Redes de Distribuição: Estruturas e Dimensionamentos

REDES DE DISTRIBUIÇÃO Constituintes Condutos principais maior diâmetro e abastecem os condutos secundários Condutos secundários menor diâmetro De acordo com a disposição dos condutos principais e o sentido do escoamento nos condutos secundários as redes podem ser classificadas como ramificada ou malhada REDES DE DISTRIBUIÇÃO a Rede servida por reservatório de montante b Rede servida por reservatório de jusante REDES DE DISTRIBUIÇÃO Rede ramificada possui um padrão em que a distribuição da vazão é condicionada a um conduto principal denominado tronco Os pontos de derivação de vazão eou mudança de diâmetro são denominados de nós e o conduto entre dois nós de trecho O sentido do escoamento é do tronco para os condutos secundários até as extremidades mortas ou pontas secas A desvantagem deste traçado é que a manutenção interrompe o abastecimento mas é economicamente mais vantajoso a b c a e b Tipo espinha de peixe c Tipo grelha REDES DE DISTRIBUIÇÃO Redes malhadas são constituídas com condutos tronco que formam anéis ou malhas onde há possibilidade de reversibilidade no sentido das vazões em função da demanda Nesta disposição podese abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um caminho o que permite uma grande flexibilidade no abastecimento e manutenção mas é mais dispendiosa devido às conexões e acessórios a Rede em anel malhada REDES DE DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento de uma rede de distribuição para atender uma população 1 Definição dos parâmetros Vazão de distribuição em que P é a população prevista para a área a abastecer Q é a vazão em ls q é a quota per capta K1 é o coeficiente do dia de maior consumo e K2 é o coeficiente da hora de maior consumo REDES DE DISTRIBUIÇÃO Vazão específica a relativa à extensão da rede é dada dividindose a vazão de distribuição pelo comprimento total da rede em que LT é a extensão total da rede em metros e qm é a vazão de distribuição em marcha em Ls1 e por metro de conduto REDES DE DISTRIBUIÇÃO b relativa à área da cidade Neste caso a vazão específica é calculada dividindo se a vazão de distribuição pela área ocupada pela população em que qd é a vazão específica de distribuição em Ls1ha1 e A é a área abrangida pela rede em hectares REDES DE DISTRIBUIÇÃO Diâmetro é definido em função da vazão de escoamento Para o pré dimensionamento da rede tanto para rede ramificada como para malhada pode se adotar o diâmetro sugerido na Tabela a seguir REDES DE DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento de uma rede ramificada Pressão dinâmica mínima 10 mca Pressão estática máxima 50 mca População atendida 5000 habitantes uniformemente distribuída K1 125 K2 15 q 200 L hab1dia1 REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da taxa de consumo linear Extensão da rede 1350 m Cálculo da vazão de distribuição em marcha Cálculo da perda de carga em cada trecho Os diâmetros são prédimensionados a partir dos valores recomendados pela tabela Para o cálculo da perda de carga distribuída utilizouse a fórmula de HazenWilliams REDES DE DISTRIBUIÇÃO Foi adotado como coeficiente de rugosidade C 130 Exemplo de cálculo para o trecho 1 Vazão em marcha qm x L1 00161 x 100 161 L Vazão de jusante 0 ponto extremo da rede Vazão de montante vazão de jusante vazão em marcha 0 161 161 Ls Vazão média REDES DE DISTRIBUIÇÃO Verificação das pressões dinâmicas Inicialmente lançar as cotas do terreno Acrescentar a pressão de serviço mínima exigida 10 m no ponto mais desfavorável em geral é o ponto que possui a maior cota Cota a jusante do trecho 1 810 m Cota piezométrica a jusante do trecho 1 810 100 910 m Cota piezométrica a montante do trecho 1 910 DH1 910 051 9151 m Trecho Comp m Vazões ls D mm J mm ΔH m justante marcha mont média Trecho Cotas do terreno Cotas piezométricas Pressões REDES DE DISTRIBUIÇÃO 2 Dimensionamento de uma rede malhada Para o dimensionamento da rede malhada o método mais utilizado é o chamado Método de HardyCross Este método admite que para efeito de projeto a distribuição de água em marcha pode ser substituída por vazões localizadas em pontos fictícios isolados chamados nós adequadamente situados na canalização Nestas condições considerase que a vazão que escoa em cada trecho da canalização é constante REDES DE DISTRIBUIÇÃO 2 Dimensionamento de uma rede malhada REDES DE DISTRIBUIÇÃO Determinação da vazão em cada nó Calcular a vazão de demanda utilizandose a fórmula Calcular a área total abastecida Atotal em ha Determinar a vazão específica de distribuição qd REDES DE DISTRIBUIÇÃO Determinação da vazão em cada nó Traçar a malha ou malhas de modo a atender satisfatoriamente toda a área interna à malha e área externa equivalente à interna levando em conta as densidades demográficas Escolher os nós de carregamento Os nós ou pontos de retirada de vazões dos circuitos principais deverão distanciar no máximo 500 m do outro NB594 Delimitar a região de influência de cada nó critério do projetista Calcular a área de cada região abastecida por nó O carregamento em cada nó fica determinado multiplicando se a vazão específica qd pela sua área REDES DE DISTRIBUIÇÃO REDES DE DISTRIBUIÇÃO Fundamento hidráulico do método a ΣQ 0 em cada nó equação da continuidade Convenção vazão chegando no nó positiva vazão saindo do nó negativa REDES DE DISTRIBUIÇÃO Fundamento hidráulico do método b Σ H 0 em cada malha Escolhese um sentido de caminhamento da água nos anéis sentido horário positivo por exemplo Malha I Malha II REDES DE DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento da rede Os diâmetros em cada trecho são prédimensionados a partir dos valores tabelados em função da vazão tabela 1 Atribuir vazão hipotética para cada trecho obedecendo a equação da continuidade Σ Qi 0 As perdas de carga em cada trecho podem ser calculadas pela fórmula universal ou fórmula de HazenWilliams Em geral na primeira tentativa Σ H 0 portanto há necessidade de corrigir as vazões A correção da vazão em cada trecho é calculada por REDES DE DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento da rede Calcular novamente a perda de carga Se Σ H 0 a rede está dimensionada se Σ H 0 repetese o procedimento REDES DE DISTRIBUIÇÃO Verificação das pressões Somar ao nó mais desfavorável geralmente é o nó com a cota do terreno mais elevado a pressão mínima exigida para a rede Determinar a cota piezométrica de todos os nós somando ou subtraindo a perda de carga do trecho A pressão disponível é determinada subtraindose da cota piezométrica a cota do terreno A pressão estática máxima é a diferença entre o nível da água do reservatório e a menor cota do terreno REDES DE DISTRIBUIÇÃO Exemplo de cálculo A figura abaixo apresenta o esquema de uma rede em malha Determine ao diâmetro de cada trecho e verifique as condições de perda de carga unitária para cada trecho b pressão disponível em cada nó c altura da torre do reservatório de distribuição REDES DE DISTRIBUIÇÃO Condições do projeto Pressão mínima nos nós 15 mca Pressão estática máxima 50 mca Perda de carga unitária máxima admissível Jmax 0008 mm Dados Coeficiente de rugosidade de HW C 100 Área atendida 125 ha População atendida 24000 habitantes uniformemente distribuída Consumo per capita q 200 lhabdia K1 12 K2 15 REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da vazão de distribuição Cálculo da Vazão específica de distribuição Vazão em cada nó Nó B qB 08 x 25 20 Ls Nó C qC 08 x 625 50 Ls Nó D qD 08 x 375 30 Ls REDES DE DISTRIBUIÇÃO Configuração inicial as vazões de distribuição foram fixadas de forma arbitrária obedecendo apenas a equação da continuidade REDES DE DISTRIBUIÇÃO Tabela para predefinição do diâmetro REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da perda de carga em cada trecho REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da perda de carga em cada trecho REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da relação por trecho HW L REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da nova vazão Trecho AB Q 40 290 3710 Ls Trecho BC Q 20 290 1710 Ls Trecho CD Q 30 290 3290 Ls Trecho DA Q 60 290 6290 Ls Recalcular a perda de carga unitária J para cada trecho e verificar se não ultrapassa o limite de 0008 mm se em algum trecho J ultrapassar o limite adotar um diâmetro comercial acima e recalcular J Calcular a perda de carga em cada trecho e verificar se a sua soma é igual a zero Se a soma for igual a zero ou bem próximo considerase a rede dimensionada e verificase as pressões em cada nó Se for diferente corrigir as vazões e repetir o cálculo até a soma das perdas de carga resultar zero ou bem próximo REDES DE DISTRIBUIÇÃO Como J em todos os trechos é menor do que Jmax 0008 mm e H está bem próximo de zero considerase a rede dimensionada REDES DE DISTRIBUIÇÃO REDES DE DISTRIBUIÇÃO Cálculo da pressão em cada nó Adotar a pressão de 10m no ponto mais desfavorável Geralmente este ponto corresponde àquele que está na maior cota No presente caso o ponto mais desfavorável é o ponto C Portanto pC 10 m Como a cota piezométrica H é igual a pressão mais a cota temse HC pC zC 10 120 130 m A partir do ponto C somar a perda de carga dos trechos e determinar a cota piezométrica em cada nó Conhecida a cota em cada nó determinase a pressão disponível fazendo se simplesmente a diferença da carga piezométrica e a respectiva cota REDES DE DISTRIBUIÇÃO c Altura da torre do reservatório Da tabela1 adotase o diâmetro de mm para o trecho que vai do nó A até o reservatório D 350 mm Cálculo da perda de carga REDES DE DISTRIBUIÇÃO Tabela de cotas e pressão disponível