Instalações Prediais de Água Fria: Análise da Pressão e Perda de Carga

Instalações prediais de água fria Parte 2 Prof Ma Ingridy Minervina Silva Instalações hidráulicas 1 PRESSÃO PERDA DE CARGA VAZÃO VELOCIDADE As tubulações da rede de água fria trabalham por condutos forçados razão pela qual é necessário se dimensionar e caracterizar os quatro parâmetros hidráulicos Parâmetros Hidráulicos 2 Pressão Definição É o efeito que uma força produz em uma superfície de contato sobre a qual ela é aplicada Hidráulica Na hidráulica também é assim A água dentro de um tubo contêm peso o qual exerce uma determinada pressão nas paredes do tubo 3 Pressão A pressão que a água exerce sobre uma superfície qualquer depende da altura do nível da água até essa superfície ou seja independe do volume da água contida no tubo Nos prédios o que ocorre com a pressão exercida pela água nos diversos pontos da canalização é o mesmo que nos do exemplo anterior 4 Pressão P2 P3 P1 P1P2P3 A pressão depende da altura do nível da água desde um ponto qualquer da tubulação até o nível dágua do reservatório 1 kgfcm2 10 mca 98100 Pa 5 Estática Pressões medida nos tubos quando a água está parada Dinâmica Pressão medida quando a água está em movimento Serviço Pressão máxima a que se pode submeter um tubo conexão válvula registro ou outro dispositivo quando em uso normal Pressão estática dinâmica e de serviço 6 Limites de Pressão estabelecidos por norma 7 Perda de carga Perda de carga distribuída Com o aumento da velocidade na tubulação o líquido passa a se comportar de forma turbulenta agitada causando grandes choques entre as partículas Esses choques causam uma resistência ao movimento fazendo com que o líquido perca parte de sua energia É o mesmo que dizer que o líquido perde pressão Isto acontece em grande parte devido a rugosidade do tubo Quanto mais rugoso for o material do tubo maior será o atrito interno e o choque das partículas entre si Consequentemente a perda de energia perda de carga do líquido será maior 8 Perda de carga Perda de carga localizada No caso em que a água sofre mudanças de direção como por exemplo em joelhos reduções tês ou seja em que ela passa por conexões ou registros ocorre ali uma perda de carga chamada localizada Nestes pontos há uma grande turbulência concentrada a qual aumenta os choques entre as partículas da água É por isso que quanto maior for o número de conexões de um trecho de tubulação maior será a perda de pressão ou perda de carga nesse trecho diminuindo a pressão ao longo da rede 10 Tubos mais rugosos Diâmetros menores Tubos mais compridos Maior numero de conexões ATRITOS CHOQUES PERDAS DE CARGA PRESSÃO Resumindo 12 Cálculo da perda de carga Equação geral da perda de carga 𝑱 𝒇𝟏𝒅𝒗𝟐𝟐𝒈 Notase que a perda de carga J varia diretamente com o quadrado da velocidade v inversamente com o diâmetro d da tubulação diretamente com o coeficiente de atrito f 13 Cálculo da perda de carga Na prática recorrese quase sempre as fórmulas empíricas aplicáveis de acordo com o tipo de material de encanamento Podese neste caso dividir o cálculo da perda de carga em duas partes Perda de carga distribuída Perda de carga localizada 14 Cálculo da perda de carga unitária Para calcular a perda de carga unitária nos tubos a NBR 562698 estabelece que podem ser utilizadas as seguintes expressões Tubos rugosos aço carbono galvanizado ou não Tubos lisos plástico cobre ou liga de cobre Ju kPam 202 x 105 x Q188 x D488 Ju kPam 869 x 105 x Q175 x D475 15 A vazão Q em Ls e o diâmetro D em mm Cálculo da perda de carga unitária ÁBACOS O cálculo das perdas de carga pode ser também feito através de ábacos 16 Cálculo de perda de carga unitária Ábaco 1 de Fair Whipple Hsiao para tubulações de aço galvanizado e ferro fundido Ábaco 2 de Fair Whipple Hsiao para tubulações de cobre e plástico 17 Cálculo de perdas de carga localizadas A perda de energia nas conexões deve ser expressa em termos de comprimento equivalente desses tubos As Tabelas 21 e 22 apresentam esses comprimentos equivalentes para diferentes conexões em função do diâmetro nominal de tubos 18 Cálculo de perdas de carga localizadas Tabela 21 Perda de carga em conexões comprimento equivalente para tubos lisos plástico cobre ou liga de cobre 19 Cálculo de perdas de carga localizadas Tabela 22 Perda de carga em conexões comprimento equivalente para tubos rugosos açocarbono galvanizado ou não 20 Comprimento total e perda de carga total Com o comprimento equivalente obtido podese calcular o comprimento total da tubulação somandose o comprimento real com equivalente e assim determinar a perda de carga total LReal Leq LTotal J Ju x Ltotal Perda de carga total 21 Cálculo de diâmetro e perda de carga em tubulações Exemplo 1 Determinar o diâmetro e a perda de carga em um tubo de PVC com 25 m de comprimento sendo Q 3 ls e desejandose uma velocidade de escoamento de 15 ms 1 Para o comprimento L 25 m a perda de carga será J Ju x L 0052 x 25 130 mca 22 Vazão A instalação predial de água fria deve ser dimensionada de modo que a vazão de projeto seja disponível no respectivo ponto de utilização se apenas tal ponto estiver em uso Ponto de utilização No caso de funcionamento simultâneo não previsto pelo cálculo de dimensionamento da tubulação a redução temporária da vazão em qualquer um dos pontos de utilização não deve comprometer significativamente a satisfação do usuário Uso simultâneo A determinação de uma vazão mínima de projeto somente é exigida para um bom funcionamento das peças de utilização e consequentemente para os subramais Vazão de projeto 23 Vazão Tabela 23 Vazão nos pontos de utilização do aparelho sanitário e da peça de utilização 24 Velocidade Segundo a NBR 562698 as tubulações devem ser dimensionadas de modo que a velocidade da água em qualquer trecho de tubulação não atinja valores superiores a 3 ms 𝑉 𝑄𝐴 𝑉𝑚á𝑥14 𝐷 Não há nos critérios de projeto fixação de velocidades mínimas apenas para máxima Essa velocidade máxima tem por finalidade limitar o ruído nas tubulações e o golpe de aríete Diâmetro DN mm Velocidade máxima ms 20 198 25 221 32 250 40 280 50607585110 300 Tabela 24 Velocidade máxima em tubulações de água fria 25 Ramais e subramais São as tubulações que ligam os ramais aos pontos de utilização Desta forma um ramal pode alimentar vários subramais Tubulações derivadas da coluna de distribuição e destinadas a alimentar os subramais RAMAIS SUB RAMAIS 26 Como dimensionar Subramais Cada subramal serve a apenas uma peça Desta forma seu dimensionamento é realizado a partir dos diâmetros mínimos recomendados pelos fabricantes Tabela 25 Diâmetro mínimo dos subramais DIÂMETRO NOMINAL DN PEÇAS DE UTILIZAÇÃO DN mm Referência pol Aquecedor de alta pressão 20 34 Aquecedor de alta pressão 15 12 Bacia sanitária com caixa de descarga 15 12 Bacia sanitária com válvula de descarga 40 1 12 Banheira 15 12 Bebedouro 15 12 Bidê ou ducha 15 12 Chuveiro 20 34 Filtro de pressão 15 12 Lavatório 15 12 Máquina de lavar pratos 20 34 Máquina de lavar roupa 20 34 Mictório de descarga contínua por m ou aparelho 15 12 Mictório autoaspirante 20 34 Pia de cozinha 20 34 Pia de serviço despejo 20 34 Tanque de lavar roupa 20 34 27 Exemplo 3 Dimensione os subramais conforme o esquema abaixo considerando estar localizado no oitavo pavimento de um prédio residencial AF pia de cozinha lavatório tanque Cálculo de diâmetro de subramais 15 mm Vaso sanitário c válvula 15 mm 20 mm 28 40 mm Como dimensionar ramais O dimensionamento dos ramais pode ser realizado através de dois critérios Como dimensionar ramais Método do consumo máximo possível Este método é baseado na hipótese de que os diversos aparelhos servidos pelo ramal são utilizados simultaneamente de forma que a descarga na montante do ramal será a soma das descargas em cada um dos sub ramais Esta hipótese ocorre geralmente em instalações onde o regime de uso determina essa ocorrência com no caso de fábricas estabelecimentos de ensino quartéis etc Segundo Macintyre este método aplicase também em residências que exista apenas um ramal alimentando as peças nos banheiros cozinha e área de serviço pois é possível que funcionem ao mesmo tempo a descarga do vaso a pia da cozinha e o tanque de lavar Como dimensionar ramais O dimensionamento é realizado usando o Método das Seções Equivalentes Neste método todos os diâmetros são expressos em função da vazão obtida com o tubo de 15 mm 12 Ou seja o número de tubos de 15 mm que seriam necessários para permitir a mesma descarga Tabela 31 Correspondência de tubos de diversos diâmetros com o de 15 mm 12 Exemplo 1 Dimensione o ramal conforme o esquema abaixo segundo o método do consumo máximo possível AF Cálculo de diâmetro de ramais 29 1 1 29 39 213 223 A B 174 C D Trechos Equiv Diâmetro pia de Vaso lavatório tanque CD 29 20 cozinha sanitário c válvula BC 39 25 15 mm 40 mm 15 mm 20 mm AB 213 50 OA 223 50 Pela tabela 31 temos que a seção do encanamento de 20 mm equivale a 29 vezes a do encanamento de 15 e assim por diante O Como dimensionar ramais Método do consumo máximo provável Este método é baseado na hipótese de que o uso simultâneo de todos os aparelhos em um mesmo ramal é pouco provável e essa probabilidade de funcionamento simultâneo diminui com o aumento do número de aparelhos Existem diversos métodos de dimensionamento baseados neste critério Será estudado nesta disciplina o método recomendado pela NBR 562698 Método da Soma dos Pesos Como dimensionar ramais Verificar o peso relativo de cada aparelho sanitário conforme indicado na Tabela 32 Somar os pesos dos aparelhos alimentados em cada trecho de tubulação Calcular a vazão em cada trecho da tubulação através da Equação 1 ou do ábaco 31 1 2 3 Q03 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 Equação 1 Como dimensionar ramais Tabela 32 Pesos relativos nos pontos de utilização identificados em função do aparelho sanitário e da peça de utilização Ábaco 31 Diâmetros e vazões em função dos pesos Leitura direta Como dimensionar ramais Determinar o diâmetro de cada trecho da tubulação através do ábaco 31 Verificar se a velocidade atende ao limite estabelecido por norma 4 5 VQA Equação 2 onde V velocidade em ms Q vazão em ls D diâmetro da tubulação em mm V4000Q𝐷2 Para seção circular Equação 3 Como dimensionar ramais Verificar a perda de carga nos tubos e nas conexões Verificar se a pressão se situa dentro dos limites estabelecidos por norma A pressão dinâmica disponível em qualquer trecho pode ser obtida através da Equação 4 6 7 Equação 4 Pjusante Pmontante Desnível J A Tabela 33 apresenta as pressões dinâmicas mínimas para as peças de utilização conforme recomendações da NBR 562698 Como dimensionar ramais Tabela 33 Pressão dinâmica mínima nos pontos de utilização identificados em função do aparelho sanitário e da peça de utilização Exercitando Exercício 2 Para a instalação do exemplo anterior encontre a pressão disponível nos aparelhos considerando a tubulação de PVC