Redes de Distribuição de Água: Tipos e Características

Redes de Distribuição de Água Departamento de Ciência e Tecnologia Ambiental Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária SAA 7º Período Professor MSc Túlio Floripes Introdução Parte do sistema de distribuição de água constituída de tubulações e acessórios destinados a levar a água potável até os consumidores de forma contínua em quantidade e qualidade e pressão adequadas Componente do sistema mais caro cerca de 50 a 75 do custo total das obras Partes que se encontram sob constante vigilância Grande atençãofiscalização deve centrarse nos requisitos de qualidade e perda de água Tipos de redes Canalização principal Tubulações de maior diâmetro que tem por finalidade abastecer as tubulações secundárias podendo também ser chamadas de conduto tronco ou canalização mestra Malhada Desvantagens São tubulações de menor diâmetro e tem a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema de abastecimento de água Ramificada Mista Dependem da disposição das canalizações principais e o sentido de escoamento nas tubulações secundárias Tipos de redes Ramificada Abastecimento realizado a partir de um reservatório ou estação elevatória para uma tubulação tronco e em seguida para condutos secundários sendo conhecido o sentido da vazão em qualquer trecho Nesse tipo de rede um acidente em qualquer trecho da tubulação com interrupção do fornecimento de água compromete toda a rede a jusante da mesma Adoção desse tipo de rede é recomendável somente em casos em que a topografia e os pontos a serem abastecidos não permitam o traçado como rede malhada Tipos de redes Ramificada em espinha de peixe A partir de conduto principal central derivamse em forma de ramificações o outros condutos principais Geralmente utilizado para o abastecimento de áreas com desenvolvimento linear Tipos de redes Ramificada em grelha Os condutos principais são sensivelmente paralelos sendo ligados a uma única extremidade que os alimentam Tipos de redes Rede malhada Constituídas de tubulações principais que formam anéis ou blocos esse tipo de traçado permite que qualquer ponto de abastecimento do sistema seja abastecido por mais de um caminho Esse tipo de rede confere maior flexibilidade no fornecimento de manutenção da rede com mínimo de interrupção no fornecimento de água Pode ser no formato de anéis ou blocos Tipos de redes Rede malhada em anéis Tipo de traçado mais comum na maioria das cidades Apresenta bom funcionamento desde que tenha sido criteriosamente dimensionada através da análise apropriada de circulação da água Medição de vazão mais trabalhosa em função da quantidade de registros a serem manobrados Tipos de redes Rede malhada em blocos Confere maior facilidade para implantação de controle de perdas Redes internas aos blocos são alimentadas apenas por dois pontos apresentando vantagens na medição de vazão e consequente melhor no gerenciamento de perdas Tipos de redes Rede malhada em blocos Principais vantagens Controle mais preciso da pressão e melhoria na qualidade da distribuição Minimização da área desabastecida nos casos de acidentes ou de manutenção Melhoria da eficiência na manutenção da rede Tipos de redes Rede malhada em blocos recomendações de traçado Ligações domiciliares unicamente na rede secundária Redes primárias dimensionamento pelo critério tradicional sendo que a rede principal não distribui em marcha e o espaçamento máximo é definido em função da modulação dos blocos de redes secundárias e de suas entradas Redes secundárias são formadas por blocos de redes malhadas com cerca de 3 a 5 km de extensão em cada bloco interligada a rede principal Recomendações para o traçado da rede Recomendações para o traçado da rede principal As tubulações principais devem preferencialmente formar circuitos fechados sempre que o traçado urbanístico permita As tubulações principais devem ser direcionadas às zonas de maior demanda próximas onde se localizam as vazões singulares de consumidores especiais e onde está previsto o abastecimento de água para combate incêndio As tubulações devem ser localizadas em vias ou áreas públicas Devese dar preferências às vias não pavimentadas onde o trânsito não seja intenso onde não exista outras interferências significativas na via pública e onde as condições do solo sejam as melhores não só pela maior facilidade de execução das obras mas também pela garantia quanto aos recalques e movimentação das tubulações Recomendações para o traçado da rede Recomendações para o traçado da rede secundária Devem cobrir todo o arruamento existente na área a ser beneficiada Devem ser dispostas sempre que possível sob os passeios Dependendo da largura da via do seu tipo de pavimento e da intensidade do trânsito pode ser necessário a implantação de uma rede dupla ou seja uma tubulação para cada passeio De modo geral devese procurar limitar o comprimento da tubulação secundária a 600 m alimentandoa sempre pelas duas extremidades As tubulações secundárias devem formar rede malhada evitandose ao máximo as extremidades mortas podendo ou não ser interligadas nos pontos de cruzamento Em ruas onde exista uma tubulação principal com diâmetro superior a 300 mm deve ser prevista uma tubulação secundária para receber as ligações prediais Alternativas para o fornecimento de água a rede Reservatórios elevados enterrados ou semienterrados Alternativas para o fornecimento de água a rede Reservatórios elevados enterrados ou semienterrados Dependendo da necessidade do sistema será necessária a utilização de um reservatório de sobra para manter a pressão na rede durante as horas de consumo máximo É recomendável que o tempo de reservação no reservatório de sobras não ultrapasse 2 dias mantendo assima qualidade da água Alternativas para o fornecimento de água a rede Estações elevatórias Com o uso de bombas de rotação constante ou rotação variável podese manter a pressão na rede praticamente constante Alternativas para o fornecimento de água a rede Alimentação direta na rede através de vários pontos Vazão de dimensionamento Vazão de distribuição em marcha Vazão específica de distribuição Obs Para determinar a vazão concentradas em nós basta multiplicar a vazão específica pela área de influência do nó é possível que ocorra duas ou mais vazões específica na área de influência de um mesmo nó Nesse caso a vazão concentrada no nó será a soma das duas vazões Vazão de dimensionamento Recomendações para as vazões de dimensionamento da rede Devem ser estabelecidas as vazões para dimensionamento para atender áreas específicas As vazões para áreas em expansão devem ser consideradas Devem ser identificados os consumidores singulares e os respectivos consumos mediante levantamento de campo ou outro procedimento devidamente justificado Não devem ser previstas demandas especiais para combate a incêndios em condições operacionais normais de rede Dimensionamento das redes Análise hidráulica Equação da continuidade aplicada em cada nó Equação da resistência em cada trecho Objetivo Determinação das cotas piezométricas nos nós Determinação das vazões nos trechos Dimensionamento das redes Análise hidráulica Cálculo da perda de carga pela equação universal Determinar f pela equação de Colebrook White ou Swanee e Jain Verificação da capacidade máxima da rede existente Determinação das vazões nos trechos Determinação das cotas piezométricas nos nós Diâmetros e comprimentos da rede conhecidos problema determinado e solução única Dimensionamento das redes Dimensionamento da rede Determinação de diâmetros Determinação das cotas piezométricas nos nós Determinação das vazões nos trechos Determinação condicionada a critérios de velocidade e pressão na rede podendo admitese várias soluções uma opção é a de mínimo custo Fixamse os limites de pressão e velocidade e escoamento para o bom funcionamento da rede Admitemse os valores para diâmetros dos vários trechos em função das velocidades limites as vazões são conhecidas Calculamse os valores das pressões nos pontos de interesse da rede Verificamse as condições impostas de pressão estão sendo atendidas Caso as pressões não estejam sendo atendidas alteramse os diâmetros admitidos e repetemse os cálculos até valores satisfatórios Análise hidráulica Dimensionamento das redes Pressão dinâmica mínima 100 KPa 10 mca Pressão estática máxima Pressões mínimas e máximas na rede 400 KPa 40 mca Para que água alcance os reservatórios domiciliares Função da resistência das tubulações e controle das perdas de águas Obs Obedecidas às condições de pressão mínima as máximas devem ser as menores possíveis Obs Valores de pressão estática superiores a máxima e da pressão dinâmica inferiores a mínima podem ser aceitos desde que justificados técnica e economicamente Obs Em regiões com topografia acidentada segundo a NBR 1221817 a pressão máxima poderá chegar a 500 Kpa Obs Sempre tentar manter a pressão máxima entre 250 e 300 KPa com o objetivo de diminuir perdas reais Dimensionamento das redes Pressões mínimas e máximas na rede É comum a divisão da rede em zonas de pressão onde cada zona é atendida por um reservatório Para zona alta é comum utilizarse reservatório elevado ou booster Para zonas baixas e médias é comum o uso de reservatórios apoiados enterrados ou semi enterrados eou válvula redutora de pressão Obs Trechos de condutos principais que não abastecem consumidores ou tubulações secundárias não estão sujeitos aos limites de pressão estabelecidos mas devem ser verificados quanto à estabilidade estrutural e à segurança sanitária Dimensionamento das redes Velocidades mínimas e máximas Limitações associadas a segurança e durabilidade das tubulações bem como o custo de implantação e operação Baixas velocidades favorecem a durabilidade sob aspectos de abrasão minimizando ainda os efeitos dos transientes hidráulicos Entretanto facilitam a deposição de materiais existentes na água Velocidades altas diminuem o diâmetro da tubulação e consequentemente aumentam a perda de carga o que influencia no aumento com aquisição e assentamento da tubulação além do aumento com energia elétrica nos bombeamentos Altas velocidades causam ruídos na tubulação e favorecem o desgaste por abrasão e cavitação das peças e válvulas aumentando custos com manutenção Dimensionamento das redes Velocidades mínimas e máximas Velocidade mínima 04 ms Velocidade máxima de 35 ms Esses limites referemse às demandas diárias no início e no final da etapa de execução da rede A velocidade máxima deve corresponder a uma perda de carga de até 10mkm Dimensionamento das redes Diâmetro mínimo Diâmetro mínimo de 50 mm para as tubulações secundárias NBR 1221894 Não há indicação para as tubulações primárias segundo a NBR 1221894 entretanto as concessionárias de abastecimento podem fazer exigências quanto a esse diâmetro Como referência a antiga norma PNB 59477 da ABNT recomendava os seguintes diâmetros mínimos para rede principal Igual a 150 mm quando abastecendo zonas comerciais ou zonas residenciais com densidade igual ou superior a 150 habdia Igual a 100 mm quando abastecendo as demais zonas de núcleos urbanos cuja população de projeto é superior a 5000 habitantes Igual a 75 mm para núcleos urbanos cuja população de projeto é igual ou inferior a 5000 habitantes Roteiro para Elaboração de Projeto Determinação da área a ser atendida Estudo demográfico da área a ser atendida Concepção do sistema de distribuição Estudos das zonas de pressão Estudos de setorização Traçado da rede de distribuição Estarem o mais próximo possível dos locais onde haja necessidade de maiores vazões Serem dispostos de modo que a distância entre os condutos aproximadamente paralelo esteja entre 300 e 600 m Serem dispostos aproveitando passagens existentes quando se tiver que cruzar ferrovias rodovias ou cursos dágua Preferência às ruas onde não haja outras utilidades públicas subterrâneas Preferência às ruas onde as condições geotécnicas sejam favoráveis Roteiro para Elaboração de Projeto Seleção dos pontos de concentração de vazões Extensão dos trechos Área de influência dos nós Vazões específicas Vazões concentradas nos nós Vazões nos trechos Vazões nos hidrantes Projeto de rede de distribuição de água Dimensionamento de Redes Métodos Métodos usados no dimensionamento de redes malhadas Métodos de Otimização custo mínimo da rede de tubulações com seu sistema de bombeamento método de Granados considera a variação do preço das tubulações em função de seus tipos diâmetros e classes Método do seccionamento Método de cálculo iterativo método da correção de vazões HardyCross Método da linearização matricial Obs A NBR 1221817 determina que o dimensionamento e a analise global do sistema hidráulico devem ser realizados por simulações hidráulicas que garantam resíduos máximos de vazão e de carga piezométrica de 01 Ls e 05 kPa respectivamente Tradicional normalmente utilizado Dimensionamento das redes ramificadas Método Tradicional Passos a Calcular a vazão total na rede b Medir a extensão da rede L m c Calcular a vazão específica relativa à extensão da rede d Numerar os trechos de jusante para montante começar pelo trecho mais afastado do reservatório que receberá o número 1 c Preencher a planilha Dimensionamento das redes ramificadas Método Tradicional Passos Dimensionamento das redes ramificadas Método Tradicional Passos Planilha 1 Trechos 2 Extensão 3 Vazão do trecho Qt qmx L L comprimento do trecho 4 Vazão de jusante igual a 0 nas extremidades da rede 5 Vazão de montante Qm vazão de jusante Qj vazão do trecho 6 Vazão fictícia Dimensionamento das redes ramificadas Método Tradicional Passos Planilha 7 Diâmetro prédimensionamento através de tabela conferencia eou cálculo direto pelo critério da velocidade máxima estabelecido na norma 8 Velocidade calculada através da equação da continuidade 9 Perda de carga unitária calculada por uma das equações descritas na norma 10 Perda de carga no trecho perda de carga unitária x L 11 Cota do terreno Dimensionamento das redes ramificadas Método Tradicional Passos Planilha 12 Cotas piezométricas a jusante e a montante escolher o ponto mais desfavorável admitese a pressão dinâmica de 10 mca 13 Pressão disponível a montante e a jusante cota piezométrica cota do terreno 14 Análise final verificar se as pressões situamse nos limites estabelecidos pela norma a cota piezométrica neste ponto será conta do terreno 10 mca a cota piezométrica a montante desse trecho será cota piezométrica a jusante perda de carga no trecho