Dimensionamento de Redes de Distribuição de Água

Material de uso exclusivo dos alunos da disciplina Proibida a divulgação sem prévia autorização do professor Redes de Distribuição de Água Saneamento A Prof Phelipe Viana Ruiz O dimensionamento de redes de distribuição de água deve ser elaborado após o estudo de concepção do sistema de abastecimento de água segundo a NBR12211 É necessário uma análise completa das partes já existentes do sistema objetivandose o seu aproveitamento 2 Saneamento A PUC Campinas 2023 Considerações Iniciais Rede de distribuição parte do sistema de abastecimento formada de tubulações e órgãos acessórios destinada a colocar água potável à disposição dos consumidores de forma contínua em quantidade e pressão recomendadas Condutos ou tubulações principais são as tubulações através das quais por hipótese de cálculo a água alcançará toda a rede de distribuição Condutos ou tubulações secundárias são as demais linhas que derivam das canalizações principais Setor de manobra a menor subdivisão da rede de distribuição cujo abastecimento pode ser isolado sem afetar o abastecimento do restante da rede 3 Saneamento A PUC Campinas 2023 Definições NBR 12211 e NBR 12218 Setor de medição parte da rede de distribuição perfeitamente delimitada e isolável com a finalidade de acompanhar a evolução do consumo e avaliar as perdas de água na rede Categoria de consumidor qualificação do consumidor de acordo com o uso principal que faz da água Área específica da rede de distribuição área de característica própria de ocupação concentração demográfica e categoria de consumidor Vazão específica Vazão de uma determinada área específica por unidade de área ou por unidade de comprimento de tubulação 4 Saneamento A PUC Campinas 2023 Definições NBR 12211 e NBR 12218 Tubulações e órgãos acessórios responsáveis por conduzir a água dos reservatórios para cada um dos consumidores É geralmente o componente de maior custo de um sistema de abastecimento As obras ficam enterradas os projetos devem levar em consideração acesso e operação desta rede 5 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede de Distribuição Condutor tronco de diâmetro maior que o da tubulação secundária e responsável por conduzir a água dos reservatório até à rede secundária 6 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede Principal Com diâmetros menores sua função é abastecer os pontos de consumo Pode ser projetada de 3 formas Rede Ramificada Rede Malhada Rede Mista 7 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede Secundária Espinha de Peixe 8 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede Secundária Ramificada R Tubulação Principal Reservatório de Montante Tubulações Secundárias Grelha 9 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede Secundária Ramificada R Reservatório de Montante Tubulação Principal Tubulações Secundárias Anéis É o tipo mais utilizada 10 Saneamento A PUC Campinas 2023 Rede Secundária Malhada R Reservatório de Montante Tubulações Secundárias Tubulação Principal Setor de Manobra 11 Saneamento A PUC Campinas 2023 R Válvula Setor de Manobra Reservatório de Montante Setor de Medição 12 Saneamento A PUC Campinas 2023 R Medidores Tubulações Secundárias Tubulação Principal Reservatório de Montante Velocidade máximas em relação ao diâmetro da tubulação 13 Saneamento A PUC Campinas 2023 Velocidades D mm Vmáx ms 50 05 75 05 100 06 150 08 200 09 250 11 300 12 350 13 400 14 450 15 500 16 550 17 600 18 Fonte Martins 1976 Pressão estática máxima 50mca 500kPa Pressão dinâmica mínima 10mca 100kPa Casos especiais devem ser analisados 14 Saneamento A PUC Campinas 2023 Pressões Máximas e Mínimas NBR 12218 Atendendo a Norma 12218 quanto a pressão 15 Saneamento A PUC Campinas 2023 Pressões Máximas e Mínimas Devem ser estabelecidas as vazões de dimensionamento para atender as áreas específicas Os consumidores singulares e os respectivos consumos devem ser identificados mediante levantamento de campo ou outro procedimento devidamente justificado A vazão de dimensionamento da rede é a vazão do dia e hora de maior consumo Q Portanto 𝑄 𝑄3 𝐾1 𝐾2 𝑃 𝑞 86400 𝑙 𝑠 16 Saneamento A PUC Campinas 2023 Vazão de Distribuição Se possuir consumidor especial 𝑄 𝐾1 𝐾2 𝑃 𝑞 86400 𝑄𝑒𝑠𝑝 𝑙 𝑠 Dimensionamento hidráulico Básico seguindo Teorema da Energia de Bernoulli 17 Saneamento A PUC Campinas 2023 Redes Ramificadas Link para Relembrar e Viver Quase na totalidade das vezes a Velocidade é igual ou de diferença muito pequena sendo desprezada O ponto de referência exigido em norma é que se considere a cota como o nível da rua Portanto a pressão em mca fica 18 Saneamento A PUC Campinas 2023 CPJ CPM ΔH Pj CPJ CTJ 1 Delimitar o perímetro abastecível 20 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas R Perímetro Abastecível Curva de Nível 2 Traçar a Rede Em função das características do sistema viário ou das exigências do órgão público local utilizar rede dupla nos passeios onde for necessário 21 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Esgoto Água Rede de Águas Pluviais Água Esgoto Rede Simples Rede Dupla Avenida com canteiro central Avenidas largas de grande importância e trafego Rede de Águas Pluviais 13 13 13 3 Calcular a Vazão de Distribuição 𝑄 𝐾1 𝐾2 𝑃 𝑞 86400 𝑙 𝑠 𝑜𝑛𝑑𝑒 Q Vazão de Distribuição q Consumo médio por habitante Consumo per capita 𝑙 ℎ𝑎𝑏𝑑𝑖𝑎 𝐾1 Coeficiente do Dia de Maior Consumo 𝐾2 Coeficiente da Hora de Maior Consumo 22 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas 4 Numerar os trechos da rede de montante para jusante 5 Medir os comprimentos reais 𝑳𝑹 de todos os trechos Obs Quando a cota de fundo do reservatório não estiver definida a mesma será calculada no final em função da pressão mínima na rede 23 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas 6 Calcular os Comprimentos Fictícios 𝑳𝑭 24 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Limite da Área Lotes Consumidores Lotes Consumidores Lotes Consumidores Lotes Consumidores R Trecho sem abastecimento Trecho de rede que abastece somente de um só lado da rua Trecho de rede que abastece ambos os lados da rua Exemplo Vazão em Marcha É a vazão distribuída aos consumidores ao longo do trecho Para o cálculo das vazões em marcha utilizase os Comprimentos Fictícios dos Trechos considerados conforme a Trechos que abastecem os dois lados da rua 𝑳𝑭 𝑳𝑹 b Trechos que abastecem somente um dos lados da rua 𝑳𝑭 𝑳𝑹 𝟐 c Trechos que não abastecem consumidores 𝑳𝑭 𝟎 25 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Comprimento Fictício igual ao Real 6 Calcular os Comprimentos Fictícios 𝑳𝑭 26 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Limite da Área Lotes Consumidores Lotes Consumidores Lotes Consumidores Lotes Consumidores R Trecho sem abastecimento 𝑳𝑭 𝟎 Trecho de rede que abastece somente de um só lado da rua 𝑳𝑭 𝑳𝑹 𝟐 Trecho de rede que abastece ambos os lados da rua 𝑳𝑭 𝑳𝑹 7 Calcular a Vazão Específica de Distribuição É a vazão distribuída por metro de rede 𝑞𝑑 𝑄 σ 𝐿𝐹 𝑙 𝑠 𝑚 27 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas 8 Procedimento na Planilha de Cálculo Sequência de Cálculo a Trechos Anotar os números dos trechos b Comprimento Real Medir os comprimentos dos trechos e anotar na planilha 28 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Obra Material da Tubulação FF Comp FictTotal m Responsáveis Coeficiente de HazenWilliams 10000 Terreno m Vazão de Distribuição ls NAmáx m Data Vazão de Distribuição Esp lsm NAmin m Trecho Compr Real m Compr Fictício m Vazão Montante ls Vazão Marcha ls Vazão Jusante ls Vazão Cálculo ls Diâmetro mm Vel ms Perda de Carga Unitária mm Cota Piez Montante m Perda de Carga Total m Cota Piez Jusante m Cota do Terreno Jusante m Pressões de Jusante Dinâmica mca Pressões de Jusante Estática mca Obs DIMENSIONAMENTO DE REDE DE ÁGUA RAMIFICADA OU SECCIONAMENTO FICTÍCIO Cotas do Reservatório c Comprimento Fictício Verificar na planta e anotar os comprimentos fictícios conforme condições estabelecidas no item 6 Calcular a soma dos comprimentos fictícios 𝐿𝐹 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐿𝐹 Calcular a vazão de distribuição específica 𝑞𝑑 𝑄 σ 𝐿𝐹 𝑙 𝑠 𝑚 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑄 é 𝑎 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑖𝑡𝑒𝑚 3 29 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas d Vazão em Marcha 𝑄𝑚 𝐿𝐹 𝑞𝑑 𝑙 𝑠 e Vazão à Jusante do Trecho Nos pontos de extremidade da rede a vazão é zero Nos trechos de intermediários a vazão é a soma das vazões de montante dos trechos seguintes 30 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas f Vazão à Montante do Trecho 𝑄𝑀 𝑄𝐽 𝑄𝑚 𝑙 𝑠 g Vazão de Cálculo É a média entre a Vazão à Jusante e a Vazão à Montante 𝑄𝐶 𝑄𝑀 𝑄𝐽 2 𝑙 𝑠 ATENÇÃO Caso 𝑄𝐶 seja inferior à 060 𝑙 𝑠 adotar 𝑸𝑪 𝟎 𝟔𝟎 𝒍 𝒔 31 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Esta condição costuma ocorrer em trechos extremos das redes Equivalente a vazão de duas torneiras de jardim no fim do trecho h Escolha do Diâmetro do Trecho A NBR12218 estabelece as seguintes condições Diâmetro mínimo do trecho 50mm Velocidade mínima do escoamento 060ms Velocidade máxima do escoamento 350ms Para respeitar Ø𝑚𝑖𝑛 e 𝑉𝑚𝑖𝑛 simultaneamente a menor vazão na rede deveria ser de 118 ls para Ø50𝑚𝑚 𝑄 𝑉 𝐴 Como habitualmente há muitos trechos com valores de vazão inferiores a 118 ls não é possível respeitar a condição de velocidade mínima 32 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Pela fórmula Universal 𝑄 1000 𝜋 2 𝑙𝑜𝑔10 027 𝜀 0001 𝐷 178 υ 0001 𝐷 𝑔 0001 𝐷 𝐽 0001 𝐷 2 𝑔 𝐷 𝐽 1000 Por HazenWilliams 𝑄 2793 𝐶 𝐷 1000 263 𝐽054 Onde D em mm J em mm 33 Saneamento A PUC Campinas 2023 Cálculo de Vazões A exigência de uma velocidade mínima é procedente quando se trata de escoamento de fluidos com resíduos em suspensão como no caso do esgoto o que não é o caso quando se trata do sistema de água potável Quanto a 𝑉𝑚á𝑥 apesar da norma estabelecer o limite de 35ms usualmente as velocidade são inferiores a 20ms pois velocidade saltas provocam perdas de carga grandes o que não é conveniente Na prática costumase estabelecer as vazões máximas nas canalizações limitandose a perda de carga a 80mkm 34 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Utilizandose a Fórmula Universal temse PVC k 006mm Ferro Fundido k 100mm 𝑄𝑚á𝑥 para j 0008mm 8mkm 35 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Rugosidade absoluta do tubo Material Ø50 Ø75 Ø100 Ø125 Ø150 Ø200 Ø250 Ø300 Ø325 Ø350 Ø400 PVC 106 314 676 1225 1984 4276 7649 12361 15266 18538 26335 Ferro Fundido 077 231 499 907 1474 3169 5729 9286 11477 13960 19867 Q 1000η log₁₀ 027 E 178 V 0001D 0001Dg0001Dj 0001D²gDj1000 Qmáx p Ø50mm PVC 106 ls Como é calculado Fórmula Universal Exemplo para o Ø50mm de PVC PVC K006mm000006mε rugosidade aparente j0008mm perda de carga unitária ν100710⁶m²s viscosidade cinemática da Água p 20ºC Utilizandose da fórmula HazenWilliams temse PVC c 140 Ferro Fundido c 100 𝑄𝑚á𝑥 para j 0008mm 8mkm 38 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Material Ø50 Ø75 Ø100 Ø125 Ø150 Ø200 Ø250 Ø300 Ø325 Ø350 Ø400 PVC 109 317 676 1215 1963 4184 7524 12153 15001 18229 25899 Ferro Fundido 078 227 483 868 1402 2988 5374 8681 10715 13021 18499 Como é calculado HazenWilliams Exemplo para o Ø50mm de PVC PVC C140 Coeficiente de HazenWilliams j 0008 mm perda de carga unitária i Velocidade 𝑄 𝑉 𝐴 𝑉 𝑄 𝑚3 𝑠 𝐴𝑚² 𝑽 𝟒𝟎𝟎𝟎 𝑸 𝝅 𝑫² 41 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas ls mm Para entrar com D diâmetro em mm e resultar em uma vazão em m³s a equação é calculada por Q 2793CJ⁰⁵⁴0001D²⁶³ Qmáx para Ø50mm PVC 109 1s j Perda de Carga Pela Fórmula Universal ou Pela Fórmula de HazenWilliams 42 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Pela Fórmula Universal ΔH Lfv² ΔH j fv²D2g j 8fQ²π²gD⁵ m³s Converter para 1s e mm 8 f 1 g s² Q² 1 s 1 D⁵ 1 mm 8 f 1 g s² Q² 0001 m³ ² 1 s 1 D⁵ 0001 m⁵ 8 f 1 g D⁵ m s² m s² m 10⁶ 1 m⁵ 1 10¹⁵ 8 f Q² 10⁹ m π² g D⁵ m m j 8 10⁹ f Q² D⁵ m m e o fator de Atrito f parâmetro utilizado p calcular as perdas de carga em uma tubulação para o regime turbulento rugoso temos 1 f 2 log₁₀ E 371 D Re f f 2 log10 fracE37D 502 log10 fracE 14537D frac1Re 2 Número de Reynolds Medida da Razão entre a força de Inércia de um elemento fluído e os efeitos viscosos desse elemento Re 0001VD 1007106 m2s k Perda de Carga no Trecho 𝐻 𝐻 𝑗 𝐿𝑅 50 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Comprimento Real do Trecho Por HazenWilliams Delta H 10641 L fracQ185C185D487 Delta H j 106410001Q frac1C1850001D487 l Cota Piezométrica à Montante Para o Trecho 1 será a cota do 𝑁𝐴𝑚𝑖𝑛 do Reservatório Para os demais trechos será a cota piezométrica de jusante do trecho que os alimento 51 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas m Cota Piezométrica à Jusante 𝐶𝑃𝐽 𝐶𝑃𝑀 𝐻 52 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas n Cota do Terreno à Jusante Levantar as cotas através das curvas de nível ou dos perfis das ruas 53 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas o Pressão Dinâmica Disponível 𝑃𝐷 𝑃𝐽 𝐶𝑃𝐽 𝐶𝑇𝐽 54 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas Cota do Terreno à Jusante o Pressão Estática A pressão estática é calculada em relação ao 𝑁𝐴𝑚á𝑥 do reservatório 𝑃𝐸 𝑁𝐴𝑚á𝑥 𝐶𝑇𝐽 55 Saneamento A PUC Campinas 2023 Dimensionamento de Redes Ramificadas