Dimensionamento de Instalações Hidrossanitárias - Cálculo de Reservatório, Bomba e Tubulações

ATIVIDADE AVALIATIVA CURSO ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIOS INFORMAÇÕES INICIAIS DATA LIMITE DE ENTREGA 160923 PESO 30 pts TRABALHO É INDIVIDUAL E DEVE SER POSTADO NO AMBIENTE AVA QUESTÃO 1 Um prédio de apartamentos tem 20 andares cada um com 6 apartamentos Cada apartamento possui uma sala 3 quartos 2 de 12 m2 e 1 de 16 m2 e 2 vagas de garagem Considerando lavagem de carro com consumo de 24Lcarro O consumo per capta é CP 200 Lhabdia Considere também que o volume total de reserva é 25 x consumo diário O funcionamento da bomba é 5h Determine a Número de habitantes b Consumo diário do prédio c Diâmetro do ramal predial e do alimentador predial d Capacidades dos reservatórios considere uma reserva de incêndio de 20 e Vazão do conjunto motorbomba f Com a descarga da bomba dimensione os encanamentos de recalque e sucção g Altura manométrica Hm considere o Altura entre os reservatórios é 73 m o Comprimentos dos tubos de sucção e recalque são 55 e 120 m respectivamente o Tubo PVC utilize a Tabela A7 comprimentos equivalentes Equipamento Sucção 1 válvula de pé e crivo 2 saídas de canalização 2 registros de gaveta abertos e 1 tê 90 bilateral Equipamento Recalque 3 registro de gaveta aberto 12 joelhos de 90 e 2 joelhos de 45 h Determine o Modelo de bomba e a potência cv considerando 𝜂 65 e o peso específico da água igual 1000 kgm3 QUESTÃO 2 Um engenheiro foi contratado para dimensionar e especificar um conjunto motorbomba centrífuga de recalque de água de um sistema hidráulico de um edifício residencial É conhecido as seguintes informações do sistema Consumo diário do prédio 60000 L Altura estática da sucção 20 m Comprimento desenvolvido da sucção 30 m Altura estática de recalque 400 m Comprimento desenvolvido no recalque 610 m Toda a tubulação é de aço galvanizado e as conexões são de ferro maleável classe 10 Rendimento 50 Peças da Sucção o 1 válvula de pé o 1 curva de 90 o 2 cotovelos curtos joelhos o 1 tê de saída bilateral o 2 registros de gaveta aberto Peças da Recalque o 1 válvula de retenção leve o 5 cotovelos curtos o 1 saída de canalização Observação Para efeitos de cálculo tubulação de recalque considere o caminho mais crítico da tubulação no dimensionamento do sistema Vazões e diâmetros em função dos pesos Bitola polegadas Diâmetro Externo mm Espessura parede ½ 213 225 mm ¾ 269 225 mm 1 337 265 mm 1 ¼ 424 265 mm 1 ½ 485 300 mm 2 603 300 mm 2 ½ 761 335 mm 3 889 335 mm 4 1143 375 mm 6 1651 375 mm a Material aço galvanizado novo conduzindo água fria J0002021 Q188D488 Qm3s Dm e Jmm b Material PVC rígido conduzindo água fria J00008695 Q175D475 Qm3s Dm e Jmm QUESTÃO 3 Observação Utilize o Excel na resolução Deixe explícito as rotinas de cálculo usadas O reservatório abaixo alimenta uma coluna de distribuição de água fria com tubulação de ferro galvanizado correspondente a um prédio residencial de 9 pavimentos tipos mais térreo e garagem Dimensione utilize a tabela a seguir de acordo com a NBR 5626 a coluna dos apartamentos tipo a qual abastece um banheiro por andar cada um contendo lavatório vaso com válvula de descarga chuveiro pia torneira bidê banheira e uma torneira de lavagem geral Nos banheiros há necessidade de se manter uma pressão mínima no chuveiro é de 20 mca O trecho entre o reservatório e o ramal do 9 andar possui comprimento de 150 m e está provido de 1 registro de gaveta 2 joelhos de 90 1 tê de saída lateral 3 tês de saída bilateral 1 tê de passagem direta Nos demais trechos pavimentos 1 tê de passagem direta 1 registro de gaveta aberto Coluna Trecho Pesos Vazão Diâmetro Veloc Perda de carga unitária Difer cota Pressão disponível Comprimento m Perdas de cargas mca Pressão Jusante Unit Acu Ls mm pol ms mm m mca Real Equiv Total Contínua Equiv Total mca kPa FÓRMULA DE FAIRWHIPPLEHSIAO Q 27113 J0632 D2596 Ábaco de FairWhippleHsiao para tubulações de aço galvanizado e ferro fundido Q27113J0632D2596 AÇO GALVANIZADO E FERRO FUNDIDO J mm V ms Q ls DN mm Ref 100 4 75 3 60 2 12 50 2 40 112 32 114 25 1 20 34 15 12 1 10 01 001 01 1 10 100 1000 10 01 001 0001 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 01 001 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 01 001 65 2 12 50 2 40 1 12 32 1 14 25 1 652 12 80 3 100 4 125 5 150 6 25 1 20 34 15 12 01 1 10 ls CURSO ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIOS 1 Primeiro vamos calcular o número total de apartamentos no prédio O prédio tem 20 andares cada um com 6 apartamentos Portanto o número total de apartamentos é 20 andares x 6 apartamentosandar 120 apartamentos Agora vamos calcular o número total de pessoas que vivem no prédio Cada apartamento tem um número de quartos que pode acomodar um número diferente de pessoas então precisamos calcular separadamente 2 quartos de 12 m² Cada quarto abriga 2 pessoas 12 m² 6 m² por pessoa 1 quarto de 16 m² Este quarto abriga 2 pessoas 16 m² 8 m² por pessoa Sala 1 pessoa Portanto o número total de pessoas por apartamento é 2 2 1 5 pessoas por apartamento O número total de pessoas no prédio é portanto 120 apartamentos x 5 pessoasapartamento 600 pessoas Vamos calcular o consumo de água por pessoa por dia CP Consumo per capita 200 Lhabdia Agora vamos calcular o consumo de água diário total para o prédio Consumo diário total Número de pessoas x CP Consumo diário total 600 pessoas x 200 Lhabdia 120000 Ldia O volume total de reserva necessário é 25 vezes o consumo diário Portanto Volume total de reserva 25 x Consumo diário total Volume total de reserva 25 x 120000 Ldia 300000 L Finalmente vamos determinar por quanto tempo a bomba de água precisa funcionar Sabendo que a bomba funciona durante 5 horas por dia podemos calcular a taxa de fluxo necessária Taxa de fluxo Volume total de reserva Horas de funcionamento da bomba Taxa de fluxo 300000 L 5 horas 60000 Lhora Portanto a bomba de água precisa funcionar a uma taxa de 60000 litros por hora para atender às necessidades diárias de água do prédio com 120 apartamentos e 600 pessoas Para calcular o diâmetro dos tubos precisamos levar em consideração a vazão necessária e a velocidade de escoamento recomendada para a água A velocidade recomendada varia dependendo do tipo de tubulação mas geralmente fica em torno de 06 a 12 ms Vamos usar 10 ms para este cálculo Primeiro vamos calcular a vazão diária Vazão diária Consumo diário 24 horas Vazão diária 120000 L 24 horas 5000 Lhora Agora vamos converter a vazão para litros por segundo Ls Vazão em Ls Vazão em Lhora 3600 segundoshora Vazão em Ls 5000 Lhora 3600 shora 139 Ls Agora podemos calcular o diâmetro dos tubos usando a fórmula da vazão volumétrica Q Q π D² V 4 Onde Q vazão em m³s D diâmetro do tubo em metros V velocidade de escoamento em ms Transformando a vazão em m³s temos que 139 Ls 0001 m³L 000139 m³s Assumindo D como o diâmetro do tubo podemos rearranjar a fórmula para calcular D D 4 Q π V D 4 000139 m³s π 10 ms 0000556 314 000177 0042 metros D40mm Portanto o diâmetro dos tubos deve ser aproximadamente 40mm para atender à vazão diária Capacidades dos reservatórios A reserva de incêndio é de 20 do volume total de reserva necessário calculado anteriormente que é 300000 litros Reserva de incêndio 020 x Volume total de reserva Reserva de incêndio 020 x 300000 L 60000 L Portanto a capacidade do reservatório de incêndio deve ser de 60000 litros A capacidade do reservatório para atender às necessidades diárias é de 100 do volume total de reserva que é 300000 litros Portanto a capacidade do reservatório para atender às necessidades diárias também deve ser de 300000 litros Vazão do conjunto motorbomba A vazão do conjunto motorbomba deve ser igual à vazão diária que é de 5000 Lhora ou aproximadamente 139 Ls conforme calculado anteriormente que é Q000139m³s Dimensionamento dos encanamentos de recalque e sucção O dimensionamento dos dutos de descarga e sucção envolve a seleção do material do duto Para tubos de descarga podemos usar uma velocidade máxima de 20ms Para a tubulação de sucção esta velocidade é menor 10 ms Um critério amplamente utilizado é baseado na velocidade máxima da água na tubulação Para tubulações de recalque podemos adotamos a velocidade máxima de 20 ms Para tubulações de sucção esta velocidade é menor de 10 ms RECALQUE V 2ms SUCÇÃO V 1ms Desta forma podemos dimensionar a tubulação de forma que a velocidade fique entre 07 ms e 50 ms Dr 4 Q πv 1000 Q139Ls π314 Vs07ms Vr 50ms DIAMETRO DE RECALQUE Dr400013931407 Dr 00025 Dr 50 mm Dr40001393145 Dr 00377 Dr 15 mm Diâmetro de recalque escolhido entre 15 e 50mm temos Dr 32mm DIAMETRO DE SUCÇÃO Dr40001393141 Dr 00025 Dr 42 mm Diâmetro de sucção e escolhido o diâmetro à cima do valor temos o Ds 50mm Para calcular a altura manométrica Hm Considere uma instalaçao de bombeamento com as seguintes características Vazão requerida 5 m3h Comp da tubulação de recalque 120 m Comp da tubulação de sucção 55 m Altura geom de recalque 73 m Altura geom de sucção 10 m Material do tubo PVC F fator 135 Peças especiais no recalque joelho 90 12 joelho 45 2 registro de gaveta 3 Peças especiais na sucção válvula de pé e crivo 1 saídas de canalização 2 registro de gaveta aberto 2 tê 90 bilateral 1 Calcule a altura manométrica da instalação Primeiro calcumos a perda de carga na tubulação hfcr 4fLQ² Dg Onde hfcr é a perda de carga na tubulação de recalque em metros f é o coeficiente de atrito da tubulação que depende do tipo de material e das condições de fluxo Para tubos de PVC o coeficiente de atrito típico é de 150 L é o comprimento da tubulação de recalque em metros Q é a vazão na tubulação de recalque em metros cúbicos por segundo m³s D é o diâmetro interno da tubulação de recalque em metros g é a aceleração devido à gravidade aproximadamente 981 ms² hf 4fLQ² Dg Assim calculando hfcr recalque hfcr 4135120m000139m³s² 0032m981ms² hfcr 416 metros 42 cm Calculando hfsc sucção hfs 413555m000139m³s² 005m981ms² hfs 0176 metros 18 cm pcls PERDA DE CARGA LOCALIZADA DE SUCÇÃO Comprimento das peças 395 m então 395 3100 12m pclr PERDA DE CARGA LOCALIZADA DE RECALQUE Comprimento das peças 272 então 272 55100 15m Perda de carga total hf hfcr hfs pcls pclr hf 416m 176m 12m 15m 2446m Hm Lr Ls hf 120m 55m 2446m Hm 14996 150m Para determinar o modelo de bomba e a potência em cavalosvapor CV necessária precisamos levar em consideração a altura manométrica Hm calculada anteriormente a eficiência da bomba 𝜂 o peso específico da água 𝜌 e a fórmula da potência de uma bomba centrífuga Potência CV Q Hm 𝜌 36 𝜂 Onde Q é a vazão em metros cúbicos por segundo m³s Hm é a altura manométrica em metros calculada anteriormente 𝜌 é o peso específico da água em kgm³ no caso 1000 kgm³ 𝜂 é a eficiência da bomba no caso 65 Primeiro precisamos converter a vazão que foi calculada em litros por segundo para metros cúbicos por segundo que é a unidade usada na fórmula de potência 1 litro é igual a 0001 metros cúbicos portanto Vazão Q 139 Ls 0001 m³L 000139 m³s Agora podemos calcular a potência CV Potência CV 000139 m³s 73 m 1000 kgm³ 36 065 Potência CV 10147 234 Potência CV 4342 CV a Habitantes 600 pessoas b Consumo diário é de 120000 Ldia c Diâmetro dos tubos 40mm d Capacidade do reservatório item que ser de 300000 litros e Vazão do motorbomba 139 Ls ou Q 000139m³s f Diâmetro de recalque escolhido entre 15 e 50mm temos Dr 32mm Diâmetro de sucção e escolhido o diâmetro à cima do valor temos o Ds 50mm g Hm 150 m h Potência CV 4342 CV 2 Para dimensionar e especificar o conjunto motorbomba centrífuga de recalque de água para o sistema hidráulico do edifício residencial você pode seguir os seguintes passos Calcule a altura total de elevação Ht A altura total de elevação é a soma das alturas estáticas de sucção e recalque juntamente com as perdas de carga nas tubulações e nos acessórios Ht Altura estática de sucção Altura estática de recalque Perdas de carga nas tubulações e acessórios Ht 20 m 400 m Perdas de carga nas tubulações e acessórios As perdas de carga nas tubulações e acessórios PERDAS DE CARGA DE SUCÇÃO 1693100 05m PERDAS DE CARGA DE RECALQUE 16955100 09m Assim Ht 20 m 400 m Perdas de carga nas tubulações e acessórios Ht 20 m 400 m 05m 09m 434m Utilize a equação de perda de carga de DarcyWeisbach para calcular as perdas de carga nas tubulações e acessórios da sucção e do recalque hf 4 f L D V2 2 g Onde hf é a perda de carga devido ao atrito em metros f é o coeficiente de atrito depende do tipo de tubo e do fluxo L é o comprimento desenvolvido da tubulação em metros D é o diâmetro da tubulação em metros V é a velocidade do fluido em metros por segundo g é a aceleração devido à gravidade aproximadamente 981 ms² Calcule as perdas de carga na sucção e no recalque separadamente levando em consideração os diâmetros e comprimentos desenvolvidos especificados e o tipo de tubulação aço galvanizado Some todas as perdas de carga calculadas às alturas estáticas de sucção e recalque para obter a altura total de elevação Ht Determine a vazão necessária Q A vazão necessária é igual ao consumo diário do prédio 60000 L dividido pelo número de segundos em um dia 24 horas 60 minutos 60 segundos Q 60000 L 24 60 60 s 0694 Ls equivale a 000694 m³s Calcule a potência necessária do motorbomba Utilize a seguinte fórmula para calcular a potência necessária do motorbomba Potência W Q ρ g Ht η Onde Potência é a potência em watts W Q é a vazão em metros cúbicos por segundo m³s ρ é a densidade do fluido kgm³ g é a aceleração devido à gravidade aproximadamente 981 ms² Ht é a altura total de elevação em metros η é o rendimento do conjunto motorbomba 50 que deve ser convertido em decimal ou seja 05 Converta a potência de watts para cavalovapor CV 1 CV 7355 W Potência CV Potência W 7355 A potência resultante será a potência em cavalovapor necessária para o motorbomba Escolha um modelo de bomba que atenda à vazão e à altura total de elevação calculadas considerando as características do sistema como o tipo de tubulação e os acessórios especificados Certifiquese de que o rendimento da bomba esteja próximo ao rendimento desejado 50 Especifique o modelo da bomba escolhida o motor correspondente e todas as características técnicas necessárias para a instalação como o diâmetro da tubulação de sucção e recalque a capacidade da bomba em m³h ou Ls a altura manométrica total entre outras informações relevantes Para dimensionar o conjunto motorbomba centrífuga de recalque de água para o sistema hidráulico do edifício residencial você deve levar em consideração vários parâmetros incluindo a vazão necessária a altura manométrica total Hm o tipo de bomba e outros detalhes do sistema Vamos calcular os principais parâmetros passo a passo Passo 1 Calcule a Vazão Necessária Q A vazão necessária para o sistema é o consumo diário do prédio que é de 60000 litros Para dimensionar o conjunto motorbomba você deve converter essa vazão para unidades de volume por unidade de tempo como metros cúbicos por segundo m³s Lembrese de que 1 litro é igual a 0001 metros cúbicos Q 24 horas3600 segundoshora 60000 litrosdia 0694 Ls 0000694 m³s Passo 2 Calcule a Altura Manométrica Total Hm A altura manométrica total Hm é a altura que a bomba deve vencer para fornecer a água do reservatório inferior para o reservatório superior Ela é composta por A altura estática de sucção 2 metros A altura estática de recalque 40 metros As perdas de carga na sucção 11 m As perdas de carga no recalque 28 m Passo 3 Calcule as Perdas de Carga na Sucção e no Recalque As perdas de carga na sucção e no recalque são calculadas considerando os componentes e acessórios da tubulação Para o cálculo das perdas de carga você pode usar a equação de DarcyWeisbach Para tubulação de aço galvanizado e ferro maleável classe 10 você precisará do coeficiente de atrito apropriado f Vou assumir um valor típico de f para aço galvanizado que é em torno de 120 hfcr 4fLQ² Dg Onde hfcr é a perda de carga na tubulação de recalque em metros f é o coeficiente de atrito da tubulação que depende do tipo de material e das condições de fluxo Para tubos de PVC o coeficiente de atrito típico é de 150 L é o comprimento da tubulação de recalque em metros Q é a vazão na tubulação de recalque em metros cúbicos por segundo m³s D é o diâmetro interno da tubulação de recalque em metros g é a aceleração devido à gravidade aproximadamente 981 ms² PARA RECALQUE TEMOS hf 4 120 610000694² 005 981 ms² hf 0014 04905 fhcr 28 m Pcr das peças 1693 100 05m PARA SUCÇÃO TEMOS hfsc 4 120 3 0000694² 0063 981 ms² hfsc 036864 0618 hfsc 11 m Pcs das peças 16955 100 09m Assim Hm 24011280905 824 m Passo 4 Determine a Potência Necessária do Motor Usando a vazão Q e a altura manométrica total Hm calculadas anteriormente você pode determinar a potência necessária do motor da bomba A equação básica para isso é Potencia ρQHm η Onde ρ é a densidade da água aproximadamente 1000 kgm³ Q é a vazão em m³s Hm é a altura manométrica total em metros η é o rendimento da bomba 50 no seu caso Substitua os valores e calcule a potência necessária do motor da bomba Potencia ρQHm η Pontencia 1000 kgm³ 0000164m³s 824m 36 05 Pontencia 75 CV equivalente a potência CV Potência W 7355 55218 W Pot de 75 é acrescido 20 9 CV Passo 5 Escolha o Modelo de Bomba Com a potência necessária determinada você pode escolher um modelo de bomba centrífuga que atenda a essa potência e às características do sistema Certifiquese de selecionar uma bomba adequada ao tipo de fluido água e às condições de operação Pot de 75 é acrescido 20 9 CV MODELO DA BOMBA Bomba centrífuga das mais versáteis a bomba centrífuga servirá tanto para abastecimento predial quanto para alimentar fontes e chafarizes que estejam espalhados pelo condomínio 3 NBR 5626 fornece valores de vazão para cada tipo de ponto de uso Lavatório 015 Ls Vasco com válvula de descarga 170 Ls Chuveiro 020 Ls Pia torneira 025 Ls Bidê 010 Ls Banheira 030 Ls Torneira de lavagem geral 020 Ls Assim temos uma Vazão total de Q 015 170 020 025 010 030 020 29 Ls Q 29 Ls equivalente a 00029m³s Sendo assim a razão equivalente em cada pavimento de 00029m³s Calcule a Vazão Total para o Sistema 9 pavimento Qtotal 00029m³s 9 Qtotal 00261m³s Adotando uma velocidade entre 06ms² v 10ms² Temos que D06 4Q πv D06 400261 π06 D06 00554 D06 02353m 253mm D1 4Q πv D1 400029 π1 D1 00037 D1 006 m 60mm Diâmetro do ramal predial 100mm Sabendo que o coeficiente da tubulação do ferro galvanizado é 125 Calculamos as perdas de cargas no trecho do reservatório até o pav 9 Perdas de cargas 1 registro de gaveta 07 2 joelhos de 90 382 76 3 tês de saída bilateral 67 3 201 1 tê de saída lateral 55 1 tê de passagem direta 07 Perdas de cargas 346m Perdas de cargas nos pav 1 tê 26 1 registro de gaveta aberto 07 Perdas de cargas nos pav 33m Cota total 15 48 47m RB VALVULA DE GAVETA VAL DE GLOBO ABERTO 07 17 177 Calcule a altura total de elevação Ht A altura total de elevação é a soma das alturas estáticas de sucção e recalque juntamente com as perdas de carga nas tubulações e nos acessórios Ht Altura estática de sucção Altura estática de recalque Perdas de carga nas tubulações e acessórios Ht 15m454m 604m hf 4fLQ² Dg hf 4125150029² 1981 hf 064m Pressão Jusante Ju é a vazão de toda a demanda 203 Ls para mca temos que 00029 m³s