Redes de Distribuicao Hidraulica - Tipos e Vazoes

19122023 1 1001372 Hidráulica dos Condutos Forçados Prof Gabriel Dibbern Sacchi gabrielsacchiufscarbr Aula 6 Redes de Distribuição Tipos de Rede Vazão de Adução Análise Hidráulica Rede Ramificada Sistema de abastecimento Tipos de Rede 19122023 2 Definições Tubulações principais tubulação da rede de distribuição de maior diâmetro com a finalidade de abastecer tubulações secundárias Dmín 75mm recomendação Tubulações secundárias tubulação da rede de distribuição de menor diâmetro com a função de abastecer os pontos de consumo Dmín 50mm Norma Nó ponto de derivação de vazão eou mudança de diâmetro Trecho tubulação entre dois nós Tipos de redes REDE RAMIFICADA tubulação principal que alimenta tubulações secundárias não formando circuitos fechados Quando os pontos a serem abastecidos não permitem outro tipo de traçado regiões com desenvolvimento linear Maior risco de desabastecimento em caso de acidentes nos pontos à jusante da ocorrência Tipos de redes REDE MALHADA constituída por tubulações interligadas em circuitos fechados Constituídas por tubulações principais que formam anéis ou blocos as redes internas ao bloco são alimentadas apenas por dois pontos de modo que podese abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um caminho permitindo maior flexibilidade na operação e manutenção Condições hidráulicas Deve obedecer pressão velocidade e diâmetro Topografia é determinante no projeto Pressão dinâmica mínima 10 mca Pressão estática máxima 40 mca Caso a topografia seja muito acidentada utilizar bombas booster ou válvula redutora de pressão Em geral Rede principal 100mm Rede secundária 50mm 0001mm J 001mm 06 ms Velocidade 12 ms 19122023 3 Vazão de Adução Vazão de adução e distribuição 𝑄 𝑃 𝑞 3600 ℎ 𝐿 𝑠 Q vazão média anual Ls P previsão populacional hab q consumo per capita Lhabdia h período de funcionamento do sistema h Vazão de adução e distribuição 𝑄𝑎 𝑘1𝑄 𝑄𝑒𝑠𝑝1 𝐶𝐸𝑇𝐴 𝑘1 𝑃 𝑞 𝑄𝑒𝑠𝑝1 3600 ℎ 𝐶𝐸𝑇𝐴 𝐿 𝑠 Qa Vazão de adução vazão que deve ser tratada pela ETA k1 coeficiente do dia de maior consumo considera as variações diárias ao longo do ano normalmente entre 125 e 15 Qesp1 Vazão especial demanda gerada por consumidores especiais considerando o dia de maior consumo CETA coeficiente de consumo na ETA normalmente de 4 a 8 Curso de água Rede Reservatório de distribuição Captação Qa Qa Qb Qc Estação de Tratamento Estação elevatória Variações diárias Coeficiente do dia de maior consumo K1 𝐾1 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑛𝑜 𝑎𝑛𝑜 Devem ser excluídos os consumos dos dias que ocorreram acidentes NBR 1221192 5 anos no mínimo de dados consecutivos 19122023 4 Vazão de adução e distribuição 𝑄𝑏 𝑘1𝑄 𝑄𝑒𝑠𝑝1 𝑘1 𝑃 𝑞 𝑄𝑒𝑠𝑝1 3600 ℎ 𝐿 𝑠 Qb Vazão de reservação vazão que deve ser recalcada ao reservatório Curso de água Rede Reservatório de distribuição Captação Qa Qa Qb Qc Estação de Tratamento Estação elevatória Vazão de adução e distribuição 𝑄𝑐 𝑘1𝑘2𝑄 𝑄𝑒𝑠𝑝2 𝑘1 𝑘2 𝑃 𝑞 𝑄𝑒𝑠𝑝2 3600 ℎ 𝐿 𝑠 Qc Vazão de distribuição vazão que deve ser distribuída aos consumidores k2 coeficiente da hora de maior consumo considera as variações horárias ao longo do dia de maior consumo normalmente 15 Qesp2 Vazão especial 2 demanda gerada por consumidores especiais considerando a hora de maior consumo Curso de água Rede Reservatório de distribuição Captação Qa Qa Qb Qc Estação de Tratamento Estação elevatória Para Qc h 24 horas SEMPRE Variações no consumo diário Vazão máxima Horas do dia 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Vazão média Vazão s Variações horárias Coeficiente da hora de maior consumo K2 𝐾2 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 Análise Hidráulica 19122023 5 Análise Hidráulica Equação de continuidade Q VA Equação da resistência H rQn Perda de carga distribuída Fórmula Universal ou Equação de HazenWilliams Perdas de carga localizadas Negligenciadas no cálculo da rede Rede existente consiste em determinar as vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós para uma rede com diâmetros e comprimentos conhecidos Rede nova determinase as vazões nos trechos os diâmetros e as cotas piezométricas nos nós restringindo a velocidade de escoamento Este problema é determinado e tem solução única Este problema admite várias soluções procurar se a solução de mínimo custo Fixar limite de pressão e velocidade Admite o diâmetro em função da velocidade Calculase as pressões nos pontos de interesse Verificase as pressões e os limites estabelecido Dimensionamento Pressões Pressão dinâmica mínima permite que a água alcance os reservatórios domiciliares 10mca Pressão estática máxima resistência da tubulação e controle das perdas 40mca podendo chegar a 50mca em regiões acidentadas Se possível trabalhar com valores entre 25 e 30mca As pressões estáticas e dinâmicas estão relacionadas com os níveis máximo e mínimo do reservatório Velocidade Velocidade baixa mínima de 04 ms Menor abrasão das tubulações e peças especiais Minimiza efeito dos transitórios hidráulicos Facilita depósito de materiais Velocidade alta perda de carga máxima de 001mm Menor diâmetro da tubulação e consequentemente menor custo de aquisição e assentamento Aumento da perda de carga Aumento da abrasão nas tubulações e peças Vmáx 06 15D D mm Vmáx ms Qmáx Ls 50 068 134 60 069 195 75 071 314 100 075 589 125 079 969 150 083 1467 200 090 2827 250 098 4786 300 105 7422 350 113 10872 400 120 15080 500 135 26510 19122023 6 Rede Ramificada Exercício 1 Dimensionar a rede de distribuição de água indicada na Figura Dados adicionais População a ser abastecida 5000hab Consumo per capita 250Lhabd Coeficiente do dia de maior consumo K1 15 Coeficiente da hora de maior consumo K2 18 Horas de funcionamento da rede 24 hd Tubulação de ferro fundido com C 130 HazenWilliams O trecho AB não tem vazão de distribuição em marcha sem consumidores Desconsidere as perdas de carga localizadas Cotas topográficas nos pontos segundo Tabela Ponto A B C D E F G Cota m 60 70 80 110 80 100 60 Trecho L m Vazão Ls DI mm J mm H m Cota topográfica m Cota piezométrica m Pressão disponível mca Qj qmL Qm Qf Montante Jusante Montante Jusante Montante Jusante AB BC CD CE EF EG Planilha de cálculo Dimensionamento Passo 1 Identificar os nós e pontos de interesse o dimensionamento será realizado no sentido da vazão Passo 2 Determinar o comprimento de cada trecho Lt Passo 3 Calcular a vazão específica de distribuição em marcha qm O valor é constante para todos os trechos da rede e igual a 𝒒𝒎 𝑲𝟏𝑲𝟐𝑷𝒒 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎 𝑳 qm vazão específica de distribuição em marcha Lsm L extensão total da rede com distribuição em marcha m 19122023 7 Dimensionamento Passo 4 Determinar a vazão de jusante Qj Na extremidade de um ramal ponta seca Qj 0 Na extremidade de jusante de um trecho qualquer Qj Qm dos trechos jusante Passo 5 calcular a vazão de montante do trecho Qm Qj qm Lt qm vazão de distribuição em marcha Lsm Lt extensão do trecho m Passo 6 calcular a vazão fictícia Qf Qf Qm Qj 2 Se Qj 0 Qf Qm3 Se Qj 0 Porto 2004 Trecho L m Vazão Ls Qj qmL Qm Qf AB 65 3906 000 3906 3906 BC 50 3183 723 3906 3545 CD 50 000 723 723 418 CE 70 1447 1013 2459 1953 EF 60 000 868 868 501 EG 40 000 579 579 334 D I mm Vmáx ms Qmáx Ls 50 068 134 60 069 195 75 071 314 100 075 589 125 079 969 150 083 1467 200 090 2827 250 098 4786 300 105 7422 350 113 10872 400 120 15080 500 135 26510 Dimensionamento Passo 7 Determinar o diâmetro D com a vazão de montante obedecendo aos limites NBR 122182017 V 04 ms e J 001mm utilizar Tabela de velocidades e vazões máximas em redes de abastecimento PORTO 2006 Passo 8 Calcular a perda de carga determinada para D e Qf Fórmula Universal ou HazenWilliams Cuidado com a variação nos diâmetros em especial em único trecho pequeno pois pode dificultar na manutenção de peças para reparos e novas ligações Trecho L m Vazão Ls DI mm J mm H m Qj qmL Qm Qf AB 65 3906 000 3906 3906 250 0003 0180 BC 50 3183 723 3906 3545 250 0002 0116 CD 50 000 723 723 418 125 0001 0065 CE 70 1447 1013 2459 1953 200 0002 0160 EF 60 000 868 868 501 125 0002 0109 EG 40 000 579 579 334 100 0003 0102 19122023 8 Dimensionamento Passo 9 Definir as cotas topográficas do terreno Z relativas aos nós de montante e jusante do trecho Passo 10 Calcular as cotas piezométrica CP de montante e jusante a partir do NAmin no reservatório Denominase esse ponto conhecido de X a partir dele todas as cotas piezométricas podem ser determinadas em função da perda de carga CPA X h X cota de nível de água mínimo no reservatório elevado m h perda de carga entre o reservatório e o ponto A m h X Nível de referência Linha piezométrica consumo máximo Linha piezométrica consumo nulo CPA NAmin Pode ser utilizado um valor maior de 12 a 15 mca para compensar o fato de que não estamos considerando as perdas localizadas e em alguns casos olhamos apenas a rede principal Dimensionamento Passo 11 Calcular a pressão disponível em cada nó em função de X A pressão disponível no nó A é Pdisp A CPA ZA CPA Cota piezométrica no ponto A m ZA cota topográfica do ponto A m Pdisp A pressão dinâmica disponível em A mca Para o ponto mais desfavorável Pdisp 10 mca o valor de X é calculado portanto o problema fica resolvido Ponto mais desfavorável mais alto eou mais afastado do reservatório h X Nível de referência Linha piezométrica consumo máximo Linha piezométrica consumo nulo PdispA ZA NAmin A Trecho L m Vazão Ls DI mm J mm H m Cota topográfica m Cota Piezométrica m Pressão disponível mca Pressão disponível mca Qj qmL Qm Qf Montante Jusante Montante Jusante Montante Jusante Montante Jusante AB 65 3906 000 3906 3906 250 0003 0180 6 7 0180 600 718 1736 1618 BC 50 3183 723 3906 3545 250 0002 0116 7 8 0180 0296 718 830 1618 1506 CD 50 000 723 723 418 125 0001 0065 8 11 0296 0361 830 1136 1506 1200 CE 70 1447 1013 2459 1953 200 0002 0160 8 8 0296 0456 830 846 1506 1491 EF 60 000 868 868 501 125 0002 0109 8 10 0456 0565 846 1057 1491 1280 EG 40 000 579 579 334 100 0003 0102 8 6 0456 0558 846 656 1491 1680 Exercício 2 No sistema hidráulico mostrado uma bomba recalca água para uma rede de distribuição através de uma caixa de passagem com NA mantido na cota 51000 A jusante do ponto A existe uma distribuição em marcha com vazão constante e igual a q 0008Lsm Todas as tubulações têm coeficiente de rugosidade C 120 e estão indicadas todas as cotas topográficas Os pontos C E e F são pontas secas Determinar Todos os diâmetros assuma que o diâmetro mínimo deva ser de 100 mm A carga de pressão disponível nos pontos A B C D E e F A potência do motor elétrico comercial para o conjunto elevatório Pot 125 hp Assumir rendimento da bomba de 65 coeficiente a fórmula de Bresse K 10 perda de carga na sucção 5 da perda no recalque despreze as perdas localizadas no recalque e as cargas cinéticas Tubulação de sucção um diâmetro comercial acima do diâmetro de recalque D comercial 50 75 100 125 150 200 250 mm