Cap6 adutoras

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Cap6 adutoras

  1. 1. 14-Feb-13 1 Adutoras Adutoras em Sistemas de Abastecimento de Água Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento e destinam-se a conduzir água entre as unidades que precedem à rede distribuidora.
  2. 2. 14-Feb-13 2 Adutoras em sistemas de abastecimento de água • Qualquer interrupção afeta o abastecimento de água a toda a população • Por falta de especificações convenientes dos materiais e pela inobservância de técnicas construtivas adequadas acidentes • Necessitam de cuidados especiais na elaboração do projeto e na implantação das obras • Recomenda-se criteriosa análise do traçado em planta e em perfil, a fim de verificar a correta colocação de seus órgãos acessórios e ancoragens nos pontos onde ocorrem esforços que possam causar deslocamento das peças Classificação das Adutoras • Quanto à natureza das águas transportadas – Adutora de água bruta – Adutora de água tratada • Quanto à energia para a movimentação da água – Adutora por gravidade • Em condutos forçados (tubos sujeitos a pressão superior à atmosférica) • Em conduto livre (canais, aquedutos ou tubos sujeitos à pressão atmosférica) – Adutora por recalque – Adutoras mistas
  3. 3. 14-Feb-13 3 Adutoras por gravidade Adutoras por recalque
  4. 4. 14-Feb-13 4 Adutoras mistas Traçado das adutoras • Uso de critérios técnicos e econômicos • Evitar regiões que forneçam obstáculo para a implantação, operação e manutenção (áreas pantanosas, submersas, com grandes declives, etc.) • Preferencialmente em faixa de domínio público • Traçado mais direto • Aproximando de estradas que facilitem sua implantação e manutenção futura
  5. 5. 14-Feb-13 5 Para diminuir o custo de implantação das adutoras, recomenda-se... • A adutora deverá ser implantada, de preferência em ruas e terrenos públicos • Deve-se evitar traçado onde o terreno é rochoso, pantanoso e de outras características não adequadas • A adutora deve ser composta de trechos ascendentes com declividade não inferior a 0,2% e trechos descendentes com declividade não inferior a 0,3%, mesmo em terrenos planos • Quando a inclinação do conduto for superior a 25%, há necessidade de se utilizar blocos de ancoragem para dar estabilidade ao conduto • Não se devem executar trechos de adução horizontal; no caso do perfil do terreno seja horizontal, o conduto deve apresentar alternadamente, perfis ascendentes e descendentes • São recomendados os traçados que apresentam trechos ascendentes longos com pequena declividade, seguido de trechos descendentes curtos, com maior declividade Para o traçado definitivo das adutoras... • Inspeção de campo para a escolha da melhor alternativa de traçado • Levantamento topográfico planialtimétrico e cadastral de uma faixa envolvendo o melhor traçado (de 30 a 60 metros de largura) • Sondagens de terreno a trado e a percurssão ao longo da faixa, para informações geotécnicas sobre o subsolo • Com os dados acima, deve-se lançar na planta da faixa, o eixo da adutora, que deverá ser estaqueado de 20 em 20 metros • Elaboração do perfil do terreno e da adutora
  6. 6. 14-Feb-13 6
  7. 7. 14-Feb-13 7 Vazão de adução
  8. 8. 14-Feb-13 8
  9. 9. 14-Feb-13 9
  10. 10. 14-Feb-13 10 • Para o dimensionamento das adutoras (conduto livre ou forçado), a rigor devem ser consideradas as perdas localizadas • No entanto, na maioria dos casos, estas perdas atingem valores desprezíveis, comparativamente às perdas por atrito ao longo das tubulações Dimensionamento das adutoras • Parâmetros para o cálculo: • Vazão (Q) • Velocidade (v) • Perda de carga unitária (J) • Diâmetro (D)
  11. 11. 14-Feb-13 11 Dimensionamento hidráulico Adutoras por gravidade • Elementos necessários: • Vazão máxima diária (Q vazão de adução em m3/s) • Desnível geométrico entre o nível d’água na tomada e na chegada (DG em m); • Comprimento da adutora (L medido em planta se a declividade do terreno for menor que 25%, caso seja maior, deve-se medir no perfil, em m) • Material do conduto que determina a rugosidade (C da fórmula de Hazen Williams ou K da fórmula Universal, adimensional). Pressão Estática Pressão Dinâmica Linha Piezométrica Q NA NA DG L Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade • Calcula-se a perda de carga unitária ideal ao longo da tubulação: Ji. Este valor conduziria ao D mais econômico, uma vez que utilizaria toda a energia disponível: Ji = DG/ L • Ji (m/m), DG (m), L (m) • Para adutoras com L 5.000D, não se considera as perdas localizadas
  12. 12. 14-Feb-13 12 Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade • Calcula-se o diâmetro teórico por Hazen-Williams: 1,85 . Q 1,85 4,87 10,65. C D Ji = • Q = vazão máxima diária (m3/s) • D = diâmetro teórico a ser calculado (m) • Ji = perda de carga unitária ideal (m/m) • C = admensional (função do material da tubulação) Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade Material da Tubulação (tubos novos) Valor de C Plástico 140 Ferro fundido ductil 130 Aço 130 Concreto armado 130 Fibra de vidro 140 • Adota-se o Diâmetro comercial imediatamente superior ao teórico calculado
  13. 13. 14-Feb-13 13 Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade • Com o Diâmetro comercial maior vazão • Para chegar na vazão requerida pode-se: a) Dar um fechamento parcial na válvula b) Energia despendida com o fechamento da válvula pode ser utilizada no próprio tubo (casos em que não se pode aumentar a vazão) Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade Calcula-se a nova perda de carga unitário (Jc) Calcula-se o novo desnível geométrico (DGc = Jc x L) Compara-se: – Se DG - DGc £ 0,05 DG utiliza-se Dc adotado como final. Haverá perda de energia igual a DG – DGc – Se DG - DGc 0,05 DG subdivide-se a adutora em dois sub-trechos de diâmetros diferentes.
  14. 14. 14-Feb-13 14 Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade Divide-se a adutora em dois trechos: L = L1 + L2 Sendo: Dc já adotado, correspondente a L1 D’c imediatamente inferior ao anterior, correspondente a L2 Calcula-se J’c correspondente a D’c. Pode-se então calcular L1 e L2 através do sistema de equações: L = L1+L2 DG = Jc.L1 + Jc’.L2 A piezométrica terá duas indicações, correspondentes a Jc e J’c. Toda a energia disponível será aproveitada. Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade • Determina-se os valores da velocidade da água que não devem ser maiores que: Material do tubo Vel. Máxima (m/s) Plásticos 4,5 Ferro fundido dúctil 4,0 a 6,0 Aço 6,0 Concreto 4,5 a 5,0 Fonte: CETESB Para velocidade mínima: águas com suspensões finas: 0,30 m/s; águas com areias finas: 0,45 m/s; águas com matéria orgânica: 0,60 m/s.
  15. 15. 14-Feb-13 15 Alternativas de traçado • A linha piezométrica não deve cortar a tubulação prejudicial ao funcionamento da adutora (formação de bolsas de ar, pressões negativas, variação de volume) • O que se deve fazer? • Opção 1: Cortar o terreno para locar a tubulação abaixo da piezométrica L D Corte no terreno LP NA Alternativas de traçado • Opção 2: Construção de uma caixa intermediária no ponto mais alto do terreno, aberta à pressão atmosférica. Cada trecho vai ser dimensionado como já explicado. NA h ³ 2,5 D2 D2 NA NA Caixa intermediária LP, J2 LP, J1 A D1 Corte no terreno L1 L2
  16. 16. 14-Feb-13 16 Alternativas de traçado • Opção 3: Dimensionar a linha com dois diâmetros D1D2. – A piezométrica do primeiro trecho terá declividade menor (J1) para ultrapassar o ponto alto – Deve-se ter uma folga da piezométrica de no mínimo 1,5m acima do terreno Escolhe-se a alternativa mais econômica e adequada operacionalmente a cada caso. Dimensionamento hidráulico Adutora por recalque • Em geral são conhecidos: – Vazão de adução, Q (m3/s) – Comprimento da adutora, L (m) – Desnível a ser vencido, Hg (m) – Material da adutora
  17. 17. 14-Feb-13 17 Dimensionamento hidráulico Adutora por recalque Determina-se o diâmetro D da adutora e a potência P da bomba que vai gerar a pressão necessária para vencer o desnível indicado, à vazão desejada A função da bomba em gerar pressão, permite admitir que a água tenha alcançado uma cota equivalente ao ponto A’ hf A’ L Lr s NA NA Q DG s Dr, J, V DGr Dimensionamento hidráulico Adutora por recalque hf A’ L Lr s NA NA Q DG s Dr, J, V DGr Quanto maior a altura manométrica (mais elevado A’ ) maior será a declividade da linha piezométrica menor poderá ser o diâmetro para aduzir Q A presão produzida pela bomba está relacionada com a potência do equipamento Indeterminação do problema há uma infinidade de diâmetros e potências que permitem solucionar a questão para uma mesma vazão de dimensionamento
  18. 18. 14-Feb-13 18 Dimensionamento hidráulico Adutora por recalque • Diâmetros escolhidos com base em critério econômico considera-se as despesas com a tubulação e com os conjuntos elevatórios • Quanto maior a altura manométrica gerada pela bomba, maior será a declividade da linha piezométrica e menor poderá ser o diâmetro para conduzir a vazão maior custo do conj. elevatório e os gastos com energia elétrica • Diâmetro mais conveniente é aquele que resulta em menor custo total das instalações (estação elevatória, tubulação, energia consumida e outros custos de operação) Dimensionamento hidráulico Adutora por recalque • Aspectos econômico-financeiros: • Aquisição e assentamento dos tubos, peças e aparelhos • Aquisição do conjunto motor-bomba adequado para cada diâmetro • Operação, manutenção e consumo de energia elétrica • Amortização e juros
  19. 19. 14-Feb-13 19 Recomendações para escolha do diâmetro econômico da adutora • Análise econômica através do critério do valor presente, com taxa de desconto de 12% ao ano ou indicada pelo órgão financiador • Consideração de custos não comuns como: – Custo de aquisição e implantação da adutora – Custo dos equipamentos – Despesas com energia elétrica • Definição de etapas de implantação da adutora e dos conjuntos motor-bomba • Alternativas a serem estudadas com o mesmo tipo de bomba e com a mesma modulação • Pré-dimensionamento do diâmetro através da fórmula de Bresse Solução de casos práticos: adutora por recalque • Pré-dimensionamento do diâmetro • Adução contínua 24 horas • FÓRMULA DE BRESSE: D diâmetro da adutora de recalque (m) Q vazão aduzida (m3/s) K fator da fórmula de Bresse D = K Q
  20. 20. 14-Feb-13 20 D = K Q • A constante K depende de custos de: – Material – Mão-de-obra – Operação – Manutenção do sistema, etc. • Varia de local para local e no tempo, principalmente em regimes inflacionários • Normalmente: 0,75 K 1,4 • De um modo geral, pode ser tomado k = 1,2 quando se utilizam tubos de ferro fundido Algumas observações sobre a fórmula de Bresse • Trata-se de uma equação muito simples, para representar um problema complexo e com muitas variáveis econômicas aplicada na fase de anteprojeto • Em sistemas de menor porte, com adutoras de até 6’’, pode conduzir a um diâmetro aceitável • A fixação de um valor para K velocidade de econômica (comuns valores entre 1,0 e 1,5 m/s) • Fórmula de Bresse deve ser aplicada para sistemas de funcionamento contínuo (24 hs)
  21. 21. 14-Feb-13 21 Para adutoras que funcionam apenas algumas horas por dia: D 1,3.X 0,25 Q(m3 / s) r = X fração de horas por dia X = n/24 n = número de horas de funcionamento por dia Recomendada pela NBR-5626 Solução de casos práticos: adutora por recalque •Na vida útil dos projetos de instalações de recalque, os gastos de energia muitas vezes ultrapassam os custos de investimento das instalações, é uma despesa operacional de relevância na determinação do diâmetro econômico das adutoras •Representam 50% das despesas das companhias de saneamento
  22. 22. 14-Feb-13 22 Solução de casos práticos: adutora por recalque • Instalações de maior porte, estudo econômico: 1. Adotam-se três a quatro diâmetros, em torno do valor obtido através das fórmulas anteriores; 2. Determinam-se as características dos conjuntos elevatórios (altura manométrica, potência, rendimento, etc.) necessárias à instalação, para cada diâmetro; 3. Calculam-se os consumos anuais de energia para cada conjunto elevatório-diâmetro; 4. Determinam-se os custos anuais de amortização e juros do capital investido na aquisição de tubos e equipamentos de recalque (incluindo sistemas elétricos) para cada alternativa; 5. Somam-se os custos resultantes da aquisição de equipamentos, tubos e energia, para cada alternativa e escolhe-se o diâmetro que conduz ao menor custo global. • Determinado D, calcula-se a perda de carga contínua e a velocidade. Por Hazen-Williams ou da fórmula universal (projeto) Solução de casos práticos: adutora por recalque
  23. 23. 14-Feb-13 23 Curva característica de uma adutora • As curvas relacionam vazão e altura manométrica facilita a solução de grande número de problemas de recalque = + ® = . +ΣD H H h h J L h man g f f • (1) • Expressando em função da vazão: • (2) n . = + H H r Q man g • Hman altura manométrica (m) • Hg altura geométrica total (m) • Hf perda de carga total (m) • r constante para cada adutora (varia com o envelhecimento da tubulação) • Q vazão • n coeficiente (=2, caso a fórmula para a determinação da perda de carga seja a universal, =1,85 se Hazen-Williams)
  24. 24. 14-Feb-13 24 Curva característica de uma adutora • Para um valor de vazão, determina-se Hman (considerando as perdas ao longo das tubulações e as localizadas na elevatória, na sucção e no recalque) • Com a equação 2, calcula-se o valor de r • Adota-se novos valores de Q e, para cada um Hman. Curva característica de uma adutora • Traça-se a curva: Curva característica Q Qm Q Q1 2 Hman Hm H2 H1 Hg 0 • Obs.: Não é necessário p/ as adutoras por gravidade, uma vez que para cada diâmetro, corresponde uma única vazão
  25. 25. 14-Feb-13 25 Associação de linhas adutoras • A adução pode ser: – Única tubulação – Tubulações associadas • Em série • Em paralelo Associação de linhas adutoras • Análise por via gráfica: curvas características • Regra básica: – Adução em paralelo soma-se as vazões e as perdas de carga permanecem as mesmas – Adução em série soma-se as perdas de carga e as vazões permanecem as mesmas
  26. 26. 14-Feb-13 26 Adução em paralelo de adutoras por recalque Adução em série de adutoras por recalque
  27. 27. 14-Feb-13 27 Materiais das Adutoras • O que é tubulação? • Normalmente definida como sendo um conjunto de tubos e conexões com a finalidade de transportar água de um ponto a outro Materiais das adutoras • Devem ser consideradas para a escolha dos materiais: • Qualidade da água: • O material não deverá prejudicar a qualidade da água, não deverá ser dissolvido pela água, e se dissolver, não deverá provocar danos aos usuários • Quantidade de água: • A seção da tubulação não deverá sofrer modificações e sua rugosidade interna, não deverá sofrer alteração sensível durante o tempo • Não provocar vazamentos nas juntas
  28. 28. 14-Feb-13 28 Materiais das adutoras • Devem ser consideradas para a escolha dos materiais: • Não provocar trincas, corrosões e arrebentamentos por açãos externas e internas • Pressão da água: • Os materiais devem resistir os esforços internos, inclusive contra os transitórios hidráulicos, sem provocar trincas, arrebentamentos e vazamentos nas juntas • Economia: • Ter menor custo, ter durabilidade, resistir a ação de choques, permitir o menor número de juntas e facilitar a operação e a manutenção Materiais das adutoras • Outros fatores: • Características do local (declividade, tipo de solo, localização do lençol freático, etc.) • Disponibilidade (dimensões, espessuras, juntas e acessórios) • Propriedades do material (revestimentos, resistência à fadiga e à corrosão) • Pressões externas (peso da terra, carga do tráfego) • Métodos de assentamento
  29. 29. 14-Feb-13 29 Materiais das adutoras Principais materiais • Tubos metálicos: – Aço – Ferro fundido dúctil – Ferro fundido cinzento (não está mais sendo fabricado no Brasil) • Tubos não metálicos – Materiais plásticos (PVC, poliéster reforçado com fibra de vidro) – Concreto protendido – Cimento amianto (não está mais sendo fabricado no Brasil) • Cada tipo de material apresenta vantagens e desvantagens. É, portanto, difícil apontar sem um estudo cuidadoso o que satisfaça a todos os requisitos desejados de resistência, durabilidade e economia. Tubulação de Aço • A tubulação de aço é geralmente competitiva com o ferro fundido dúctil para grandes diâmetros e pressões elevadas • Fabricados no Brasil com D entre 150 e 2500 mm, sendo mais vantajoso nas tubulações com D 800mm • Características: • Ótima resistência às pressões externas e internas, permitindo a utilização de paredes finas (devem ser observadas as condições de colapso) • Facilidade de deformação (cuidados especiais) • Custo maior que as outras tubulações • Pouca resistência à corrosão • Dificilmente apresentam vazamentos, especialmente quando soldados • Quando aparentes, são sujeitos à dilatação (juntas de expansão) • Necessário revestimento interno para não oferecerem resistência ao escoamento
  30. 30. 14-Feb-13 30 Tubulação de Aço – Tipos de juntas • Junta Soldada: • Mais utilizada • Tem grande resistência mecância • Boa estanqueidade • Facilidade de aplicação • Eliminação de ancoragem (apenas nos casos de travessias) • Impossibilidade de desmontagem Tubulação de Aço – Tipos de juntas • Junta Flangeada: • Geralmente utilizadas em tubulações de sucção e no barrilete de estações elevatórias • Facilitam as montagens e desmontagens • Dispensam os blocos de ancoragem
  31. 31. 14-Feb-13 31 Tubulação de Aço – Tipos de juntas • Junta Elástica: • Utilizada para tubulação de aço com ponta e bolsa • Facilidade de montagem e manuseio dos tubos • Permite deflexões com perfeita estanqueidade • Dispensa mão-de-obra especializada Obs.: Todas as estruturas e tubulações metálicas enterradas estão sujeitas às ações corrosivas de natureza eletroquímica ou eletrolítica, havendo a necessidade de revestimentos internos e externos Tubulação de ferro fundido • Ferro fundido cinzento: elevada fragilidade e vulnerabilidade à corrosão, principalmente em terrenos agressivos (não é mais fabricado) • Ferro fundido dúctil: aqui se introduz uma pequena quantidade de magnésio, com isso, a grafita se cristaliza sob a forma de esferas, que tornam o material mais elástico (menos frágil) e resistente à tração e aos impactos – São fabricados nos diâmetros de 50 a 1200 mm – Comprimentos variando de 3, 6, 7 m – Revestidos internamente por argamassa de cimento aplicada por centrifugação e externamente recebem uma camada de zinco metálico puro
  32. 32. 14-Feb-13 32 Tubulação de ferro fundido • Junta elástica - mais utilizada em tubulações de ponta e bolsa • Junta elástica travada – anterior + travamento para neutralizar esforços dinâmicos que ocorram nas tubulações, evitando-se a desconexão dessas, através do travamento de suas bolsas. Dispensa de ancoragem. (solos de pequena resistência, travessia de rios, etc.). Custo elevado. Tubulação de ferro fundido • Junta mecânica – para tubos com D médios e grandes, sendo preparada para suportar grandes pressões. Montagem simples e rápida, permite desmontagem e reaproveitamento do material • Junta de flanges – é uma junta rígida que permite a desmontagem da tubulação. Utilizada em tubulações não enterradas e sujeitas a eventuais desmontagens (captação, tomada d’água, EE)
  33. 33. 14-Feb-13 33 Tubulação de Concreto • Em desuso • Adutoras em conduto livre • Custo e resistência • Problemas constantes de vazamentos Operação das Adutoras • Condição normal: previsto em projeto. Manobras necessárias para a adequação do sistema às situações operacionais pré-determinadas • Condição emergencial: falha operacional de um dos dispositivos previstos para operar em manobras normais – Ex.: tempo de manobra de uma válvula maior que o previsto, funcionamento inadequado de dispositivos de proteção, etc. • Condição catastrófica: excepcional acidente operacional
  34. 34. 14-Feb-13 34 Descarga de adutoras • O dispositivo deve ser dimensionado de modo a propiciar velocidade mínima de arrasto para remover o material eventualmente sedimentado • O dispositivo deve proporcionar o esvaziamento completo do trecho da adutora da gravidade; caso não seja possível, deve-se prever meio adequado de completar o esvaziamento • A água deve ter sua energia dissipada e ser convenientemente encaminhada ao sistema receptor
  35. 35. 14-Feb-13 35 Dimensões da descarga • Azevedo Netto et al. (1998): • Na falta de melhores estudos e como regra prática para um dimensionamento provisório, recomenda-se adotar o diâmetro da descarga como sendo igual a 1/6 do diâmetro da tubulação a drenar
  36. 36. 14-Feb-13 36

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