Dimensionamento de Adutoras e Perda de Carga em Sistemas de Abastecimento de Água

Sistema de Abastecimento de Água Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 12 Dimensionamento de adutoras 2 Perda de Carga Distribuída Definições Perda de energia irreversível na forma de calor Tensões cisalhantes entre as camadas de fluido predominância nos escoamentos laminares Vórtices criados pela turbulência do escoamento predominância nos escoamentos turbulentos Experiência de Nikuradse 𝑝 𝑓 𝜌 𝑣 𝐷 𝐿 𝜇 𝜀 𝑝 𝜌𝑣2 𝐿 𝐷 𝑓 𝑅𝑒 𝜀 𝐷 𝐻 𝑓 𝐿 𝐷 𝑣2 2𝑔 J 𝑓 𝐷 𝑣2 2𝑔 3 Fator de Atrito Experiência de Nikuradse 4 1933 Determinação do fator de atrito Experiência de Nikuradse 5 Tubos Hidraulicamente Lisos Fórmula de Blasius 3000 Rey 105 Geral ColebrookWhite transição lisorugosos SwameeJain 106 ED 102 5103 Rey 108 SwameeJain geral Fórmulas Empíricas 8 HazenWillians escoamento turbulento de transição água à 20oC diâmetro maior que 4 Fórmula de Flamant tubos de parede lisa tubos plásticos de pequeno diâmetro instalações prediais Fórmula de Scobey redes de irrigação por aspersão ou gotejamento com tubos leves Fórmula de FairWhippleHsiao instalações prediais de água quente ou fria com trechos curtos variações de diâmetros e grande número de conexões tubos menores que 4 Perda de Carga Localizada 9 As instalações de transporte de água Trechos retilíneos unidas por acessórios por exemplo válvulas curvas derivações registros bombas etc Presença de acessórios Ocorrência da alteração de módulo ou direção da velocidade média e consequentemente de pressão localmente Proporciona acréscimo de turbulência que produz perdas de cargas que devem ser agregadas às perdas distribuídas Recebem o nome de Perda de carga Localizadas ou Singulares Perda de Carga Localizada 10 Definições de perda de carga localizada Perda de energia em um ponto definido da tubulação onde ocorre a mudança de módulo eou direção da velocidade Quanto mais brusca a mudança maior será a perda Ensaios empíricos para definir a perda que cada acessório provoca De forma geral 𝐻𝐿 𝑘 𝑉2 2 𝑔 Perda de Carga Localizada 11 Expressão Geral das Perdas Localizadas 𝐻𝐿 𝐾 𝑉2 2 𝑔 K Coeficiente de perda de carga localizada V Velocidade média na seção de menor diâmetro Relevância das Perdas Localizadas Em tubulações curtas sucção de bombas Instalações prediais grande numero de acessórios Normalmente desprezadas quando L 4000D 𝐻 𝐻𝑒 𝑍 𝐻 𝐻𝑑 𝐻𝐿 𝑍 𝑓 𝐿 𝐷 𝑉2 2 𝑔 𝐾 𝑉2 2 𝑔 Exercício 1 12 Dois reservatórios deverão ser interligados por uma tubulação de ferro fundido C130 com um ponto alto em C a A capacidade de vazão considerando um diâmetro D de 200 mm e a pressão em C b O menor diâmetro comercial para a tubulação BD capaz de conduzir 70 ls sob a condição de carga de pressão na tubulação superior ou igual a 20 m Custos 15 Tubos 55 Escavação 20 Assentamento alinhamento e cobertura 10 Estruturas blocos de ancoragem poços de visita 2 Dispositivos de proteção 1 Aquisição de terreno 1 Projeto de engenharia 5 Administração 3 Juros 3 Projeto 16 Dimensionamento Escolher menor diâmetro possível para atender a vazão máxima utilizar toda a energia disponível Escolher diâmetro comercial acima do calculado menor perda de carga maior vazão Utilizar trechos com diâmetros diferentes Utilizar válvula para controle de vazão 𝐻 𝑍 𝐻 𝐻𝑐 𝐻𝐿 D 1065 𝐿 𝑄185 𝑧1 𝑧2 𝐶185 1 487 𝑒𝑞 𝐻 𝑊 D 8 𝑓 𝐿 𝑄2 𝜋2 𝑔 𝑧1 𝑧2 1 5 𝑒𝑞 𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 Projeto 17 Parâmetros normativos ABNT NBR 1221512017 Projeto de adutora de água Parte 1 Conduto forçado 55 Dimensionamento e desenvolvimento do projeto da adutora 551 Velocidade mínima Para adutora de água bruta deve ser adotada a velocidade mínima de 06 ms e para água tratada de 03 ms Exceção pode ser aceita desde que tecnicamente justificada 552 Velocidade máxima As velocidades máximas de dimensionamento não podem ultrapassar aos 3 ms na tubulação Exceção pode ser aceita desde que técnica e economicamente justificada 5541 Para o dimensionamento hidráulico da tubulação deve ser considerado para o horizonte de projeto o coeficiente de Hazen Williams ou equivalente da equação universal e também o envelhecimento incrustação e deposição nas paredes da tubulação 57 Pressão de serviço 572 A pressão mínima atuante deve ser igual ou superior a 50 kPa em regime permanente na condição das vazãoões de estudo eou projeto Pressão mínima adotada inferior a indicada precisa ser justificada tecnicamente e aprovada pela operadoracontratante Pressão máxima Estrutura 18 Blocos de ancoragem Construídos nos pontos de deflexão e de mudança de diâmetro nas instalações de aparelhos peças especiais e conexões com juntas elásticas nos terminais de linha e nos trechos inclinados sujeitos a deslizamento com o objetivo de absorver os esforços resultantes da pressão exercida pela água nos mesmos Estrutura 19 Junta de dilatação absorvem a contraçãoexpansão dos materiais e reduzir os efeitos da vibração e movimentações da estrutura Perda de Carga Localizada 20 Válvula Gaveta Disco que se desloca paralelamente ao orifício da válvula e perpendicularmente à direção da vazão Utilizada apenas para bloqueio onoff Vantagens Provoca baixa perda quando totalmente aberta Ótima vedação quando fechada Geometria evita acúmulo de contaminantes Ampla faixa de operação temperatura e pressão Fabricável em diversos materiais Desvantagens Vibração e desgaste da gaveta durante seu curso Ganho alto próximo de seu fechamento operação instável Resposta lenta a eventos que necessitam de rápida atuação Operação inadequada em alta pressão Má lubrificação e aperto excessivo das gaxetas podem gerar problemas na operação Perda de Carga Localizada 21 Válvula Esfera Esfera alojada em uma cavidade que através de sua rotação se abre ou fecha similar à plug Apenas onoff muito utilizada em processos industriais Vantagens Provoca baixa perda quando totalmente aberta Ótima vedação quando fechada Geometria evita acúmulo de contaminantes Necessidade de pouco espaço físico haste Fechamento rápido Desvantagens Possibilidade de travamento e entupimento da esfera Maiores chances de causar golpe de aríete Possível distorção da cavidade e travamento do sistema Perda de Carga Localizada 22 Válvula Borboleta Possui um disco que gira em torno de um eixo para realizar o controle da vazão Aplicada em sistemas de grandes vazões Vantagens Provoca baixa perda quando totalmente aberta Barata leve e pequena Mesmo diâmetro da tubulação fácil instalação Operação simples Pode ser utilizada para grandes vazões Desvantagens Baixa vedação Grande força de atuação Sensível ao aumento de temperatura vedação Perda de Carga Localizada 23 Válvula Globo possui uma cavidade esférica com abertura controlada por um disco com haste vertical Válvula padrão para controle de vazão Vantagens Simplicidade do atuador Baixo riso de ruído e cavitação Ampla faixa de operação Opera com altas pressões e altas temperaturas Fácil automação Desvantagens Maior custo Maior peso Menor capacidade de vazão para o mesmo diâmetro maior perda Maior tempo de atuação Perda de Carga Localizada 24 Tipos de Válvulas Gaveta Esfera Borboleta Globo Estrutura 25 Válvulas de proteção Retenção permite o fluxo em apenas uma direção Redutora mantém a pressão à jusante controlada independentemente da vazão Ventosa permite a admissão esvaziamento e expulsão enchimento de ar na tubulação Alívio atua quando a pressão do sistema ultrapassa o limite de segurança liberando um jato para a atmosfera Referências HELLER L Org PÁDUA V L Org Abastecimento de água para consumo humano 3 ed v 1 Belo Horizonte Editora UFMG 2016 ISBN 97885423 01847 Tsutiya M T Abastecimento de água 3 ed São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 2006 643 p ISBN 8590082369 26