O documento apresenta informações sobre um sistema de abastecimento de água, incluindo tipos de redes de distribuição, bibliografia básica, unidades do sistema, cálculo de perdas de carga e exemplo de projeto de rede.
2. Mose
Firmino
5F
• Bibliografia Básica
• Tipos de Patologias
• Falhas de Projetos
• Falhas de Execução
• Falhas de Qualidade dos Matérias
• Uso das instalações
• Projetos
Conteúdo
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• GOMES, PIMENTEL HEBER. Sistema de
Abastecimento de Água – Dimensionamento
Econômico e Operação de Redes e Elevatórias.
Ed. UFPB. 2004.
• AZEVEDO NETTO, J. M. de, et al. Manual de
Hidráulica. Edgard Blücher, 1999.
• PORTO, RODRIGO DE MELO. Hidráulica Básica. 4º
Edição. São Carlos: EESC-USP, 2004.
Bibliografia
Básica
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5F
Distribuição
Infraestrutura
• Sistema de Abastecimento de Água para Infraestrutura –
Unidades dos Sistema
manancial
captação
estação
elevatória de
água bruta
adutora de
água bruta
estação
tratamento
de água
adutora de
água tratada
Rede:
Ramificadas
Malhadas
Enterrados
Apoiados
Elevados
𝑄 𝑎𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟𝑎 = 𝑘1 ∙ 𝑘2 ∙
𝑃 ∙ 𝑞 𝑚
3600 ∙ ℎ
Reservatório
10. Mose
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5F
• Rede de distribuição de água para infraestrutura:
é o conjunto de tubulações, conexões, registros e
peças especais, destinados a distribuir a água de
forma contínua, a todos os usuários finais. O
traçado da rede são, basicamente de dois tipo
ramificada e malhada.
• Rede ramificada caracteriza por apresentar um
único sentido para o escoamento. A principal
vantagem desta rede é que o seu custo de
implantação é mais barato que a malhada.
• Rede malhada apresenta os seus trechos
interligados em forma de anéis, ou malhas,
fazendo com que o sentido das vazões possa
mudar, dependendo da demanda nos nós.
Tipos de Rede
11. Mose
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5F
Tipos de Rede
• Rede Ramificada:
- Possui uma tubulação tronco alimentada por um reservatório ou
estação elevatória;
- A distribuição da água é diretamente para os condutos
secundários;
- É conhecido o sentido da vazão em qualquer trecho;
- Único sentido de circulação da água;
- Comum em pequenas localidades;
- Um acidente que interrompa o escoamento em uma tubulação
compromete todo o abastecimento nas tubulações situadas a
jusante;
- É recomendada somente em casos em que a topografia não
permitam o traçado como rede malhada;
- Os nós são pontos de derivação de vazão e/ou mudanças de
diâmetro;
- Pode ser em espinha de peixe ou em grelha.
12. Mose
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5F
Tipos de Rede
• Rede Malhada:
- Constituídas por tubulações principais que formam anéis ou
blocos;
- Permite abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um
caminho;
- Flexibilidade em satisfazer a demanda e manutenção na rede
com o mínimo de interrupção no fornecimento de água
- Pode ser em bloco ou anéis;
- Controle mais rigoroso de perda e mais preciso da pressão;
- Minimização da área desabastecida (acidente ou manutenção);
- Melhoria da eficiência na manutenção da rede.
- O sentido de circulação em cada trecho depende da diferença de
pressões em seus nós extremos;
- Os condutos formam verdadeiras malhas, nas quais a água pode
se deslocar num ou noutro sentido, dependendo do consumo;
- Adotado em quase todos os centros urbanos.
14. Mose
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5F
• O estudo de perda de carga é essencial
principalmente nos projetos de dimensionamento
de instalações prediais e distribuição de água.
• O dimensionamento das tubulações é necessário
que fiquem perfeitamente definidos, para cada
trecho da canalização, os quatro parâmetros
hidráulicos do escoamento: vazão, velocidade,
perda de carga e pressão.
• Quando um fluido escoa, existe um movimento
relativo entre suas partículas, resultante um atrito
entre elas. Essa energia interna é dissipada sob a
forma de calor, denominada de perda carga.
Distribuição
(Cálculo)
15. Mose
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• Restrições de Dimensionamento
– Equação da Continuidade em cada Nó
QEntra = Q 𝑆𝑎𝑖
Onde:
𝑄 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎= é a vazão que entra em cada nó
𝑄 𝑆𝑎𝑖= é a vazão que sai no mesmo nó;
QEntra = Q 𝑆𝑎𝑖 → 𝑄1 = 𝑄2 + 𝑄5 + 𝑄 𝑎
𝑄1
𝑄2
𝑄3
𝑄 𝑎
Distribuição
(Cálculo)
16. Mose
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5F
• Restrições de Dimensionamento
– Diferença de perda de carga em um trecho
∆𝐽𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝑃𝑍1 − 𝑃𝑍2
𝑃𝑍1 = 𝐶𝑜𝑡𝑎1 + 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙_1
Onde:
∆Jtotal: Perda de carga dinâmica máxima no trecho;
𝑃𝑍 𝑎: Cota piezométrica ou pressão piezométrica;
𝐶𝑜𝑡𝑎1: Cota (altura) do terreno;
𝑃𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙_1: Pressão disponível no ponto.
1 2
Distribuição
(Cálculo)
17. Mose
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5F
• Exemplo 1: Dimensionar a rede de distribuição de
água de uma pequena comunidade, cuja planta e
topografia do terreno são mostrado na figura.
Determinar a cota do nível d’água no reservatório
para que a mínima carga de pressão dinâmica na
rede seja 15 mca. Determinar a máxima carga de
pressão dinâmica na rede. Sendo conhecidos=>
– Vazão adução igual a 20,83𝑙/𝑠
– Cota do terreno na figura;
– Comprimento dos trechos da rede;
– Diâmetro da rede para tubo ferro fundido novo (C=130,
Hazen-Williams) e pressão mínima de 15 m.c.a.
Determinar:
– Pressões disponível em cada nó.
Distribuição
(Cálculo)
18. Mose
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5F
Calcular
– Exemplo 1:
Legenda:
150 m 5
∅ 150 mm
Diâmetro do trecho
Número do trechoComprimento do trecho
Cota
450 m 150 m 100 m
80 m120 m
200m
150m
100m
85,00
60,20
76,00
81,00
70,00
72,00
72,5074,00
78,20
∅ 200mm ∅ 150mm ∅ 100mm
∅ 50mm∅ 50mm
∅100mm
∅75mm
∅50mm
Reservatório
19. Mose
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5F
Calcular
Exemplo 1: solução
– Vazão total na rede (𝑄 𝑚á𝑥)
𝑄 𝑚á𝑥 = 20,83𝑙/𝑠
– Extensão da rede: L= 1.350 m
– Cálculo da taxa de consumo linear
𝑞 𝑚 =
𝑄 𝑚á𝑥
𝐿
=
20,83
1350
= 0,0154 𝑙
𝑠 𝑚
20. Mose
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5F
Calcular
– Exemplo 1: Solução
Legenda:
150 m 5
∅ 150 mm
Diâmetro do trecho
Número do trechoComprimento do trecho
Cota
450 m 150 m 100 m
80 m120 m
200m
150m
100m
85,00
60,20
76,00
81,00
70,00
72,00
72,5074,00
78,20
13
2
4
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7
8
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• Coluna 1 – N0 trecho – os trechos da rede ou os nós devem
ser numerados, com um critério racional, partindo do
trecho mais afastado do reservatório, que recebe o número
1;
• Coluna 2 – Extensão L do trecho, em metros, medidos na
planta topográfica ou aerofotogramétrica;
• Coluna 3 - Vazão de jusante Qj, se na extremidade de um
ramal (ponta seca) Qj=0. Na extremidade de jusante de um
trecho T qualquer, Qj=SQm dos trechos abastecidos por T;
• Coluna 4 – Vazão em marcha igual a q.L, na qual q é a vazão
unitária de distribuição em marcha (l/(s.m)). O valor de q é
constante para todos os trechos da rede e igual à relação
entre a vazão de distribuição e o comprimento total da
rede, SLi.
Fonte: Porto, 2004 (Adaptado)
Distribuição
(Cálculo)
23. Mose
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5F
• Coluna 12 e 13 - Cotas topográficas do terreno, obtidas na
planta e relativas aos nós de montante e jusante do trecho;
• Coluna 14 e 15 - Cotas piezométricas de montante e
jusante, determinadas a partir da cota piezométrica fixada
para um ponto qualquer da rede, ou estabelece para o nível
d’água no reservatório um valor genérico X. A partir do
nível d’água X e com os valores das perdas de carga nos
trechos, todas as cotas piezométricas dos nós podem ser
calculadas em função de x;
• Coluna 16 e 17 – Cargas de pressão disponível em cada nó,
cota piezométrica menos cota do terreno, em função de X.
Para o ponto mais desfavorável, iguala-se ao valor de
15m.c.a, que é a mínima carga de pressão dinâmica
admitida no projeto.
Fonte: Porto, 2004 (Adaptado)
Distribuição
(Cálculo)
24. Mose
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• A perda de energia interna causada pelo atrito foi
determinado experimentalmente como:
– Independente da pressão sob a qual a água escoa;
– Linearmente da proporcional ao comprimento do tubo
(𝐿);
– Inversamente proporcional a alguma força do
diâmetro do tubo (𝐷);
– Proporcional a alguma força de velocidade média (𝑣);
– Relacionada à rugosidade do tubo, se o fluxo for
turbulento.
Distribuição
(Cálculo)
26. Mose
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5F
• Distribuída: é aquela que ocorre ao longo da
tubulação, pelo atrito da água com as paredes do
tubo. Quanto maior o comprimento do tubo, maior
será a perda de carga. Quanto menor o diâmetro,
maior também será a perda de carga. Principal perda
de carga (energia) nas adutoras e sistema de
distribuição.
• Localizada: nos casos em que a água sofre mudanças
de direção como por exemplo nos joelhos, reduções,
tês, ocorre ali uma perda de carga chamada de
“localizada”. Isto é fácil de entender se pensarmos
que nestes locais, há uma grande turbulência
concentrada, a qual aumenta os choques entre as
partículas da água. Desprezíveis nas grandes
tubulações (sistema de distribuição de água para
abastecimento).
Distribuição
(Cálculo)
27. Mose
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5F
• As perdas de carga são perdas de energia hidráulica devidas à
viscosidade do fluido e ao seu atrito com as paredes internas das
tubulações. Dentre as suas principais consequência pode-se citar
uma queda de pressão global e um gasto de energia suplementar
com bombeamento, no recalque.
• A formula empírica (experimental) mais estudadas são:
– Universal;
– Hazen-Williams (Abastecimento de água - infraestrutura);
– Fair-Whipple-Hsiao (Pequenas tubulações predial);
– Flamant (Tubo de parede lisa, predial);
– Scobey (Rede de irrigação aspersão e gotejamento).
Distribuição
(Cálculo)
28. Mose
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• A fórmula Universal (Darcy-Weisbach):
• Fórmula de Hazen-Williams (Em geral, tubulação maior que
4”)
Onde:
• 𝐽 é a perda de carga unitária, em metro por metro [m/m];
• 𝑄 é a vazão estimada na seção considerada, em metros cúbicos
por segundo [m³/s];
• 𝐷 é o diâmetro do tubo, em metros [m].
𝐽 =
8𝑓
𝜋²𝑔
𝑄2
𝐷5
𝐽 = 10,65
𝑄1,85
𝐶1,85 𝐷4,87
Distribuição
(Cálculo)
29. Mose
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5F
Fonte: http://www.engineeringtoolbox.com/hazen-williams-coefficients-d_798.html
Um dos métodos
frequentemente utilizados para
estimar as perdas de
cargas distribuídas é através da
Equação de Hazen-Williams.
Uma das principais vantagens
deste método é a sua
simplicidade, quando
comparado a outros métodos
presentes na literatura. Por
outro lado, ele não considera os
efeitos da variação da
temperatura e viscosidade do
fluido
Material Coeficiente C
Alumínio 130 - 150
Bronze 130 - 140
Ferro Fundido - Novo 130
Ferro Fundido - 20 anos 89 - 100
Ferro Fundido - 40 anos 64 - 83
Concreto 100 - 140
Cobre 130 - 140
Vidro 130
Plástico - PVC 130 - 150
Aço - Novo 140 - 150
Distribuição
(Cálculo)
30. Mose
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5F
• O dimensionamento é discutido na ABNT
12218/1994 e 594/77:
– A pressão estática máxima permitida em
tubulações distribuidoras será de 50m.c.a. e a
pressão dinâmica mínima será de 15m.c.a.
– Ramal principal:
• 75 mm população de projeto < 5000 habitantes.
• 100mm população de projeto ≥ 5000 habitantes.
• 150mm abastecendo zonas comerciais ou zonas
residenciais com densidade igual ou superior a 150
hab/km².
– Ramal secundário:
• O diâmetro interno mínimo 50 mm
Distribuição
(Cálculo)
31. Mose
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5F
• A velocidade mínima nas tubulações deve ser de
0,5 m/s, e a máxima, de 3,5 m/s; estes limites
referem-se às demandas máximas diárias no início
e no final da etapa de execução da rede;
Distribuição
(Cálculo)
32. Mose
Firmino
5F
• Exemplo 2: Dimensionar a rede de distribuição de
água de uma pequena comunidade, cuja planta e
topografia do terreno são mostrado na figura.
Determinar a cota do nível d’água no reservatório para
que a mínima carga de pressão dinâmica na rede seja
15 mca. Determinar a máxima carga de pressão
dinâmica na rede. Sendo conhecidos=>
– Vazão de adução igual a 9,44 𝑙/𝑠;
– Cota do terreno na figura;
– Comprimento dos trechos da rede;
– Diâmetro nominal mínimo de 100 mm;
– Diâmetro da rede para tubo ferro fundido novo (C=130,
Hazen-Williams);
– Pressão mínima igual 15 m.c.a.
Dicas: Começa a análise de cota piezométrica do ponto
hidráulico mais desfavorável, cota 113. Usar o diâmetro de 150
nos três primeiros trechos jusantes ao reservatório.
Distribuição
(Cálculo)
33. Mose
Firmino
5F
– Exemplo 2:
Legenda:
150 m 5
∅ 150 mm
Diâmetro do trecho
Número do trechoComprimento do trecho
Cota
Distribuição
(Cálculo)
113,0
109,0
105,0
150 m 200 m
120m
115,0
95,0
85,095,0
100,0
102,5
150m
200 m
400 m 200 m
100,0
Reservatório
34. Mose
Firmino
5FExemplo 2: solução
– Vazão total na rede (𝑄 𝑚á𝑥)
𝑄 𝑚á𝑥 = 9,44𝑙/𝑠
– Extensão da rede com distribuição: L= 1.270 m
– Cálculo da taxa de consumo linear
𝑞 𝑚 =
𝑄 𝑚á𝑥
𝐿
=
9,44
1270
= 0,0074 𝑙
(𝑠 ∙ 𝑚)
Distribuição
(Cálculo)
36. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Adutoras interligam captação, estação de
tratamento e reservatórios e não distribuem a
água aos consumidores. Elas são canalizações dos
sistemas de abastecimento de água que
conduzem a água para as unidades que precedem
a rede de distribuição.
37. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Vazão de Adução ou Distribuição: Em um sistema
público de abastecimento de água, a quantidade
de água consumida varia continuamente.
– Hábitos da população
– Variação temporal
– Condições climáticas
39. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Normas brasileira para elaboração de projetos de sistema
de abastecimento de água, junho de 1977 (P-NB- 587/77)
– Para populações futuras de até 10.000 habitantes: 150 a 200
l/hab/dia;
– Para populações futuras de entre 10.000 e 50.000 habitantes:
200 a 250 l/hab/dia;
– Para populações futuras de superior 50.000 habitantes: igual
ou superior 250 l/hab/dia;
– Para populações temporária: 100 l/hab/dia;
• Os projetos é baseado em histórico feito no SNIS - Sistema
Nacional de Informações Sobre Saneamento
40. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Variação sazonal do consumo d’água
– Países tropicais têm maior consumo no verão;
– Em um mesmo mês, existem dias de semana com
maior consumo;
– Vazão em uma rede varia continuamente, tendo o seu
pico ao meio dia e menores valores no inicio da
madrugada;
• Tipo de Variação do consumo
– Mensais
– Diárias
– Horárias
– Instantâneas
43. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Correções em função da variação da demanda
– Coeficiente de reforço k1 é definido como coeficiente
do dia de maior consumo
• Relação entre o valor do consumo máximo diário ocorrido
em ano e o consumo médio diário;
• Assume valores entre 1,1 e 1,5 [Gomes] e 1,10 a 1,40
[Azevedo Netto];
• Menores valores de k1 encontrados em cidades com
pequenas variações climáticas.
• Em países com clima mais rigoroso e muito variável, os
valores de k1 são mais elevados.
44. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Correções em função da variação da demanda
– Coeficiente de reforço k2 faz a correção para o hora de
maior consumo do dia de maior consumo
• Relação entre a maior vazão horária e a vazão média do dia
de maior consumo;
• Valores obtidos por meio de observações sistemáticas de
medidores a jusante dos reservatórios de distribuição
• Tem valor comum de 1,5 [Porto] e de 1,5 a 2,3 para projetos
[Azevedo Netto];
• Maiores valores de k2 ocorrem devido ao pequeno número
ou à inexistência de reservatório domiciliares.
45. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Dimensionamento das diversas unidades de um
sistema público de abastecimento de água
𝑄 𝑚 =
𝑃 ∙ 𝑞 𝑚
3600 ∙ ℎ
– 𝑄 𝑚: Vazão média anual [l/s]
– 𝑃 : População a ser abastecida [hab]
– 𝑞 𝑚: Taxa ou cota de consumo per capita média da
comunidade [l/hab/dia]
– ℎ : Número de horas de operação
46. Mose
Firmino
5F
Adutora
• Dimensionamento das diversas unidades de um
sistema público de abastecimento de água
𝑄 𝑚 =
𝑃 ∙ 𝑞 𝑚
3600 ∙ ℎ
• Vazão dos dias de maior consumo e na hora de
maior demanda
𝑄 𝑎 = 𝑘1 ∙ 𝑘2 ∙ 𝑄 𝑚
• Vazão de distribuição
𝑄 𝑎 = 𝑘1 ∙ 𝑘2 ∙
𝑃 ∙ 𝑞 𝑚
3600 ∙ ℎ
47. Mose
Firmino
5F
mose.firmino@gmail.com
Não deixe que as pessoas te façam desistir
daquilo que você mais quer na vida.
Acredite. Lute. Conquiste. E acima de tudo,
seja feliz!
Autor desconhecido
Mose Firmino
Mose Firmino
Obrigado!!!
Bons Estudos