15-Sifoes Invertidos 2013-1.pdf

(1)

Escola Politécnica da Universidade de São

Paulo

Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental

PHA2

412

412 -

-

San

eame

nto I

I

Renat

o Carlos

Zambon

Ron

(2)

Sifões Invertidos

Alternativas para transposição de obstáculos?



por gravidade, aprofundando a tubul

por gravidade, aprofundando a tubulação

ação



por recalque, através de elevatória



por gravidade, com travessia aérea (depende do

por gravidade, com travessia aérea (depende do caso)

caso)



(3)

Sif

ão

In

ver

tid

o -

Hid

ráu

li

ca



Es

Esco

coam

amen

ento

to em

em

co

ndu

to

fo

rç

ado

, por

gravidade



Cá

Cálc

lcul

ulo

o da

da pe

perrda

da de

de ca

carrggaa di

disstr

trib

ibuí

uída

da



Fórm

Fórmula

ula Univ

Univers

ersal: K

al: K = 2 mm

= 2 mm



Fór

Fórmula

mula de Haz

de Hazen-Wi

en-William

lliams: C = 100

s: C = 100



Fórm

Fórmula

ula de Ma

de Manni

nning: n = 0

ng: n = 0,015

,015



Cá

Cálc

lcul

ulo

o da

da pe

perrda

da de

de ca

carrggaa lo

loca

calilizzad

ada:

a:

  



2 2 2 2 s s ss V V H H K K g g

(4)

Sif

(5)

Sif

(6)

Sif

ão I

nv

ert

ido

-

Con

str

uç

ão

Sifão Invertido no Rio São Domingos, Catanduva-SP

(7)

Si

(8)

Sif

(9)

Dimensionamento



Velocidade:



Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez

por dia



Velocidade mínima:



V > 0,6 m/s, para vazão média



V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia

V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia qualquer

qualquer



V

Velocidade máxima: 3,0

elocidade máxima: 3,0 a 4,0 m

a 4,0 m/s

/s



Diâmetro mínimo: Ø 150 mm



Número de tubulações:



mínimo = 2



(10)

Perfis

(11)

Câmara de Montante

controle de vazão por stop-log

(12)

Câmara de Jusante

controle de vazão por stop-log

(13)

Câmara de Montante

con

(14)

Ventilação

do Sifão

Invertido

Diâmetro da tubulação de ventilação:

Diâmetro da tubulação de ventilação: SI SI 2 2 1 1 vent. vent. SI SI 10 10 1 1        

Ventilação na câmara de montante

Ventilação na câmara de montante Ventilação por tubulação interligandoVentilação por tubulação interligando

as câmaras de montante e jusante

(15)

Sif

ão In

ver

tid

o -

Exe

mpl

o de Pro

jet

o



Materiais: ferro fundido ductil, concreto, aço, plásticos

V

Vazões afluazões afluentesentes

* para verificação da auto-limpeza * para verificação da auto-limpeza

ETAPAS

VAZÕES (l/s)

média

média mámáximaxima horhoráriaária dia

dia quaqualqulquer*er* máximamáxima Imediata Imediata (Implantação) (Implantação) 8800 111111 113300 1ª etapa 1ª etapa (10 anos) (10 anos) 220000 228833 333366 2ª etapa 2ª etapa (20 anos) (20 anos) 332288 444466 553344 

CoCommprprimimenentotododo sisiffãoão:: 4040mm



CCoolleettoorr afaflluueennttee:: øø 808000 mmmm,, II == 00,,00003366 mm//mm



(16)

ex.

-ex. -

Dim

ens

ion

ame

nto das T

ubu

laç

ões



Admitindo-se que o sifão invertido será constituído de 3

tubulações (1, 2 e 3)



 a tubulação 1 atenderá a a tubulação 1 atenderá a etapa imediataetapa imediata



 a tubulação a tubulação 2 mais a tubulação 2 mais a tubulação 1 atender1 atenderão a 1ªão a 1ª etapaetapa



 a tubulaa tubulação 3 e as demais ação 3 e as demais atendtenderãerão a 2ªo a 2ª etapetapaa 



Determinação dos diâmetros, considerando



 parpara va vazãazão médiao média: V >: V > 0,6 m/0,6 m/ss



(17)

ex.

-ex. -

Dim

ens

ion

ame

nto das T

ubu

laç

ões



 DD₁₁ para atender o início de operação do sifão (Qméd = para atender o início de operação do sifão (Qméd = 80 L/s):80 L/s):



 adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, Dadotando-se o diâmetro comercial mais próximo, D₁₁ = 400 mm= 400 mm



 alternativalternativamente, para vazamente, para vazão máxima ão máxima horária de um dia horária de um dia qualquer dequalquer de

111 L/s também resulta 400 mm: 111 L/s também resulta 400 mm: 2 2 1 1 1 1 11 0 0,,008800 44 00,,113333 0,1 0,133 33 00,,412412 0,60 0,60 Q Q S S mm DD mm V V            2 2 1 1 11 0 0,,111111 44 00,,113333 0,123 0,396 0,123 0,396 0,90 0,90 S S mm DD mm          

(18)

ex.

-ex. -

Dim

ens

ion

ame

nto das T

ubu

laç

ões



 DD₂₂ parpara atea atender nder a 1ªa 1ª etapetapa,a, em primeira em primeira aproximaçaproximaçãoão consideramosconsideramos a vazão de 80 L/s passando por D

a vazão de 80 L/s passando por D₁₁ e a diferença até 200 L/s por De a diferença até 200 L/s por D₂₂:: 2 2 2 2 22 0 0,,220000 00,,008800 44 00,,220000 0, 0,20200 0 0,505 0,505 505000 0,60 0,60 S S mm DD mm mmmm            

aproxim

ação porque

a

distribuição das vazões deve

igualar a perda de carga, não

as velocidades!

(19)

ex.

-ex. -

Dim

ens

ion

ame

nto das T

ubu

laç

ões



 alternativalternativamente, para vazamente, para vazão máxima ão máxima horária de um dia horária de um dia qualquer dequalquer de 283 L/s também resulta 500 mm:

283 L/s também resulta 500 mm:



 DD₃₃ para atender a 2ª etapa,para atender a 2ª etapa, em primeira aproximaçãoem primeira aproximação consideramosconsideramos

a vazão média de 200 L/s passando por D

a vazão média de 200 L/s passando por D₁₁ + D+ D₂₂::

(também

(também = 500 mm para = 500 mm para vazão vazão máxima horária máxima horária de um dia qualquer)de um dia qualquer)

2 2 2 2 22 0 0,,228833 00,,111111 44 00,,119911 0,191 0,191 0,0,493 493 500500 0,90 0,90 S S mm DD mm mmmm             2 2 2 2 33 0 0,,332288 00,,220000 44 00,,221133 0, 0,213 213 0,0,521 521 500500 0,60 0,60 S S mm DD mm mmmm            

(20)

ex.

-ex. -

Cur

va Car

act

erí

sti

ca e Oper

açã

o



 Agora sim, vamos conferir as perdas de cargas localizadas eAgora sim, vamos conferir as perdas de cargas localizadas e distribuídas e as vazões resultantes:

distribuídas e as vazões resultantes:

p

peeççaa KKss

eennttrraaddaa 00,,5500 2 2 cucurvrvas 4as 455oo _0,40_0,40 ssaaííddaa 11,,0000  



K K _s_s 1,901,90 

 com tubcom tubulaçãulaçãoo FD K7 (k = 0,FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m)002 m; L = 40 m)

e para D

e para D₁₁ = 400 mm:= 400 mm: Q (

Q (LL//ss)) V V ((mm//ss)) Perdas de carga (m)Perdas de carga (m)

LLooccaalliizzaaddaa DDiissttrriibbuuííddaa TToottaall 3 300 00,,2244 00,,0011 00,,0011 00,,0022 6 600 00,,4488 00,,0022 00,,0044 00,,0066 9 900 00,,7711 00,,0055 00,,0088 00,,1133 1 12200 00,,9955 00,,0099 00,,1144 00,,2233 1 15500 11,,1199 00,,1144 00,,2222 00,,3366 1 18800 11,,4433 00,,2200 00,,3322 00,,5522 2 21100 11,,6677 00,,2277 00,,4444 00,,7711

(21)

ex.

-ex. -

Cur

va Car

act

erí

sti

ca e Oper

açã

o



 e com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m) e com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m) e De D₂₂ = D= D₃₃ = 500 mm:= 500 mm: Q

Q ((LL//ss)) V V ((mm//ss)) Perdas de carga (m)Perdas de carga (m)

LLooccaalliizzaaddaa DDiissttrriibbuuííddaa TToottaall 3 300 00,,1155 00,,0011 00,,0011 00,,0022 6 600 00,,3311 00,,0011 00,,0011 00,,0022 9 900 00,,4466 00,,0022 00,,0033 00,,0055 1 12200 00,,6611 00,,0044 00,,0055 00,,0099 1 15500 00,,7766 00,,0066 00,,0077 00,,1133 1 18800 00,,9922 00,,0088 00,,1100 00,,1188 2 21100 11,,0077 00,,1100 00,,1144 00,,2244 2 24400 11,,2222 00,,1144 00,,1188 00,,3322 2 27700 11,,3377 00,,1188 00,,2222 00,,4400 3 30000 11,,5522 00,,2222 00,,2277 00,,4499 3 33300 11,,6688 00,,2277 00,,3333 00,,6600

(22)

ex.

-ex. -

Cur

va Car

act

erí

sti

ca e Oper

açã

o



 Curvas caracteCurvas características do rísticas do sifão, determinando a perda de sifão, determinando a perda de carga para ascarga para as tubulações de 400 mm e de 500

tubulações de 400 mm e de 500 mm e respectivas velocidades:mm e respectivas velocidades:

pela dis

pela distribuição datribuição das vazões no ps vazões no período de proeríodo de projeto e considjeto e considerando aserando as velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se admitir uma perda de carga máxima de 0,35 m.

admitir uma perda de carga máxima de 0,35 m.

(1) D (1) D₁₁= 400 mm= 400 mm (2) D (2) D₂₂= 500 mm= 500 mm (3) D (3) D₃₃= 500 mm= 500 mm H (m) e V (m/s) H (m) e V (m/s)

(23)

ex.

-ex. -

Cur

va Car

act

erí

sti

ca e Oper

açã

o



 VVariação das ariação das velocidades e das velocidades e das perdas de carga nas tubperdas de carga nas tubulações do sifão, emulações do sifão, em função do intervalo das

função do intervalo das vazões:vazões:

a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a

velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s, no início da operação a velocidade será de de um dia qualquer de 111 L/s, no início da operação a velocidade será de 0,88 m/s. Para essa velocidade, pode-se admitir que haverá auto-limpeza 0,88 m/s. Para essa velocidade, pode-se admitir que haverá auto-limpeza nas tubulações do sifão.

nas tubulações do sifão. Intervalo de Intervalo de vazões (L/s) vazões (L/s) Tubulação em Tubulação em operação operação Variação de Variação de velocidades (m/s) velocidades (m/s)

Variação das perdas

de carga (m) de carga (m) 80 80_–_– 115500 ((11)) 0,,60 644_–_– 11,,1199 00,,1100_–_– 0,350,35 150 150_–_– 225500 ((22) ) oou u ((33)) 00,,7766_–_– 11,,2277 00,,1133_–_– 0,350,35 250 250_–_– 400400 (1)+(2) ou(1)+(2) ou (1)+(3) (1)+(3) 0,74 0,74_–_– 1,19 no tubo 11,19 no tubo 1 0,80 0,80_–_– 1,27 em 2 ou 31,27 em 2 ou 3 0,140,14 – – 0,350,35 400 400_–_– 550000 ((22))++((33)) 11,,0022_–_– 11,,2277 00,,2233_–_– 0,350,35 5 5000 0 - 6- 65500 ((11))++((22))++((33)) 0,900,90 – – 1,19 no tubo 11,19 no tubo 1 0,99 0,99_–_– 1,27 em 2 e 31,27 em 2 e 3 0,210,21 – – 0,350,35

(24)

ex

. -

Pe

rí

od

os de O

pe

ra

çã

o



 Com a tabela anterior podemos definir os períodos de opCom a tabela anterior podemos definir os períodos de operação para cadaeração para cada tubulação do sifão: tubulação do sifão: Tubulação do Sifão Tubulação do Sifão Período de Período de operação operação (anos) (anos) ((11)) 00_–_– 11 ((22) ) oou u ((33)) 11_–_– 55 ((11) ) + + ((22) ) oou u ((11) ) + + ((33)) 55_–_– 1313 ((22) ) + + ((33)) 1133_–_– 1818 ((11) ) + + ((22) ) + + ((33)) 118 8 - 2- 255

(25)

ex.

-ex. -

Níveis d’água nas câmaras



 Câmaras de montante e jusante: parCâmaras de montante e jusante: para determinar o NA na determinar o NA nas câmaras doas câmaras do sifão, for

sifão, foram consideradas as vazões que ocasionam as am consideradas as vazões que ocasionam as perdas de cargasperdas de cargas máximas ( máximas (H=0,35 m):H=0,35 m): Q Q ((LL//ss)) YY//DD NNA A mmoonnttaanntte e ((mm)) HH ((mm)) NA jusante (m)NA jusante (m) 1 15500 00,,3300 338844,,2244 00,,3355 338833,,8899 2 25500 00,,3399 338844,,3311 00,,3355 338833,,9966 4 40000 00,,5500 338844,,4400 00,,3355 338844,,0055 5 50000 00,,5577 338844,,4466 00,,3355 338844,,1111 6 65500 00,,6699 338844,,5555 00,,3355 338844,,2200

(26)

ex

. -

Ve

nt

il

aç

ão



 Será projeSerá projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a tada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada naser localizada na câmara de montante, pois est

câmara de montante, pois está se admitindo que os á se admitindo que os gases expulsos nãogases expulsos não afe

afetarão as condições ambientais do tarão as condições ambientais do local. Seu diâmetro será equivalente alocal. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da área das tubulações do sifão:

um décimo da área das tubulações do sifão:

outra alternativa para a ventilação seria a ligação entre as câmaras... outra alternativa para a ventilação seria a ligação entre as câmaras...

2 2 22 2 2 1 1 22 33 2 2 v veenntt vveenntt 0 0,,44 00,,55 2 2 00,,551188 4 4 44 S S 00,,00552 2 ee 225500 S S SS SS SS mm m m mmmm                           

(27)

ex.

(28)

F.A.Q.



 Qual o horário da prova? O mesmo da aula.Qual o horário da prova? O mesmo da aula.



 Cai até onde? Assuntos de todas as aulas de SES.Cai até onde? Assuntos de todas as aulas de SES.



 A sub é aberta? Não. A sub é aberta? Não.



 As questões são es As questões são escritas ou numéricas? Tcritas ou numéricas? Tem dos três tipos.em dos três tipos.



 Pode usar calculadora? Deve Pode usar calculadora? Deve (se referir(se referir, régua , régua de cálculo).de cálculo).



 Lápis ou caneta? Ambos e de várias cores são bem-vinLápis ou caneta? Ambos e de várias cores são bem-vindos.dos.



Ipad, Ipod, Iphone,

N*book, Celular

, Consulta,

etc.? NÃO!



 Dúvidas sobre a matéria, quer conversar sobre o curso ouDúvidas sobre a matéria, quer conversar sobre o curso ou outros assuntos? Os professores estão em tempo integral na outros assuntos? Os professores estão em tempo integral na universidade, procure no departamento (podem haver aulas, universidade, procure no departamento (podem haver aulas, reuniões, etc., vale confirmar antes). Se

reuniões, etc., vale confirmar antes). Se preferirpreferir, use , use o email.o email.

