Esgoto Sanit. Ariovaldo Nuvolari.pdf

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ESGOTO SANITÁRIO COLETA TRANSPORTE TRATAMENTO E REÚSO REÚSO AGRÍCOL AGRÍCOLA A

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ESGOTO SANITÁRIO COLETA TRANSPORTE TRATAMENTO E REÚSO AGRÍCOLA

2.ª edição revista, atualizada e ampliada  

Coordenação: Coautores:

ARIOVALDO NUVOLARI ALEXANDRE MARTINELLI ARIOVALDO NUVOLARI DIRCEU D’ALKMIN TELLES JOSÉ TARCÍSIO RIBEIRO NELSON JUNZO MIYASHITA ROBERTA BAPTISTA RODRIGUES

ROBERTO DE ARAUJO

FATEC - SP  CEETEPS 

Esgoto Sanitário  – coleta, transporte,

tratamento e reúso agrícola © 2011 Alexandre Martinelli Ariovaldo Nuvolari Dirceu D’Alkmin Telles José Tarcísio Ribeiro Nelson Junzo Miyashita Roberta Baptista Rodrigues Roberto de Araujo 1ª reimpressão – 2012 Editora Edgard Blücher Ltda.

FICHA CATALOGRÁFICA Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4º andar 04531-012 – São Paulo – SP – Brasil Tel 55 11 3078-5366

Esgoto sanitário: coleta, transporte, tratamento e reúso agrícola / coordenação Ariovaldo Nuvolari – 2ª ed. rev. atualizada e ampl. – São Paulo: Blucher, 2011.

[email protected] www.blucher.com.br

Segundo Novo Acordo Ortográfico, conforme 5. ed. do Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa , Academia Brasileira de Letras, março de 2009.

Vários autores Bibliografia. ISBN 978-85-212-0568-5 1. Engenharia sanitária 2. Esgotos sanitários I. Nuvolari, Ariovaldo.

É proibida a reprodução total ou parcial por quaisquer meios, sem autorização escrita da Editora. Todos os direitos reservados pela Editora Edgard Blücher Ltda.

10.11549

CDD-628.3 Índices para catálogo sistemático:

1. Esgotos sanitários: Engenharia sanitária 628.3

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AUTORES  ALEXANDRE MARTINELLI

Biólogo (UNESP), Mestre em Biologia Celular e Molecular (UNESP), exprofessor da graduação e professor da pós-graduação (FATEC-SP), exfuncionário do DAIA-SMA-SP. Atualmente atua em consultoria ambiental. E-mail: [email protected]  ARIOVALDO NUVOLARI

Tecnólogo (FATEC-SP), doutor em Saneamento (FEC-UNICAMP), professor da graduação e da pós-graduação (FATEC-SP), com atuação em engenharia civil em empresas mistas e privadas: THEMAG Engenharia Ltda., Paulo Abib Engenharia S/A., SEMASA e PETROBRAS. E-mail: [email protected] DIRCEU D’ALKMIN TELLES

Engenheiro civil (POLI-USP), doutor em Engenharia Hidráulica (POLIUSP), ex-professor da graduação e professor da pós-graduação (FATECSP), professor convidado da pós-graduação (POLI-USP). Foi presidente da ABID, Diretor da FATEC-SP, membro da ABNT, com maior vivência em Recursos Hídricos no DAEE-SP, tendo prestado consultoria para diversas empresas. E-mail: [email protected] JOSÉ TARCÍSIO RIBEIRO (in memorian)

Tecnólogo (FATEC-SP), mestre em saneamento (FEC-UNICAMP), foi professor da graduação e da pós-graduação (FATEC-SP), com maior  vivência em obras de saneamento na SABESP. NELSON JUNZO MIYASHITA 

Engenheiro civil (POLI-USP) e de Segurança do Trabalho (MACKENZIE), ex-professor (FATEC-SP), com maior vivência em gerenciamento de pro jetos (THEMAG Engenharia). E-mail: [email protected] ROBERTA BAPTISTA RODRIGUES

Tecnóloga (FATEC-SP), doutora em Recursos Hídricos (POLI-USP), diretora da empresa RB Recursos Hídricos. E-mail: [email protected] ROBERTO DE ARAUJO (in memorian)

Engenheiro civil (Mackenzie), mestre em Saneamento (POLI-USP), especialista em Saúde Pública (FSP-USP), foi professor da graduação (FATEC-SP), membro da ABNT, com maior vivência em projetos na área de saneamento (SABESP).

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PREFÁCIO DA 2ª EDIÇÃO Decorridos 7 anos da publicação da 1ª edição deste livro, os seus autores  verificaram a necessidade de atualização. Durante os trabalhos, infelizmente, também foram detectadas algumas incorreções, devidamente corrigidas nesta 2ª edição. Aproveitou-se a oportunidade para incluir os assuntos mais recentes, relacionados, principalmente, às novas técnicas de tratamento de esgoto surgidas nos últimos anos. As principais mudanças em relação à 1ª edição ocorreram nos seguintes capítulos: •

Proêmio: correções, atualizações e inclusões de dados mais recentes;

•

Capítulo 1: inclusão de uma tabela de conversão de unidades;

•

Capítulo 5: o item 5.1 foi totalmente reescrito;

•

•

•

Capítulo 7: foram feitas correções, atualizações, principalmente relacionadas com a substituição da Resolução CONAMA 20/1986 pela Resolução CONAMA 357/2005; Capítulo 8: foi totalmente reescrito; Capítulo 9: foram feitas correções, atualizações e inclusão do item 9.10 – Outras técnicas de tratamento mais recentes;

•

Capítulo 11: correções e atualizações;

•

Referências bibliográficas: inclusões.

Os autores agradecem à Editora Blucher pela pronta acolhida da proposta desta 2ª edição, e a coordenação agradece o empenho dos autores na execução do trabalho.  Prof. Dr. ARIOVALDO NUVOLARI  Coordenador 

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PREFÁCIO DA 1ª EDIÇÃO Este livro Esgoto sanitário : coleta, transpor te, tratamento e reúso agrícola é publicado em momento oportuno: o governo e a sociedade brasileira estão empenhados em melhorar a qualidade de vida dos cidadãos. Tal objetivo requer empenho e competência; daí a conveniência desta publi cação, que, entre outros assuntos, aborda a despoluição de rios, lagos, praias e bacias. Os técnicos que trabalham na área de esgoto estarão bem assessorados com esta obra. Seus autores, um grupo de profissionais de alto nível técnico e intelectual, envolvidos em atividades da área educacional, demonstram seu interesse e sua desenvoltura na abordagem de tema tão atual. São seus autores Dr. Dirceu D’Alkmin Telles, Mestre Roberto de Araujo, Dr. Ariovaldo Nuvolari, Mestre José Tarcísio Ribeiro, Mestre Roberta Baptista Rodrigues e Eng. Nelson Junzo Miyashita, professores do Departamento de Hidráulica da Faculdade de Tecnologia de São Paulo, que tive a honra de chefiar por muitos anos; foram meus alunos ou na Escola Politécnica da USP ou da FATEC-SP. Conheço-os suficientemente bem para poder afirmar que conciliam uma formação teórica profunda com uma vivência prática intensa. Tais elementos acentuam as qualidades desta obra, elaborada com tanto esmero. Há uma ausência, o Prof. Roberto de Araujo. Ele faleceu em 5 de maio de 2000. Esteja onde estiver, há de estar feliz com a realização de um sonho. O autor deste prefácio está gratificado ao compartilhar da publicação deste excelente livro, que, sem dúvida, auxiliará na resolução de problemas do meio ambiente, sobretudo na área de saneamento, elaborado por seus discípulos e companheiros nesta árdua tarefa da construção de um mundo melhor.  KOKEI UEHARA  Professor Emérito da EPUS P  Professor Emérito da FATEC-SP

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APRESENTAÇÃO A FATEC-SP, Faculdade de Tecnologia de São Paulo, uma das unidades de ensino superior do CEETEPS, Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza, vem há mais de trinta anos formando profissionais competentes por meio de seus cursos concebidos e desenvolvidos para atender os segmentos atuais e emergentes da atividade industrial e do setor de serviços, tendo em vista a constante evolução tecnológica. Seu ensino é compromissado com o sistema produtivo, seus currículos são flexíveis, compostos por disciplinas básicas, humanísticas, de apoio tecnológico e de formação específica em cada área de atuação do tecnólogo, graduado, em seus dez cursos. A aprendizagem se faz por meio de projetos práticos, estudos de casos e em laboratórios específicos que reproduzem as condições do ambiente profissional, fornecendo condições ao futuro tecnológo de participar, de forma inovadora, dos trabalhos de sua área. Esta proposta exige um corpo docente formado por especialistas em suas áreas de conhecimento e por professores integralmente dedicados ao desen volvimento do ensino e da investigação científica. Grande parte dos docentes da nossa instituição alia à experiência prática da aplicação da tecnologia a  vivência acadêmica e a pesquisa. Um grupo de especialistas em recursos hídricos e em saneamento ambiental, professores de nossos cursos de graduação e de pós-graduação, com prática profissional em atividades públicas e privadas, reuniu seus conhecimentos e experiências para produzir este livro. Ele foi concebi do e desenvolvido de forma global, com aberturas de espaços para a inclusão das vivências dos autores de cada um de seus capítulos. Assim sendo, espera atender à demanda de estudantes de graduação e de pós-graduação, de consultores, projetistas, construtores e operadores de obras e serviços de coleta, de transporte e de tratamento de esgotos sanitários, bem como de reúso agrícola. Sugestões e colaborações serão bem-vindas. Os autores e a FATEC-SP agradecem as colaborações do CEETEPS, Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza e da FAT, Fundação de Apoio à Tecnologia que tornaram possível a edição desta publicação.  Prof. Dr. Dirceu D’Alkmin Telles  Diretor da FATEC-SP

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CONTEÚDO 0 1

Proêmio — Um pouco de história . ........................................................17 As grandezas e suas unidades . ................................................................29 1.1 1.2 1.3 1.4

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O esgoto sanitário. ..................................................................................37 2.1 2.2 2.3 2.4

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Rede coletora .............................. .................................. .............. 65 Interceptor e emissário ............................... ............................... 79 Sifão invertido.................................. ................................... ........ 87 Estação elevatória de esgoto ............................. ......................... 94

A preparação para execução das obras . .................................. ............ 107 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

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Sistema Separador Absoluto ............................. ......................... 59 Finalidades do sistema ................................ ............................... 60 Estudo de concepção do sistema ................................. .............. 61 Partes do sistema......................................... ............................... 61

As unidades do sistema. ..........................................................................65 4.1 4.2 4.3 4.4

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Origem e destino................................................ ......................... 37 Contribuições indevidas para as redes de esgotos .................... 38 Características físicas do esgoto .................................. .............. 43 Escoamento livre ............................. ................................... ........ 47

O sistema de esgoto sanitário . ...............................................................59 3.1 3.2 3.3 3.4

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Sistema métrico decimal ............................. ............................... 29 Sistema internacional de unidades (SI) ............................. ........ 30 Grandezas e unidades do escoamento ............................... ........ 30 Prefixos SI ............................. .................................. .................... 30

AIA — Avaliação de Impacto Ambiental .................................. 107 Providências preliminares para execução da obra .................. 112 Instalação do canteiro de serviços ............................... ............ 118 Gestão da obra ................................. ................................... ...... 124 A contratação de obras e serviços................................ ............ 153

A construção das redes de esgoto sanitário . ................................. ...... 165 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13

Locação da vala ................................. .................................. ...... 165 Remoção do pavimento ............................... ............................. 166 Escavação convencional de vala (a céu aberto) ...................... 166 Escavações especiais .............................. .................................. 168 Escoramento das paredes laterais da vala ............................... 174 Drenagem e rebaixamento de lençol freático .......................... 178 Tipos de base de assentamento de tubulação ......................... 180 Regularização do fundo da vala e controle da declividade ...... 181 Tipos de materiais e respectivas juntas para esgoto sanitário 182 Execução de serviços complementares ............................. ...... 185 Reaterro e compactação da vala .................................. ............ 186 Repavimentação............................................................ ............ 187 Limpeza final ............................... .................................. ............ 187

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O lançamento 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 7.15 7.16

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seus impactos . .............................. ............. 189

Composição química e biológica do esgoto sanitário .............. 189 Microrganismos e sua importância ambiental.......................... 192 Oxigênio dissolvido na água e sua importância ambiental ...... 197 Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO................................ 199 Demanda Química de Oxigênio – DQO ............................. ....... 201 Resíduos sólidos nas águas e sua importância ambiental........ 202 O nitrogênio e sua importância ambiental .............................. . 203 O fósforo e sua importância ambiental ............................. ....... 207 O enxofre e sua importância ambiental .................................. . 207 O gás natural e sua importância ambiental .............................. 208 A alcalinidade das águas e sua importância ambiental............ 209 Óleos e graxas e sua importância ambiental ............................ 210 Cloretos e sua importância ambiental ............................... ....... 210 Os metais e sua importância ambiental .................................. . 210 Os fenóis e sua importância ambiental ............................. ....... 213 Leis, regulamentações e normas ................................. ............. 214

Comportamento dos poluentes orgânicos em corpos d’água superficiais e sistema ALOCSERVER . ................................. .................. 225 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

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in natura e

Degradação aeróbia em rios e córregos .................................. . 225 O modelo QUAL2E ................................ .................................. . 234 Modelo de balanço de vazão de diminuição – RM1.................. 235 Modelo de balanço de cargas – RM2 ................................. ....... 237 AlocServer – Sistema de planejamento e gestão de recursos hídricos e bacias hidrográficas ................................. . 240

As diversas opções de tratamento do esgoto sanitário . ...................... 255 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11

Como e quando se deve tratar o esgoto sanitário.................... 255 O que se pode fazer nos casos mais simples ............................ 256 O sistema de lodos ativados ............................. ........................ 264 Tratamento e disposição final da fase sólida (lodos primários e secundários) .................................. ........................ 335 Lagoas aeradas................................ ................................... ....... 377 Lagoas de estabilização .............................. .............................. 381 Filtros biológicos .................................. .................................. .. 398 Tratamento de esgoto por escoamento superficial no solo — método da rampa .................................. .................. 400 Reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB, RAFA, DAFA)................................... .................................. ....... 401 Outras técnicas de tratamento mais recentes ......................... 403 Tabelas-resumo de áreas de ocupação.............................. ....... 427

10 Desinfecção de efluentes das ETEs ............................... ........................ 431 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9

Introdução................................................... .............................. 431 Necessidade de desinfecção das águas residuárias ................. 432 Desinfecção com cloro...................................... ........................ 437 Desinfecção com ozônio ............................. .............................. 449 Desinfecção com dióxido de cloro (ClO2) ............................... . 467 Permanganato de potássio ............................... ........................ 479 Cloraminas ................................. .................................. ............. 484 Ozônio/peróxido de hidrogênio (peroxona) ............................ 492 Radiação ultravioleta .................................. .............................. 497

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11 Aspectos da utililização de corpos d’água que recebem esgoto sanitário na irrigação de culturas agrícolas . ............................ 507 11.1 11.2 11.3 11.4

Introdução.................................................... ............................. 507 Agricultura irrigada: métodos e características ....................... 512 A qualidade da água e a agricultura ............................. ............ 518 Utilização na agricultura irrigada ................................. ............ 523

12 Controle de odores em sistemas de esgoto sanitário . ......................... 529 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10

Introdução.................................................... ............................. 529 Causa dos odores .............................. .................................. ...... 530 Efeito dos odores .............................. .................................. ...... 530 Diretrizes para avaliação dos odores........................................ 530 Classificação dos odores .............................. ............................. 531 Concentração e caracterização dos odores.............................. 532 Medição dos odores ................................ .................................. 534 Controle dos odores................................................ .................. 535 Tratamento de gases odoríferos .............................. ................. 537 Oxidação química de compostos odoríferos ............................ 539

Referências bibliográficas .................................. .................................. . 549

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Um pouco de história

Proêmio

UM POUCO DE HISTÓRIA Ariovaldo Nuvolari

Já nos tempos mais remotos, desde que os homens começaram a se assentar em cidades, a coleta das águas servidas, que hoje chamamos de esgoto sanitário, passava a ser uma preocupação daquelas civilizações. Em 3750 a.C., eram construídas galerias de esgotos em Nipur (Índia) e na Babilônia. Em 3100 a.C. já se tem notícia do emprego de manilhas cerâmicas para essa finalidade (Azevedo Netto, 1984). Na Roma Imperial, eram feitas ligações diretas das casas até os canais. Porém, por se tratar de uma iniciativa individual de cada morador, nem todas as casas apresentavam essas benfeitorias (Metcalf e Eddy, 1977). Na Idade Média, não se tem notícia de grandes realizações, no que diz respeito ao saneamento e em especial aos esgotos. Esse aparente desleixo e o desconhecimento da microbiologia até meados do século XIX certamente foram as causas das grandes epidemias ocorridas na Europa, no período entre os séculos XIII e XIX, coincidindo com o caótico crescimento de algumas cidades (Sawyer e McCarty, 1978). A história registra, entre os anos de 1345 e 1349, uma terrível pandemia de peste bubônica na Europa, com 43 milhões de vítimas fatais, numa época em que a população mundial não chegava aos 400 mil hões. Sabe-se hoje que a peste bubônica é transmitida por pulgas infectadas por ratos, o que demonstra que a limpeza não era exatamente um atributo daquelas populações. Um outro exemplo é o crescimento populacional em algumas cidades inglesas no século XIX (Tab. PR-1) e as ocorrências trágicas de epidemias nesse período (Tab. PR-2).

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Um pouco de história TABELA PR-1 Crescimento populacional em cidades inglesas no século XIX

Cidades inglesas

População (1.000 hab.) ano de 1801 ano de 1841

Crescimento (%)

Manchester

35

353

909

Birminghan

23

181

687

Leeds

53

152

187

Sheffield

46

111

141

Fonte: Huberman (1976) TABELA PR-2 Algumas epidemias registradas na Europa do século XIX

Ano

Ocorrência

1826

Terrível pandemia de cólera em toda a Europa

1831

Epidemia de cólera na Inglaterra com 50.000 vítimas fatais

1848

Epidemia de cólera na Inglaterra com 25.000 vítimas fatais

Fonte: Metcalf e Eddy (1977)

TABELA PR-3 Evolução da população mundial

Países desenvolvidos (em bilhões)

desenvolvimento

8000 a.C.

-

-

0,005

1 d.C.

-

-

0,2

1650 d.C.

-

-

0,5

1850 d.C.

-

-

1,0

1930 d.C.

-

-

2,0

1950 d.C.

0,8

1,6

2,4

1960 d.C.

0,9

2,0

2,9

1970 d.C.

1,0

2,6

3,6

1980 d.C.

1,2

4,0

5,2

1990 d.C.

1,2

4,2

5,4

2000 d.C.

1,2

4,8

6,0

Ano

Países em (em bilhões)

Total (em bilhões)

Provisões futuras 2010 d.C.

1,3

5,9

7,2

2025 d.C.

1,4

7,0

8,4

Fontes: Adaptado de Reichardt (1985) e EMBRAPA (1996)

A correlação entre o crescimento populacional e o recrudescimento dos problemas com a saúde pública hoje fica fácil de perceber, quando se apresentam os números desse crescimento. Pela Tab. PR-3, pode-se perceber que população mundial demorou cerca de 10.000 anos para atingir a cifra de 1 bilhão de habitantes. Percebe-se ainda que o crescimento populacional acentua-se nos séculos XIX e XX, nos quais, em apenas 80 anos (1850-1930), a cifra de 1 bilhão foi duplicada. Hoje, estima-se um crescimento mundial em torno de 43 milhões de pessoas ao ano, o que determina um acréscimo de 1 bilhão de pessoas em apenas 23 anos. O fato considerado mais grave é que a maior percentagem de crescimento se dá nos países “em desenvolvimento”, justamente aqueles em que a infraestrutura urbana é geralmente deficiente e, portanto, mais sujeitos à degradação ambiental e a problemas de saúde pública (EMBRAPA, 1996). Em Londres (Inglaterra), somente a partir de 1815 os esgotos começaram a ser lançados em galerias de águas pluviais; em Hamburgo (Alemanha), a partir de 1842, e em Paris (França), a partir de 1880 (Metcalf e Eddy, 1977), originando o chamado sistema unitário. A Inglaterra certamente foi um dos países europeus mais castigados por epidemias. As causas dos surtos epidêmicos naquele país hoje parecem bem evidentes, podendo-se citar: •

tendo sido o berço da Revolução Industrial, a Ingla-

terra sofreu intensa migração populacional do campo em direção às cidades; •

as cidades ainda não contavam com a necessária

infraestrutura urbana para atender a esse novo contingente populacional; •

nos rios ingleses, de curta extensão, contavam-se

diversas cidades ao longo de seus cursos, não apresentando, portanto, condições naturais propícias à autodepuração; •

não somente os ingleses mas o mundo desconheciam

a microbiologia e a relação entre certas doenças e a qualidade das águas. Certamente, também pelos motivos apontados, a Inglaterra foi o primeiro país a iniciar pesquisas e adotar as necessárias medidas saneadoras (Tab. PR-4). Concomitantemente, em 1872 na França, Jean Louis Mouras descobre as vantagens de se acumular o lodo dos esgotos em um tanque, antes de lançá-lo numa fossa absorvente; surge o tanque séptico (Andrade Neto, 1997). Com o grande crescimento das cidades em todo o mundo, ocorrido a partir do final do século XIX e início do século XX, outros países seguiram o exemplo inglês e começaram a se preocupar com o tratamento de seus

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Um pouco de história

a estiagem ocorrida naquele ano para alertar sobre o “perigo de infecção aos ribeirinhos entre São Paulo e Pirapora, numa extensão de 73 quilômetros, pelo leito do rio” (Pegoraro, s/d). Deve-se ressaltar que, nessa época, o Rio Tietê fazia parte do lazer do paulistano, sendo palco de competições de remo, com vários clubes situados nas suas margens.

TABELA PR-4 Pesquisas e medidas saneadoras na Inglaterra dos séculos XIX e XX Ano

Ocorrência

1822 Primeiro levantamento das condições sanitárias do Rio Tâmisa. 1848

Editadas as primeiras leis de saneamento e saúde pública.

O trecho estudado por Jesus Neto (Tab. PR-6) foi de Guarulhos (km 0 do estudo) até Itu (km 155). Pode-se  verificar que, já naquela época, o Rio Tietê apresentava-se, nas épocas de estiagem, praticamente sem nenhum oxigênio dissolvido, desde a sua confluência com o Rio Pinheiros até a Represa de Santana do Parnaíba, numa extensão de aproximadamente 33 quilômetros. A partir da Represa de Santana do Parnaíba e após a confluência com o Rio Juqueri, os dados mostram uma franca recuperação dos níveis de O.D. até Itu. Pelos dados apresentados na Tab. PR-7, em 1933 a cidade de São Paulo estaria com cerca de 900 mil habitantes.

1854 John Snow prova cientificamente a relação entre certas doenças e a qualidade das águas. 1857

Criado o Conselho de Proteção das Águas do Rio Tâmisa.

1865

Primeiros experimentos sobre microbiologia de degradação de lodos.

1882

Início das investigações sobre os fundamentos biológicos que deram origem ao processo de lodos ativados para o tratamento de esgotos.

1914

Ardern e Lockett apresentam o processo de lodos ativados para tratamento de esgotos.

Nas décadas de 1950 a 1970, foi possível acompanhar o que ocorria na periferia das grandes cidades paulistas. Enquanto a densidade demográfica era baixa, com terrenos grandes (600 a 1.000 m2) e casas distantes umas das outras, não existiam redes públicas de abastecimento de água potável e nem de coleta de esgotos. Os moradores desses bairros abasteciam-se de água extraída de poços rasos e depositavam seus esgotos em

Fonte: Metcalf e Eddy (1977)

esgotos. Em 1887, por exemplo, foi construída a Estação Experimental Lawrence, em Massachusetts, nos EUA (Metcalf e Eddy, 1977). O sistema separador absoluto, caracterizado pela construção de canalizações exclusivas para os esgotos, foi concebido em 1879 e implantado pela primeira vez na cidade de Memphis no Tenessee, EUA (Azevedo Netto, 1973).

TABELA PR-5 Primeiras estações de tratamento de esgotos

Inglaterra Ano

E.T.E

Estados Unidos

Vazão (m3/dia)

Pode-se afirmar que, a partir dessas primeiras experiências, os países mais desenvolvidos, em especial a Inglaterra, a maioria dos outros países europeus, os EUA, o Canadá, a extinta União Soviética e mais recentemente o Japão, começaram a tratar os esgotos de suas cidades. Na Tab. PR-5 são listadas as primeiras ETEs construídas.

1914

Salford

303

1915

Davyhulme

378

1916

Worcester Sheffield

1917

Withington Stanford

Nas cidades brasileiras, salvo alguns casos isolados, somente a partir da década de 1970 começou a ocorrer um maior avanço na área do saneamento. No entanto, já em 1933, o engenheiro J. P. de Jesus Netto, funcionário da Repartição de Águas e Esgotos de São Paulo, apresentou um estudo no qual demonstrava a intensa degradação das águas do Rio Tietê, tendo utilizado

1920

Tunstall Sheffield

3.104 1.340

1921

Davyhulme Bury

2.509 1.363

E.T.E

Vazão (m3/dia)

7.570 3.028

San Marcos - Texas Milwaukee - Wiscosin Cleveland - Ohio

454 7.570 3.787

946 378

Houston North - Texas

20.817

Houston South - Texas

18.925

1922

Desplaines - Illinois Calumet - Indiana

20.817 5.677

1925

Milwaukee - Wiscosin Indianápolis - Indiana

170.325 189.250

1927

Chicago North - Illinois

662.375

1918

Fonte: Jordão e Pessoa (1995)

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Um pouco de história

TABELA PR-6 Dados sobre o Rio Tietê, entre Guarulhos e Itu — estiagem de 1933

% do teor de esgoto bruto

Curso aprox. (km)

Coliformes

germes (Agar 37º-24 h)

0,0

0,12

0,0016

7,3

Instituto Disciplinar

13,0

0,25

0,003

7,0

Ponte Grande

21,6

0,90

0,40

5,8

Casa Verde

26,0

8,20

0,8

3,5

Confl. Rio Pinheiros

43,0

10,00

0,87

0,2

Santana do Parnaíba

72,0

16,50

0,06

0,0

Pirapora

94,0

0,05

0,016

6,5

155,0

—

—

9,4

Local Guarulhos

Itu

O. D. (mg/L)

Observações

O teor de saturação de OD, para água limpa, na altitude média de 720 m e à temperatura de 20 °C é cerca de 8,4 mg/L.

Fonte: Adaptado do Boletim do Instituto de Engenharia n. 97 (1993) apud  Pegoraro (s/d)

fossas negras, construídas dentro dos limites de seus próprios terrenos. Com o crescimento demográfico, os lotes diminuíram de tamanho (passando a ter 500, 250 e até 125 m2). Com a distância entre os poços e fossas bem menor, o esquema anterior tornou-se perigoso, em termos de saúde pública. Aumentava a probabilidade de contaminação das águas dos poços pelos esgotos depositados nas fossas. A opção dos órgãos públicos responsáveis foi a distribuição de água potável à população, de início quase sempre desacompanhada da coleta dos esgotos, estes ainda continuando a ser depositados nas fossas. Mesmo nos locais onde já havia rede de coleta de esgotos, na maioria das vezes, estas despejavam no corpo d’água mais próximo, sem nenhum tipo de t ratamento, o que decretou a degradação dos rios e córregos da Região Metropolitana de São Paulo, dificultando a coleta de água para abastecimento, nessa região de nascentes e, portanto, pequenas vazões fluviais. Na Tab. PR-7, é apresentado o crescimento populacional da cidade de São Paulo e de sua Região Metropolitana, que abrange mais 38 municípios vizi nhos. Pode-se perceber que, apesar do crescimento populacional ser considerado crítico nas décadas de 1960 e 1970, já no final do século XIX, São Paulo apresentara taxa de crescimento populacional bem superior. Na Tab. PR-8 são apresentados alguns dados publicados pela Cetesb referentes aos seus pontos de coleta e análise no Rio Tietê, abrangendo o trecho que vai da nascente até a Barragem de Barra Bonita. Para os postos antigos, as médias foram calculadas para o período de 1986 a 2005, e para os mais novos, a partir do ano de instalação (Paganini, 2008). Para fins comparativos, foram apresentados os dados de julho de 1992, ano em que ainda não haviam sido iniciadas as ob ras do projeto Tietê, bem como os valores medidos em julho de 2008 (obras em andamento). Por ser o mês de julho consi-

derado pouco chuvoso (ou de baixas vazões), teoricamente os valores deveriam apresentar-se mais críticos do que a média, o que nem sempre acontece, pois as  variáveis são muitas (vazão, carga orgânica lançada etc). Pode-se observar que a partir da nascente até a captação do Semae, o rio Tietê apresenta condições aceitáveis de qualidade da água (baixos valores de DBO e de Coliformes, além de níveis razoáveis de OD). Ao adentrar a RMSP, a partir do posto situado a jusante da ETE de Suzano, as condições vão se tornando mais críticas, não atendendo aos padrões de qualidade para as respectivas classes. Os valores de DBO nesse trecho do rio podem ser considerados como sendo de um esgoto a céu aberto. O rio volta novamente a se recuperar a partir do posto TIBT02500, situado a 568 km da nascente. Ressalte-se ainda que, apesar de ter sido executado um recente aprofundamento da calha do rio, na RMSP, teoricamente aumentando as velocidades de escoamento, além de ampliada a capacidade de tratamento das ETEs situadas na RMSP (antes tratava-se cerca de 5,0 m3 /s e atualmente elas têm capacidade instalada de 18,0 m3 /s), não houve grandes avanços em relação à melhoria da qualidade das águas do rio Tietê, o que mostra que há ainda muito a ser feito para se conseguir tal objetivo. Hoje, apesar de várias cidades brasileiras já contarem com Estações de Tratamento de Esgoto, a grande maioria nem coleta e nem trata seus esgotos. Fatalmente terão que fazê-lo, sob pena de ficarem sem mananciais de água apropriada para abastecimento público, e amargarem sérios problemas de saúde pública. Na Tab. PR-9, apresenta-se um breve histórico do saneamento no Brasil, com maior ênfase para a Região Metropolitana de São Paulo. Quanto à Região Metropolitana de São Paulo, a SABESP propôs, em 1991, um plano (ver Tab. PR-10),

21

Um pouco de história TABELA PR-7 Crescimento populacional na cidade de São Paulo e Região Metropolitana

ANO 1886 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 1996 2008 2009

Cidade de São Paulo População Crescimento (mil habitantes) no período (%) 45 240 433,3 (em 14 anos) 314 30,8 579 84,4 888 53,4 1.326 49,3 2.199 65,8 3.709 40,7 5.886 58,6 8.475 44,0 9.611 13,4 9.809 2,1 (em 6 anos) 11.038 12,5 (em 13 anos)

Região Metropolitana de São Paulo População Crescimento (mil habitantes) no período (%) 1.568 2.663 69,7 4.739 80,0 8.140 71,8 12.589 54,7 16.500 31,0 (em 16 anos) 19.697 19,4 (em 12 anos) -

Fonte: Adas (1980) e IBGE (1996 e 2009), Fundação SEADE (2009)

para o denominado “Programa de Despoluição do Rio Tietê”, que iniciado em 1992, foi paralisado no final de 1994, por falta de recursos.

As previsões apresentadas na Tab. PR-10, não se confirmaram. Segundo dados divulgados pela SABESP (2007), a situação naquele ano ainda era a seguinte:

Esse programa previa a divisão da RMSP em duas grandes áreas (vide Fig. PR-1). Uma área central densamente urbanizada, que engloba as bacias vertentes aos Rios Tietê, Pinheiros e Tamanduateí, e algumas sub-bacias vertentes aos Reservatórios Guarapiranga e Billings, para a qual foram previstas 5 ETEs: Barueri, Suzano, ABC, Parque Novo Mundo e São Miguel Paulista, prevendo-se tratar, ao final do plano, 52,4 m3 /s. As áreas periféricas, de menor grau de urbanização seriam servidas por sistemas isolados (SABESP, 1993; Rev. Engenharia, 1998). O Programa de Despoluição do Rio Tietê foi retomado em 1995 e uma das suas maiores dificuldades de implantação não foi propriamente a construção das ETEs previstas, e, sim, das redes, dos coletores-troncos e dos interceptores para a coleta e transporte do esgoto até elas. O plano teve de ser reformulado em 1995, em função das citadas paralisações nas obras. Ao final de 1998, novamente, as obras do Programa de Despoluição do Rio Tietê foram paralisadas. É preocupante essa descontinuidade dos programas de saneamento, muito comum em nosso País, sempre à mercê de injunções político-econômicas. A principal consequência da descontinuidade é sempre a crescente defasagem entre o crescimento populacional das cidades e a necessária infraestrutura urbana para atendimento dessas populações, além do desperdício de dinheiro com a eventual perda de serviços realizados, problemas contratuais com empreiteiras, necessidade de novos planejamentos etc.

•

ETE Barueri: com capacidade instalada de 9,5 m3 /s,

•

ETE Suzano: com capacidade instalada de 1,5 m3 /s,

•

ETE São Miguel: com capacidade instalada de

•

ETE Parque Novo Mundo: com capacidade instalada

•

ETE ABC: com capacidade instalada de 3,0 m3 /s, com

em processo de ampliação para 12,5 m3 /s, com vazão média efetivamente tratada de 7,76 m3 /s (durante o ano de 2007) e produção de lodo de 220 ton/dia. com vazão média efetivamente tratada de 0,70 m3 /s (durante o ano de 2007) e produção de lodo de 40 ton/dia. 1,5 m3 /s, com vazão média efetivamente tratada de 0,65 m3 /s (durante o ano de 2007) e produção de lodo de 50 ton/dia. de 2,5 m3 /s, com vazão média efetivamente tratada de 2,14 m3 /s (durante o ano de 2007) e produção de lodo de 100 ton/dia.

 vazão média efetivamente tratada de 1,55 m3 /s (durante o ano de 2007) e produção de lodo de 70 ton/dia.

Conforme se pode observar pelos dados apresentados, a capacidade instalada total, nas 5 ETEs, no ano de 2007 era de 18,0 m3 /s. No início de 2010, em termos de capacidade instalada, a situação ainda era a mesma. Já a  vazão média total efetivamente tratada em 2007, segundo os dados acima apresentados, foi de 12,8 m3 /s, com uma

23

Um pouco de história TABELA PR-9 Histórico do saneamento no Brasil

Ano

Ocorrência

1857

Implantada a primeira rede de esgotos do País, na cidade do Rio de Janeiro, num contrato firmado entre o Imperador D. Pedro II e a City (Cia. Inglesa).

1876

Projetada e construída por ingleses a primeira rede de esgotos na cidade de São Paulo.

1887

Constituída a Cia. Cantareira de Água e Esgotos de São Paulo.

1893

Criada a Repartição de Água e Esgotos de São Paulo (houve rescisão com a Cia. Cantareira).

1897

Inaugurada a cidade de Belo Horizonte (já projetada com redes de água e esgoto).

1898

Projeto de aproveitamento das águas do Rio Cotia, para abastecimento da cidade de São Paulo.

1898

Realizado exame bacteriológico das águas do Rio Tietê.

1903

Realizados estudos para aproveitamento das águas do Rio Claro, para abastecimento da cidade de São Paulo.

1905

Saturnino de Brito é contratado pelo governo do Estado de São Paulo para estudos sobre o sistema de drenagem e de esgotos da cidade de Santos, SP.

1907

Saturnino de Brito inicia as obras de saneamento em Santos, SP.

1911

Brado de alerta sobre a crescente poluição do Rio Tietê, a jusante de São Paulo, pelo fiscal de rios da capital, Sr. José J. Freitas.

1912

Introdução do sistema separador absoluto na cidade de São Paulo.

1913

Proposto o aproveitamento das águas do Rio Tietê, para abastecer São Paulo (Roberto Hottinger, Geraldo H. Paula Souza e Robert Mange).

1913

Primeiro estudo sobre a poluição do Rio Tietê a jusante de São Paulo – tese de Geraldo H. Paula Souza.

1923

Realizado o 1.º Congresso Brasileiro de Higiene.

1928

Proposto o plano da RAE para os esgotos da cidade de São Paulo. Já previa a construção da ETE de Vila Leopoldina, tendo sido construído o antigo emissário do Tietê (entre a Elevatória de Ponte Pequena e Vila Leopoldina).

1933

Realizado levantamento sanitário do Rio Tietê a jusante de São Paulo.

1936

Criada a Revista DAE. Hoje DAE/SABESP.

1938

Inaugurada a ETE Ipiranga – São Paulo, a 1.ª da cidade. Hoje funciona como ETE-escola para os funcionários da SABESP.

1940

Decreto 10.890, de 10/01/40, cria a Comissão de Investigação da Poluição das Águas em São Paulo (1.ª legislação específica no Brasil).

1945

Proposta a criação da OMS – Organização Mundial de Saúde, por iniciativa do brasileiro Geraldo H. Paula Souza.

1948

Fundada a AIDIS – Associação Interamericana de Engenharia Sanitária.

1953

Criado o Conselho Estadual de Controle de Poluição das Águas – Lei Estadual Paulista n. 2.182 de 23/07/53.

1954

Criado o Departamento de Água e Esgotos da cidade de São Paulo – DAE-SP.

1955

Plano Greeley-Hansen para os esgotos da RMSP.

1958

Estabelecidos os padrões de potabilidade das águas (ABNT).

1959

Início de operação da ETE Leopoldina – São Paulo (tratamento primário).

1963

Estabelecidos os padrões internacionais para água potável (da OMS).

1966

Fundação da ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária.

1967

Propostos os planos HIBRACE e Hazen-Sawyer para os esgotos da RMSP.

1968

Estabelecido o Plano Nacional de Saneamento, sendo criadas a COMASP – Companhia Metropolitana de Águas de São Paulo e a FESB, atual CETESB.

1970

Criada a SANESP – Cia Metropolitana de Saneamento de São Paulo.

24

Um pouco de história

1972

Início de operação da ETE Pinheiros, em São Paulo (tratamento em nível primário). Hoje desativada.

1973

Criadas as Companhias Estaduais de Saneamento. Em São Paulo, a SABESP. No Paraná, a SANEPAR… e assim por diante.

1973

Proposto o plano “Solução Integrada para os esgotos da RMSP”.

1974

Recuperação/ampliação da ETE Leopoldina, São Paulo (tratamento em nível primário). Hoje desativada.

1980

Proposto o plano SANEGRAN para os esgotos da RMSP.

1981

Inaugurada a ETE Suzano, São Paulo (tratamento secundário).

1986

Resolução CONAMA n. 001/86 – estabelece diretrizes para elaboração de EIA-RIMA no Brasil.

1988

Inaugurada a ETE Barueri, São Paulo (tratamento secundário).

1990

Revisados os padrões de potabilidade das águas de abastecimento – Portaria n. 36 do Ministério da Saúde.

1991

Lançado o Programa de Despoluição do Rio Tietê, SP, na RMSP, com previsão de implantação/ampliação de 5 ETEs: Suzano e Barueri (já estavam em operação); ABC, São Miguel e Parque Novo Mundo.

1992

Dos 583 municípios paulistas (até então existentes), apenas 302 eram conveniados com a SABESP. Os demais (281) possuiam serviços autônomos de água e esgoto.

1998

Inauguradas as Estações de Tratamento de Esgotos: ABC, São Miguel Paulista e Parque Novo Mundo, todas com tratamento em nível secundário e integrantes do Programa de Despoluição do Rio Tietê, na cidade de São Paulo.

2000

Revisados os padrões de potabilidade das águas de abastecimento – Portaria n.1469 do Ministério da Saúde, editada em 29 de dezembro de 2000.

2004

Novamente revisados os padrões de potabilidade das águas de abastecimento, através da Portaria n. 518/2004, do Ministério da Saúde, em substituição à Portaria 1469/2000.

2005

Editada a Resolução CONAMA 357/2005, que estabelece a classificação dos corpos d’água e as diretrizes ambientais para o seu enquadramento. Substituiu a Resolução CONAMA 20/1986.

2005

Aprovada a lei estadual paulista n.12.183/2005 que dispõe sobre a cobrança pela utilização dos recursos hídricos no Estado de São Paulo.

Fontes: Azevedo Neto (1973, 1984); Botafogo (1998) e dados coletados pelos autores

TABELA PR-10 Estimativa de vazões tratadas (em m3 /s) e de produção de lodo (em t/dia de sólidos secos), nas ETEs da R.M.S.P.

Previsões para os anos de ETE

1994

1997

2000

2005

vazões

lodo

vazões

lodo

vazões

lodo

vazões

lodo

Barueri

9,5

141

14,3

212

24,0

316

28,5

422

ABC

3,0

63

4,5

68

6,0

125

8,5

129

Pq. Novo Mundo

2,5

62

5,0

125

7,5

187

7,5

187

São Miguel

1,5

31

3,0

63

4,5

94

6,0

125

Suzano

1,5

22

1,5

22

1,5

22

1,9

28

18,0

319

28,3

490

43,5

744

52,4

891

Totais Fonte: SABESP (1993)

média total de lodo produzido de 480 t/dia. Assim, pode-se constatar que muito ainda tem de ser feito para atingir o objetivo de se tratar todo o esgoto produzido na RMSP (a  vazão atualmente estimada está em cerca de 40 m3 /s). Já se pode perceber que esse trabalho é lento, e enquanto isso não se concretiza, face aos resultados das análises

apresentadas na Tab. PR-8, a melhoria da qualidade das águas do Rio Tietê, no trecho que este corta a RMSP, só seria possível com ações diretas no próprio rio. Talvez se pudesse estudar a instalação de aeradores por difusão, seguidos de sistemas de flotação em vários trechos do rio,  visando à remoção do excesso de carga orgânica que ainda

25

Um pouco de história

Rodovia Anhanguera

Rodovia Bandeirantes

Guarulhos

Rodovia Pres. Dutra

Estação de  tratamento Parque Novo Mundo

Rodovia Airton Sena

Rodovia Castelo Branco

Parque ecológico Tietê

Interceptores

Jandira

Itapevi

Estação de  tratamento Suzano

R io    T   i et  ê   

Barueri

    a        i      t     o       C        i    o       R

Arujá

Estação de tratamento de Barueri

Taboão da Serra Cotia Embu

         s          o                   i  r          e              h                    i n              P                    i o              R

Estação de  tratamento São Miguel

Mogi das Cruzes Ferraz de Vasconcelos Represa Tabaçupeba

Rio  Tamanduateí 

Estação de tratamento ABC

Rodovia Mogi-Bertioga

Córrego  Meninos 

Diadema Rodovia Regis Bittencourt

Sto. André S.B. do Campo

Represa Guarapiranga

Rio  Jundiaí 

Rodovia Imigrantes

Mauá

Rodovia Anchieta

Represa Billings 

Figura PR-1 Localização das Estações de Tratamento de Esgotos na Região Metropolitana de São Paulo. Fonte: Revista Engenharia, 1998.

é nele lançada. O lodo resultante poderia ser lançado nos interceptores que levam às ETEs existentes. Os inconvenientes citados tornam-se evidentes quando são analisados os dados apresentados nas Tabs. PR-11 e PR-12. Na Tab. PR-11, pode-se constatar, a partir de 1940, uma crescente tendência de concentração da população brasileira nas áreas urbanas. Para uma média mundial em torno de 40%, a média brasileira já era de 75,6% (dados do censo de 1991). No entanto, em alguns estados essas percentagens estão bastante acima da média: São Paulo (92,8%), Rio de Janeiro (95,2%) e o Distrito Federal (94,7%). Percebe-se também que todos os estados brasileiros apresentam população urbana maior do que a rural, com uma única exceção: o Estado do Maranhão, que apresenta apenas 40% da população  vivendo em áreas urbanas. Conforme se viu anteriormente, o censo realizado pelo IBGE, em 1991 apontava que a população urbana no nosso País já era de 75,6%. Em termos mundiai s, segundo estimativas feitas por especialistas e divulgadas nos principais jornais do País, em maio de 2007, a população urbana mundial teria ultrapassado a população

rural. O censo realizado pelo IBGE no ano 2000 mostrou que a população urbana brasileira já era de 81,2 % do total e as projeções da ONU, para o Brasil de 2005, indicavam uma população urbana de 84,2 % do total, o que mostra que realmente no nosso País ainda há uma tendência de crescimento da população urbana em detrimento da rural. O problema da concentração da população nas áreas urbanas deve merecer um estudo de planejamento do governo federal, com incentivos a projetos agroindusTABELA PR-11 Distribuição total das populações urbana e rural no Brasil

Ano 1940 1950 1960 1970 1980 1991

População urbana (% do total) 31,6 36,8 46,5 56,1 68,4 75,6

Fonte: EMBRAPA (1996)

População rural (% do total) 68,4 63,2 53,5 43,9 31,6 24,4

26

Um pouco de história TABELA PR-12 População urbana e rural nos estados brasileiros

Estado Acre

População urbana (n. de habitantes)

População rural (n. de habitantes)

População total (n. de habitantes)

População urbana (% do total)

258.520

159.198

417.718

61,9

Alagoas

1.482.033

1.032.067

2.514.100

57,0

Amapá

234.131

55.266

289.397

80,9

Amazonas

1.502.754

600.489

2.103.243

71,3

Bahia

7.016.770

4.851.221

11.867.991

59,1

Ceará

4.162.007

2.204.640

6.366.647

65,4

Distrito Federal

1.515.889

85.205

1.601.094

94,7

Espírito Santo

1.924.588

676.030

2.600.618

74,0

Goiás

3.247.676

771.227

4.018.903

80,8

Maranhão

1.972.421

2.957.832

4.930.253

40,0

Mato Grosso

1.485.110

542.121

2.027.231

73,3

Mato Grosso do Sul

1.414.447

365.926

1.780.373

79,4

11.786.893

3.956.259

15.743.152

74,9

Pará

2.596.388

2.353.672

4.950.060

52,4

Paraíba

2.052.066

1.149.048

3.201.114

64,1

Paraná

6.197.953

2.250.760

8.448.713

73,4

Pernambuco

5.051.654

2.076.201

7.127.855

70,9

Piauí

1.367.184

1.214.953

2.582.137

52,9

12.199.641

608.065

12.807.706

95,2

Rio Grande do Norte

1.669.267

746.300

2.415.567

69,1

Rio Grande do Sul

6.996.542

2.142.128

9.138.670

76,6

Rondônia

659.327

473.365

1.132.692

58,2

Roraima

140.818

76.765

217.583

64,7

3.208.537

1.333.457

4.541.994

70,6

29.314.861

2.274.064

31.588.925

92,8

1.002.877

488.999

1.491.876

58,9

530.636

389.227

919.863

57,7

110.990.990

35.834.485

146.825.475

75,6

Minas Gerais

Rio de Janeiro

Santa Catarina São Paulo Sergipe Tocantins Brasil total

Fonte: IBGE, Censo de 1991 (apud IBGE, 1992).

triais planejados e integrados, incentivando o aumento nos assentamentos agrários para reverter essa migração, visando fixar a população rural no campo e, com isso, minimizar os problemas sociais nas cidades. Esses

indivíduos vêm para as cidades sem nenhum preparo ou profissão e acabam tendo que viver em condições lamentáveis.

27

Um pouco de história

Foto PR-1 RMSP — Foto de satélite. Fonte: Revista Engenharia (1998).

Foto PR-2 Estação de tratamento de esgotos de Barueri. Cortesia da SABESP.

Foto PR-3 Estação de tratamento de esgotos do ABC. Cortesia da SABESP.

Foto PR-4 Estação de tratamento de esgotos de São Miguel Paulista. Cortesia da SABESP.

28

Um pouco de história

1

29

AS GRANDEZAS E SUAS UNIDADES Roberto de Araujo

1.1 Sistema Métrico Decimal Instituído na França desde 1795, o sistema métrico tornou-se obrigatório naquele país, a partir de 1840, e no Brasil desde junho de 1862. Em 1889, na 1.ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, reunindo os países signatários da Con venção do Metro, adotaram-se as unidades do sistema métrico a serem usada s mundialmente na medida de grandezas físicas. O objetivo era estabelecer uma linguagem única, a mais universal, a mais completa e, ao mesmo tempo, a mais simples para a expressão quantitativa das diversas grandezas. Essas unidades pioneiras eram o metro,  para comprimento; o grama,  para massas (ou peso); e o segundo,  para tempo. Os países de língua inglesa, liderados pela Inglaterra, opuseram-se a esse sistema, pois estavam interessados na universalização do sistema imperial britânico, cuja unidade de comprimento é a  jarda, subdividida em 3 pés  de 12 polegadas (1 jarda = 0,9144 m), e a unidade de peso é a libra (453,6 g). Inicialmente, o metro foi definido como a fração 1/40.000.000 do comprimento de um meridiano terrestre (0,025 × 10–6), e tal padrão foi materializado em uma barra de platina, com certa porcentagem de irídio, na qual dois traços determinavam essa distância. Posteriormente essa barra, da qual havia cópias nos diversos países, passou a definir a unidade, referindo-a à medida entre os traços na temperatura de 0°. O mesmo ocorreu em relação à unidade de massa, o grama, inicialmente definido como a massa de um centímetro cúbico de água à temperatu ra de 4 °C, cujo padrão materializado foi um múltiplo da unidade escolhida, o quilograma (103 g), representado por um bloco de platina e irídio, que igualmente passou a definir a unidade de massa (um cilindro com cerca de 39 mm de diâmetro e altura).

30

As grandezas e suas unidades

Também o segundo – inicialmente definido como a fração 1/86.400 do dia solar médio – veio a ser redefinido de forma mais exata, referindo essa unidade a períodos de radiação do átomo do césio 133. Outras unidades originalmente definidas foram o are (100 m2), para áreas; o estere (1 m 3) e o litro (1 dm 3) para volumes.

1.2 Sistema Internacional de Unidades (SI) Em 1948, a 9.ª Conferência Geral incumbiu o Comitê Internacional de Pesos e Medidas de estudar e propor o estabelecimento de uma regulamentação completa das unidades de medida, por um sistema prático de unidades que pudesse ser adotado por todos os países signatários.  Após intensos estudos, consultas e pesquisas nos meios científicos, técnicos e pedagógicos de todos os países, foi possível propor a primeira versão de tal sistema, aprovada na 11.ª Conferência Geral de 1960. Desde então foi denominado Sistema Internacional de Unidades, ou simplesmente SI, oficializado no Brasil em 1962.

nais como no ensino e também no trabalho científico.  As unidades de base SI são apresentadas na Tab.1.1, e as unidades suplementares na Tab.1.2.

1.3 Grandezas e unidades do escoamento  Além das unidades de base e suplementares vistas anteriormente, as grandezas físicas ligadas ao escoamento de líquidos são expressas pelas unidades derivadas apresentadas na Tab.1.3. Na prática da tecnologia, são utilizadas outras unidades que não são do SI, sendo as mais comuns apresentadas na Tab. 1.4.

1.4 Prefixos SI  As unidades SI (de base e derivadas com nome específico) devem ter seus múltiplos e submúltiplos expressos com o uso dos prefixos da Tab. 1.5, com exceção da unidade de massa (quilograma), em que os prefixos são aplicados à palavra grama.

Para exemplificar a complexidade dos estudos,  visando à precisão e maior exatidão das unidades, são dadas a seguir as modificações verificadas na definição da unidade de comprimento, o metro: •

11.ª CGPM de 1950 – “O metro é o comprimento igual a 1.650.763,73 comprimentos de onda, no vácuo, da radiação correspondente à transmissão entre os níveis 2p10 e 5d 5 do átomo de criptônio 86”.

Posteriormente, com as determinações mais exatas da velocidade da luz, tornou-se mais simples abandonar essa definição baseada numa radiação específica, adotando-se a seguinte definição, atualmente vigente: •

17.ª CGPM de 1983 – “O metro é o comprimento do percurso da luz, no vácuo, no tempo de 1/299.792.458 de segundo.” Equivale dizer que a velocidade da luz é 299.792.458 m/s.

TABELA 1.1 Unidades de base SI

Grandeza

Unidade

Símbolo

metro

m

Massa

quilograma

kg

Tempo

segundo

s

Intensidade de corrente elétrica

ampère

A

Temperatura termodinâmica

kelvin

K

candela

cd

mol

mol

Comprimento

Intensidade luminosa Quantidade de matéria

TABELA 1.2 Unidades suplementares SI

Grandeza Como se vê, na medida em que a ciência evolui, a necessidade de máxima precisão e a definição de novas áreas de estudo e aplicações tecnológicas conduzem ao aperfeiçoamento na arte de medir, que resultam em mudanças nos conceitos vigentes e que certamente não são definitivos. Esse sistema, pelo qual são definidas as unidades de base, a partir das quais são definidas todas as outras unidades derivadas e admite ainda unidades suplementares, escapa um pouco do rigor científico, mas beneficia demais o sentido prático, tanto nas relações internacio-

Unidade

Símbolo

Ângulo plano

radiano

rad

Ângulo sólido

esteradiano

sr

 Apesar do acordo existente entre os países, para se utilizar apenas das unidades do Sistema Internacional (SI), ainda hoje são encontradas outras unidades não pertencentes ao SI, em livros e artigos científicos estrangeiros. Por esse motivo, incluiu-se a Tab. 1.6 que estabelece a relação entre as diversas unidades, em especial aquelas mais utilizadas na área em questão.

31

Prefixos SI TABELA 1.3 Unidades derivadas SI (usadas no escoamento de líquidos)

Unidade SI

Símbolo

Expressão em unidades de base

Expressão em outras unidades SI

metro quadrado

m2

m2

-

metro cúbico

m3

m3

-

Velocidade

-

m/s

m · s –1

-

Aceleração

-

m/s2

m · s–2

-

Força, peso

newton

N

kg · m · s –2

-

Pressão, tensão

pascal

Pa

kg · m –1 · s–2

N/m2

Energia, trabalho

joule

J

kg · m 2 · s–2

N·m

Potência

watt

W

kg · m 2 · s–3

 J/s

Tensão elétrica

volt

V

kg · m 2 · s–3 · A–1

W/A

Vazão

-

m3 /s

m3 · s–1

Viscosidade cinemática

-

m 2 /s

m2 · s–1

-

Viscosidade dinâmica

-

Pa · s

kg · m –1 . s–1

-

Momento

-

N·m

kg · m 2 · s–2

-

Tensão superficial

-

N/m

kg · s –2

Pa · m

Massa específica

-

kg/m 3

kg · m–3

-

Volume específico

-

m 3 /kg

m3 · kg–1

-

Peso específico

-

N/m 3

kg · m–2 · s–2

-

Grandeza

Superfície Volume

Nota: As unidades que têm nome de pessoas se escrevem com iniciais minúsculas, e seus símbolos, com maiúsculas. TABELA 1.4 Unidades em uso com o Sistema Internacional

Nome

Símbolo

Expressão em unidades de base

Expressão em outras  unidades SI

Tempo

minuto

min

60 s

-

Tempo

hora

h

3.600 s

60 min

Tempo

dia

d

86.400 s

24 h

milha marítima

-

1.852 m

-

Velocidade

nó

-

0,514 m · s –1

1,852 km/h

Superfície

are

a

10 2 m2

1 dam2

Superfície

hectare

ha

10 4 m2

1 hm2

Pressão

atmosfera

atm

101.325 kg · m –1 s–2 (≅ 105 Pa)

1 atm = 1 kg*/cm 2

Pressão

metros de coluna d’água

mca, mH 2O

9.806,65 kg · m · s –1 (≅ 104 Pa)

1 atm = 10,33 mca

Pressão

mm de mercúrio

mmHg

133,322 kg · m –1 · s–2 (≅ 133 Pa)

1 atm = 760 mmHg

Força, peso

quilograma-força

kgf, kg*

9,80665 kg · m · s –2

9,80665 N

cavalo-vapor

cv

735,5 kg · m 2 · s–3

735,5 W = 0,986 HP

Grandeza

Comprimento

Potência

32

As grandezas e suas unidades

TABELA 1.4 Unidades em uso com o Sistema Internacional (Continuação )

Nome

Símbolo

Expressão em unidades de base

Expressão em outras  unidades SI

Potência

horse power

HP

745 kg · m 2 · s–3

745 W

Temperatura

grau Celsius

ºC

0º C = 273,15 K

-

Ângulo plano

grau

º

(p /180) rad

-

Ângulo plano

minuto

‘

(p /10.800) rad

(1/60)º

Ângulo plano

segundo

“

(p /648.000) rad

(1/60)’ = (1/3.600)º

, L*

10–3 · m3

1 dm3

Grandeza

Volume

litro

l

Vazão

-

m3 /s

m3 · s–1

103 l /s ou 103 L/s

Massa

tonelada

t

103 kg

-

rotação por minuto

rpm

 /30 rad · s–1

-

Veloc. angular

p

* O símbolo L para litro é permitido quando os meios impressores não permitam a distinção entre a letra l e a unidade 1

TABELA 1.5 Prefixos SI

Fator

Prefixo

Símbolo

Fator

Prefixo

Símbolo

1024

yotta

Y

10–1

deci

d

1021

zetta

Z

10–2

centi

c

1018

exa

E

10–3

mili

m

1015

peta

P

10 –6

micro

µ

1012

tera

T

10–9

nano

n

109

giga

G

10–12

pico

p

106

mega

M

10–15

femto

f

103

quilo

k

10–18

atto

a

102

hecto

h

10–21

zepto

z

101

deca

da

10–24

yocto

y

40% desses prefixos SI já se incorporaram à linguagem comum no Brasil (de 10 –6 a

 

106), ao passo que os outros 60% têm seu uso restrito às

Nota: linguagens técnica e científica. Na linguagem comum, é usual a utilização do prefixo “quilo”, para indicar a unidade de peso “quilograma-força”, popularmente usada em lugar do “newton” (1 kgf ≅ 10N).

33 TABELA 1.6 Conversão de unidades

Unidade

Símbolo

Multiplicar por

Para obter

Símbolo

atmosfera

atm

76

centímetros de mercúrio

cm Hg

atmosfera atmosfera atmosfera

atm atm atm

101 1,0332 10,33

quilopascais quilogramas-força por centímetro quadrado metros de coluna d’água

kPa kgf/cm 2 mca

atmosfera atmosfera atmosfera

atm atm atm

29,92 33,90 14,7

polegadas de mercúrio pés de água libras-força por polegada quadrada

in Hg ft H 2O lbf/in 2

centímetro centímetro centímetro centímetro

cm cm cm cm

0,03281 0,3937 0,01 0,01094

pés polegadas metros jardas

ft in m yd

centímetro cúbico centímetro cúbico centímetro cúbico

cm 3 cm 3 cm 3

3,531 x 10 –5 0,06102 10–6

pés cúbicos polegadas cúbicas metros cúbicos

ft 3 in 3 m3

centímetro cúbico centímetro cúbico centímetro cúbico

cm 3 cm 3 cm 3

1,308 x 10 –6 2,642 x 10 –4 10–3

 jardas cúbicas galões litros

yd 3 gl L

centímetro quadrado centímetro quadrado centímetro quadrado

cm 2 cm 2 cm 2

1,076 x 10 –3 0,1550 10–4

pés quadrados polegadas quadradas metros quadrados

ft 2 in 2 m2

centímetro quadrado centímetro de mercúrio centímetro de mercúrio centímetro de mercúrio

cm 2 cm Hg cm Hg cm Hg

1,196 x 10 –4 0,01316 0,4461 0,0136

 jardas quadradas atmosferas pés de água quilogramas-força por centímetro quadrado

yd 2 atm ft H 2O kgf/cm 2

centímetro de mercúrio centímetro de mercúrio centímetro por segundo

cm Hg cm Hg cm/s

27,85 0,1934 1,969

libras por pés quadrados libras por polegada quadrada pés por minuto

lb/ft 2 lb/in 2 ft/min

centímetro por segundo centímetro por segundo centímetro por segundo

cm/s cm/s cm/s

0,03281 0,036 0,01

pés por segundo quilômetros por hora metros por segundo

ft/s km/h m/s

dia dia dia

d d d

24 1.440 86.400

horas minutos segundos

h min s

galão galão grama grama

gl gl g g

3,785 3,785 x 10 –3 10–3 103

litros metros cúbicos quilogramas miligramas

L m3 kg mg

grama-força grama-força

gf gf

0,03527 0,03215

onças onças-troy 

oz Oz troy

grama-força

gf

0,07093

poundals

pdl

grama-força

gf

2,205 x 10 –3

 

libras-força

lbf  

34

As grandezas e suas unidades TAB. 1.6 Conversão de unidades (Continuação )

Unidade

Símbolo

Multiplicar por

Para obter

Símbolo

grama-força p/centímetro cúbico grama-força p/centímetro cúbico grau (ângulo) grau (ângulo) grau (ângulo) hectare hectare hectare  jarda  jarda  jarda  jarda  jarda cúbica  jarda cúbica  jarda cúbica  jarda cúbica por minuto  jarda cúbica por minuto  jarda cúbica por minuto libra-força libra-força libra troy libra-força por pé cúbico libra-força por pé quadrado litro litro litro litro por segundo metro metro metro metro cúbico metro cúbico metro cúbico metro cúbico metro quadrado metro quadrado metro quadrado metro quadrado metro por segundo metro por segundo metro por segundo milha milha milha náutica milha por hora milha por hora milha por hora

gf/cm 3

62,43 0,03613 60 0,01745 3.600 10.000 2,471 1,076 x 10 5 0,9144 3 36 5,682 x 10–4 0,7646 202 764,6 0,45 3,367 12,74 453,6 16 0,8229 16,02 4,882 10–3 0,2642 0,03531 0,2642 3,281 39,37 1,094 103 35,31 1,308 264,2 10,76 1550 1,196 10–4 3,281 3,6 2,237 1.609 5.280 1.852 1,609 1,467 0,8684

libras-força por pés cúbicos libras-força por polegadas cúbicas minutos radianos segundos metros quadrados acres pés quadrados metros pés polegadas milhas metros cúbicos galões litros pés cúbicos por segundo galões por segundo litros por segundo gramas-força onças libras-força quilogramas-força por metro cúbico quilogramas-força por metro quadrado metros cúbicos galões pés cúbicos galões por segundo pés polegadas jardas litros pés cúbicos jardas cúbicas galões pés quadrados polegadas quadradas jardas quadradas hectares pés por segundo quilômetros por hora milhas por hora metros pés metros quilômetros por hora pés por segundo nós

lbf/ft 3 lbf/in 3 ‘ rd “ m2 A (*) ft 2 m ft in mi m3 gl L ft 3 /s gl/s L/s gf   oz lbf   kgf/m 3 kgf/m 2 m3 gl ft 3 gl/s ft in yd L ft 3 yd 3 gl ft 2 in 2 yd 2 ha ft/s km/h mi/h m ft m km/h ft/s nó

gf/cm 3 º º º ha ha ha yd yd yd yd yd 3 yd 3 yd 3 yd 3 /min yd 3 /min yd 3 /min lbf lbf lb troy lbf/ft 3 lbf/ft 2 L L L L/s m m m m3 m3 m3 m3 m2 m2 m2 m2 m/s m/s m/s mi mi mi (naut) mi/h mi/h mi/h