− 100 16 𝑄!!!!!!!!!!𝐻𝑚,𝑄𝑚!𝑠! ! A!instalação!tem!de!ser!capaz!de!bombear!água!residual!com!uma!energia!suficiente!para! que!esta!consiga!vencer!um!desnível!topográfico!de!30,65!m.!Com!efeito,!a!câmara!de! bombagem!esta!à!cota!de!I4,60!m!e!a!câmara!de!transição!da!ETAR!encontraIse!à!cota!de! 26,05m.!Para!além!do!desnível!topográfico!tem!de!ser!consideradas!as!parcelas!relativas! às!perdas!de!carga!–!contínuas!e!localizadas,!que!acontecem!ao!longo!dos!cerca!de!6.000! m!através!de!uma!conduta!de!ferro!fundido!dúctil!de!700!mm!de!diâmetro!e!de!acordo! com!a!equação!seguinte!que!definirá!a!designada!curva!caraterística!da!instalação:! ! 𝐻=𝐻 !"#$ +𝑗𝐿 +∆𝐻!"# ! ! !!! ! Neste! caso! particular! consideraramIse! as! perdas! de! carga! localizadas! inexistentes! tornando!assim!a!curva!característica!da!bomba!mais!simples.!o!coeficiente!unitário!de! perdas!de!carga!é!dado!pela!equação:! 𝑗= 𝜆 𝐷!. 𝑈! 2𝑔! Para! a! determinação! da! curva! caraterística,! é! necessário! calcular! a! variação! da! altura! manométrica,!para!diferentes!caudais,!recorrendoIse!para!isso!à!formula!de!ColebrookI White! para! calcular! o! factor! de! atrito! DarcyIWeisbach! e,! posteriormente! as! perdas! de! carga!contínuas!e!as!perdas!de!carga!totais.! 1 𝜆 =−2𝑙𝑜𝑔!" 𝑘 3,7𝐷+ 2,51 𝑅𝑒 𝜆! ! em! que! k! é! a! rugosidade! equivalente,! D! o! diâmetro! da! conduta! e! Re! o! número! de! Reynolds!do!escoamento.! ! Na!tabela!seguinte!resumeIse!os!cálculos!efetuados!e!relativos!à!determinação!das!várias! alturas!geométricas.! ! Q (l/s) Q(m3/s) U (m/s) Re λ J JL H=HGeom + JL 100 0,1 0,26 139916 0,0267 0,00013 0,79 31,44 ! 37! ! ! ! 150 0,15 0,39 209874 0,0263 0,00029 1,75 32,40 200 0,2 0,52 279832 0,0262 0,00051 3,09 33,74 250 0,25 0,65 349791 0,0261 0,00080 4,82 35,47 300 0,3 0,78 419749 0,0261 0,00115 6,92 37,57 350 0,35 0,91 489707 0,0260 0,00157 9,40 40,05 400 0,4 1,04 559665 0,0260 0,00204 12,26 42,91 450 0,45 1,17 629623 0,0260 0,00259 15,51 46,16 500 0,5 1,30 699582 0,0259 0,00319 19,13 49,78 550 0,55 1,43 769540 0,0259 0,00386 23,15 53,80 600 0,6 1,56 839498 0,0259 0,00459 27,53 58,18 650 0,65 1,69 909456 0,0259 0,00538 32,29 62,94 Tabela!10!–!Cálculos!necessários!ao!cálculo!da!curva!caraterística!da!instalação! Na! figura! seguinte! apresentaIse! as! diferentes! curvas! caraterísticas! correspondentes! às! hipóteses! de! utilização! de! 1,! 2! ou! 3! bombas! e! a! curva! caraterística! da! instalação.! A! interseção!entre!a!curva!característica!da!instalação!e!cada!uma!das!curvas!características! das!bombas,!é!possível!retirar!o!ponto!de!funcionamento!de!cada!hipótese!de!exploração,! ou!seja,!o!valor!de!caudal!e!de!altura!total!de!elevação!exigida!para!a!instalação.11! ! ! Figura!12!–!Curvas!caraterísticas!das!várias!bombas!e!curva!caraterística!da!instalação! ! Na!hipótese!pretendida!de!utilização!da!bomba!de!reserva!para!auxílio!à!bombagem!do! caudal!afluente,!o!ponto!de!funcionamento,!ou!seja!o!ponto!de!interseção!entre!as!curva! caraterística!correspondente!ao! funcionamento! de!4!Bombas! e! a!curva!caraterística! da! instalação!corresponde!a!um!ponto!de!funcionamento!de!0,541!m3/s!e!53,99!m.! ! 0! 10! 20! 30! 40! 50! 60! 70! 80! 0,1! 0,15! 0,2! 0,25! 0,3! 0,35! 0,4! 0,45! 0,5! 0,55! 0,6! 0,65! 0,7! 0,75! H!elevação!(m)! Q!Bombado!(m3/s)! ! CCI! CCB!1!Bomba! CCB!2!Bombas! CCB!3!Bombas! CCB!4!Bombas! ! 38! ! ! ! Para!esta!solução!poder!ser!considerada!a!velocidade!do!líquido!dentro!das!condutas!que! o!elevam!à!ETAR!tem!de!ser!superior!a!0,7!m/s9!o!que,!para!o!caudal!de!0,54!m3/s!se! verifica!I!velocidade!igual!a!1,41!m/s.! ! Assim,! e! uma! vez! que! o! poço! reservatório! apenas! tem! uma! capacidade! de! 246! m3,! considerarIseIá! que! a! bombagem! do! caudal! afluente! é! feita! por! partes,! bombeando! volumes!iguais!à!capacidade!do!poço.! ! ! Volume Afluente (m3) Duração do Episódio (s) Q bombagem (4 bombas) (m3/s) Tempo de Bombagem (s) Bombagem suficiente? Episódio 4 6.819 39.600 0,5230 13.039 SIM Episódio 5 3.825 14.400 0,5230 7.314 SIM Episódio 6 3.414 12.000 0,5230 6.527 SIM Tabela!11!–!Averiguação!da!viabilidade!do!acionamento!da!bomba!auxiliar!para!evitar!situações!de!bypass! Como!se! verifica!pela! tabela!11,!o!acionamento!da!bomba!de! reserva!em! situações!de! emergência! seria! o! suficiente! para! evitar! as! situações! de! bypass!devido! ao! excesso! de! caudal!afluente!situação!que!não!ocorreu!face!à!determinação!operacional!em!considerar! esta!4ª!bomba!exclusivamente!para!reserva!de!uma!das!restantes.! ! Esta!opção!tem!ainda!a!vantagem!de!utilizar!apenas!equipamentos!existentes!reduzindo! os! seus! custos! apenas! aos! custos! elétricos! devidos! à! elevação! de! caudal! que,! anteriormente,!era!descarregado!para!o!oceano.! ! Volume extra elevado (m3) Tempo Extra de Bombagem (h) Potência Necessária (kW) Energia Necessária (kWh) Preço da Energia (€) Episódio 4 415,96 0,220 530,769 117,260 7,60 Episódio 5 328,18 0,174 530,769 92,516 6,00 Episódio 6 191,55 0,102 530,769 54,000 3,50 Total 17,10 Tabela!12!–!Custos!de!operação!da!bomba!de!reserva!em!caso!de!emergência! Como!se!pode!reparar,!os!valores!do!custo!da!energia!em!causa!são!desprezáveis.! ! Sob!a!forma!de!resumo,!a!tabela!13!apresenta!os!custos!inerentes!a!esta!solução.! ! Volume de Bypass sem bomba de reserva (m3) 936 Custo da energia (€/2 anos) 25,24 ! 39! ! ! ! Volume de Bypass com funcionamento de bomba de reserva (m3) 0 Custo de Obra (€) 0 Bypass evitado até horizonte de projeto (m3) 10.760 Custo Total (€) 290,26 Custo Diluído pelos 23 anos (€/ano) 12,62 Custo por m3 até horizonte do projeto (€/m3) 0,027 Tabela!13!–!Resumo!da!utilização!da!bomba!de!reserva!em!situações!de!emergência! Como!se!verifica!pela!tabela!13,!o!custo!da!operação!da!bomba!de!reserva!em!situações! de!emergência!é!muito!reduzido,!apenas!0,027€!por!m3!de!derrame!evitado,!permitindo,! até!ao!horizonte!do!projeto,!evitar!o!bypass!previsto!de!10.760!m3.! ! 2.8.3!Instalação!de!uma!Bomba!de!Características!Semelhantes!às!Existentes! !! A!opção!de!instalação!de!uma!nova!bomba!permitiria!que!a!estação!trabalhasse!com!4! bombas!em!simultâneo!e!mantivesse!uma!de!reserva,!uma!situação!que!permitiria!elevar! mais!caudal!do!que!a!situação!presente!uma!vez!que!agora!trabalha!com!3!bombas!e!uma! de!reserva.! ! Uma!vez!que!a!curva!característica!da!instalação!e!as!curvas!características!das!bombas!se! mantém! o! caudal! excedente! bombeado! é! o! mesmo! do! que! o! calculado! na! solução! anterior.! ! No! entanto,! enquanto! a! solução! anterior! era! uma! boa! solução! pois! permitia! evitar! o! bypass!com!poucos!custos!com!esta!solução!passaIse!o!contrário.!Não!só!é! necessário! adquirir! uma! bomba! nova! no! valor! de! cerca! de! 38.000! euros! como,! devido! à! falta! de! espaço!na!sala!de!bombagem,!se!torna!necessário!recorrer!a!uma!empresa!de!construção! civil!para!proceder!ao!seu!alargamento.! ! ! ! Tarefa Unidades Preço Unitário Total Escavação, Remoção e Carregamento de Solo10 20 m3 21 420 Demolição da parede existente10 10 m2 139 1.390 2 Paredes – 2 m x 2 m10 4 m2 308 1.232 ! 40! ! ! ! 1 Parede – 5 m x 2 m10 10 m2 308 3.080 Tecto – 2 m x 5 m10 10 m2 76 760 Total 6.882 Tabela!14!–!Custos!estimados!de!alargamento!da!sala!de!bombagem! É! necessário! notar! que,! para! obtenção! desta! estimativa! considerouIse! o! caso! mais! simples,!ou!seja,!que!a!parede!a!demolir!não!era!parede!mestra!e!que!por!isso!podia!ser! facilmente!demolida.! ! ! ! ! ! ! Volume de bypass com 3 bombas(m3) 936 Custo da energia (€/2 anos) 25,24 Volume de bypass com 4 bombas (m3) 0 Custo de Obra + bomba(€) 6.882 + 38.000 bypass evitado até horizonte de projeto (m3) 10.760 Custo Total (€) 45.172 Custo Diluído pelos 23 anos (€/ano) 1.964 Custo por m3 até horizonte do projeto (€/m3) 4,20 Tabela!15!–!Resumo!da!instalação!de!uma!bomba!extra!de!caraterísticas!iguais!às!existentes! ! 2.8.4!Substituição!de!uma!das!Bombas!Existentes!por!uma!de!Maior!Capacidade! ! A!principal!vantagem!desta!opção!relativamente!à!opção!de!adquirir!uma!bomba!extra!de! caraterísticas!semelhantes!às!existentes!é,!no!primeiro!caso,!não!serem!necessárias!obras! de!expansão!da!sala!de!bombagem!simplificando!o!processo.! ! O! primeiro! passo! para! definir! as! caraterísticas! da! bomba! a! comprar! é! estudar! as! das! bombas! existentes,! para! isso,! e! recorrendo! ao! gráfico! da! figura! 13! podemos! retirar! o! ponto!de!funcionamento!das!3!bombas!através!da!intercepção!desta!curva!com!a!da!curva! caraterística!da!instalação:!PF!(0,5197!m3/s;!52,1309m)! ! ! 41! ! ! ! Volume do Afluente (m3) Duração do Episódio (h) Nº de Volumes de 246 m3 Caudal de Bombagem (m3/s) Tempo de Bombagem de 246m3 (h) Tempo de Bombagem do Afluente (h) Bombagem suficiente? Episódio 4 6.819 11 27,720 0,506 0,135 3,743 SIM Episódio 5 3.825 4 15,549 0,506 0,135 2,100 SIM Episódio 6 3.413 3,333 13,874 0,506 0,135 1,874 SIM Tabela!16!–!Averiguação!da!necessidade!de!bypass!com!as!3!bombas!existentes! ! Através! da! análise! da! tabela! 16! verificaIse! que,! se! as! três! bombas! se! encontrarem! a! funcionar!em!paralelo,!não!é!necessário!recorrer!a!bypass.!Assim,!a!substituição!de!uma! das! bombas! por! uma! de! maior! capacidade! apenas! teria! vantagens! na! redução! dos! consumos!energéticos.! ! ! ! ! Volume a elevar (m3) Tempo de bombagem (h) Potencia Necessária (kW) Energia Necessária (kWh) Preço da Energia (€) Episódio 4 6819 3,743 398,075 1490,158 128,90 Episódio 5 3825 2,100 398,075 835,878 72,30 Episódio 6 3413 1,874 398,075 745,844 64,52 Total 265,72 Tabela!17!–!Consumo!energético!para!elevar!a!totalidade!nos!caudais!para!o!presente!e!até!ao!horizonte!do!projeto! ! Uma!vez!que,!caso!se!elevasse!a!totalidade!do!caudal!recorrendo!às!3!bombas!se!obteria! um! gasto! de! 3.954! euros,! este! é! o! valor! que! a! bomba! a! adquirir! deve! custar! para! compensar!a!troca.! ! ! ! ! 45! ! ! ! Anexo!I!–!Primeira!página!do!ficheiro!“Caudais!Diários!Bombados”! Caudalímetro Data EE's VC Norte Contagens Leitura (m3) Caudal Afluente AfluenteBombado BombadoAfluente 2013/Jan/01 10:01 10710316 2013/Jan/02 08:53 10720126 9810 10592 782 -782 2013/Jan/03 08:46 10731731 11605 10701 -904 904 2013/Jan/04 08:45 10742830 11099 11990 891 -891 2013/Jan/05 08:47 10753132 10302 10437 135 -135 2013/Jan/06 08:55 10761776 8644 8260 -384 384 2013/Jan/07 07:01 10773675 11899 11924 25 -25 2013/Jan/08 08:55 10782557 8882 9357 475 -475 2013/Jan/09 08:57 10793644 11087 12402 1315 -1315 2013/Jan/10 08:42 10803238 9594 8797 -797 797 2013/Jan/11 08:45 10813263 10025 10223 198 -198 2013/Jan/12 08:43 10823352 10089 11685 1596 -1596 2013/Jan/13 08:56 10835093 11741 10427 -1314 1314 2013/Jan/14 08:33 10847100 12007 12469 462 -462 2013/Jan/15 08:45 10857531 10431 10994 563 -563 2013/Jan/16 08:27 10873662 16131 13703 -2428 2428 2013/Jan/17 12:46 10886394 12732 14064 1332 -1332 2013/Jan/18 08:44 10903539 17145 22024 4879 -4879 2013/Jan/19 08:45 10932135 28596 24236 -4360 4360 2013/Jan/20 09:15 10941525 9390 18801 9411 -9411 2013/Jan/21 09:05 10960547 19022 15800 -3222 3222 2013/Jan/22 08:51 10974667 14120 16467 2347 -2347 2013/Jan/24 09:26 11008240 33573 33265 -308 308 2013/Jan/25 10:46 11025324 17084 17978 894 -894 2013/Jan/26 09:09 11035424 10100 11135 1035 -1035 2013/Jan/27 08:45 11048850 13426 21660 8234 -8234 2013/Jan/28 08:41 11071577 22727 16649 -6078 6078 2013/Jan/29 08:38 11089942 18365 13581 -4784 4784 2013/Jan/30 09:08 11098411 8469 12892 4423 -4423 2013/Jan/31 09:15 11110400 11989 12432 443 -443 2013/Fev/01 09:01 11121557 11157 15283 4126 -4126 2013/Fev/02 13:40 11136771 15214 12292 -2922 2922 2013/Fev/03 08:54 11147253 10482 10056 -426 426 2013/Fev/04 09:06 11160961 13708 9266 -4442 4442 2013/Fev/05 09:03 11171362 10401 10512 111 -111 2013/Fev/06 09:46 11179458 8096 12795 4699 -4699 2013/Fev/07 08:59 11191282 11824 12244 420 -420 2013/Fev/08 09:49 11201324 10042 10089 47 -47 2013/Fev/09 08:25 11211036 9712 10127 415 -415 2013/Fev/11 08:38 11230117 19081 12008 -7073 7073 2013/Fev/12 08:55 11240782 10665 10093 -572 572 2013/Fev/13 08:41 11250647 9865 9900 35 -35 2013/Fev/14 08:46 11260271 9624 9583 -41 41 2013/Fev/15 08:44 11270563 10292 10693 401 -401 2013/Fev/16 08:52 11280999 10436 10527 91 -91 2013/Fev/17 08:41 11289700 8701 14998 6297 -6297 2013/Fev/18 08:39 11306849 17149 12358 -4791 4791 2013/Fev/19 08:35 11321879 15030 10140 -4890 4890 2013/Fev/20 08:40 11327933 6054 10840 4786 -4786 2013/Fev/21 08:45 11337675 9742 12815 3073 -3073 2013/Fev/22 07:01 11357166 19491 17008 -2483 2483 ! 46! ! ! ! 2013/Fev/23 09:14 11366059 8893 11456 2563 -2563 ! ! Anexo!II!–!Primeira!Página!do!Ficheiro!“Caudais!Afluentes”,!folha!“EE!Forte”! Período de Consulta: 2013-01-01 00:00 até 2015-01-01 23:59 EE Forte - Contagens Variáveis unidade Caudalímetro 1 Data EE's VC Norte Contagens Leitura (m3) Total 2013/Jan/01 10:01 1416208 2013/Jan/02 08:46 1417417 1209 4244 2013/Jan/03 08:39 1419069 1652 4608 2013/Jan/04 08:35 1420793 1724 5939 2013/Jan/05 08:39 1422023 1230 4407 2013/Jan/06 08:46 1422860 837 2924 2013/Jan/07 07:01 1425108 2248 6895 2013/Jan/08 08:44 1424841 -267 4311 2013/Jan/09 08:50 1426543 1702 5838 2013/Jan/10 08:33 1427806 1263 3511 2013/Jan/11 08:34 1428146 340 4903 2013/Jan/12 08:33 1429444 1298 4615 2013/Jan/13 08:46 1430374 930 3158 2013/Jan/14 08:26 1432152 1778 7003 2013/Jan/15 08:36 1432531 379 4990 2013/Jan/16 08:18 1434074 1543 4729 2013/Jan/17 12:43 1435877 1803 4995 2013/Jan/18 08:35 1437925 2048 5501 2013/Jan/19 08:37 1440290 2365 8947 2013/Jan/20 09:05 1441690 1400 5747 2013/Jan/21 08:45 1443602 1912 6243 2013/Jan/22 08:30 1444686 1084 4218 2013/Jan/24 09:15 1447290 2604 10689 2013/Jan/25 10:33 1449434 2144 5564 2013/Jan/26 08:53 1450207 773 2395 2013/Jan/27 08:32 1451359 1152 3835 2013/Jan/28 08:32 1452988 1629 7672 2013/Jan/29 08:31 1454500 1512 5489 2013/Jan/30 08:41 1456457 1957 5334 2013/Jan/31 09:03 1458348 1891 5196 2013/Fev/01 08:50 1459897 1549 4665 2013/Fev/02 13:18 1461475 1578 5137 2013/Fev/03 08:47 1462598 1123 3911 2013/Fev/04 08:59 1463460 862 3026 2013/Fev/05 08:55 1464901 1441 4462 2013/Fev/06 09:35 1466783 1882 6911 2013/Fev/07 08:50 1468920 2137 6532 2013/Fev/08 09:40 1469175 255 4341 2013/Fev/09 08:17 1469175 0 4578 2013/Fev/11 08:35 1470981 1806 4700 2013/Fev/12 08:46 1472674 1693 4257 2013/Fev/13 08:29 1474441 1767 4205 2013/Fev/14 08:38 1476009 1568 4141 2013/Fev/15 08:32 1477729 1720 5199 ! 47! ! ! ! 2013/Fev/16 08:40 1479289 1560 5143 2013/Fev/17 08:34 1480629 1340 3742 2013/Fev/18 08:30 1482768 2139 6259 2013/Fev/19 08:24 1484442 1674 3974 2013/Fev/20 08:28 1486509 2067 5342 2013/Fev/21 08:31 1487778 1269 3668 2013/Fev/22 07:01 1489766 1988 6029 2013/Fev/23 09:05 1491163 1397 4105 2013/Fev/24 08:25 1492331 1168 3277 Anexo!III!c!Primeira!página!do!ficheiro!“Caudais!Afluentes”,!Folha!“PR!Vila!do!Conde”! Datetime! Volume!|!PR!Vila!do!Conde![m3]! ! ! ! ! 2013c01c01!00:00:00! 535!480,000! ! ! ! ! 2013c01c02!00:00:00! 541!828,000! 6!348,000! ! ! ! 2013c01c03!00:00:00! 547!921,000! 6!093,000! ! ! ! 2013c01c04!00:00:00! 553!972,000! 6!051,000! ! ! ! 2013c01c05!00:00:00! 560!002,000! 6!030,000! ! ! ! 2013c01c06!00:00:00! 565!338,000! 5!336,000! ! ! ! 2013c01c07!00:00:00! 570!367,000! 5!029,000! ! ! ! 2013c01c08!00:00:00! 575!413,000! 5!046,000! ! ! ! 2013c01c09!00:00:00! 581!977,000! 6!564,000! ! ! ! 2013c01c10!00:00:00! 587!263,000! 5!286,000! ! ! ! 2013c01c11!00:00:00! 592!583,000! 5!320,000! ! ! ! 2013c01c12!00:00:00! 599!653,000! 7!070,000! ! ! ! 2013c01c13!00:00:00! 606!922,000! 7!269,000! ! ! ! 2013c01c14!00:00:00! 612!388,000! 5!466,000! ! ! ! 2013c01c15!00:00:00! 618!392,000! 6!004,000! ! ! ! 2013c01c16!00:00:00! 627!366,000! 8!974,000! ! ! ! 2013c01c17!00:00:00! 636!435,000! 9!069,000! ! ! ! 2013c01c18!00:00:00! 652!958,000! 16!523,000! ! ! ! 2013c01c19!00:00:00! 668!247,000! 15!289,000! ! ! ! 2013c01c20!00:00:00! 681!301,000! 13!054,000! ! ! ! 2013c01c21!00:00:00! 690!858,000! 9!557,000! ! ! ! 2013c01c22!00:00:00! 703!107,000! 12!249,000! ! ! ! 2013c01c24!00:00:00! 725!683,000! 22!576,000! ! ! ! 2013c01c25!00:00:00! 738!097,000! 12!414,000! ! ! ! 2013c01c26!00:00:00! 746!837,000! 8!740,000! ! ! ! 2013c01c27!00:00:00! 764!662,000! 17!825,000! ! ! ! 2013c01c28!00:00:00! 773!639,000! 8!977,000! ! ! ! 2013c01c29!00:00:00! 781!731,000! 8!092,000! ! ! ! 2013c01c30!00:00:00! 789!289,000! 7!558,000! ! ! ! 2013c01c31!00:00:00! 796!525,000! 7!236,000! ! ! ! 2013c02c01!00:00:00! 807!143,000! 10!618,000! ! ! ! 2013c02c02!00:00:00! 814!298,000! 7!155,000! ! ! ! 2013c02c03!00:00:00! 820!443,000! 6!145,000! ! ! ! 2013c02c04!00:00:00! 826!683,000! 6!240,000! ! ! ! 2013c02c05!00:00:00! 832!733,000! 6!050,000! ! ! ! 2013c02c06!00:00:00! 838!617,000! 5!884,000! ! ! ! ! 48! ! ! ! 2013c02c07!00:00:00! 844!329,000! 5!712,000! ! ! ! 2013c02c08!00:00:00! 850!077,000! 5!748,000! ! ! ! 2013c02c09!00:00:00! 855!626,000! 5!549,000! ! ! ! 2013c02c10!00:00:00! 864!402,000! 8!776,000! ! ! ! 2013c02c11!00:00:00! 871!710,000! 7!308,000! ! ! ! 2013c02c12!00:00:00! 877!546,000! 5!836,000! ! ! ! 2013c02c13!00:00:00! 883!241,000! 5!695,000! ! ! ! 2013c02c14!00:00:00! 888!683,000! 5!442,000! ! ! ! ! !