Planeamento de cisternas de água potável

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Atualizado - 10 de dezembro de 2025

O planeamento de cisternas de água potável envolve vários factores físicos que têm de ser tidos em conta para que a qualidade da água potável e a capacidade de bombagem desejadas sejam alcançadas com o menor esforço possível.

Análise da água e valores-limite

Em primeiro lugar, deve ser efectuada uma análise laboratorial de cada fonte de água, através da qual os valores da água são comparados com os valores-limite aplicáveis, a fim de se poderem tomar medidas específicas para os respeitar, se necessário:

• Acrilamida 0,10 μg/l
• Antimónio 10 μg/l
• Arsénio 10 μg/l
• Benzeno 1,0 μg/l
• Benzo(a)pireno 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Boro 1,5 mg/l
• Bromato 10 μg/l
• Cádmio 5,0 μg/l
• Clorato 0,25 mg/l
• Clorito 0,25 mg/l
• Crómio 25 μg/l
• Cobre 2,0 mg/l
• Cianeto 50 μg/l
• 1,2-Dicloroetano 3,0 μg/l
• Epicloridrina 0,10 μg/l
• Fluoreto 1,5 mg/l
• Ácidos haloacéticos (HAA) 60 μg/l
• Chumbo 5 μg/l
• Mercúrio 1,0 μg/l
• Microcistina-LR 1,0 μg/l
• Níquel 20 μg/l
• Nitrato 50 mg/l
• Nitritos 0,50 mg/l
• Pesticidas 0,10 μg/l
• Pesticida total 0,50 μg/l
• PFAS total 0,50 μg/l
• Soma dos PFAS 0,10 μg/l
• Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos 0,10 μg/l
• Selénio 20 μg/l
• Tetracloroeteno e tricloroeteno 10 μg/l
• Trihalometanos totais 100 μg/l
• Urânio 30 μg/l
• Cloreto de vinilo 0,50 μg/l

Dureza da água

A dureza da água representa o teor de carbonato de cálcio (CaCO₃) na mmol/l, ppm ou mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Iões alcalino-terrosos de acordo com o sistema internacional de unidades SI (Sistema Internacional de Unidades), também expresso em °dH (a dureza alemã 1 °dH corresponde a 0,1783 mml/l).

• água macia -> menos de 8,4 °dH, o que corresponde a menos de 1,5 mmoll
• médio -> 8,4 ... 14 °dH, correspondente a 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Água dura -> superior a 14 °dH, o que corresponde a mais de 2,5 mmol/l

A dureza da água reflecte-se, entre outras coisas, nos depósitos de calcário nas canalizações, nas superfícies molhadas pela água e no consumo de mais detergente quanto mais calcária, ou seja, mais dura, for a água.

Descalcificação da água

O amaciamento da água pode ser efectuado de duas formas: 

• Trocador de íons (aqui, a água é passada através de um filtro de resina saturada com iões de sódio, pelo que os iões de cálcio e magnésio dissolvidos na água são trocados pelos iões de sódio da resina.
  Dependendo do caudal, os permutadores de iões ficam saturados com iões de cálcio e magnésio mais cedo ou mais tarde e têm de ser lavados e regenerados com uma solução de sal comum altamente concentrada (NaCl). Podem então absorver novamente iões de cálcio e magnésio e libertar iões de sódio em conformidade.
  Dependendo do rendimento, estes sistemas requerem grandes quantidades ao longo de um ano. Tipo EN 973 Um sal certificado de elevada pureza com um grau de pureza superior a 99,5 %.
  A desvantagem é o enriquecimento da água com sódio, o que contraria a ideia de uma água potável com „baixo teor de sódio“. E também, naturalmente, os custos recorrentes do sal de regeneração e os custos de manutenção associados.
• Osmose inversa, pressionando a água a alta pressão através de poros de filtro finos de 0,00001 µm. A desvantagem, no entanto, é que a água resultante já não contém quaisquer minerais e, por conseguinte, tem de ser remineralizada para poder ser utilizada pelo organismo humano.
  As desvantagens são os custos recorrentes da membrana de osmose (cartucho filtrante) e a „água“ produzida durante a osmose inversa, que pode atingir 50% de consumo adicional de água.
• Destilação, o que também resulta numa água sem qualquer conteúdo mineral e, por conseguinte, contraproducente para a saúde humana.
  Uma desvantagem adicional é o elevado consumo de energia.
• Cristalização de sementes, em que um catalisador (preenchido com pérolas de cerâmica ou de polímero especialmente revestidas, nas quais os iões de cálcio e de carbonato se fixam e cristalizam) converte a calcite que está na origem dos depósitos de calcário em cristais de aragonite em forma de agulha que já não aderem.
  A água contém ainda todos os minerais, incluindo a „cal“ sob a forma de cristais de aragonite).
  Esta água pode ser totalmente utilizada pelo organismo.
  Estes dispositivos têm uma vida útil de mais de dez anos, dependendo do caudal e do dimensionamento. São ligados à linha principal de abastecimento de água doméstica após o contador de água.
  

Tecnologias de cristalização de sementes

A dureza da água não se altera com nenhuma das seguintes tecnologias. No entanto, os depósitos de calcário são bastante reduzidos, uma vez que o CaCO₃ já se encontra ligado em microcristais finos estáveis ou em nanocristais muito finos.

TAC

Cristalização assistida por modelos - O suporte do núcleo de cristalização é um meio sólido, por exemplo, resina ou granulado. Nestes, quando a água flui através deles, formam-se cristais de carbonato de cálcio que se desprendem imediatamente do suporte e são arrastados pela água.
Ideal para caudais baixos, uma vez que a formação de microcristais demora mais tempo do que a de nanocristais no processo NAC.

NAC

Cristalização assistida por nucleação - é basicamente idêntico ao processo TAC, mas aqui são produzidos nano-cristais em vez de microcristais. Isto significa que o número de partículas é maior e os cristais mais pequenos.
Isto é vantajoso se for necessário um elevado caudal, uma vez que o tempo de contacto com o meio é, portanto, mais curto e a formação de cristais é mais rápida do que com o processo TAC devido ao sistema.

MAC

Cristalização assistida por meios de comunicação - resume ambos os processos, TAC e NAC, sob um único termo. O termo MAC é normalmente utilizado quando são utilizadas tecnologias próprias que diferem das tecnologias de processo TAC/NAC habituais.

Fornecedor de sistemas com cristalização de sementes

Como sempre, é importante separar o trigo do joio, ou seja, qual o fabricante que não só afirma, mas também comprova a função dos seus produtos com os respectivos certificados de centros de ensaio e/ou estudos independentes.

Como já foi referido, o tempo de contacto da água que passa é funcionalmente significativo, razão pela qual as fichas técnicas dos produtos individuais devem ser avaliadas separadamente no que diz respeito a este critério e o sistema global deve ser adaptado em conformidade.

Os seguintes fabricantes destacam-se positivamente neste domínio:

• EscalaParagem - support@scalestopplus.com
  Testes independentes do Universidade do Estado do Arizona e DVGW (W512 de 2013) comprovam a eficácia com 99% em cada caso
• Tecnologia da água - info@watertechgroup.com
  anuncia o seu produto Seguro em escala com 99,9 por cento de eficácia
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  comprova a eficácia do seu sistema com dois estudos: o Hohenstein Innovations gGmbH e a GSA (Ligação 1, Ligação 2, Ligação 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  oferece uma gama de produtos sob a designação Um fluxo sobre
• Lavagem de cristais - clean@crystalwash.fr
  é limitado a um Especificação de eficácia a partir de 88 ... 97 % e refere-se à eficiência do processo TAC geralmente reconhecida pela DVGW-W512
  

Rendimento da fonte

No caso da perfuração de um poço existente ou planeado, os parâmetros caudal e taxa de extração são elementares, juntamente com outros parâmetros, no cálculo da quantidade de água subterrânea a ser extraída na unidade de tempo. A explicação, incluindo o cálculo, pode ser encontrada de forma muito clara neste site.

A captação de água de um rio está frequentemente sujeita a autorização e é limitada em termos de quantidade.

Seleção da bomba de alimentação

Uma bomba de poço profundo é utilizada para bombear água subterrânea de profundidades entre 8 e 90 metros. É de notar que a altura de extração e a profundidade da bomba (profundidade de sucção) se somam para obter a altura total de transporte.

AplicaçãoExemplo:

Profundidade da bomba (filtro de sucção) 20 m + ponto de extração mais alto 30 m = 50 m é a altura total de transporte da bomba do poço profundo.

No entanto, para além da diferença de altura pura, também devem ser tidas em conta as perdas por fricção no percurso da tubagem (rugosidade da tubagem, acessórios, etc. = altura manométrica dinâmica). Estas devem ser adicionadas em conformidade ao selecionar a bomba.

Assumindo uma capacidade da bomba de 3.000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), utilizando, por exemplo, um tubo PE/HDPE DN65 (D = 0,0752) com uma rugosidade de acordo com a folha de dados de ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, a viscosidade cinemática da água de ≈ 1-10^-6 m²/s, e uma densidade ρ = 1000 kg/m³ e velocidade de escoamento de g = 9,81 m/s², bem como a consideração dos equivalentes de acessórios, etc., pelo valor calculado de 1,2 vezes o comprimento da tubagem de 200 m, o que corresponde a 240 m e a uma diferença de altura a ultrapassar de H_é 50 m (altura manométrica estática) a uma aceleração média devido à gravidade de g = 9,81 m/s² (como uma constante), resulta o seguinte cálculo:

• Secção transversal DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Velocidade do fluxo
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Número de Reynolds (número caraterístico, baixo = fluxo laminar, alto = fluxo turbulento)
  Re = υD : v = ( 0.1886280807015056 ⋅ 0.0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147.10605261292 m²/s
• Coeficiente de atrito da tubagem (Swamee-Jain)
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( (ε : ( 3,7 ⋅ D )) + ( 5,74 : Re^0,9 ) ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• Perda de fricção da tubagem (Darcy-Weisbach)
  h_f  = f ⋅ ( L : D ) ⋅ ( v² : 2g )
  h_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  h_f  = f ⋅ ( 3,200 ) ⋅ ( 0.001813634 m )
  h_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• Perda de moldagem equivalente
  (fommel idêntico, em vez de L (comprimento do tubo) L_eq (conjunto com 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0.0068324004 m
• Total de cabeças
  H_morto = H_é + h_f  + h_eq
  H_morto = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Pressão à saída da bomba
  p = ρgH_morto
  p = 1000⋅9.81⋅50.1708100108 = 492175.6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10,000 = 4.921756462064206 bar
• Capacidade da bomba hidráulica
  P_h = ρgQH_morto
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Potência do motor elétrico P_motor com uma eficiência η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominalmente, uma bomba com cerca de 630 W fornece a potência necessária. Na prática, com um aumento de 80 por cento como reserva de segurança, assume-se que esta é de cerca de 1,1 kW.

Válvulas

Se cada cisterna da rede for separável individualmente, o que faz sentido em caso de trabalhos de manutenção ou de fugas, é necessário que cada cisterna tenha uma válvula de fecho e de retenção, bem como uma válvula de descarga ou de escoamento.

As válvulas motorizadas devem ter a opção de acionamento manual (de emergência).

Todos os componentes devem ser projectados de acordo com os requisitos WRAS/DVGW para água potável (sede em EPDM e membrana em NBR). As flanges de montagem para a ligação dos actuadores devem ser concebidas em conformidade com a norma ISO 5211, as flanges do motor em conformidade com a norma ISO5211 F05/F07.

A taxa de fuga deve ser Classe VI o que significa uma estanquidade absoluta (sem bolhas), ou seja, uma taxa de fuga de zero. Todas as válvulas com sede em (PTFE) / EPDM cumprem este requisito.
As sedes metálicas só atingem a classe IV: é permitida uma taxa de fuga de 10 ml/min sob pressão de ensaio.

O funcionamento dos actuadores a 230 V AC ou a 24 V DC (bateria) é decidido pelo requisito de operabilidade automática mesmo que a fonte de alimentação pública falhe.
Todos os componentes eléctricos dos sistemas expostos às intempéries devem cumprir os seguintes requisitos IP65 (estanque ao pó, proteção contra jactos de água), melhor IP67 (estanque ao pó, proteção contra imersão de curta duração).

As válvulas motorizadas devem ter interruptores de limite, idealmente um controlo através de 0 ... 10 V, ou 4 ... 20 mA se for necessário controlar outras posições para além de aberto/fechado.

Medição do nível

Os sensores ultra-sónicos e de pressão são adequados para a monitorização do nível. Enquanto os sensores de pressão, colocados no fundo da cisterna, estão constantemente expostos à água, a medição por ultra-sons não tem contacto: o sensor é montado na tampa da cisterna ou debaixo dela, sendo assim rapidamente acessível.

Os sensores industriais de ultra-sons emitem uma corrente de 4 ... 20 mA, que gera uma tensão dependente do valor medido através de um conversor IU calibrado (corrente para tensão), que é avaliado por um microcontrolador e apresentado como um valor medido, convertido em litros, metros cúbicos ou percentagens.

No entanto, os preços dos sensores ultra-sónicos estão a aumentar em consonância com o aumento da gama, atingindo a gama de quatro dígitos em euros. Os sensores com uma distância de medição de até 2,2 metros estão em torno de 200 euros, o que limita a profundidade da cisterna a cerca de 2 metros, para não sobrecarregar o orçamento.