Dimensionamento do Sistema de Abastecimento de Água

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

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5.1 Caso de Estudo

No trabalho como colaborador na equipa de projeto, realizado na construção do edifício DOCA, Lote 3, procedeu-se à análise dos desenhos do projeto de especialidade hidráulica da empresa, tendo-se consequentemente apresentado uma proposta de alguns desenhos do retorno de AQS, e discussão sobre qual a melhor solução.

A solução escolhida para o retorno de AQS do duplex direito do DOCA, Lote 3, está representada a verde e pode ser encontrada no Anexo 5 à escala.

Figura 53 - Planta do Piso inferior do Duplex com retorno de AQS representada a verde

Figura 54 - Planta do Piso superior do Duplex com retorno de AQS representada a verde

Sem escala

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Como é possível observar nas Figuras 53 e 54, a água fria chega da rede exterior ao apartamento e posteriormente à bomba de calor através das tubagens do sistema de abastecimento de água fria, representadas a azul. Esta é aquecida e sai da mesma abastecendo os dispositivos abertos, através das tubagens constituintes da rede de abastecimento de água quente, representada a vermelho. Uma vez que o esquentador só aquece a água quando dispositivos como (pias, banheiras, chuveiros) começam a ser utilizados, isto representa um tempo de saída de água fria enquanto o utilizador necessita água quente, levando a um desconforto do mesmo devido ao tempo de espera e ao desperdício significativo de água. Para evitar este fenómeno é utilizado o retorno de AQS apresentado.

Na Figura 53, está assinalado a vermelho a casa de banho do piso inferior que representa o compartimento com os dispositivos mais desfavoráveis, uma vez que este está a mais de 11 metros de distância da bomba de calor, resultando num tempo de espera de AQS elevado. Foi então estudada a utilização de retorno para a fração.

Representado a verde, está a rede de retorno de AQS, responsável pela recirculação da água quente, durante um determinado período de tempo, desde a rede de água quente, até o esquentador, criando uma circulação de água quente em paralelo com a de água fria.

Todos os compartimentos contêm válvulas de retenção na entrada dos mesmos para que no case de uma fuga, ou uma necessidade do corte da entrada de água no mesmo, possa-se fazê-lo com facilidade. Foi decidido que não seria necessário efetuar o retorno de AQS, para dentro dos compartimentos facilitando a sua conceção, uma vez que a distância desde a entrada dos compartimentos até os dispositivos era diminuta.

Para as tubagens do retorno de AQS, decidiu-se utilizar PP-R, uma vez que o retorno seria adicionado ao sistema de abastecimento de água quente previamente existente, em PP-R, portanto utilizar o mesmo material seria a opção mais benéfica. Uma vez que existiria a possibilidade da realização do projeto em obra, sendo que este teria de ser previamente aprovado pela empresa, tentou-se diminuir ao máximo o orçamento da construção, para que a possibilidade da aprovação de execução da mesma fosse aumentada. Para a escolha das bombas utilizou-se o dimensionamento providenciado pela Grundfos.

A Grundfos é um fabricante dinamarquês de bombas hidráulicas, com produção anual de aproximadamente 16 milhões de bombas. É um dos principais fabricantes de bombas do mundo, sendo os seus principais grupos de produtos bombas de circulação,

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

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bombas submersas e bombas de deslocamento positivo. Relativamente a estes produtos, a Grundfos detém 50% do mercado mundial. Além de bombas, a Grundfos também fabrica motores elétricos e sistemas de controlo eletrónico para bombas, contendo também um site que possibilita o dimensionamento e escolha de bombas para construções privadas. Neste caso, na zona de dimensionamentos, através dos valores da altura manométrica e caudal dimensionado, conseguiu-se chegar a duas possibilidades de bombas para o sistema de abastecimento de água e para o retorno de AQS do edificado.

5.1.1 Dimensionamento do Sistema de Abastecimento de Água

Para o dimensionamento das tubagens de abastecimento de água procedeu-se ao cálculo consoante a descrição no capítulo 2. Porém para a pressurização do sistema, foi definido como dispositivo mais desfavorável, a pia de lavar loiça, situada no andar superior, devido à sua altura e distância relativamente ao local de abastecimento.

Assinalado a vermelho, mostra-se na Figura 55, a localização da pia de lavar loiça, na axonometria do projeto de águas, que pode ser visto à escala no Anexo 5.

Figura 55 - Demonstração da localização do dispositivo mais desfavorável na axonometria

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Calculou-se consequentemente o percurso mais desfavorável, para o dimensionamento das respetivas tubagens até o reservatório que abastece o piso.

Neste edificado, existem dois percursos hidráulicos distintos. Os primeiros pisos são abastecidos por gravidade e o terceiro piso (em que se situa a fração relativa ao caso de estudo) é abastecido por uma bomba situada no reservatório. O percurso calculado foi apenas desde a bomba até o terceiro piso. Dimensionou-se também a bomba circuladora.

Para o dimensionamento da bomba geral, utilizou-se como pressão inicial o valor de 5 metros de coluna de água, como é referido no RGSPPDADAR, e somou-se a essa pressão os valores de perda de carga contínua, perda de carga localizada e variação de cotas [RGSPPDADAR].

Segundo o Manual dos Sistemas Prediais de Distribuição e Drenagem de Águas, define-se como perda de carga contínua a multiplicação entre a perda de carga e a distância da tubagem.

Segundo o mesmo documento, as perdas de carga localizadas são definidas como: -2.5 a 5 mca para Sistemas de Aquecimento de Água;

-2.5 a 5 mca para válvulas; -2.5 a 5 mca para contadores.

A variação de cotas é a diferença de altura entre os respetivos pontos.

As plantas e axonometrias relativas à conceção e dimensionamento do sistema de águas podem ser visualizadas à escala no Anexo 5.

Após análise chegou-se aos seguintes caudais acumulados das frações do terceiro piso, representados na Tabela 4:

Tabela 4 - Caudais acumulados das frações do terceiro piso Frações Q (l/s) Duplex dimensionado 1,85 Duplex não dimensionado 1,75 Fração cima esquerda 1,65 Fração cima direita 1,55

Deste modo o percurso mais desfavorável foi dimensionado na Tabela 5.

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

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(Nota: A representação dos pontos pode ser encontrada no Anexo 5).

Tabela 5 - Dimensionamento do percurso mais desfavorável do sistema da fração duplex até à bomba hidráulica geral

m (l/s) (m^3/s) (l/s) (m^3/s) (m/s) (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) Verificação (mca/m) mca m mca mca mca Material TROÇO l Qa Qa Qc Qc Vteorico ϕ teorico ϕ real e DN Vreal Vmax Vmin j J ΔH ΔJ (loc) Pm Pj

P ercurs o m ais d esfa vo rá vel PP-R PN20 A(Pll) - B 4,69 0,2 0,0002 0,2 0,0002 1,5 13,03 13,2 3,4 20 1,46 OK OK 0,058 0,27 -1,700 0 5,00 3,57 PP-R PN20 B - C 0,2 1,1 0,0011 0,5743 0,0006 1,5 22,08 21,2 5,4 32 1,63 OK OK 0,039 0,01 0 0 3,57 3,58 PP-R PN20 C - D 2,8 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 1,5 22,58 21,2 5,4 32 1,70 OK OK 0,042 0,12 0 0 3,58 3,70 PP-R PN20 D - BC 2,25 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 1,5 22,58 21,2 5,4 32 1,70 OK OK 0,042 0,09 2,4 3,5 3,70 9,69 PP-R PN20 BC - E 2,37 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 1,5 22,58 21,2 5,4 32 1,70 OK OK 0,042 0,10 -2,400 0 9,69 7,39 PP-R PN20 E - F 0,4 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 1,5 22,58 21,2 5,4 32 1,70 OK OK 0,042 0,02 0 0 7,39 7,41 PP-R PN20 F - G 2,96 1,4 0,0014 0,6501 0,0007 1,5 23,49 21,2 5,4 32 1,84 OK OK 0,048 0,14 0 0 7,41 7,55 PP-R PN20 G - H 0,2 1,5 0,0015 0,6735 0,0007 1,5 23,91 21,2 5,4 32 1,91 OK OK 0,051 0,01 0 0 7,55 7,56 PP-R PN20 H - I 3,07 1,65 0,00165 0,7073 0,0007 1,5 24,50 26,6 6,7 40 1,27 OK OK 0,019 0,06 2,8 0 7,56 10,42 PP-R PN20 I - J 0,5 1,85 0,00185 0,7502 0,0008 1,5 25,23 26,6 6,7 40 1,35 OK OK 0,021 0,01 0 0 10,42 10,43 PP-R PN20 J - K 1 1,85 0,00185 0,7502 0,0008 1,5 25,23 26,6 6,7 40 1,35 OK OK 0,021 0,02 0 3,5 10,43 13,95 PP-R PN20 K - L 14,01 6,8 0,0068 1,4613 0,0015 1,5 35,22 33,4 8,3 50 1,67 OK OK 0,023 0,32 8,50 0 13,95 22,77

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Note-se que representado a vermelho está o percurso ainda na tubagem de abastecimento de água quente desde a pia de lavar loiça até a bomba de calor. Posteriormente, a azul, está o percurso desde a bomba de calor até o reservatório que abastecerá as quatro frações do respetivo piso, representada com a letra L, que pode ser observado à escala no Anexo 5.

Consequentemente, a bomba que abastece o sistema, fornecerá os 1.4613 l/s necessários, com uma folga de 30%, como cita o RGSPPDADAR. A sua altura manométrica é o resultado final da soma das pressões, com o valor de 22.77 mca.

Assim sendo, com o percurso mais desfavorável passível de abastecimento, sabe-se que a água não encontrará adversidades no percurso até qualquer outro dispositivo da fração. Posteriormente, tendo o percurso mais desfavorável já sido dimensionado, deve-se proceder ao dimensionamento das restantes tubagens que abastecem os restantes dispositivos.

As tubagens podem ser dimensionadas sem o cálculo de perdas de carga e pressões, uma vez que abastece todos os dispositivos do percurso mais desfavorável. Procedeu-se então ao dimensionamento das tubagens de água fria e de água quente que estão representadas nas Tabela 6 e Tabela 7 respetivamente.

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

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(Nota: A representação dos pontos pode ser encontrada no Anexo 5).

TUBAGENS AUXILIARES AG FRIA

m (l/s) (m^3/s) (l/s) (m^3/s) (m/s) (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) Verificação Material TROÇO l Qa Qa Qc Qc Vteorico ϕ teorico ϕ real e DN Vreal Vmax Vmin PP-R PN20 Ba3 - Br3 1,09 0,25 0,00025 0,27 0,0003 1,5 15,09 13,2 3,4 20 1,96 OK OK PP-R PN20 Br3 - N 0,27 0,35 0,00035 0,32 0,0003 1,5 16,45 16,6 4,2 25 1,47 OK OK PP-R PN20 Lv3 - N 1,24 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 N - O 3,33 0,45 0,00045 0,36 0,0004 1,5 17,55 16,6 4,2 25 1,68 OK OK PP-R PN20 Bd3 - O 2,60 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 O - S 6,79 0,55 0,00055 0,40 0,0004 1,5 18,48 16,6 4,2 25 1,86 OK OK PP-R PN20 Lv2 - R 1,73 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Br2 - R 1,67 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 R - Q 0,23 0,2 0,0002 0,24 0,0002 1,5 14,25 13,2 3,4 20 1,75 OK OK PP-R PN20 Cr2 - Q 1,73 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Q - P 0,68 0,3 0,0003 0,29 0,0003 1,5 15,81 16,6 4,2 25 1,36 OK OK PP-R PN20 Ba2 - P 1,73 0,25 0,00025 0,27 0,0003 1,5 15,09 16,6 4,2 25 1,24 OK OK PP-R PN20 P - S 0,60 0,55 0,00055 0,40 0,0004 1,5 18,48 16,6 4,2 25 1,86 OK OK PP-R PN20 S - I 0,75 1,1 0,0011 0,57 0,0006 1,5 22,08 21,2 5,4 32 1,63 OK OK PP-R PN20 G -Ç 0,64 0,2 0,0002 0,24 0,0002 1,5 14,25 13,2 3,4 20 1,75 OK OK PP-R PN20 H - T 2,70 0,35 0,00035 0,32 0,0003 1,5 16,45 16,6 4,2 25 1,47 OK OK PP-R PN20 Br1 - Ç 2,23 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Lv1 - Ç 2,00 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Mll - T 2,00 0,15 0,00015 0,21 0,0002 1,5 13,24 13,2 3,4 20 1,51 OK OK PP-R PN20 Pll - T 2,16 0,2 0,0002 0,24 0,0002 1,5 14,25 13,2 3,4 20 1,75 OK OK PP-R PN20 Mlr - F 2,37 0,2 0,0002 0,24 0,0002 1,5 14,25 13,2 3,4 20 1,75 OK OK

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Tabela 7 - Dimensionamento das tubagens de água quente da fração duplex TUBAGENS AUXILIARES AG QUENTE

m (l/s) (m^3/s) (l/s) (m^3/s) (m/s) (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) Verificação Material TROÇO l Qa Qa Qc Qc Vteorico ϕ teorico ϕ real e DN Vreal Vmax Vmin PP-R PN20 Ba3 - N 1,07 0,25 0,00025 0,27 0,0003 1,5 15,09 13,2 3,4 20 1,96 OK OK PP-R PN20 Lv3 - N 1,07 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 N - O 2,99 0,35 0,00035 0,32 0,0003 1,5 16,45 16,6 4,2 25 1,47 OK OK PP-R PN20 Bd3 - O 2,43 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 O - S 7,14 0,45 0,00045 0,36 0,0004 1,5 17,55 16,6 4,2 25 1,68 OK OK PP-R PN20 Lv2 - Q 2,47 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Cr2 - Q 1,79 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK PP-R PN20 Q - P 0,68 0,2 0,0002 0,24 0,0002 1,5 14,25 13,2 3,4 20 1,75 OK OK PP-R PN20 Ba2 - P 1,79 0,25 0,00025 0,27 0,0003 1,5 15,09 16,6 4,2 25 1,24 OK OK PP-R PN20 P - S 0,48 0,45 0,00045 0,36 0,0004 1,5 17,55 16,6 4,2 25 1,68 OK OK PP-R PN20 S - I 0,40 0,9 0,0009 0,52 0,0005 1,5 20,97 21,2 5,4 32 1,47 OK OK PP-R PN20 I - B 2,95 0,9 0,0009 0,52 0,0005 1,5 20,97 21,2 5,4 32 1,47 OK OK PP-R PN20 Lv1 - C 2,36 0,1 0,0001 0,17 0,0002 1,5 11,93 13,2 3,4 20 1,22 OK OK

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

Diego Martins Mendes 77

Após o dimensionamento das tubagens, já é possível a observação do sistema com os diâmetros de tubagem adequados. A representação axonométrica do sistema com as tubagens respetivas encontra-se, à escala, na axonometria, no Anexo 5.

Sabendo os diâmetros das tubagens e o caudal consumido pelos dispositivos, é possível o cálculo da velocidade a que a água se deslocará no sistema. Deste modo, a previsão do tempo de espera da mesma até à sua chegada aos dispositivos é possível, através da fórmula física:

(13)

representando o a velocidade (m/s), o l o comprimento da tubagem (m) e o t o espaço de tempo (s). Consequentemente, com as mesmas variáveis, pode-se deduzir a fórmula para:

(14)

Os tempos de espera de água quente de cada dispositivo são os apresentados na Tabela 8.

Na Tabela 9, está calculado o tempo de espera e desperdício de água aquando a utilização da banheira da casa de banho do piso inferior, com o valor de caudal na tubagem adequado ao consumo da banheira, 0.25 l/s. Escolheu-se este dispositivo, pois é o que consome maior caudal (0,25 l/s), do compartimento mais desfavorável, sendo assim a banheira da casa de banho do piso inferior (Figura 53), o dispositivo, que quando abastecido de água quente, desperdiçará a maior quantidade de água até o aquecimento da mesma.

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Tabela 8 - Tempos de espera de água quente para os dispositivos da fração duplex

Tempos de Espera (abastecimento)

TROÇO l (m) Qa (l/s) Qa (m^3) Qc (l/s) Qc (m^3/s) ϕ real e DN v (m/s) Δt (s) parc. Δt (s) acum. Desp. Água (l) B - A (Pll) 4,69 0,2 0,0002 0,2 0,0002 13,2 3,4 20 1,46 3,21 6,56 1,31 C - B 0,20 1,1 0,0011 0,5743 0,0006 21,2 5,4 32 1,63 0,12 3,35 - D - C 3,24 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 21,2 5,4 32 1,70 1,90 3,23 - BC - D 2,25 1,2 0,0012 0,6006 0,0006 21,2 5,4 32 1,70 1,32 1,32 - N - Ba3 1,07 0,25 0,00025 0,27 0,0003 13,2 3,4 20 1,96 0,55 12,47 3,12 N - Lv3 1,07 0,1 0,0001 0,17 0,0002 13,2 3,4 20 1,22 0,87 12,79 1,28 O - N 2,99 0,35 0,00035 0,32 0,0003 16,6 4,2 25 1,47 2,03 11,92 - O - Bd3 2,43 0,1 0,0001 0,17 0,0002 13,2 3,4 20 1,22 1,98 11,87 1,19 S - O 7,14 0,45 0,00045 0,36 0,0004 16,6 4,2 25 1,68 4,26 9,89 - Q - Lv2 2,47 0,1 0,0001 0,17 0,0002 13,2 3,4 20 1,22 2,02 8,32 0,83 Q - Cr2 1,79 0,1 0,0001 0,17 0,0002 13,2 3,4 20 1,22 1,46 7,77 0,78 P - Q 0,68 0,2 0,0002 0,24 0,0002 13,2 3,4 20 1,75 0,39 6,31 - P - Ba2 1,79 0,25 0,00025 0,27 0,0003 16,6 4,2 25 1,24 1,44 7,36 1,84 S - P 0,48 0,45 0,00045 0,36 0,0004 16,6 4,2 25 1,68 0,29 5,92 - I - S 0,40 0,9 0,0009 0,52 0,0005 21,2 5,4 32 1,47 0,27 5,63 - B - I 2,95 0,9 0,0009 0,52 0,0005 21,2 5,4 32 1,47 2,01 5,36 - C - Lv1 2,36 0,1 0,0001 0,17 0,0002 13,2 3,4 20 1,22 1,93 5,15 0,52

Capítulo 5 - Cálculo do Sistema de Distribuição de Água Predial

Diego Martins Mendes 79

(Nota: A representação dos pontos pode ser encontrada no Anexo 5).

Tabela 9 - Maior tempo de espera e desperdício de água quente dentro da fração duplex MAIS DISTANTE

TROÇO l (m) Qa (l/s) Qa (m^3) Qc (l/s) Qc (m^3/s) ϕ real e DN v (m/s) Δt (s) parc. Δt (s) acum. Desp. Água (l) N - Ba3 1,07 0,25 0,00025 0,27 0,0003 13,2 3,4 20 1,96 0,55 20,61 5,15 O - N 2,99 0,25 0,00025 0,27 0,0003 16,6 4,2 25 1,24 2,41 20,06 S - O 7,14 0,25 0,00025 0,27 0,0003 16,6 4,2 25 1,24 5,76 17,65 I - S 0,40 0,25 0,00025 0,27 0,0003 21,2 5,4 32 0,76 0,53 11,89 B - I 2,95 0,25 0,00025 0,27 0,0003 21,2 5,4 32 0,76 3,88 11,37 C - B 0,20 0,25 0,00025 0,2683 0,0003 21,2 5,4 32 0,76 0,26 7,49 D - C 3,24 0,25 0,00025 0,2683 0,0003 21,2 5,4 32 0,76 4,26 7,22 BC - D 2,25 0,25 0,00025 0,2683 0,0003 21,2 5,4 32 0,76 2,96 2,96

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80 Diego Martins Mendes

Calculou-se portanto o tempo de espera de água quente até à banheira do respetivo compartimento, com 0.25 l/s de água na tubagem, como demonstrado na tabela anterior.

Este tempo de espera representa arredondadamente 21 segundos, o que equivale a um desperdício de mais de 5 litros de água, cada vez que a banheira é utilizada. Um desperdício de 5 litros de água aquando cada utilização da banheira, remete ao desuso da quantidade de água arredondada que é bebida diariamente por uma família.