AUTOMAÇÃO

1. AUTOMAÇÃO Parte 1

Em princípio, qualquer grandeza física pode ser controlada, isto é, pode ter seu valor intencionalmente alterado. Obviamente, há limitações práticas; uma das inevitáveis é a restrição da energia de que dispomos para afetar os fenômenos: por exemplo, a maioria das variáveis climatológicas poder ser medida, porem, não controlada, por causa da ordem de grandeza da energia envolvida.

O controle manual implica em se ter um operador presente ao processo criador de uma variável física e que, de acordo com alguma regra de seu conhecimento, opera um aparelho qualquer (válvula, alavanca, chave,...), que por sua vez produz alterações naquela variável.
No início da industrialização, os processos industriais utilizavam o máximo da força da mão-de-obra. A produção era composta por etapas ou estágios, nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções, especializando-se em certa tarefa ou etapa da produção. Assim temos o princípio da produção em série. O mesmo ocorria com as máquinas de produção, que eram específicas para uma aplicação, o que impedia seu uso em outras etapas da produção, mesmo que tivesse características muito parecidas.

Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas e equipamentos, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções inadequadas à estrutura física do homem. A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem, a supervisioná-la.

Com a finalidade de garantir o controle do sistema de produção, foram colocados sensores nas máquinas para monitorar e indicar as condições do processo. O controle só é garantido com o acionamento de atuadores a partir do processamento das informações coletadas pelos sensores.
O controle diz-se automático quando uma parte, ou a totalidade, das funções do operador é realizada por um equipamento, freqüente mas não necessariamente eletrônico. Controle automático por realimentação é o equipamento automático que age sobre o elemento de controle, baseando-se em informações de medida da variável controlada. Como exemplo: o controle de temperatura de um refrigerador. O controle automático por programa envolve a existência de um programa de ações, que se cumpre com base no decurso do tempo ou a partir de modificações eventuais em variáveis externas ao sistema. Automatizar um sistema tornou-se muito mais viável à medida que a Eletrônica avançou e passou a dispor de circuitos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada e gerar respectivos sinais de saída. Com este avanço, o controlador, os sensores e os atuadores passaram a funcionar em conjunto, transformando processo em um sistema automatizado, onde o próprio controlador toma decisões em função da situação dos sensores e aciona os atuadores.

Os primeiros sistemas de automação operavam por meio de sistemas eletromecânicos, com relés e contatores. Neste caso, os sinais acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado acionam circuitos lógicos a relés que disparam as cargas e atuadores. Com o avanço da eletrônica, as unidades de memória ganharam maior capacidade e com isso armazenam todas as informações necessárias para controlar diversas etapas do processo. Os circuitos lógicos tornaram-se mais rápidos, compactos e capazes de receber mais informações de entrada, atuando sobre um número maior de dispositivos de saída. Chegamos assim, aos microcontroladores responsáveis por receber informações das entradas, associá-las às informações contidas na memória e a partir destas desenvolver um a lógica para acionar as saídas.

Toda esta evolução nos levou a sistemas compactos, com alta capacidade de controle, que permitem acionar diversas saídas em função de vários sinais de entradas combinados logicamente. Um outra etapa importante desta evolução é que toda a lógica de acionamento pode ser desenvolvida através de software, que determina ao controlador a seqüência de acionamento a ser desenvolvida.


1.1 Evolução dos Sistemas de Controle

Quase toda planta industrial precisa de algum tipo de controlador para garantir uma operação segura e economicamente viável. No nível mais simples, uma planta pode basicamente consistir de um motor elétrico acionando um ventilador para controlar a temperatura de uma sala. No extremo oposto, uma planta pode ser um reator nuclear para a produção de energia para milhares de pessoas. Independentemente do tamanho e complexidade, todos os sistemas de controle podem ser divididos em três partes com funções bem definidas: os tradutores, os controladores e os atuadores.

O controlador monitora o estado real do processo de uma planta através de um numero de transdutores. Os transdutores convertem as grandezas físicas em sinais normalmente elétricos, os quais são conectados com as entradas dos controladores. Transdutores digitais (discretos) medem variáveis com estados distintos, tais como ligado/desligado ou alto/baixo, enquanto os transdutores analógicos medem variáveis com uma faixa contínua, tais como pressão, temperatura, vazão ou nível.

Com base nos estados das suas entradas, o controlador utiliza um algoritmo de controle embutido para calcular os estados das suas saídas. Os sinais elétricos das saídas são convertidos para o processo através dos atuadores. Muitos atuadores geram movimentos como válvulas, motores, bombas e outros utilizam energia elétrica e pneumática.

O operador interage com o controlador através dos parâmetros de controle. Alguns controladores podem mostrar os estados do processo através de um display ou tela.
As atuais funções de controle existentes em uma planta industrial são normalmente distribuídas entre um numero de controladores programáveis, os quais são montados próximos aos equipamento a serem controlados. Os diferentes controladores são usualmente conectados via rede local (LAN) a um computador supervisório central, o qual gerencia os alarmes, receitas e relatórios.

Atualmente, o operador desempenha um papel importante na indústria moderna, sendo que a maioria das plantas industriais possui um sistema chamado Sistema SCADA (Spervisory Control And Data Acquisition). Os sistemas SCADA têm monitores coloridos de alta resolução, com os quais o operador pode selecionar diferentes programas e avaliar a situação do processo produtivo.

Como o preço dos computadores caiu drasticamente nos últimos anos, o custo de desenvolvimento e manutenção de software tem se tornado o fator predominante soa sistemas de automação.

Com o objetivo de melhorar a qualidade e viabilizar a reutilização de programas, existem cada vez mais pessoas trabalhando com sistemas orientados a objetos. Nestes sistemas, os elementos reais de processos como motores, válvulas e controladores PID são programados através de objetos de software armazenados em bibliotecas. Estes objetos são devidamente testados e possuem interfaces de dados padronizadas.


1.2 Lógica a Relés

Os relés eletromecânicos têm sido um dos componentes mais importantes na evolução dos sistemas de controle. A lógica a relés consiste na associação de diversos relés que são acionados por contatos de transdutores digitais. A função de controle é definida pela forma como os contatos são associados para comandar a bobina do relé.
Todas as bobinas de relés são usadas para ativar um ou mais contatos de saída. Estes contatos são interligados com os atuadores do processo. Se um dos contatos do relé é utilizado com uma entrada da mesma lógica é possível construir um circuito de selo, ou uma função do tipo memória.
Um sistema de controle baseado em relés pode conter facilmente dezenas a milhares de relés facilmente. Os relés e os cabos necessários para interligação dos mesmos são acondicionados em armários.
A função de um sistema de controle baseado em relés é descrita no diagrama chamado de Ladder, devido á sua semelhança com uma escada, mostrando como os contatos dos transdutores e atuadores são interligados eletricamente. O Diagrama de Ladder não somente descreve a função lógica como é usado como desenho para a montagem dos armários. Desde que os relés têm custo considerável e é necessário um tempo elevado para a interligação elétrica, o custo total de um sistema de controle baseado em relés é determinado pelo numero de relés utilizados. Em plantas muito grandes, o numero limitado de contatos disponíveis para os transdutores e relés normalmente representa uma dificuldade a mais do projeto de engenharia.
A experiência mostra que é fácil implementar um sistema com poucos relés, mas quando a complexidade aumenta, torna-se necessário engenheiros bem experientes.
Uma característica positiva dos sistemas baseados em relés na descentralização do controle em um grande número de relés discretos. Como os relés são dispositivos eletromagnéticos, eles têm uma vida útil limitada. Portanto, os sistemas baseados em relés necessitam de uma manutenção continua. Outra desvantagem destes sistemas é o tempo gasto para alterações na lógica de um sistema existente. Atualmente, os sistemas baseados em relés só são viáveis em sistemas com poucas entradas e saídas e em plantas com elevado nível de interferência elétrica, onde computadores de CLPs não podem ser utilizados.


2. O que é um CLP

O Controlador Programável é um dos equipamento mais importante em uso na automação de equipamentos e processos industriais atualmente.
O Controlador Programável (CLP ou CP) é um equipamento eletrônico programável baseado em microprocessadores. É projetado para funcionar em ambientes industriais, podendo controlar desde simples máquinas e processos até automatizar uma planta completa.


2.1 História do CLP

O primeiro CLP surgiu no ano de 1960. A razão preliminar para projetar tal dispositivo era de eliminar o custo grande envolvido em substituir os complicados sistemas a relês para controle de máquinas. Foi quando a BEDFORD ASSOCIATES propôs algo chamado de Controlador Modular Digital (MODICON) em solicitação da GM nos E. U. Outras companhias ao mesmo tempo propuseram os sistemas baseados em computador. O MODICON 084 trouxe o primeiro PLC do mundo na produção comercial.

Como o sistema de controle mudava de acordo com as exigências da produção, o que acontecia com freqüência e era muito caro, e os relês são dispositivos mecânicos que possuem uma vida limitada e requeriam manutenção constante. Pesquisar defeitos era também completamente tedioso quando envolvesse muitos relês. Imaginem só um painel de controle da máquina que inclua muitos, possivelmente centenas ou milhares, de relês individuais. O tamanho podia ser gigantesco. Bem com a fiação complicada de muitos dispositivos individuais. Necessitavam vários relês juntos para conseguir o resultado desejado.

Estes "controladores novos" também deveriam ser programados facilmente pela manutenção e pelos coordenadores da planta. A vida útil passou a ser longa e as mudanças de programação executadas facilmente. A técnica de programação deveriam ser similares como substituir peças mecânicas. Também tiveram que sobreviver ao ambiente industrial, cercado de poeira e materiais corrosivos.
Nos anos 70 as tecnologias dominantes do CLP eram máquinas de estados e seqüenciadores. Os AMD 2901 e 2903 eram completamente populares no Modicon. Faltavam o poder de resolver rapidamente a lógica de controle e reduzir o tamanho físico.

As funcionalidade de comunicações começaram a aparecer em aproximadamente 1973. O primeiro sistema era Modbus da Modicon. O PLC poderia agora falar com outro CLPs e poderiam ser distantes afastado da máquina que controlavam. Podiam também agora ser usados para enviar e receber tensões variadas para permitir que entrassem no mundo analógico. Infelizmente, a falta da padronização associada ao desenvolvimento tecnológico contínuo fez mudanças com as comunicações dos CLP’s uma infinidade de protocolos incompatíveis e de redes físicas surgiram. Ainda assim, era uma grande década para o CLP.

Os anos 80 vieram uma tentativa de padronizar as comunicações com o protocolo MAP (manufacturing automation protocol) da GM. Era também um momento para reduzir o tamanho do CLP e fazer-lhes o software de programação simbólica, direta e programável em computadores pessoais preferivelmente de terminais de programação dedicados ou de programadores handheld. Hoje o menor CLP do mundo é do tamanho de um único relê.
Os anos 90 vieram para reduzir a introdução de protocolos novos. Veio também a modernização das camadas físicas de alguns dos protocolos mais populares que sobreviveram aos anos 80. Surgiu o padrão IEC 1131-3, hoje IEC 61131-3, que tentou fundir linguagens de programação para um padrão internacional. Nós temos agora CLP’s que são programáveis em diagramas de bloco de função, em listas de instrução, em C, em texto estruturado e sequenciamento gráfico de funções todos ao mesmo tempo. Vale lembrar que os PC’s também estão sendo usados para substituir CLPs em algumas aplicações.

A figura abaixo ilustra uma comparação entre o quadro de relés e o quadro de CP’s. Pode ser observado que a implementação da lógica através de relés dificulta a manutenção e torna o sistema menos flexível à mudanças. A lógica é realizada por fios e qualquer modificação na lógica exige uma conexão adequada dos fios, envolvendo operações com os contatos NA e NF dos relés.

2.2 Aplicações dos CLPs

O Controlador Lógico Programável é um equipamento extremamente versátil, com aplicações em todos os segmentos industriais. Suas características permitem que ele efetue desde simples lógicas até sofisticados controles de processos. Atualmente, existem modelos de CLPs que permitem, de maneira econômica, controlar mecanismos e processos a partir de poucos pontos de entrada e saída.

Sistemas que utilizam lógica pneumática ou de relés comportam a substituição direta dos circuitos lógicos por um CLP, com vantagens imediatas em termos de confiabilidade, facilidade de manutenção, ocupação de menor espaço físico, diminuição do peso e versatilidade a nível de futuras alterações ou aperfeiçoamento da lógica de controle. Máquinas ou processos que requeiram o controle simultâneo de variáveis em diversos pontos, exigindo relações complexas de controle em um ou mais pontos do processo ou mesmo em outras máquinas, adaptam-se muito bem ao uso com CLPs, pois estes permitem a leitura de variáveis analógicas e digitais, o processamento rápido das informações e a geração de sinais de saída analógica ou digitais. Possuem canais de comunicação que permitem a conexão de um controlador a outro ou a um computador central. Esta possibilidade abre um campo totalmente novo: um computador central pode monitorar a operação dos CLPs, verificando anomalias, detectando falhas na produção, emitindo relatórios, etc., ao mesmo tempo em que pode interferir na operação do CLP, modificando parâmetros, iniciando ou interrompendo seqüências em função de um planejamento global da planta industrial ou de fatos ocorridos em outros processos. É importante ressaltar que os Controladores Programáveis não são apenas substitutos mais confiáveis do que os relés. Na verdade, eles representam um salto qualitativo em termos de controle, pois viabilizam soluções inovadoras nos processos e automatismos onde são empregados, resultando em consideráveis incrementos na eficiência dos mesmos.

O controlador programável existe para automatizar processos industriais, sejam de sequênciamento, intertravamento, controle de processos, batelada, etc.
Este equipamento tem seu uso tanto na área de automação da manufatura, de processos contínuos, elétrica, predial, entre outras.
Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar os CLPs, entre elas tem-se:

Com a tendência dos CLPs terem baixo custo, muita inteligência, facilidade de uso e massificação das aplicações, a utilização deste equipamento não será apenas nos processos mas também nos produtos. Poderemos encontrá-lo em produtos eletrodomésticos, eletrônicos, residências e veículos.

2.3 Evolução

Criado para ser um substituto dos quadros de relés, o Controlador Programável (CLP) ultrapassou há muito as expectativas originais. Com processadores de alto desempenho, variedade de modelos e capacidade de comunicação, o seu campo de aplicação hoje é quase ilimitado e o conhecimento de suas potencialidades torna-se cada vez mais necessário para todos os envolvidos no planejamento, operação e manutenção de processos industriais. Nos próximos anos a sua importância deverá continuar crescendo, pois as pesquisas de mercado indicam uma contínua expansão na demanda por CLPs, confirmando o importante avanço da automação em todas as áreas de atividade.
Desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evolui nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática em suas características de software e de hardware.
O que no seu surgimento era executado com componentes discretos, hoje se utiliza de microprocessadores e microcontroladores de última geração, usando técnicas de processamento paralelo, inteligência artificial, redes de comunicação, fieldbus, etc.
Até recentemente não havia nenhuma padronização entre fabricantes, apesar da maioria utilizar as mesmas normas construtivas. Porém, pelo menos ao nível de software aplicativo, os controladores programáveis podem se tornar compatíveis com a adoção da norma IEC 61131-3, que prevê a padronização da linguagem de programação e sua portabilidade.
Outra novidade que está sendo incorporada pelos controladores programáveis é o fieldbus (rede de campo), que surge como uma proposta de padronização de sinais a nível de chão-de-fábrica. Este barramento se propõe a diminuir sensivelmente o número de condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores, além de propiciar a distribuição da inteligência por todo o processo.
Hoje os CLPs oferecem um considerável número de benefícios para aplicações industriais, que podem ressaltar em economia que excede o custo do CLP e devem ser considerados quando da seleção de um dispositivo de controle industrial.
Quando você considerar todas essas vantagens que o CLP tem e todos os benefícios que ele oferece, é fácil perceber porque eles se tornaram um padrão nas industrias e porque irá continuar com o sucesso deles no futuro.
As vantagens de sua utilização, comparados a outros dispositivos de controle industrial incluem:

Menor Ocupação de espaço;
Potência elétrica requerida menor;
Reutilização;
Programável, se ocorrerem mudanças de requisitos de controle;
Confiabilidade maior;
Manutenção mais fácil;
Maior flexibilidade, satisfazendo um maior número de aplicações;
Permite a interface através de rede de comunicação com outros CLPs e microcomputadores;
Projeto do sistema mais rápido.

Na figura abaixo é ilustrado os diferentes níveis do processo de automação, destacando o CLP como o elo de ligação entre chão-de-fábrica e demais níveis, como supervisão, controles avançados, etc.

2.4 Definição e Características do CLP

"O Controlador Programável é um dispositivo, que observando a arquitetura de computadores, possui uma memória programável pelo usuário e realiza as funções de controle, comando e supervisão de processos, com hardware e software compatíveis com estas aplicações."
A estrutura básica do Controlador Programável segue uma linha similar a dos computadores de uso geral: Dispositivos de Entrada / Processamento / Memória / Saída. Nos CLPs estas estruturas assumem uma forma particular, adequada ao ambiente industrial:

Entradas: As entradas digitais recebem o sinal de sensores, chaves, botoeiras, e outros equipamentos que fornecem sinais do tipo ligado/desligado. As entradas analógicas recebem sinais de tensão ou corrente de variação contínua, dentro de uma faixa e com significado especificado. Este módulo condiciona o sinal de entrada e torna-o disponível para o processador.

Processador : É o bloco que analisa, processa e decide. São executadas aí funções de decisão, operações matemáticas, contagens, temporização, diálogo com IHM, comunicação, etc.

Memória: A memória de programa contém as instruções armazenadas para execução das tarefas previstas para a aplicação. A memória de variáveis contém os valores e parâmetros correntes relacionados ao processo.

Saídas: Através das saídas, o CLP age sobre o processo sob o seu controle. As saídas digitais fornecem comandos do tipo ligado/desligado. As saídas analógicas fornecem um sinal de tensão ou corrente com variação contínua, para acionar válvulas proporcionais, conversores ou outros equipamentos.

Coprocessadores: Módulos com memória local e funções especializadas executam tratamento sofisticado de entradas analógicas, comunicações com alto desempenho, controle de posicionamento com alta velocidade, operações matemáticas e outras.

Interface Homem-Máquina: Este bloco coloca o operador (usuário) em contato direto com o CLP e o processo sob controle. Podem ser passadas informações de condições de processo, alarmes, solicitações manuais e informações numéricas. A forma mais comum de interface Homem-Máquina no CLP é um display alfanumérico com teclado.

Comunicações: Este bloco fornece o meio físico e os protocolos para que o CLP se comunique com outros equipamentos integrantes do sistema. Os sistemas de controle atuais prevêem a integração de diversos dispositivos que podem incluir vários CLPs, computadores, interfaces IHM externos, sensores e atuadores inteligentes, todos ligados em rede.

S.O.: o sistema operacional atualiza o estado dos dispositivos de entrada e saída, executa rotinas operacionais específicas e atende as operações solicitadas pelo programa do usuário.


2.5 Estrutura do CLP e Modo de Operação

Para efeito de análise podemos considerar que o Controlador Programável possui três blocos básicos: as Entradas, a Unidade Central de Processamento (CPU) e as Saídas. Através de dispositivos ligados ao Módulo de Entradas, o CP monitora continuamente o estado da máquina (ou processo) sob seu controle. A Unidade Central de Processamento processa os dados externos através do Programa do Usuário (Programa de Controle gravado previamente na memória do CP). Simultaneamente, as saídas são acionadas conforme instruções contidas no mesmo Programa. Desta forma, um CP sente, decide e age sobre a máquina (ou processo) conforme uma lógica pré-estabelecida.
O diagrama de blocos a seguir, ilustra a estrutura básica de um controlador programável:

2.5.1 Módulos de Entrada

Os módulos de entrada são interfaces entre os sensores localizados no campo e a lógica de controle de um controlador programável.
Estes módulos são constituídos de cartões eletrônicos, cada qual com capacidade para receber em certo número de variáveis.
Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartões, para atender as mais variadas aplicações nos ambientes industriais. Mas apesar desta grande variedade, os elementos que informam a condição de grandeza aos cartões, são do tipo:

ELEMENTO DISCRETO: Trabalha com dois níveis definidos;
ELEMENTO ANALÓGICO: Trabalha dentro de uma faixa de valores.


2.5.1.1 Elementos Discretos


As interfaces de entradas discretas detectam e convertem sinais de comutação de entrada em níveis lógicos de tensão usados no Controlador Programável. Essas características limitam a interface a sinais do tipo ON/OFF (ligado/desligado).
O circuito de entrada é composto por duas seções principais: entradas de estados e interface, sendo que essas são normalmente desacopladas eletricamente por um circuito isolador.
A seção de entrada de estados basicamente realiza a função de conversão da tensão da entrada (110 Vca, 220 Vca) para um nível DC compatível com a interface. Quando um sinal válido é detectado, o circuito isolador gera um sinal na seção lógica (interface), o qual fica disponível para o processador através do seu barramento de dados. Normalmente estas entradas são sinalizadas por led's.

Entre os diversos tipos de transdutores digitais, podemos citar:

• Botões
• Chaves de fim de curso
• Sensores de proximidade
• Termostatos
• Pressostatos
• "Push Buttons"

A comutação de uma unidade de entrada pode ser em corrente contínua ou em corrente alternada.


2.5.1.1.1 Entrada em corrente contínua

Tipos de entradas digitais em corrente contínua:
• Entrada Tipo N: A comutação é executada quando o dispositivo externo aplica o pólo negativo da fonte na entrada digital. A (figura 6) exemplifica um circuito de entrada digital tipo N.

• Entrada Tipo P: A comutação é executada quando o dispositivo externo aplica o pólo positivo da fonte na entrada digital. A (figura 7) exemplifica um circuito de entrada digital tipo P.

2.5.1.1.2 Entrada em corrente alternada

A comutação ocorre quando é colocado 110 Vca ou 220 Vca no borne de entrada. A (figura 8) exemplifica um circuito de entrada digital em corrente alternada:

2.5.3.1.3 Módulo de contagem de eventos


Inclui no controlador recursos para contagem de eventos, tratamento de réguas posicionadoras ou sensores incrementais, medição de períodos e temporizações em uma velocidade muito superior ao que seria possível utilizando as entradas digitais convencionais. A mesma placa pode possui ainda dois canais de entrada diferenciais que permite a leitura e comparação de sinais analógicos em alta velocidade.
A parte de controle digital possui dois canais com três linhas de entrada cada um. Essas linhas podem ser configuradas para contagem de eventos com
sensores up/down/reset, para Posicionador com sensores 90 graus ou para temporizador e medição de tempos.
O sistema lê o conteúdo dos contadores da placa e atualiza um grupo formado por duas variáveis em cada contador (contagem alta e contagem baixa). Os contadores possuem uma capacidade mínima de 20 bits.

Consultor: Prof. Jeyson Berlanda

TRATAMENTO DE ÁGUA EM COMUNIDADES DE PEQUENO PORTE

As Comunidades de Pequeno Porte geralmente tem o seu núcleo urbano próximo a um manancial de superfície, e apesar de poderem observar um belo caudal, não utilizam a água para consumo, em decorrência da necessidade de um tratamento adequado. Quando nas pequenas comunidades a solução de poços se mostra inviável, tem-se como conseqüência uma deficiência no abastecimento de água tendo em vista que o tratamento convencional, das águas de superfície tem-se mostrado muito oneroso, tanto na fase de implantação como na fase de operação. Como alternativa apresentamos o tratamento através da utilização de um Superfiltro, seqüenciado pela simples desinfecção, com preparo da solução em tanques em uma sala de cloração.


Superfiltro:

A superfiltração, ou dupla filtração, é uma geração de instalações de tratamento de água, aplicável às pequenas comunidades, com grandes vantagens técnicas e econômicas.

A idéia que suscitou a superfiltração decorreu de observações relativas ao comportamento dos filtros russos (clarificadores de contato). A experiência demonstra que estes filtros de fluxo ascendente realizam com eficiência, a floculação, a clarificação e a filtração da água, evitando a necessidade de tratamento prévio em floculadores e decantadores. Constatou-se na realidade que a coagulação e a floculação, realizada em meio poroso e na presença de compostos previamente precipitados, conduzem a resultados excelentes, podendo permitir considerável economia de reagentes. Assim aliando as vantagens reconhecidas dos clarificadores de contato (filtro russo), com a segurança dos filtros rápidos convencionais, surgiu então os “superfiltros” com dupla filtração. Neste caso o filtro russo realiza as funções para os quais são mais indicados, ou seja, a floculação, a sedimentação, e a filtração preliminar, competindo ao filtro convencional com leito de material mais fino, a função complementar, isto é, a filtração mais perfeita e mais segura.


Super filtro duplo de gravidade

No processo de clarificação (filtro ascendente), a água é aplicada com taxa entre 120 e 150 m³/m²/dia, a mesma taxa sendo aplicada na filtração final. A lavagem é feita com vazão entre 0,40 e 0,50 m³/min.

Material filtrante e camada suporte:

O leito de contato é projetado com uma camada de 1,00m de areia preparada com as seguintes características:

Tamanho efetivo entre 0,75 e 0,85mm e coeficiente de uniformidade inferior a 2,0
O filtro rápido compreende uma camada filtrante de areia mais fina composta de duas partes: 0,25m de areia de tamanho efetivo entre 0,45 e 0,55 mm e coeficiente de uniformidade inferior a 1,7 e 0,20 de areia grossa com tamanho efetivo entre 0,8 e 1,2 mm.

A camada suporte para ambos os casos é constituída por quatro subcamadas totalizando 40 cm.

6 a 3 mm...............9 cm
12 a 6 mm..............9 cm
25 a 12 mm............14,0 cm
30 a 25 mm.............8,0 cm

O fundo dos filtros deve ser executado com chapas perfuradas, com orifícios uniformemente distribuídos, perfazendo uma área de 0,25 a 0,35% da superfície.

Descrição do Funcionamento

A água bruta proveniente de mina, córregos, represas, ou de drenos, recebe a dosagem de coagulante comum, geralmente o sulfato de alumínio, dosado por uma bomba dosadora; e entra no espaço central do filtro ascendente, por meio de uma chapa perfurada que distribui o fluxo na camada suporte, a seguir a água flui pela camada de areia, e neste trajeto da água processa-se a sua floculação e a primeira filtração.
A seguir a água já clarificada escoa para o segundo filtro rápido, com movimento descendente da água, atravessando a camada filtrante conforme descrito anteriormente, e a chapa perfurada sendo encaminhada ao reservatório de acumulação onde receberá o cloro, e será bombeada para o reservatório de acumulação e contato com o cloro.
O sistema de lavagem dos filtros faz-se por meio do retorno do reservatório elevado, devendo, portanto processar uma manobra de registros, fazendo com que a água de lavagem entre em fluxo invertido no filtro rápido, removendo as impurezas, e descarregando em uma calha que conduz a água de lavagem para o sistema de drenagem; estando limpo o filtro rápido fecha-se a descarga da calha, e todo volume passará a verter no filtro russo, operando a lavagem em contra fluxo.


Custo

O custo de instalação do sistema de superfiltração tem custo muito inferior a sistemas de tratamento convencionais, acrescido de que as despesas de operação também são muito menores, não só pela simplicidade operacional, como pelo menor consumo de reajentes, além de que os superfiltros produzem água de excelente qualidade, com maior segurança biológica; alia-se a estes fatores as facilidades de construção, e de transporte, razão de sua seleção para projetos de abastecimento de água em comunidades de pequeno porte.

TRATAMENTO DE ÁGUA – EVOLUÇÕES TECNOLÓGICAS

Parte 3 – Mistura Rápida

MISTURA RÁPIDA OU COAGULAÇÃO

A mistura rápida tem a finalidade de dispersar os coagulantes rápida e uniformemente na massa líquida, de tal maneira que cada litro de água a tratar receba aproximadamente a mesma quantidade de reagente no menor tempo possível, já que o coagulante se hidrolisa e começa a se polimerizar em fração de segundo após o seu lançamento na água. Essa dispersão pode ser feita por meios hidráulicos ou mecânicos, sob um gradiente de velocidade da ordem de 700 a 2000s-1, mais comumente 1500s-1. Essa mistura tem de ser desenvolvida no menor espaço de tempo possível de modo a não possibilitar a reação dos íons coagulantes com as OH- presentes na água e, assim, não se atingir o objetivo. A prática moderna recomenda o tempo de dispersão igual a um segundo, ou menos, tolerando-se o máximo de cinco segundos. Por isso mesmo, assume grande importância a escolha do ponto de aplicação do coagulante em relação àquele onde se promove a agitação da água.
Em princípio, qualquer dispositivo capaz de provocar intensa agitação, isto é, turbulência na água, mecanizado ou não, pode ser utilizado para a mistura rápida, como bombas, ressaltos hidráulicos, agitadores mecânicos, vertedores etc.

Misturador hidráulico

No caso dos misturadores hidráulicos, o mais adequado é o empregos de um ressalto hidráulico de grande turbulência. Em geral o dispositivo empregado é uma calha Parshall* com características adequadas. Além promover a mistura em um tempo adequado também possibilita a medição da vazão. O coagulante em solução com água, é despejado na corrente de água através de uma canaleta vazada com vários furos e logo a seguir ocorre a dispersão hidráulica na turbulenta passagem para o regime de escoamento subcrítico. Ou seja, um ressalto hidráulico de grande turbulência, provocado na saída da calha Parshal, promove condições adequadas para a dispersão homogênia e rápida do coagulante.

(*)Ralph Leroy Parshall (1881-1960). Engenheiro americano, professor da Colorado State University, localizada em Fort Collins, que inventou (1922-1925), com base nos estudos de Venturi, um revolucionário medidor de vazões no campo da irrigação, que passou a ser denominado de Calha Parshall. Este medidor foi desenvolvido para o United States Bureau of Reclamation, e teve publicadas suas dimensões padronizadas, pela primeira vez, pelo Bureau of Reclamation do U.S. Department of the Interior, no Water Measurement Manual. Hoje é largamente empregada em todo o mundo, além de medidor de descargas industriais e de vazões de água de irrigação, também como medidor de vazões e efetivo misturador de soluções químicas nas estações de tratamento de água.

Calha Parshall vazia

Calha Parshall - Mistura Rápida (Eta Tijucal)

TRATAMENTO DE ÁGUA – EVOLUÇÕES TECNOLÓGICAS

Parte 2

FLOCULADORES

Na cadeia de processos de uma, estação de tratamento, a coagulação é geralmente seguida pela floculação, que pode ser definida como o processo de juntar partículas coaguladas ou desestabilizadas para formar maiores massas ou flocos, de modo a possibilitar sua separação por um dos métodos a seguir:

Sedimentação,
Flotação,
Ou filtração

É sem dúvida, o processo mais utilizado para a remoção de substancias que produzem cor, e turbidez na água.

Nos tanques de floculação, os pequenos microflocos aglutinam-se formando flocos, que ao saírem dos tanques, devem ter tamanho e densidade adequados ao processo de remoção que vir na sequencia: podendo ser, clarificação por sedimentação, por flotação e/ou filtração.
Ao contrário da sedimentação, nos processos de flotação e filtração direta não é desejável a formação de um floco volumoso. O processo de agregação das partículas é dependente da duração e da quantidade de energia aplicada (gradiente de velocidade). A energia aplicada para a floculação pode ser comunicada, como na mistura rápida, por meios hidráulicos, mecânicos e/ou pneumáticos, a diferença caracterizando-se pela intensidade, que, na floculação, é muito menor.

TIPOS DE FLOCULADORES

1- Floculação em manto de lodo

Há muito se tem observado que o lodo recem-coagulado tem a propriedade de precipitar partículas em suspensão. Esse é o princípio que deu origem aos decantadores de fluxo vertical em manto de lodos, também chamados de clarificadores de contato (Filtração direta de fluxo ascendente ou filtro russo) ou, simplesmente clarificador seguido de um nome ou marca de uma série de equipamentos patenteados tais como:

Circulator,
Pulsator
Permujet,
Accelator etc.,

O princípio básico é o mesmo para todos. Normalmente, essas unidades reúnem em um único tanque a floculação e a decantação em fluxo vertical. Podem ser quadrados, retangulares ou circulares em planta. com o fundo de paredes inclinadas ou plano.

Os clarificadores em manto de lodos foram utilizados inicialmente no abrandamento da água e, nessa finalidade, eram (e são) bastante eficientes, em conseqüência da relativamente elevada densidade do carbonato de cálcio precipitado. Porém na coagulação de cor e turbidez com sulfato de alumínio, já não são tão eficientes. A AWWA reporta que algumas poucas unidades podem ser consideradas como moderadamente eficientes. Muitas operam bem somente a cerca da metade de sua capacidade nominal, e fracassam quando necessitam operar na capacidade de projeto, o que se atribui a uma seleção inadequada de parâmetros de projeto. Em parte isso pode ser verdade, porém, pode dever-se mais a uma operação imperfeita, por falta de treinamento básico dos operadores, que necessitam ter um conhecimento mais profundo do processo para um melhor controle das variáveis de operação. Alguns projetos chegaram mesmo a um dimensionamento hidráulico bastante perfeito, como é o caso do Pulsator, que pode funcionar satisfatoriamente em condições de trabalho as mais variadas. Tem-se observado, entretanto em um grande número de instalações, que falta o ajuste adequado dos parâmetros de controle, como período e tempo de descarga de lodo dos concentradores, tempo de aspiração e freqüência de pulsação nas unidades pulsantes etc.
Em sua concepção mais simples a água bruta é descarregada próximo ao fundo, produzindo certa turbulência necessária à floculação. Essa turbulência é gradualmente dissipada no manto de lodos, cuja tendência é sedimentar no sentido contrário ao fluxo de água causando agregação de flocos por contato entre eles. Com o aporte de novas partículas trazidas pela água bruta e de coagulante aplicado para desestabilizá-las, o manto tende a se expandir, vertendo para o concentrador de onde é drenado periodicamente através de uma válvula operada manualmente ou por temporizador, com o objetivo de manter a concentração ótima do manto de lodo e sua estabilidade.
Em 1965, Hudson estimou que 1g de Al2SO4 produz 21,8 x 10-3cm3 de partículas floculentas, ou para uma dosagem média de 23 mg/l, C = 23 x 21,8 x 10-3cm3 , de modo geral C = 21,8 x 10-6 x D, onde D é a dosagem de Sulfato de Alumínio em mg/l

Vantagens e Desvantagens do dos Clarificadores em manto de Lodo

Vantagens:

- Possui um desenho compacto e de uso econômico para o detentor da patente, pois nenhum esforço é exigido do engenheiro projetista na elaboração de um novo projeto, a não ser pequenos aperfeiçoamentos.

- Em condições operacionais adequadas pode-se obter uma boa eficiência na clarificação com a adsorção de partículas primarias pelo manto de lodos na floculação.

- Pode atrasar a degradação do efluente causada par uma dosagem imprópria do coagulante, por causa do efeito de tamponamento do manto de lodos.

Desvantagens:

- A demora em formar um manto estável, o que pode levar dias.

- Até formar o manto de lodos, a unidade deve ser operada com uma taxa reduzida. O processo pode ser acelerado com uma superdose de coagulante (e de alcalinizante, se necessário), aplicando argilas e/ou outros auxiliares de coagulação etc.

- Perdem rapidamente eficiência em condições de sobrecarga ou choque hidráulico e são Sensíveis a variações de temperatura e da qualidade de água bruta.

- Necessitam controle operacional mais rigoroso


2 - Floculadores hidráulicos

Os primeiros floculadores utilizados em tratamento de água foram canais, onde se aproveitava a energia hidráulica no movimento da água para a floculação. Assim, qualquer dispositivo que utilize a energia hidráulica dissipada no fluxo da água através de um tanque, canal ou canalização pode constituir em um floculador hidráulico. Os floculadores hidráulicos mais utilizados são os de chicanas, de fluxo horizontal ou de fluxo vertical. Nos primeiros, a água circula com um movimento de vai e vem e, no segundo, a corrente sobe e desce sucessivamente, contornando as diversas chicanas. As principais deficiências dos floculadores hidráulicos apontadas na literatura técnica são:

• Falta de flexibilidade para responder a mudanças na qualidade da água.
• A hidráulica e os parâmetros de floculação — tempo de floculação e gradientes de velocidade — são função da vazão e não podem ser regulados independentemente, ou são de difícil ajuste.
• A perda de carga pode ser significativa.
• A limpeza é geralmente difícil.

Por essas razões, os floculadores hidráulicos temporariamente, caíram quase em desuso completo, tendo sido preferidos por tanques de floculação motorizados. Entretanto com o desenvolvimento de pesquisas, e novas experiências ficou demonstrado que a eficiência de floculadores hidráulicos pode ser superior à de outros tipos de floculadores, mesmo a tempos de floculação relativamente curtos, como 10 ou 15 min. A principal causa disso consiste em que os tanques de floculação mecânica estão mais sujeitos a curtos-circuitos e zonas mortas, praticamente inexistentes nos canais de floculação hidráulica.

Com uma seleção adequada dos gradientes de velocidade, pode-se, tornar os floculadores hidráulicos mais flexíveis a variações de vazão. Considerando os limites máximos de 75 s-1 na entrada e um minimo igual a 10 s-1 na saída dos floculadores, esses limites não seriam ultrapassados para uma variação de ± 50% da vazão nominal, se para esta vazão, forem fixados gradientes entre 40 s-1 e 20 s-1

2.1. Floculadores de chicanas

A escolha do tipo de floculador de chicanas, se de fluxo horizontal ou vertical, depende mais de razões de ordem prática e econômica, sendo que uma recomendação geral indica o uso de floculadores de fluxo horizontal para vazões superiores a 75 L/s, e para menores capacidades, floculadores de fluxo vertical. Entretanto, a limitação do tamanho dos floculadores de fluxo vertical é função da profundidade. Com profundidades de até 4,5 m, pode-se usar floculadores de fluxo vertical para capacidades de até 1.000 L/s. Mas em floculadores de chicanas de pequena capacidade (40 L/s ou menos), de fluxo horizontal ou vertical, o problema básico apresenta-se no pequeno espaçamento que resultaria entre as chicanas, que, neste caso, não devem ser fixas para facilitar a construção e a limpeza.

Os gradientes de velocidade mais adequados à floculação são determinados sempre que possível, mediante ensaios de coagulação. Não tendo sido realizadas pesquisa de laboratório, deverá ser previsto um gradiente de velocidade no início do tanque de floculação igual a 70 s-1 e um minimo, para o último compartimento, igual a 10 s-1 Normalmente a estes valores correspondem velocidades da ordem de 0,30 m/s a 0,10 m/s.

O tempo de detenção no tanque ou canal de floculação deverá estar entre 20 e 30 min, a não ser que, em casos especiais, pesquisas de laboratório e/ou em instalações piloto justifiquem valores externos a esse intervalo.
No projeto dos floculadores de chicanas devem ser observadas, ainda, as seguintes recomendações:

· A velocidade da água ao longo das chicanas deve estar compreendida entre 0,30 m/s, no início da floculação e 0,10 m/s no fim.
· O espaçamento mínimo entre chicanas deverá ser de 0,60 m; esse espaçamento poderá ser menor, desde que as chicanas sejam dotadas de dispositivos para sua fácil remoção, tais como guias ou ranhuras na parede.
· O espaçamento máximo entre a extremidade da chicana e a parede do canal não deve ser superior à extensão da própria chicana nos floculadores de fluxo horizontal. O critério equivalente nos floculadores de fluxo vertical é manter uma profundidade da água não inferior a 3 vezes o espaçamento entre chicanas,
· O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal, ou seja, a passagem livre entre duas chicanas consecutivas deve-se fazer igual a 1,5 vezes o espaçamento entre as chicanas.

2.2 – Outros Floculadores

Floculadores hidráulicos de ação de jato

Floculação em meio poroso (Floculadores de pedra)

Floculadores mecânicos

Floculadores giratórios de paleta

Floculadores giratórios de turbina

Floculadores alternativos

Floculadores Pneumáticos

TRATAMENTO DE ÁGUA – EVOLUÇÕES TECNOLÓGICAS

Parte 1 - Decantadores

No inicio era o período dos tanques de fluxo horizontal, e seu uso foi muito difundido a partir do século XIX; sendo suas principais vantagens, as relativas a sua simplicidade, alta eficiência, e baixa sensibilidade as condições de sobrecarga, o que lhe confere o uso até os dias atuais por alguns projetistas conservadores. Porém com a evolução dos estudos teóricos e práticos evolui-se para os Decantadores de alta taxa, ou decantadores tubulares, com o objetivo de que sendo bem projetado, poder alcançar eficiência superior aos decantadores convencionais de fluxo horizontal. Como o desenvolvimento tecnológico não para, o próximo passo na função de clarificação da água prévia a filtração são os tanques de flotação ou flotadores, cujo emprego está se difundindo na América latina.

Decantadores de fluxo Horizontal:

A taxa de escoamento superficial, ou velocidade critica de sedimentação (Vcs), é dada pela relação Q/A onde Q é a vazão afluente e A é a área horizontal do decantador. Esta taxa é usualmente expressa em m³/m².dia. Usualmente utilizamos como coagulante o Sulfato de Alumínio, cujos flocos se sedimentam a uma velocidade entre 0,02 a 0,08 cm/s ou seja entre 18-70 m³/m².dia. (Em uma análise preliminar conclui-se que a taxa deve ficar limitada entre estes valores, porém com os recursos de dispersão de reagentes, coagulação com agentes auxiliares, e otimização da floculação, consegue-se obter flocos com melhores condições de sedimentação, o que possibilita a obtenção de taxas superiores do que as que prevaleciam no passado).
A Limitação, portanto da velocidade longitudinal, a um valor adequado para evitar a ressuspensão e o arrasto de flocos já depositados, impõe uma condição de profundidade mínima do decantador convencional, que em geral é fixada em 3,5 a 4,5 m, sendo que alturas menores podem ser adotadas desde que haja remoção contínua de lodo. Definido a profundidade mínima, define-se o volume do tanque de decantação, resultando em um tempo de detenção T = Q/V . Este tempo de detenção, erroneamente ainda e utilizado como o principal parâmetro no dimensionamento de um tanque de decantação, sendo que o dimensionamento correto deve ser feito pelo conceito de taxa de escoamento superficial (Q/A) e velocidade longitudinal máxima (Vo)

Índices sugeridos para dimensionamento

Decantadores Tubulares ou de Alta Taxa

Os decantadores de alta taxa são um aperfeiçoamento dos decantadores de fundo múltiplo, surgidos a partir de 1.915 como aplicação da teoria de decantação estabelecida em 1.904 por Hazen, que havia concluído: “ a ação de um tanque de sedimentação depende de sua área e não de sua profundidade. Uma subdivisão horizontal produziria uma superfície horizontal dupla para receber sedimentos, em lugar de uma única, e duplicaria sua capacidade de trabalho.. Treis subdivisões a triplicaria e assim sucessivamente. Se o tanque pudesse ser cortado por uma série de bandejas horizontais, em grande número de células de pouca profundidade, o incremento de eficiência seria muito grande”. Porém a seguir reconhecia que: “ O problema prático mais difícil de resolver é o método de limpeza....” Razão porque a idéia não passou de treis células, e que atualmente está descartado o seu uso, pois finalmente nos anos 70, estes problemas passam a encontrar soluções adequadas promovendo uma revolução no dimensionamento dos decantadores, com a utilização de decantadores tubulares, que consta de uma série de elementos tubulares de pequeno diâmetro (5cm) são agrupados de forma a atuar como uma unidade ou módulo. Com inclinações pequenas os tubos se enchem de sólidos sedimentados, e periodicamente deve-se fazer a limpeza com reversão de fluxo, podendo em algumas situações ser utilizado a limpeza em conjunção com a lavagem dos filtros, fazendo a descarga de água de lavagem passar pelos módulos tubulares. Porém a autolimpeza se realiza dando-se uma inclinação de adequada, entre 500 e 600 para que o lodo escoe continuamente, e não sedimente no módulo. Os ângulos maiores que 600, a eficiência dessas unidades decresce rapidamente, enquanto ângulos menores que 500, o lodo não escorre facilmente para o fundo do tanque de decantação.
O dimensionamento dos decantadores tubulares é feito pelo conceito de taxa de escoamento superficial Q/A. Conhecida a vazão e fixada a velocidade critica de sedimentação Vcs, calcula-se a área da unidade A = Q/Vcs, Sendo que Vcs em um elemento tubular inclinado a x graus, é válido a relação. Vcs = S.V0/(sen x +cos x), onde V0 é a velocidade longitudinal V0 = Q/A0.......Aplicando-se o conceito de fator de forma , a equação final resulta em Vcs = Q/FA, sendo que o dimensionamento resulta em um decantador tubular com área 8 vezes menor que um decantador convencional, o que significa grande economia em estruturas.

BOMBAS DE DRENAGEM

No bombeamento de drenagem ou de água bruta agressiva, escória, lama, dragagem é de fundamental que a seleção do equipamento garanta uma vida útil elevada, e com ausencia de manutenção, além de possibilitar a drenagem até o limite de cavitação. Para esta função mostramos a seguir o teste de um equipamento robusto que garante uma operação segura e com baixo custo, é uma prova irrefutável da resistencia do equipamento às condiçoes reais de campo.

ELEVATÓRIAS COM FUNCIONAMENTO PERFEITO SEM SENSORES DE NÍVEL

ELEVATÓRIAS COM FUNCIONAMENTO PERFEITO SEM SENSORES DE NÍVEL

É normal que em obras de construção civil, e em mineradoras as bombas de drenagem funcionem dia e noite. Dessa forma, acabam por aspirar ar a maior parte do tempo, causando desgaste desnecessário das peças da bomba e gerando altos custos de energia e manutenção. Esta situação é decorrente da variação da vazão afluente ao Poço de Sucção, em condições diversas, a exemplo de elevatórias de esgoto onde é muito comum nos dias de temperatura baixa o cuiabano minimizar o consumo de água, gerando assim uma operação irregular dos equipamento de bombeamento, associado ao fato de que, os sistemas de controle que utilizam bóias ou sensores de nível não são práticos para aplicações exigentes.

Bombas que trabalham apenas quando necessário

O controlador automático de bombas FPC 100 é a solução para estes problemas. O controlador FPC 100 permite que a bomba funcione automaticamente sem utilizar bóias ou sensores de nível. O equipamento monitora a potência da bomba, desligando-a quando não há água no poço.
O segredo é seu microprocessador, o qual calcula e estabelece o tempo de parada antes da próxima partida.
O cálculo do tempo de funcionamento é continuamente atualizado e reajustado pelo controlador, adaptando assim o funcionamento da bomba para altos e baixos volumes.


Características do FPC 100

• Controle automático de bombas trifásicas sem uso de bóias ou sensores de nível.
• Controla e protege a bomba em caso de:
- Sobreaquecimento
- Desequilíbrio entre as fases
- Sentido de rotação incorreto
• Display de informações de funcionamento

O controlador FPC 100 assegura que o motor apenas funcione no sentido correto de rotação, eliminando assim desgastes fora do normal.
O display do FPC 100 indica alarmes e informações de funcionamento como:
tempo de funcionamento da bomba, número de partidas, etc.

O CRESCIMENTO DAS CIDADES E O TRATAMENTO DE ESGOTO NO ESTADO DE MATO GROSSO.

O CRESCIMENTO DAS CIDADES E O TRATAMENTO DE ESGOTO NO ESTADO DE MATO GROSSO.

A consolidação da SANEMAT - Companhia de Saneamento Básico do Estado de Mato Grosso, na década de 70, foi atrelada a implantação e expansão dos Sistemas de Abastecimento de Água, buscando universalizar o atendimento com água tratada no Estado de Mato Grosso; Nesta década apenas Cuiabá dispunha de sistemas isolados de tratamento na UFMT e 160 BC na Av. Lava pés (Antiga 31 de Março) e na Cohab Coophamil com predominância para o uso de “Tanques Imnhoff” que era a tecnologia mais difundida na época.
Com a consolidação do atendimento com água tratada passou-se a investir no esgotamento sanitário em alguns núcleos habitacionais, espalhados pela capital e interior, o “modismo” predominante foi o da implantação de Lagoas, que virou solução para todo tipo de tratamento, independente de porte, pois o grande argumento para este tipo de tratamento era a disponibilidade de áreas, baixo custo das áreas, e localização afastada do núcleo urbano.
Duas décadas depois com o fenômeno do êxodo rural, as lagoas acabaram ficando no interior do núcleo urbano, sendo que a maioria destas implantações em quase 100% ocorria, e ocorre o “abandono”, ou seja, não é feito nenhum sistema de manutenção desde o mais simples que é o da capina, e roçagem; O resultado é que hodiernamente esta solução de tratamento por meio de lagoas, mostrou-se ser um grande transtorno para os moradores adjacentes, não pela sua ineficiência, mas sim pelo descaso do poder público, conduzindo a uma condição de degradação, e geração de odores desagradáveis, além de fontes de geração de mosquitos, e outras pragas. (Relembrando que os tanques Imnhoff, continuam operando).

Salvo algumas exceções, todo o sistema implantado para tratamento de efluentes com a tecnologia de lagoas, requer um programa de reabilitação, em decorrência da ausência de manutenção por um longo período, inclusive sem que ofereça alguma eficiência, pois encontrão na maioria assoreado, e ou com excesso de volume de lodo.

Atualmente como solução para tratamento do esgoto em área urbanizada, prevalece o sistema denominado RALF (Reator Anaeróbico em leito Fluidificado), sendo que este sistema ocupa um espaço destinado ao tratamento do efluente liquido, e do Lodo conforme descrito a seguir:

Tratamento Primário: Propicia a redução de parte da matéria orgânica presente no esgoto, removendo os sólidos em suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes. A remoção é por meio de processo físico de decantação no reator Anaeróbico de Fluxo Ascendente, e o lodo resultante é retirado do fundo do RALF, através de tubulações e encaminhado aos Leitos de Secagem. Sendo que a parte líquida é recirculada para o RALF.

Tratamento Secundário: Remove a matéria orgânica e os sólidos em suspensão, por meio de processos biológicos, utilizando reações bioquímicas, através de microorganismos – bactérias aeróbias, facultativas, protozoários e fungos. No processo anaeróbio os microorganismos presentes nos esgotos se alimentam da matéria orgânica ali também presente, convertendo-a em gás carbônico, água e material celular. Esta decomposição biológica do material orgânico requer a ausência de oxigênio e outras condições ambientais adequadas como temperatura, pH , tempo de contato etc. Para esta fase de tratamento o Reator Anaeróbio de Manta de Lodo (UASB) – Onde a biomassa cresce dispersa no meio e não aderida como nos filtros. Esta biomassa, ao crescer, forma pequenos grânulos, que por sua vez, tendem a servir de meio suporte para outras bactérias. O fluxo do líquido é ascendente e são formados gases – metano e gás carbônico, resultantes do processo de fermentação anaeróbia.

Tratamento Terciário: Nesta fase é removido poluentes específicos (micronutrientes e patogênicos), além de outros poluentes não retidos nos tratamentos primário e secundário. Resultando em um tratamento de qualidade superior para os esgotos. Neste tratamento removem-se compostos como nitrogênio e fósforo, além da remoção completa da matéria orgânica. O processo de tratamento é por meio de Filtros Anaeróbicos, Cloração, tanque de contato e polimento final com Wetlands construídas (opcional), que conferirá ao efluente final, total ausência de sólidos em suspensão e microorganismos patogênicos.

Tratamento do lodo: Todos os processos de tratamento de esgoto resultam em subprodutos: o material gradeado, areia, escuma lodo primário e lodo secundário, são tratados para serem lançados no meio ambiente. O processo envolve a desidratação para remover a umidade, com redução do volume, em leitos de secagem.

Controle Sanitário

O controle sanitário é feito mediante analises especificas, em laboratório construído junto a planta de tratamento.

TELEMETRIA PARTE 2

TELEMETRIA – Parte 2 - Vazão

Operar um sistema de Abastecimento de Água ou de Esgotamento Sanitário implica em conhecer todas as variáveis do processo, com destaque para:

Vazão Captada: Qual o volume de Água bruta está sendo retirado do manancial?

Vazão de água distribuída: Qual o volume está sendo disponibilizado para o consumo?

Vazão de Água Faturada: Qual o volume está sendo cobrado dos clientes?

Regra geral os projetos não contemplam estes aspectos operacionais, em decorrência da ausência de informações, e ou por necessidade de redução de custos na implantação do empreendimento, além da não exigência, pelos órgãos financiadores, e ou operadores. A conseqüência é uma operação no “escuro”, é como ter uma fábrica de Cerveja e refrigerante e não saber qual o volume de produção, de distribuição e venda, caminho fatal para a falência. Em sistema de abastecimento de água e esgotamento sanitário, conhecer as variáveis relativas a volume tornou-se bastante simples e barata com o desenvolvimento de novas tecnologias, não sendo portanto cabível em pleno século 21, estar-mos operando com uma mão de obra desqualificada e com anotações fajutas, imprecisas, e aleatórias, em blocos de papel nas instalações de produção de água de tratada.

MEDIÇÃO DE VAZÃO CAPTADA NOS MANANCIAIS E TRATADA EM ETAS.

Para saber-mos as vazões instantâneas que estão chegando em nossa instalações, o sistema mais econômico é a calha parshall, que deve ser calibrada com uma ferramenta denominada de “ Pitometria” , ou ainda por métodos tradicionais como o de volumes em reservatórios. Estando a calha calibrada devemos instalar um medidor ultrassonicos, para registrar os valores instantâneos e acumulados; pronto, saímos do escuro e passamos a gerenciar nossa produção.

MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA DISTRIBUIDA.

Para saber-mos as vazões instantâneas que estão SAINDO de nossas instalações, o sistema mais econômico, é o medidor de inserção, que apesar de muito simples deve ser adquirido de empresas idôneas, e com referencia no mercado.

O medidor de inserção SeaMetrics, é de fácil instalação e calibração, baixo custo, e elevada precisão. Asssim com os dados de vazão processada na Eta e os dados de vazão de água distribuída, temos como administrar o volume de água que está sendo usado ou desperdiçado, no processo de tratamento, como lavagens de filtros, descargas de decantadores, e outros consumos, ou eventual fuga, em algum lugar do sistema. Portanto já estamos exercendo um processo de gerenciamento da nossa unidade de produção.

MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA CONSUMIDA

Saber o quanto estamos vendendo de nossa produção somente é possível com a medição individual em cada unidade de consumo. Hoje o mercado nacional dispõe de inúmeras marcas de micromedidores, além dos "importados chineses”. O processo de seleção deve ser criterioso, com um termo de referência bem elaborado e não somente a capacidade de vazão do medidor, “não estamos comprando bananinha”, é preferível não medir do que ter instalado um medidor de baixa qualidade.

Conhecendo o volume total de água faturada, comparo com o volume de água disponibilizada na rede, e tenho uma importante informação de gerenciamento, que é o quanto estou deixando de faturar, de quanto o meu faturamento está reduzido por ineficiência do meu sistema de micro medição, da minha rede com fugas, ou dos reservatórios com extravasamentos, etc.

Ainda não falamos de telemetria, e o sistema de Abastecimento de água pode ter um eficiente gerenciamento.

Quando tratamos de sistemas de pequeno porte tudo está resolvido, porém para médio e grande porte, é importante manter-mos os nossos dados sincronizados em uma central de gerenciamento, que irá em tempo real computar as vazões de produção, de distribuição por setores de abastecimento, e confrontar com os resultados das medições individuais processadas por coletores portáteis, assim ao final de cada ciclo de leitura teremos condições de avaliar em segundos como está comportando o setor de abastecimento, o que irá permitir subsidiar as equipes de apoio da manutenção, em pesquisas de vazamentos, e ou de investigações de consumo, com umas crítica, que irá avaliar situações onde ocorreu faturamento de volumes superior ao fornecido ao setor de abastecimento.

A transmissão dos dados do medidor ultrasonico, e do medidor de inserção é feito via rádio, para uma central, dotada de microcomputador que irá armazenar, gerenciar as informações e gerar relatórios para tomada de decisões.


TELEMETRIA – Parte 3 – Níveis e Pressão

Um dos maiores problemas enfrentados por aqueles que administram um sistema de abastecimento de água, é evitar o extravasamento de reservatórios, seguida da dificuldade, em se ter informações de como está abastecido determinado setor da cidade, sem que o usuário reclame..............A Empresa chega sempre após o usuário ter sofrido as agruras da falta d´agua. Atualmente porém as concessionárias, públicas ou privadas, de água e esgoto buscam cada vez mais a simplificação de seus processos e o aumento da eficiência operacional.
Nesse contexto, um dos maiores desafios é a escolha das tecnologias mais adequadas para o gerenciamento de suas instalações.
E em virtude da variedade de aplicações e diferenças operacionais entre os processos, nenhuma tecnologia individual é adequada para tudo. O setor de medição de nível vem apresentando diversas soluções técnicas que são atualizadas constantemente.
Algumas tecnologias foram abandonadas, outras aperfeiçoadas e novas tecnologias foram criadas.
Como resultado, a escolha da solução ideal envolve mais do que a simples identificação da função de um instrumento: medição de nível, fluxo em canal aberto ou monitoramento de manta de lodo. Assim neste texto propomos orientar aos projetistas, e concessionárias a selecionar equipamentos de medição de nível, e recomendar as soluções mais práticas para cada aplicação típica das instalações de tratamento de água potável e de esgoto.
Lembramos que entre as “tecnologias” abandonadas, inclui a que utilizava da variação de resistências em um cabo imerso em um reservatório, cuja condutividade do liquido permitia enviar uma tensão para um galvanômetro, remoto, interligado por LPs (Linhas privadas de telefone). Esta tecnologia foi muito utilizada pela antiga Sanemat, na década de oitenta, permitindo conhecer os níveis dos reservatórios Morro da Colina, e Bosque da Saúde, em uma central na Eta São Sebastião, o que tempos depois foi inviabilizado, em decorrência da precariedade das linhas telefônicas, .......a tecnologia evoluiu.
Atualmente o método mais eficaz, e econômico de medição de nível contínuo (proporcional) indica o nível no decorrer de todo o período de medição, é a utilização de sondas de níveis, que são de fácil instalação.


A transmissão da informação é feita via rádio, ou GSM (Global System for Mobile Communications) celular.

O resultado deste investimento em um sistema de abastecimento de água, é a garantia de uma supervisão constante nos centros de reservação, bem como garantia de credibilidade junto aos usuários, residentes na adjacência dos reservatórios.

Para controlar a pressão nas redes de distribuição, ou nas adutoras, devemos instalar um Sensor de Pressão, que incorporado a um transmissor GSM, garante a supervisão de diversos pontos estratégicos da rede, permitindo que toda ocorrência possa ser visualizada primeiramente pelo operador do sistema, que providencia reparos, antes que afete a vida dos usuários do serviço.

TELEMETRIA

TELEMETRIA – Parte 1

O Inicio

A telemetria geralmente refere-se à comunicações sem fio, sendo realizada através de aparelhos que permitem a coleta de dados em locais diversos, transmitindo-os para outro local.

Assim quando Touro Sentado, o Cacique dos índios Sioux, queria avisar os seus amigos cheyenne, da presença do Sétimo Regimento de Cavalaria Americana, que estava sob as ordens do general Custer, utilizava-se de uma tecnologia denominada Fumaça Fragmentada, permitindo assim codificar um aviso entre dois locais remotos.

Touro Sentado chegou a ser famoso por conduzir três mil e quinhentos índios sioux e cheyenne contra o Sétimo Regimento de Cavalaria Americana, e, na batalha de Little Bighorn em 25 de junho de 1876, derrotou o exército federal. A comunicação sem fio já estava presente, ajudando o homem em suas conquistas, e garantindo produtividade em suas ações.

A Evolução da Telemetria no Saneamento

Operar um sistema de Abastecimento de Água e Esgotamento Sanitário, sem os recursos da Telemetria é administrar no “escuro”, ou seja, não sei o que está acontecendo, e acho que está funcionando, é o achismo sempre presente. Assim uma linha de recalque que abastece dois centros de reservação em uma distancia de 5 km, estará sempre extravasando, e causando desperdício além de uma péssima imagem da empresa que combate as Perdas, e penaliza os seus usuários contra o consumo excessivo. No Brasil as Empresas não evoluíram no controle operacional, principalmente pela insuficiente visão empresarial de seus dirigentes, bem como do desconhecimento técnico de gerentes, projetistas, e operadores, além do principio básico de que é melhor proteger o mercado de trabalho, em detrimento a eficiência operacional, qualificação de pessoal e redução de custos. Neste quesito evolução o destaque é para a Sanepar (PR), seguida da Sabesp (SP), Copasa (MG), Embasa (BA) e Caesb (DF). Nestas empresas a telemetria está presente em todos os grandes centros, com transmissão de níveis de reservatórios, vazão, pressão, e estado de funcionamento de bombas. A visão de futuro é que todas as empresas venham aderir a este modelo gerencial, como mostra os novos empreendimentos financiados com recursos do PAC.

Sistema de Telemetria da Sanecap em Cuiabá

O primeiro sistema de Telemetria da Sanecap envolve o controle dos reservatórios Nova Esperança, Pedra 90 e Manduri. Assim o operador da Eta Tijucal pode visualizar nestes reservatórios o nível, o estado de funcionamento das bombas se está ligada ou desligada, e proceder desligamentos e ligação remota. Pode ainda controlar a abertura e fechamento de válvulas, permitindo gerenciar vazões em função da demanda setorial. A transmissão de dados para a central de controle é via rádio, sendo portanto em tempo real.

GOLPE DE ARIETE – Parte 3

GOLPE DE ARIETE – Parte 3

Parte 3 – Evitando os efeitos do “Golpe de Ariete”

Lembra-se de como é possível realizar a pancada? (Veja Golpe de Ariete Parte 1), “Pois Intão”, tudo começa com o liquido continuando com o seu movimento mesmo após a parada da bomba, e ao percorrer uma longa distancia volta como um ariete e choca-se contra uma válvula assentada após a bomba, gerando um verdadeiro tsunami, com elevada pressão e uma velocidade da onda que atinge toda tubulação numa onda de pressão.

Se é só isto, vamos consultar o “arquiteto do castelo”, e buscar uma solução, que tem que se concentrar no objetivo de evitar o retorno da massa liquida, e nesta condição a primeira solução é a instalação do VOLANTE DE INÉRCIA.

VOLANTE DE INÉRCIA, é um grande disco que instalado entre a bomba e o motor tem a função de manter a bomba operando por um tempo igual ao tempo de parada, e assim garante que o tubo continue sendo preenchido pelo liquido bombeado mesmo com a ausência de energia. Isto ocorre porque sendo um grande volante, pelo principio da inércia, este tende a manter o seu estado de movimento com uma energia maior. Nesta condição quando a coluna atingir a velocidade zero esta tem inicio na bomba e não há coluna de retorno, e não havendo coluna de retorno não há o Golpe, não haverá a pancada, Simples não?

O problema é que didaticamente é muito simples....porém imagine uma instalação com um volante de inércia de um metro de diâmetro, ou mais, e a energia elétrica para retira-lo da inércia no instante da partida? Resultado: é um grande trambolho que ninguém ousa utiliza-lo.

Então vamos achar uma outra solução para evitar esta coluna de vácuo que é aberta na parada e que permite o retorno da coluna. Particularmente a solução que eu acho mais simples, mais econômica, e mais funcional, é o enchimento desta coluna no momento em que é formada. Como? Simples.......Constroi-se um reservatório externo, sendo alimentado por uma fonte dotada de bóia de nível, e interligado a tubulação de recalque por uma linha dotada de uma válvula de retenção, que no instante da parada, descarrega 1/3 de seu volume para o interior do tubo; pronto....quando a velocidade zerar, e for iniciado o período de retorno o tubo estará cheio e o golpe evitado. Este sistema chama-se TAU (Tanque de Alimentação Unidirecional).
Quando a pancada é pequena, a solução está no uso de válvulas de retenção, única ou por meio de seccionamento do trecho de tubulação, fracionando assim a pancada.

O assunto não está esgotado, porém o nosso objetivo é dar um entendimento simplista, para um assunto que existe inúmeras ferramentas, e modelagens matemáticas para a sua solução. Cada caso é um caso em particular, e deve-se dedicar uma importância a este dimensionamento, sob pena de prejuízos as instalações, com rompimentos de tubulações, deslocamentos de curvas, tês, etc.....

As válvulas de controle de bombas ocupam lugar de destaque no sistema de controle.......e prevenção de golpes de ariete.

O efeito BENÉFICO do golpe de ariete é o seu aproveitamento no dimensionamento de Carneiro Hidráulico.

GOLPE DE ARIETE PARTE 2

CALCULANDO O VALOR DA PANCADA

Personagens:

São responsáveis pela intensidade do Golpe de Ariete, ou pela pancada causada pelo retorno da coluna liquida os seguintes elementos:

1. A Velocidade

a. Quando o liquido é impulsionado na tubulação, este está dotado de uma energia cinética, que depende de como foi projetado a instalação.
Em nosso exemplo vamos admitir que a tubulação seja em ferro Fundido de 300 mm de diâmetro, e que foi projetado uma velocidade de 2,5 m/s

2. Vazão

b. A Velocidade é função da vazão, ou seja, para bombear-mos uma quantidade de liquido em uma mesma tubulação, com secção constante, devemos variar a velocidade, sempre mantendo um dos princípios da Hidráulica que é representado pela equação da continuidade, ou seja, o produto da área do tubo pela velocidade que o liquido está sendo bombeado, resulta na vazão, assim:

Vazão (Q) = Área (S) x Velocidade (V)

Q = S x V sendo: Q (m³/s); S (m²); V (m/s)

Em nosso exemplo o tubo de diâmetro 300 mm possui uma área constante de 0,070686 m², e se o liquido está animado com uma velocidade de 2,5 m/s, concluímos que neste instante está sendo transportada uma vazão correspondente a:

Q = 0,070686 m² x 2,5 m/s.....Q = 0,176715 m³/s ou 176,715 l/s ou 636,174 m³/h.

Assim em determinada condição, é ilimitada a vazão que pode ser transportado por este tubo de 300 mm. Porém para uso prático, as velocidades de escoamento mais econômicas são aquelas compreendidas até o limite máximo de 3,0 m/s.

3. Pressão

Para vencer a resistência ao escoamento, faz-se necessário transportar o liquido sob pressão. Sendo que a pressão é justamente uma indicação da quantidade de resistência ao escoamento.

O que impede ou causa resistência ao escoamento do liquido?

• O destaque na resistência, é para a diferença de nível entre o liquido na fonte, e no lugar que deve ser transportado. (DN)

• O segundo zagueiro é causado pelo atrito entre o líquido e a parede interna do tubo, é chamado de perda de carga, perda de energia, perda por atrito. O atrito pode ocorrer ao longo do tubo, e também nas peças e conexões que compõem a tubulação como: válvulas, curvas, tês, etc. sendo que o somatório destas resistências é traduzida em unidades de pressão, geralmente em metros.
Para transportar o liquido do ponto A, ao ponto B, o projetista deve definir, a pressão de trabalho, porém durante o fenômeno do golpe de aríete, a pressão poderá atingir níveis indesejáveis, que poderão causar sérios danos ao conduto ou avarias nos dispositivos nele instalados. Danos como ruptura de tubulações por sobrepressão, avarias em bombas e válvulas, ou colapso de tubos devido a vácuo, etc. Em nosso exemplo vamos admitir que a nossa pressão de trabalho seja de 10 bar (10 Kg/cm² - 100 mca)

Voltando ao nosso exemplo onde estamos transportando um liquido com uma velocidade de 2,5 m/s, em um tubo de 300mm, estamos diante de um problema hidráulico, mas iremos utilizar os princípios da cinemática para saber-mos qual a distancia que o líquido conseguirá percorrer até atingir a velocidade zero. Vamos admitir um tempo de parada de 10 segundos (posteriormente vamos calcular este valor exato).

Na Cinemática temos que a velocidade de um corpo é igual ao quociente entre o espaço percorrido e a velocidade gasta neste espaço, ou seja;

V (m/s) = E (m) / T (s)........Logo: E = V x T

Assim o nosso liquido ira percorrer um espaço de 25 m até a sua parada total, e iniciar o seu movimento de volta para dar a PANCADA na bomba ou em uma válvula que fechou.

Já viu um pingo no chão? Gera uma grande explosão, pois o liquido é incompressível, e um pingo em um copo, gera uma onda, e a maré alta quando bate na amurada de uma avenida litorânea, possui um efeito de retorno devastador, pense agora em uma coluna de liquido caindo de uma altura de 25,00m confinado em um tubo de 300 mm?

O resultado é uma grande pancada, e a geração de uma onda de retorno com uma rapidez que denominamos de celeridade (a), ou seja, Celeridade é a velocidade com que a onda gerada pelo choque se desloca ao longo da tubulação. (é diferente da velocidade da água), é um verdadeiro tsunami gerado dentro do tubo. Em nosso exemplo nossa instalação está trabalhando com 10 bar, essa pancada irá gerar uma sobrepressão, muito maior que este valor, e temos que ter tubos, válvulas...para resistir a este acréscimo de pressão, e também mecanismos para evitar que esta pancada assuma valores muito grande que exigirão aumento de custos em nosso projeto.

4. Comprimento da Tubulação

O comprimento da tubulação, é de fundamental importância no cálculo do valor do choque. Vamos adotar em nosso exemplo, um L=4.000 m

Agora finalmente estamos aptos para calcular o valor da pancada, que nossa instalação vai levar quando o sistema parar.Na seqüência vamos cuidar para minimizar este golpe, e ou proteger nossa instalação.

Primeiro Objetivo: Calcular o valor da Pressão gerada pela pancada do retorno do líquido.

Método: Supersimplista

1 - Cálculo da velocidade de propagação da onda, após a pancada.

a = 9.900 / (48,3 + K x D/e) 1/2

Onde:

a = Celeridade da onda (m/s)
D = Diâmetro de tubo (m).......0,3 m
e = Espessura do tubo (m).......0,007 m
K = Coeficiente que leva em conta os módulos de elasticidade

Tubos de aço, k = 0,5.
Tubos de ferro fundido, k = 0,6.
Tubos plásticos, k = 18,0

Logo: a = 9.900 / (48,3 + 0,6 x (0,3 / 0,007))1/2

a = 1.150,74 m/s.........observe que é uma super velocidade com que a onda de choque se propaga.

2 - Tempo de parada da bomba.

O tempo T é o decorrido entre a interrupção de funcionamento do conjunto moto bomba, por interrupção de energia e ou por ação voluntária do operador, provocando um cessar da velocidade de circulação da água na tubulação, a qual diminui progressivamente, até atingir o valor zero, parada total, para iniciar o retorno.

Este tempo será determinado pela fórmula de E. Mendiluce que propõem a seguinte expressão para o cálculo do tempo de parada:

T = C + ( K . L . V ) / ( g . Hm)

Sendo:

T = Tempo de parada da bomba (seg.)
C e K = Coeficientes empíricos de ajuste
L = Comprimento da adutora ( m )
V = velocidade de fluxo (m/seg.)
G = aceleração da gravidade (9,81 m/seg2)
Hm = altura manométrica total (m)

O coeficiente C é função da reação entre a altura manométrica e o comprimento da tubulação sendo:

C = 1 se Hm / L <>

C = 0 se Hm / L > 0,40
C = 0,60 se Hm / L > 0,20 e <>

O Coeficiente K depende do comprimento da tubulação, e pode ser obtido a partir da tabela à seguir:

L < k="2,00" align="justify">L +-= 500.................K=1,75

500< k="1,50" align="justify">L+-=1.500................K=1,25

L> 1.500...................K=1,00

Logo o tempo T de parada decorrido entre o bloqueio de energia e a velocidade igual a zero é dado por:

T = 1 + (1 x 4.000 x 2,5) / ( 9,81 x 100)

T = 10,19 segundos

O comprimento crítico Lc, é a distancia que separa a Bomba do ponto de coincidência das formulas de Michaud y Allievi, é calculado pela fórmula de Michaud. Comparam-se os comprimentos L (Adutora) & Lc. Sendo Lc igual a:

Lc = (a x 15,52) / 2, onde:

a = 1.150,74 m
T = 10,19 s.

Então:

Lc = (1.150,74 x 10,19) / 2
Lc = 5.865,72 m

Cálculo da Sobrepressão (H)

Se H = 2xLxV / gxT

Caso contrario calculamos a sobrepressão pela fórmula de Allievi, onde:

H = a x V / g

Neste exemplo iremos calcular a sobrepressão, ou o golpe, pela expressão:

H = 2xLxV / g x T

H = 2 x 4.000 x 2,5 / 9,81 x 10,19

Logo; H = 200,07 mca

lembra-se de quanto era a nossa pressão de trabalho? Essa é uma pancada com sérias conseqüências.

Este valor representa a pressão no instante do golpe, causado pelo retorno do liquido, (É a componente da energia Cinética), porém deve ser acrescido da diferença de nível (componente da energia potencial), que ocorre no mesmo instante. Assim admitindo que a diferença de nível de nosso projeto seja de 60,00m teremos uma pressão total responsável pelo Golpe de ariete igual a:

Sobrepressão Total (Ht) = H + DN.........Ht = 260,07 mca ou 26,00 bar

Para ter-mos uma melhor visualização da magnitude desta pressão, vamos admitir que o retorno do liquido seja sob um cap (Tampão de 300 mm) cuja área já calculamos e é igual a 0,070686 m².

da Física sabemos que:

Pressão = Força / Superfície.......Logo a força exercida no cap no momento do golpe será:

F = P x S ou F = 26,00Kg/cm²x706,86cm²

F = 18.378,31 Kg ou 18,38 Ton.

Suficiente para provocar um grande estrago se não for evitada esta força.

Na seqüência: Evitando a Pancada Hidráulica, ou Golpe de ariete.

GOLPE DE ARIETE

GOLPE DE ARIETE

Parte 1 – Entendendo o “Golpe”

Ou Entendendo o Coice, o Baque, a Pancada, a Batida, o Empuxo, ....a Coronhada.

Os Atacantes

Antes do satélite, do laser, do Celular as guerras eram decididas no “corpo a corpo”, e para chegar até o inimigo era necessário invadir a sua fortaleza, e uma das principais armas utilizadas era o aríete, que é uma antiga máquina de guerra constituída por um forte tronco de árvore de madeira resistente, com uma testa de ferro ou de bronze a que se dava em geral a forma da cabeça de carneiro; Os aríetes eram utilizados para romper portas e muralhas de castelos ou fortalezas. Foram largamente utilizados nas Idades Antiga e Média. Existiam diversas formas de aríetes, dependendo do local e povo que o construía. Pode-se dizer que eles foram os precursores dos tanques de guerra.

Aríete portátil

Quando era importante tomar um povoado inimigo com rapidez, um recurso simples era cortar uma árvore robusta, podar o tronco, acoplar algumas alças e usar a árvore para destruir um portão ou uma parte da muralha. Embora fosse muito perigoso segurar o aríete, essa arma podia ser colocada em ação algumas horas depois da chegada às muralhas da cidade.

A Intensidade da PANCADA (ou Intensidade do Golpe de Ariete), estava relacionada com o peso do tronco e a velocidade dos arremessos, em condições diretamente proporcionais, ou seja, quanto menor o peso do tronco, e menor a velocidade, implicaria em menor pancada.

Os Defensores

A parte mais vulnerável de uma fortificação era o Portão Principal, e este era o alvo do ataque inimigo, com a utilização do ariete. Portanto os “Arquitetos” do Forte deveriam reforçar esta instalação ou criar um mecanismo de defesa eficiente, além do lançamento de óleo de baleia aquecido; e a solução foi criar uma arquitetura que impedisse o manuseio do ariete (veja a ilustração), onde a porta principal só tem acesso para quem entra pela lateral, assim o problema foi resolvido.

Forte dos Reis Magos em Natal RN - Brasil

A Inércia

Todo corpo tem a propriedade de manter o seu estado de movimento, isto é se está parado sua tendência é continuar parado. Se estiver em movimento sua tendência é manter-se em movimento, quando qualquer ação tende a alterar o seu estado original.

O Exemplo mais simplista para entendimento da inércia é de um homem em pé dentro de um ônibus. Se o ônibus está parado o estado do homem é parado e ele tende a manter esta situação quando o ônibus “arranca” , sendo portanto impelido para traz. Já com o corpo em movimento a sua tendência é manter este estado indefinidamente, sendo impelido para a frente quando o ônibus freia.

Pense agora em uma tubulação, onde seu interior está preenchido por um liquido impulsionado por uma bomba; O liquido está em movimento, o seu estado de movimento pode ser alterado quando voluntariamente desligamos a bomba, ou quando há falhas no sistema de alimentação elétrica. Lembre do cidadão no ônibus, da mesma forma quando desligamos a bomba, o liquido continua sendo impulsionado para frente, devendo percorrer uma distancia em função da sua velocidade inicial, e como está confinado dentro de um tubo, provoca um vácuo no comprimento da distancia percorrida.

Decorrido alguns segundos, e por falta de uma força para continuar impulsionando o liquido, este para, ou seja, sua velocidade é igual a zero.

Neste instante o que temos: Uma bomba parada (Nosso Castelo),... Um trecho de tubo sob o efeito do vácuo,... e um imensa coluna liquida com velocidade igual a zero (Nosso Tronco de Madeira)
Como sempre bombeamos para cima, o que irá ocorrer? Lógico pelo efeito da gravidade toda coluna de água ( Nosso Tronco de madeira) vai retornar, e dar uma grande pancada na bomba, dar um grande golpe de ariete. Se o tubo e a bomba estiverem “preparados” vai resistir, e o inimigo não causará nenhum dano, caso contrário irá explodir a bomba e a tubulação, pelo efeito do golpe de ariete, (Ou golpe da coluna de água).

No Próximo segmento: Calculando o Valor da PANCADA , e Dimensionando a Fortificação