Exemplo prático 2

Atenda-se ao exemplo prático 1 apresentado na Figura 4.1. Considere-se agora que, ao invés da alimentação à rede pública ser feita pelo reservatório R2, a mesma é feita num nó (B) a meio da conduta adutora, como apresenta a Figura 4.2.

Figura 4.2. Exemplo prático 2

Na Figura 4.2 o nó B divide a conduta adutora em dois troços: troço 1 com 1 000 m de comprimento, exclusivamente adutor (AB); troço 2 com 1 000 m de comprimento, que desempenha uma dupla função – adução (escoamento de B para D) e distribuição (escoamento de E para B). Neste caso, a conduta distribuidora resume-se ao troço que vai desde o nó B à rede pública representada pelo nó F. O nó F representa o nó crítico da rede, que para este exemplo é o nó da rede situado à cota mais elevada.

Tal como no exemplo prático 1, pretende-se determinar o diâmetro ótimo da conduta adutora, ou seja, 𝐷₁ e 𝐷₂.

Tratando-se este sistema de um sistema adutor com distribuição de percurso, antes de se proceder ao dimensionamento da conduta, faz-se uma explicação sucinta sobre as particularidades dos sistemas de bombeamento com distribuição de percurso.

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4.1.2.1. Adutoras com distribuição de percurso (mistas)

Como se referiu no Capítulo 2, dado que neste tipo de adutoras a distribuição dos consumos é feita a montante do reservatório de distribuição, parte da conduta será exclusivamente destinada à adução e outra parte destinada à adução e distribuição.

Ao contrário do que acontece numa adutora pura, nas horas de funcionamento das bombas, o caudal escoado ao longo da adutora não será sempre o mesmo, visto que parte desse caudal deriva diretamente para a rede de distribuição sem passar pelo reservatório de distribuição. Tendo em conta que os consumos exigidos na rede variam consideravelmente ao longo de um dia, durante o período de funcionamento das bombas há que considerar duas situações distintas de funcionamento do sistema adutor/distribuidor:

 situação 1: o caudal bombeado da estação elevatória é suficiente para satisfazer a totalidade dos consumos exigidos na rede. Neste caso, parte do caudal bombeado deriva para a rede e o remanescente entra no reservatório, ou seja, a rede é alimentada exclusivamente pela adução.

 situação 2: o caudal bombeado da origem não é suficiente para satisfazer totalmente os consumos exigidos na rede. Neste caso, todo o caudal bombeado deriva para a rede e o restante caudal, necessário para satisfazer a totalidade dos consumos, é enviado graviticamente a partir do reservatório de distribuição, ou seja, a rede é alimentada pela adução e pelo reservatório.

Quando as bombas estão desligadas, o abastecimento da rede é feito por inteiro a partir do reservatório de distribuição, através do troço de conduta adutor/distribuidor.

Ao longo dos períodos de funcionamento dos grupos, a situação 1 será, à partida, a que se verificará praticamente sempre, no entanto, nas horas de maior consumo da rede (horas de ponta) e/ou quando apenas estiver em funcionamento somente um dos grupos elevatórios existentes, a situação 2 poderá ocorrer.

Esta dualidade de funcionamento (adução/distribuição) de parte da adutora origina a que os caudais de dimensionamento dos troços a montante e a jusante do nó de distribuição possam não ser os mesmos, o que poderá implicar a adoção de diferentes diâmetros ao longo da conduta. Para exemplificar melhor o que se referiu anteriormente, observe-se o sistema apresentado na Figura 4.3.

João Carvalho Mariano 65 Figura 4.3. Adutora elevatória com distribuição de percurso

A Figura 4.3 apresenta um sistema elevatório simples que eleva caudal da estação elevatória para o reservatório de distribuição R. A meio da conduta adutora existe um nó de distribuição (nó A) do qual deriva uma conduta que distribui diretamente para a rede de distribuição. Para o troço 1 (exclusivamente adutor), o caudal de dimensionamento é definido conforme referido na secção 2.5 para uma adutora pura, ou seja, para o dia ou mês de maior consumo. Quanto ao troço 2 (adutor/distribuidor), o caudal de dimensionamento deve corresponde à pior das duas situações possíveis de funcionamento (adução ou distribuição). Dado que as condutas de distribuição são dimensionadas para o caudal de ponta instantâneo do ano horizonte, em teoria, essa situação será mais gravosa que o maior caudal de dimensionamento associado à adução, pelo que o troço adutor/distribuidor é dimensionado como se de uma conduta distribuidora se tratasse.

Não estando objetivado neste trabalho abordar aprofundadamente as condicionantes inerentes ao dimensionamento de condutas distribuidoras, e uma vez que o RGSPPDADARdefine bem o estudo deste tipo de sistemas, indicam-se apenas as condições mínimas regulamentares exigidas para esse tipo de condutas.

Os diâmetros a definir em cada ramo (troço) de uma rede de distribuição devem cumprir requisitos de pressão mínima e máxima, velocidade mínima e máxima e máxima flutuação de pressão nas respetivas condutas e a jusante das mesmas, ou seja, a escolha do diâmetro do troço 2 da Figura 4.3 depende necessariamente das condições de funcionamento da rede. O regulamento, no artigo 21.º, limita as velocidades mínima e máxima de escoamento, respetivamente, a 0,3 m/s e ao valor calculado pela expressão:

João Carvalho Mariano 66 onde 𝑉 é a velocidade (m/s) e 𝐷 é o diâmetro interno da tubagem (mm).

As restrições de velocidade mínima e máxima limitam automaticamente os diâmetros comerciais possíveis a um intervalo de valores.

O artigo 21.º do regulamento refere ainda que a pressão máxima e mínima em qualquer ponto não deve ser superior a 600 kPa nem inferior a 100 kPa, respetivamente, e que a máxima variação de pressão admissível ao longo do dia não deve exceder 300 kPa. No mesmo ponto indica-se também que a pressão mínima dos arruamentos deve corresponder aproximadamente ao valor calculado pela seguinte expressão:

𝐻 = 100 + 40𝑛 (4.2)

em que 𝐻 é a pressão mínima (kPa) e 𝑛 o número de pisos acima do solo.

De acordo com o se referiu, em seguida tecem-se alguns comentários e conclusões inerentes ao dimensionamento e funcionamento de adutoras mistas em comparação com os sistemas de adução pura:

 visto que os caudais máximos nas condutas distribuidoras assumem valores superiores aos das condutas adutoras, em teoria, o diâmetro do troço de conduta adutor/distribuidor será superior ao do troço equivalente numa adutora pura. Esse aumento do diâmetro no segundo troço leva a um aumento dos custos de investimento mas, dado que as perdas de carga também diminuem em igual troço, os custos de exploração serão, pelo contrário, inferiores;

 no caso de adução mista, o troço adutor/distribuidor é materializado por uma única conduta, enquanto que a adução pura implica duas condutas – um troço adutor e outro distribuidor. Isto leva a que haja uma poupança nos custos de investimento nas condutas que tem que ser contabilizada nos custos totais do sistema de adução, incluindo a componente de distribuição desde o reservatório até à rede;

 em termos de pressões na rede, dado que a distribuição não é regulada somente pelo reservatório de distribuição, como num sistema puro, a flutuação das pressões na rede será consideravelmente superior (pressões maiores durante o bombeamento e menores durante a distribuição gravítica);

 como parte do caudal aduzido deriva diretamente para a rede, haverá menos caudal a entrar no reservatório pelo que, à partida, a capacidade de armazenamento poderá ser menor.

4.1.2.2. Dimensionamento

Em primeiro lugar determina-se o diâmetro ótimo do troço 1, como se não existisse distribuição de percurso, ou seja, como se fosse uma adutora pura. Aplicando o método mais rigoroso – folha de cálculo de HA1 – e aproveitando os cálculos efetuados para o exemplo prático 1, define-se para o troço 1 o diâmetro ∅200 mm.

João Carvalho Mariano 67 O troço 2 é dimensionado para o maior dos caudais de dimensionamento, entre adução (𝑄_𝑑𝑖𝑚2,1 ) e distribuição (𝑄_𝑑𝑖𝑚2,2 ). Atendendo às considerações feitas na secção 4.1.2.1, vem:

𝑄_𝑑𝑖𝑚2,1 = 𝑄_𝑒,401 = 153 𝑚3_/ℎ

𝑄_𝑑𝑖𝑚2,2 = 𝑄_𝑑𝑖𝑚3 = 𝑄_𝑝𝑖,40 = 𝑄_𝑚𝑑,40× 𝑓_𝑝𝑖 + 𝑄_{𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠,40} = (1 440 × 3,0 + 0,2 × 1 440)/24 =

192 𝑚3_/ℎ

Logo o caudal de dimensionamento do troço 2 é 𝑄_𝑑𝑖𝑚2,2 .

Com uma velocidade mínima de 0,3 m/s e máxima calculada pela expressão (4.1), o diâmetro da conduta fica limitado ao mínimo ∅315 mm e máximo ∅500 mm. Como se pretende a melhor solução do ponto de vista económico, escolhe-se o menor dos possíveis e verifica-se se as condições de pressão no nó F (nó crítico) cumprem os seguintes valores regulamentares, considerando que, nesse nó, existe um número máximo de 3 pisos acima do solo:

𝐻 = 100 + 40 × 3 = 220 kPa 𝐹𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎çã𝑜_𝑚á𝑥 = 300 kPa

Note-se que, por simplificação, no exemplo prático proposto, considerou-se que os requisitos na rede de distribuição são cumpridos se forem verificadas as condições36 de funcionamento regulamentares para um nó crítico da rede (nó F).

Fazendo os cálculos verifica-se que o ∅315 mm cumpre os requisitos, pelo que é o diâmetro que se adota. O Quadro 4.2 resume o dimensionamento da conduta e a verificação das pressões.

Quadro 4.2. Dimensionamento e verificação das restrições de funcionamento em F, para o exemplo prático 2

DN p/máx,40 p/mín,40 Flutuaçãomáx,40 vmáx,40

(mm) (kPa) (kPa) (kPa) (m/s)

Troço 1 200 - - - -

Troço 2 315 - - - -

Rede: Nó F - 450,7 354,5 96,2 0,78