Adução
É o conjunto de encanamentos, peças especiais e obras de arte destinados a promover o transporte da água em um sistema de abastecimento entre:
captação e reservatório de distribuição;
captação e ETA;
captação a rede de distribuição;
ETA e reservatório;
ETA e rede;
reservatório à rede; e
Classificação
De acordo com a energia de movimentação do líquido:
gravidade, recalque e mista;
De acordo com o modo de escoamento do líquido:
livre,
forçada e
mista;
De acordo com a natureza da água:
bruta e
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
DAS ADUTORAS POR GRAVIDADE
Parâmetros que devem ser conhecidos: a) vazão de adução (Q);
b) comprimento da adutora (L);
c) material do conduto, que determina a rugosidade e por conseqüência ( por exemplo : Coeficiente C da fórmula de Hazen & Williams, o γ da fórmula de Bazin ou n da fórmula de Ganguillet & Kutter e também de Manning, para conduto s livres).
A vazão de adução Q é estabelecida em função da população a ser abastecida, do consumo médio per capita e do coeficiente de variação diária do consumo
K1.
O comprimento do trecho e a diferença entre os níveis de água (no início e no fim da adutora) são dados
físicos previamente fixados. Utiliza-se comumente a fórmula de Hazen & Williams para os condutos
forçados.
A fórmula de Manning é a mais usada para condutos livres.
Aplicação
Uma adutora interligando 2 reservatórios, distanciados entre si 4.820 m., deverá veicular uma vazão média de 150 l/s. os níveis médios de água nesses reservatórios correspondem às cotas altimétricas de 237,45m e
215,73m, respectivamente.
Determinar:
a) O diâmetro dessa adutora admitindo ser a mesma de cimento-amianto;
b) A vazão efetiva que poderá aduzir e a velocidade correspondente.
Solução
km m m m / 4,5 / 0045 , 0 4820 72 , 21 L h J unitária) carga de perda à dente (correspon hidráulico Gradiente : sendo Assim . escoamento no carga de perda máxima atribuir significa Isto atrito. de forças as vencer para o aproveitad ser deverá desnível o todo diametro, menor obter se Para 21,72m 215,73 -237,45 h ) disponível (carga io reservatór os entre médio Desnível Para utilizar o ábaco entra-se com os valores
correspondente à vazão e à perda de carga unitária. Utilizando um ábaco traçado para tubos com C=100 (diametro 400mm).
A velocidade correspondente é de aproximadamente 1,2.
ASPECTOS A SEREM CONSIDERADOS
No dimensionamento de adutoras deveriam também ser computadas as perdas de carga localizadas.
Contudo, tais perdas atingem, na maioria dos casos, um valor desprezível, comparativamente às perdas por atrito ao longo da tubulação.
No traçado de uma linha adutora em
conduto forçado, deve-se fazer com que a
linha piezométrica fique sempre acima da
tubulação.
Caso contrário, o trecho teria pressão
inferior à atmosférica, situação que deve ser
evitada.
A vazão veiculada por um conduto forçado independe da pressão reinante no seu interior. Entretanto, por
razões econômicas, não é desejável que uma tubulação fique sujeita a uma pressão excessiva, quando é
possível evitar.
Às vezes a simples alteração do traçado poderá aliviar consideravelmente a pressão interna. Podem-se adotar caixas de quebra de pressão, em adutoras por
gravidade e em conduto forçado, para evitar pressões inconvenientes.
DIMENSIONAMENTO DE UMA
ADUTORA POR RECALQUE
Parâmetros a serem considerados: a) vazão de adução ( Q)
b) comprimento da adutora (L) c) o desnível a ser vencido (Hg)
O pré-dimensionamento é feito através da
fórmula de Bresse modificada:
coeficiente adimensional que varia de 0,7 a 1,5;
Observação: a Formula de Bresse é uma equação
simples para solucionar problemas complexos e deve ser aplicada apenas em pequenas instalações com diâmetro máximo de 150 mm (PORTO, 1999) que, funcionam 24 horas por dia, ininterruptamente.
Uma vez encontrado o diâmetro D, o valor achado é
comparado com um diâmetro imediatamente
inferior D e um diâmetro imediatamente superior D.
Em seguida:
determinam-se as alturas manométricas que deverão
ser geradas pela bomba para elevar a vazão desejada
(soma do desnível geométrico com todas as perdas
de carga ocorrentes na adutora e nas peças especiais
existentes ao longo da mesma);
calculam-se as potências das bombas, para cada
diâmetro, em função da vazão e da altura
calculam-se os consumo de energia; em Kwh, para cada diâmetro em comparação;
determina-se o custo d a energia elétrica anualmente;
determina-se os custos anuais de amortização e juros do capital a ser aplicado na compra dos conjuntos
elevatórios, bem como das tubulações (despesas financeiras);
somam-se os custos anuais determinados (energia elétrica + despesas financeiras), a comparação dessas somas permite conhecer o diâmetro que conduz a
PEÇAS ESPECIAIS E ÓRGÃOS
ACESSÓRIOS
Numa adutora por gravidade, em conduto forçado, é possível ter as seguintes peças especiais:
registros de parada
– destinados a interromper o fluxo da água. Um deles é
colocado no início da adutora, outro no fim e os demais são distribuídos ao longo da linha, em pontos convenientes,
para permitir o isolamento e esgotamento de trechos, por ocasião de reparos, sem necessidade de esgotar toda a
adutora. Permitem, ainda, regular a vazão na operação de enchimento da linha, fazendo-o de forma gradual e assim, evitando o golpe de aríete;
• registros de descarga
– colocados nos pontos baixos da adutora para permitir o esvaziamento, quando necessário, por ocasião de reparos na adutora. O diâmetro da derivação, na qual se instala o registro de descarga, deverá ser de 1/6 a 1/2 do diâmetro da adutora. A metade do diâmetro é um valor adequado;
• ventosas
– colocadas nos pontos elevados da tubulação de modo a expulsar, durante o enchimento da adutora, o ar que
normalmente se acumula nesses pontos. Deixam também penetrar o ar, quando a tubulação está sendo esvaziada, de modo a se evitar a ocorrência de pressões internas negativas, podendo originar o colapso ou achatamento ou ovalização das tubulações, bem como a possibilidade de entrada de
líquido externo devido a defeitos provocados nas tubulações ou através das juntas;
• válvulas de redução de pressão
– desempenham função semelhante à da caixa de quebra de pressão, só que nesse caso a pressão não é perdida
totalmente, pois a água não entra em contato com a
atmosfera. Só são usadas em adutoras por gravidade ou em redes de distribuição.
válvulas anti-golpe
– permitem reduzir a pressão interna, atenuando os golpes de aríete. São instaladas geralmente no início das adutoras por recalque. São dispositivo s dotados usualmente de ar
comprimido e de mecanismos hidráulicos, mecânicos ou até mesmo elétricos.
Os golpes de aríete ocorrem quando há uma súbita parada das bombas, devido a falta de energia, ou por qualquer outro motivo. Nesse momento, a água retorna como se fosse em um plano inclinado e a celeridade que adquire
pode causar efeitos catastróficos nas casas de bombas e nos equipamentos de bombeamento.
válvulas de retenção
– objetivam impedir o retorno da água para as bombas quando está é paralisada. Devem suportar os golpes de aríete.
OBRAS COMPLEMENTARES
ancoragens
– bloco s de concreto colocados junto a curvas, tês e outras conexões, para suportar componentes de esforços não equilibrados, oriundos da pressão interna e externa.
stand-pipes ou Chaminés de Equilíbrio
– dispositivos intercalados n a adutora no ponto de transição do trecho por recalque para o trecho por gravidade.
Assemelha-se a um reservatório, tendo a entrada e a saída d e água na parte inferior ou fundo. As chaminés de
equilíbrio objetivam evitar que a linha piezométrica corte a tubulação, com os efeitos já analisados
pontes, pontilhões, pilares, treliças metálicas, berços
– são estruturas destinadas a suportar trechos que têm que transpor vão s livres, como travessias de cursos de água, canais fundos de vale e demais depressões dos terrenos;
túneis
– objetivam transpor morros, montanhas e demais elevações, superando assim dificuldades de ordem hidráulica. Sua
construção pode contribuir para diminuir trajetos no traçado da adutora. Dependendo da natureza do terreno os túneis podem funcionar como trechos de adução, neste caso são revestidos para diminuir as perdas de carga e para diminuir as perdas de água, além de melhorar as condições hidráulicas de transporte da água. A confecção de túneis é exeqüível no caso de grandes adutoras.
materiais da adutora
– uma adutora pode ser implantada em tubos de concreto, tubos de PVC, ferro fundido e suas variantes ou em aço, dependendo do diâmetro, das condições operacionais e das condições de custo.
Soluções de casos Práticos
Essa indeterminação é levantada, na prática,
introduzindo-se a condição de mínimo custo da tubulação de diâmetro D e da bomba de potência P necessárias.
Sob uma serie de hipóteses simplificadoras, deduz-se
matematicamente a seguinte expressão conhecida como Fórmula de Bresse, aplicável com vantagem no pré
dimensionamento das tubulações de recalque:
e velocidad da função em e Coeficient K / m em adução de vazão -Q metro; em adutora da diametro D : que em 3 s Q K D
Esse procedimento é conduzido da seguinte
maneira:
a) Escolhem-se 3 a 4 diâmetros de adutoras no entorno do valor obtido pela aplicação da fórmula de Bresse;
b) Determinam-se alturas manométricas que deverão ser geradas pela
bomba para elevar a vazão desejada ( soma do desnível geométrico com todas as perdas de carga ocorrentes na linha adutora e nas peças
especiais ao longo da mesma e na casa de bomba;
c) Calculam-se as potencias das bombas necessárias para cada caso, em função da vazão e da altura-manométrica;
d) Calculam-se os consumos anuais de energia elétrica para cada caso, em função da potência do equipamento;
e) Procede-se à determinação dos custos anuais de amortização e juros do capital a ser aplicado na aquisição de equipamentos de recalque e da tubulação, para cada alternativa;
f) Da mesma forma determina-se o custo de operação considerando principalmente os gastos com energia elétrica;
g) Somam-se os custos anuais determinados nas letras e e f, a comparação dessas somas permite conhecer o diâmetro da tubulação que trará a máxima economia global.
Exemplo
Determinar o diâmetro de uma adutora de recalque com uma extensão de 2200 m destinada a conduzir a vazão de 45 l/s, vencendo o desnível geométrico de 51 metros.
Admitir que a tubulação seja de ferro fundido e que o coeficiente C da formula de Hazen & Williams seja igual a 100, e que o coeficiente K de Bresse seja de 1,3.
Solução
1. A formula de Bresse fornece o seguinte diâmetro aproximado:
D=1,3. (Q)1/2 = 1,3 . ( 0,045) 1/2=0,250m.
Para o estudo comparativo serão considerados os diâmetros comerciais de 200, 250 e 300mm
2. Serão admitidos equivalentes os custos de assentamento dos tubos nesses diâmetros e de instalação dos conjuntos elevatórios, independentemente da potência.
LEMBRANDO QUE...
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3.
O fator de amortização e juros anuais
referir-se-à a um prazo de 10 anos e juros de
12% a.a. Nessas condições a amortização
anual será de R$176,98 por R$ 1000,00 de
capital.
4.As perdas de carga localizadas ao longo da
tubulação e na cada de bombas foram
consideradas como sendo iguais 10 v
2/2g,
diante do número e tipo de peças especiais
que possivelmente será utilizadas.
5.A potencia consumida, em KW será calculada pela fórmula motor) . X .bomba ( motor bomba conjunto do global rendimento m; em total a manométric altura H l/s; em vazão Q : que em 75 736 , 0 QH P 6. Preços admitidos: 200mm R$ 70,00/ml; 250mm R$ 90,00/ml 300mm R$120,00 /ml Energia elétrica : R$ 0,15/ KWh
Quadro Comparativo
Diâmetro mm 200 250 300
Velocidade de escoamento (m/s) 1,4 0,9 0,6 Perda de carga unitária (m/Km) 17,0 6,0 2,5 Perda de carga ao longo da tubulação: JxL (m) 37,0 13,2 5,5 Perdas localizadas: 10 v2/2g (m) 1,0 0,4 0,2
Perda de carga total (m) 38,0 13,6 5,7 Altura manométrica total
Desnível+ Perdas de carga total (m)
Vazão de dimensionamento
Aduçãocontínua sem reservatório:
Adução contínua com reservatório:
Dimensionamento hidráulico para escoamento livre
(líquido escoando com superfície livre a pressão
Os limites de velocidade são função da
qualidade do líquido e do material de
revestimento das paredes do conduto, por
exemplo mínimas de 0,45 m.s
-1para água bruta
e de 0,15 m. s
-1para água limpa (tratada).
Para outros limites consultar Tabelas 15.10.1 e
15.10.2 do Manual de Hidráulica de Azevedo
Netto, 8a edição.
Dimensionamento hidráulico para
escoamento forçado
Com o líquido escoando a pressão diferente da atmosférica externa ao conduto, por exemplo nos recalques, sucções, sifões, trechos com ponto final mais alto etc,
recomenda-se trabalhar com velocidades entre 0,60 m.
s
-1 e 0,90 m.s
-1. Quando a pressão interna for maior, velocidades
superiores a 1 m.s-1 em geral requerem justificativas técnicas, especialmente com rigoroso cálculo do golpe de aríete e seus dispositivos de amortecimento.