XVII SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS
DA UNAERP - CAMPUS GUARUJÁ
Desenvolvimento de ferramenta para análise de ponto de funcionamento de sistemas ramificados de hidrantes
Carlos Vinícius da Silva Oliveira¹; Gabriel César Silva Santana²; William Sousa Teixeira³; Carlos Alberto do Amaral Moino4; Willy Ank de Morais5
1 Universidade Santa Cecília (UNISANTA). Santos, São Paulo, Brasil. Discente.
carlos.vsoliveira@gmail.com
2 Universidade Santa Cecília (UNISANTA). Santos, São Paulo, Brasil. Discente.
gabrielcesar_98@hotmail.com
3 Universidade Santa Cecília (UNISANTA). Santos, São Paulo, Brasil. Discente.
wlmteixeira@gmail.com
4 Universidade Santa Cecília (UNISANTA). Santos, São Paulo, Brasil. Pesquisador e docente.
moino@unisanta.br
5 Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP). Guarujá, São Paulo, Brasil. Pesquisador e docente.
willyank@unisanta.br
Este simpósio tem o apoio da Fundação Fernando Eduardo Lee
Engenharia de Produção: Engenharia Econômica Formato: resumo expandido
Apresentação: oral (apresentação em slides por meio do Google Meet)
RESUMO
Instalações hidráulicas são as responsáveis pela captação, pelo transporte e pela armazenagem de fluidos. Seu sistema compreende as instalações de água fria, de água quente, de esgoto sanitário, de água pluvial e de combate a incêndio, cada qual com as suas características específicas. O objetivo das instalações de água fria, basicamente, é abastecer os pontos úteis de água em uma edificação, principalmente com relação à manutenção da potabilidade. Destaca-se que a legislação determina que haja sistemas de combate a incêndio predial, asseverando a segurança local. Sendo assim, visando maior êxito nessas instalações e atendimento ao projeto, é possível a utilização da linguagem Python, capaz de calcular a curva característica de instalação e de bomba, bem como a perda de carga.
ABSTRACT
Hydraulic installations are responsible for capturing, transporting and storing fluids. Its system covers cold water, hot water, sanitary sewage, rainwater and firefighting installations, each with its own specific characteristics. The purpose of cold-water installations, basically, is to supply the useful points of water in a building, mainly with regard to maintaining potability. It is noteworthy that the legislation determines that there are systems to combat building fire, assuring local security. Therefore, aiming at greater success in these installations and service to the project, it is possible to use the Python language, capable of calculating the installation and pump characteristic curve, as well as the head loss.
Key-words: Hydraulic installations, Firefighting, Software design.
RESUMO EXPANDIDO
As técnicas que abrangem as instalações progrediram de forma substancial com o passar dos anos, fazendo com que os profissionais que integram essa atividade se conscientizem a respeito das especificações, cada vez mais precisas e rigorosas. O que antes acontecia no improviso, hoje deu lugar ao projeto de engenharia, de forma conjunta aos de arquitetura e de estrutura, procurando, através das leis e dos princípios da Física, da Mecânica dos Fluidos e da Hidráulica Aplicada, alcançar resultados práticos e concretos, ensejando a utilização dos fluidos para seus efetivos fins. (MACYNTIRE, 2017). Dessa forma, é necessário que sejam seguidas, de forma plena, desde o projeto arquitetônico, as normas editadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), com a finalidade de garantia da qualidade da instalação, um dos princípios norteadores, disposto na NBR 5626 (1998), que busca uma melhor adequação no que diz respeito às instalações prediais, satisfazendo, assim, os futuros usuários. Entre o sistema de instalações hidráulicas está o de combate a incêndio, visando a preservação de bens e de vidas, em que as medidas devem ser rigorosamente consideradas mesmo que o objetivo seja nunca precisar recorrer às mesmas. (MACYNTIRE, 2017). Assim, através da linguagem de programação Python, considerada, em matéria de expansão, como a linguagem que mais se desenvolve, é plausível a criação de um software, denominado IPump, capaz de auxiliar no dimensionamento dos sistemas de proteção e combate a incêndio. O objetivo deste trabalho é analisar o sistema de instalação hidráulica como um todo, bem como, especificamente, as instalações de água fria, de água quente, de esgoto sanitário, de água pluvial e de combate a incêndio, enfatizando esta última. Por conseguinte, observar e determinar a perda de carga, além da curva característica de instalação (CCI) e da curva característica de bomba (CCB). Especificamente, a partir do estudo da instalação de combate a incêndio, cuja importância é primordial (de acordo com suas exigências específicas), elucidar os pontos negativos adotados pelas empresas/instituições, tais como maior custo e probabilidade de erro, e desenvolver um projeto de software capaz de dimensionar os sistemas de proteção e combate a incêndio de forma concisa, rápida e eficaz, tornando-o simples. O projeto será
denominado IPump e executado com base na linguagem de programação Python. Os sistemas de combate a incêndio predial são legalmente necessários nas edificações, de pequeno ou grande porte, visando a garantia da segurança do local como um todo. A NBR 13714 (2000) institui as condições que serão exigidas para dimensionamento, instalação, manutenção, aceitação e manuseio, além dos aspectos dos componentes de sistemas de hidrantes (ponto de tomada de água com uma ou duas saídas) e de mangotinhos (ponto de tomada de água com apenas uma saída simples) para uso específico de combate a incêndio. No geral, em consonância com a NBR 13714 (2000, p. 8 e 9), os componentes das instalações, dispostos em normas técnicas ou em especificações aceitas pelos órgãos oficiais, são: esguichos, mangueiras, uniões/engates, válvulas, tubulações e instrumentos. Vale lembrar que as atividades relacionadas ao projeto, à instalação, aos ensaios e à manutenção devem ser realizadas por empresas ou profissionais legalmente habilitados, e, também, para cada sistema instalado deve ser apresentado um memorial com a presença dos
cálculos, dimensionamentos, desenhos, plantas, perspectivas isométricas
pormenorizadas de tubulação, diretrizes, indicações para instalação, técnicas de ensaio e sugestões para manutenção. (NBR 13714, 2000, p. 4). Seja qual for a edificação, como descrito na NBR 13714 (2000, p. 6 a 8), o dimensionamento do sistema determinará o percurso das tubulações, dos diâmetros, dos acessórios e dos suportes, capazes de garantir seu bom funcionamento. Para isso, é recomendado que a pressão máxima de trabalho não ultrapasse 1000 kPa, sendo que pressões superiores devem ser adequadas tecnicamente. Destaca a norma da ABNT (2000, p. 7) que “o cálculo hidráulico das tubulações deve ser executado por métodos adequados para este fim”. Uma das equações que pode ser utilizada é denominada Colebrook ou fórmula universal. Também há possibilidade de utilização da equação de Hazen Williams, para obter o resultado do desempenho do cálculo hidráulico das tubulações. A perda de carga, no contexto das instalações hidráulicas, ocorre quando, na passagem de uma tubulação sob pressão, a energia de um fluido é restringida por diversos fatores, tais como o atrito com uma camada estagnada aderida à parede interna do tubo ou até mesmo devido à turbulência ocasionada pelo direcionamento alterado do traçado (partículas líquidas). É essencial realizar esse cálculo da energia que o líquido irá gastar para perpassar pelo encanamento. (VIANA, 2019). Macintyre (2017, p.17), destaca a expressão universal da perda de carga, utilizada para qualquer líquido, através do chamado método moderno ou racional, estabelecida por Darcy e Weisbach. Igualmente, descreve o autor que o fator f, no regime identificado como “regime turbulento”, onde a distribuição das velocidades de escoamento é relativamente uniforme ao longo de cada seção transversal de escoamento, depende da rugosidade das paredes de tubulação (ε/d) e do número de Reynolds (Re). Define-se Curva Característica de Instalação, Define-segundo Ferreira Ignácio (2016), como aquela que retrata os locais geométricos que determinam a energia por unidade de peso necessária para o fluido, a fim de ocasionar o escoamento em regime permanente em uma dada instalação a uma vazão Q. A CCI, em uma instalação, é fornecida por
, altura manométrica. A obtenção das Curvas Características de Bomba ocorre de forma que, para cada valor da vazão recalcada, mensurada por intermédio do registro de recalque, são medidos os valores que correspondem à altura manométrica, à potência de acionamento e ao rendimento, destacando-os em uma ficha denominada “folha de teste da bomba”. Subsequentemente a CCB é alcançada. Essas curvas são levantadas em bancadas de ensaio, formadas, basicamente, por circuitos hidráulicos fechados, compreendendo o equipamento capaz de permitir a variação da rotação de acionamento da bomba, a válvula para regulagem da vazão do fluido, os instrumentos necessários para determinação da vazão, da potência e da rotação de acionamento, além, é claro, da bomba a ser ensaiada e da fonte de acionamento. Sobre a linguagem de programação usada, criada nos anos 90, por Guido Van Rossum, conhecido como principal autor, a partir das propriedades mais vantajosas de sua antecessora ABC, a linguagem Python tornou-se a principal para os usuários programadores. Desde 2001 sua propriedade intelectual é conferida à Python Software Foundation, uma organização sem fins lucrativos que possui a missão de promover, proteger e avançar a linguagem de programação. (python.org; acesso em 29/05/2020). Lutz e Ascher (2007, p. 31) evidenciam que a linguagem de programação Python é definida como de propósito geral, constantemente aplicada em funções de script, podendo ser chamada de linguagem de script orientada a objetos, tendo em vista que os usuários utilizam o termo “script” e “programa” de forma indistinta. Diante disso, suas funções são praticamente ilimitadas, podendo executar tarefas do cotidiano (do mundo real) dos usuários, sendo empregado, normalmente, em diferentes domínios, como ferramenta para escrever outros componentes e
efetivar programas independentes. De acordo com o artigo “Estudo da Variação da
Rotação de uma Bomba Centrifuga”, utilizamos a base teórica colhida no
levantamento de dados da bomba centrifuga IMBIL modelo INI 65-160 – 1730 rpm.
(Moino et al; 2019). Para os cálculos realizados pela ferramenta de análise IPump foram necessárias equações, tais como a equações de balanço de energia mecânica
(Equação de Bernulli) e a equação de Hazen-Williams. Após os cálculos realizados
pela ferramenta de análise, o software de perda de carga IPump, utilizando a formula de Hazen-Williams com todas suas variáveis, encontramos os seguintes valores da Curva Característica de Instalação (CCI). Utilizando os dados coletados para a elaboração do estudo de iniciação cientifica “Estudo da Variação da Rotação de uma Bomba Centrifuga”, foi realizada a validação da ferramenta em desenvolvimento ao serem calculadas a perda de carga total e a curva característica de instalação (CCI). Isso permitiu analisar de forma objetiva as falhas presentes no software e em sua metodologia, uma vez que os dados obtidos em resposta apresentaram-se divergentes do coletado em laboratório, evidenciando a necessidade de revisão da estrutura da ferramenta em desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
ABNT. NBR 13714. Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio. Rio de Janeiro, 2000.
ABNT. NBR 14267. Brigada de incêndio – Requisitos. Rio de Janeiro, 2006.
FRANKLIN, Erick de Moraes. Laboratório de Calor e Fluidos II. Disponível na internet via: http://www.fem.unicamp.br/~franklin/EM886/Exp6_bomba_centrif.pdf. Arquivo capturado em 01 de junho de 2020.
IGNÁCIO, Raimundo Ferreira. Curso Básico de Mecânica dos Fluidos – Unidade 7:
projeto de uma instalação hidráulica básica de bombeamento. 2016, p. 410 a 424. Disponível na internet via https://www.yumpu.com/pt/document/read/13444033/74-curva-caracteristica-da-instalacao-cci-74-escola-da-vida. Arquivo capturado em 31 de maio de 2020.
LUTZ, Mark; ASCHER, David. Aprendendo Python. [tradução João Tortello]. 2ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
MACINTYRE, Archibald Joseph. Instalações hidráulicas: prediais e industriais. [revisão e atualização José Carlos Cesar Amorim, Marco Aurélio Chaves Ferro, Sandro Filippo]. 4ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
MOINO, Carlos Alberto do Amaral et al. Estudo da Variação da Rotação de uma Bomba Centrífuga. [Estudo de Iniciação Científica]. 2019.
PSF – Python Software Foundation. O que é a Python Software Foundation?
Disponível na internet via https://www.python.org/psf/about/ Arquivo capturado em 29 de maio de 2020.
VIANA, Dandara. Perda de carga: entenda o que é. 2019. Disponível na internet via https://www.guiadaengenharia.com/perda-carga/ Arquivo capturado em 19 de abril de 2020.
