Caderno de Sistemas Prediais Hidráulicos Sanitários

Caderno de Sistemas Prediais Hidráulicos Sanitários

Professor Daniel Costa dos Santos

Departamento de Hidráulica e Saneamento

Universidade Federal do Paraná

O PAPEL DOS SISTEMAS PREDIAIS

A importância dos Sistemas Prediais na Construção Civil relaciona-se não apenas com as primordiais necessidades relativas a higiene e saúde, mas também com as evolutivas noções de conforto impostas por um dinâmico comportamento social. Neste sentido, muitas pesquisas tem sido desenvolvidas no sentido de torná-los cada vez mais eficazes no atendimento das exigências dos usuários. No entanto, no contexto atual, onde há a necessidade que o Desenvolvimento seja Sustentável, os sistemas prediais passam a serem exigidos também, em seu desempenho, para além das fronteiras da edificação, ou seja, pelas demandas ambientais. Os sistemas prediais necessitam, portanto, serem concebidos tanto para satisfazerem o habitante assim como para contribuírem para a promoção da sustentabilidade do habitat. Neste cenário encontra-se o projetista, cuja missão é atender os anseios sociais e ambientais, em meio a emergentes avanços tecnológicos e a necessidade ímpar racionalização, questões estas singulares na competitiva estrutura econômica estabelecida. Isto posto, é oportuno supor que o projetista necessite de sensibilização, conhecimento e informação relativos aos princípios teóricos que sustentam tanto o convencional quanto o novo. Considerando que o tema transversal desta discussão é a Conservação da Água, alguns sistemas prediais hidráulicos sanitários serão apresentados sucintamente a fim de embasar o desenvolvimento da mesma.

SIST EM AS PR EDI AIS DE ÁGU A POT ÁVEL

1 APRESENT AÇ ÃO D OS SIST EM AS

O sistem a predial de água potável é com posto pelo sistem a predial de água f ria, de água quente e de com bate e prevenção ao incêndio, sistem as estes que serão apresentados na sequência. Em termos de função básica do Sistema Predial de Água Fria (SPAF), é imprescindível o atendimento de demandas relativas a vazão, a pressão e a qualidade da água nos pontos de consumo, no sentido de propiciar ao usuário um uso "confortável" da mesma. Para tanto, os seguintes requisitos de desempenho devem ser atendidos:

- O sis tem a, em toda sua extensão, deve preservar a potabilidade da água, de acordo com a Portaria nº 2419,2011 do Ministério da Saúde. - O correto dim ensionam ento do sistem a deverá garantir o f ornecim ento

de água nos pontos de utilização, de acordo com a necessid ade de cada aparelho sanitário, de f orm a que a distribuição seja f eita em quantidade adequada e contínua, e que suas pressões e velocidades estejam com patíveis com o sistem a. Assim , o sistem a poderá prom over a econom ia de água e energia.

- A instalação dever á ser f eita de m aneira que f acilite a m anutenção e, se possível, que evite níveis de ruído excessivos para o am biente. - Por f im , o sistem a deverá proporcionar o conf orto e exigências

desejados pelo usuário.

Quanto a constituição geral , os sistem as prediais de água fria apresentam os seguintes com ponentes:

a) Fonte de Abastecim ento de Água: Abastece o sistem a predial de água fria. Pode ser um sistem a público ou privado de abastecim ento, cuja água pode ter origem superf icial ou subterrânea.

b) Ram al Predial: conecta a rede pública de distribuição ao hidrôm etro, esse localizado no cavalete.

c) Cavalete: Instalação contendo tubulações, conexões e registros na qual é instalado o hidrôm etro.

d) Hidrôm etro: dispositivo destinado a m edir o consum o de água na edif icação.

e) Alim entador Predial: conecta o hidrôm etro ao reservatório inf erior, ou ao reservatório superior ou, diretam ente, à rede predial de distribuição.

f) Instalação Elevatória: Instalação com posta de conjunto elevatório (m oto-bom ba ou hidropneum ático) e tubulações, des tinada a recalcar água de um ponto de cota inf erior, reservatório inf erior por exem plo, a um ponto de cota superior, com o o reservatório superior.

g) Reservatórios: Caracterizam o sistem a indireto de água f ria. Reservam água para os horários de "pico" de con sum o e para os intervalos de interrupção de abastecim ento da rede pública de distribuição. Podem ser inf eriores (RI) ou superiores (RS).

h) Rede Predial de Distribuição: Conectada ao reservatório superior, ou ao reservatório inf erior ou diretam ente ao alim en tador predial. Na existência de reservatório superior, tal rede é com posta por barrilete, colunas de distribuição, ram ais de distribuição e sub -ram ais.

i) Barrilete: Conecta o reservatório superior às colunas de distribuição. j) Colunas de Distribuição: Conec tam o barrilete aos ram ais de

distribuição.

k) Ram ais de Distribuição: Conectam as colunas aos sub -ram ais. l) Sub-Ram ais: Conectam os ram ais aos pontos de consum o.

m ) Pontos de Consum o: Constam dos aparelhos e equipam entos sanitários, com o as bacias sanitárias, bid ês, lavatórios, etc.

Apresentada a constituição geral dos sistem as prediais de água f ria, a tipologia dos m esm os é a seguinte:

. Direto : a distribuição ocorre diretam ente da rede pública até o ponto de consum o. Com o neste sistem a não existem reservatório s, recomenda -se sua utilização som ente em casos em que haja conf iabilidade no sistem a de abastecim ento quanto a sua regularidade (atendim ento sem interrupções) e adequabilidade (va zão , pressão e qualidade da água distribuída). Observar f igura a seguir.

F ig u ra : Sis tem a Diret o (Belinazo, 2002)

. Indireto: Caracterizado pela existência de reservatório(s). Recom enda -se a concepção desse sistem a quando a pressão dinâm ica e, ou, a va zã o propiciada pelo sistem a de abastecim ento não f or suf iciente para atende r o RS ou, ainda, quando não houver conf iabilidade na regularidade de f ornecim ento de água pelo m esm o. Quando a pressão dinâm ica e, ou, a va zão n ão f or suf iciente, f az -se necessário um RI, instalação elevatória e RS, conjunto esse que conf igura um sistem a indireto com RI e RS. No caso da a va zão não ser suf iciente e, ou, houver irregularidade no abastecim ento de água, m as contudo houver pressão dinâm ica necessária para atender o RS, o sistem a será indireto com RS apenas. Observar que no caso específ ico de edif icações de m enor altura (casas, sobrados, etc), o sistem a de abastecim ento usual é o sistem a indireto com reservatório superior apenas, o qual é abast ecido utilizando som ente a pressão de água f ornecida pela concessionária. O sistem a direto é norm alm e nte dispensado pela irregularidade no abastecim ento de água sendo, o que conduz a adoção de reservatórios com capacidade mínim a igual ao consum o diário da edif icação. As f iguras seguintes ilustram estes sistem as.

Figura: Sistema Indireto sem Recalque (Belinazo, 2002)

Sistema Indireto com Recalque (Belinazo, 2002)

Quanto ao Sistema Predial de Água Quente (SPAQ) sua função básica é o atendimento de demandas relativas a vazão, a pressão, a temperatura e a qualidade da água nos pontos de consumo, no sentido de propiciar ao usuário um uso "confortável" da mesma. Para tanto, os seguintes requisitos de desempenho devem ser atendidos, além daqueles já apresentados para o SPAF:

- garantia de tem peratura adequada para a água no ponto de consum o; - otim izar o consum o de energia no aquecim ento de água.

Quanto a constituição geral , os sistem as prediais de água quente apresentam os com ponentes com uns com o sistem a predial de água fria, além dos s eguintes com ponentes específ icos:

- Aquecedor: aparelho destinado a aquecer a água. - Misturador: utilizado para m isturar água quente e fria.

- Reservatório de água quente: destinado a reservar a água quente que será distribuída.

- Respiro: serve com o saída de ar e/ou vapor de um a instalação.

- Tubulação de retorno: tubulação que conduz água quente de volta ao reservatório ou aquecedor.

- Válvula de retenção: dispositivo que perm ite escoam ento de água em um a única sentido.

- Válvula de segurança de tem peratura: destinado a evitar que a temperatura da água ultrapasse determinado valor.

Apresentada a constituição geral dos sistem as prediais de água quente, a tipologia dos m esm os é a seguinte:

Sistema individual:

Consiste na alimentação de um ponto de utilização, sem necessidade de uma rede de água quente. Destacam-se os aquecedores à eletricidade nos quais a resistência elétrica é acionada automaticamente pelo próprio fluxo de água. Já os aquecedores a gás combustível apresentam um queimador que é acionado por uma chama piloto quando da passagem do fluxo de água. Sistema Central Privado:

Consiste de um equipamento responsável pelo aquecimento da água e uma rede de tubulações que distribuem a água aquecida a conjuntos de aparelhos pertencentes a uma mesma unidade (ex.: apartamento). As fontes energéticas são o gás combustível, eletricidade, óleo combustível, entre outros. Os aquecedores podem ser instantâneos (ou de passagem), onde a água é aquecida à medida que passa pela fonte de aquecimento, sem requerer acumulação, ou de acumulação, onde existe a acumulação do volume de água a ser aquecido. A distribuição é constituída por ramais que conduzem a água aquecida desde o equipamento de aquecimento até os diversos pontos de consumo.

Sistema Central Coletivo:

Consiste de um equipamento responsável pelo aquecimento da água e uma rede de tubulações que distribuem a água aquecida a conjuntos de aparelhos pertencentes a mais de uma unidade (ex.: prédio de apartamentos). As fontes energéticas são gás combustível, eletricidade, óleo combustível, entre outros, como a energia solar. Uma vez que o equipamento de geração de água quente em questão abastece várias unidades, está implícita a necessidade de acumulação do volume a ser aquecido. Quanto à modalidade de distribuição, o sistema central coletivo pode ser classificado em ascendente, descendente e misto.

2 CONCEPÇ ÂO E PROJETO

Inicialmente concebe-se um SPAF estabelecendo-se uma configuração a qual deverá ter um desempenho adequado diante das diversas solicitações previstas. A concepção considerará as necessidades do usuário e as condições sob as quais estarão submetidos os sistemas como, por exemplo, as pressões dinâmicas disponibilizadas pelo sistema de abastecimento. Devem ser consideradas igualmente nesta fase fatores como a integração deste sistema com os demais da edificação, a normalização vigente, materiais e componentes disponíveis no mercado, etc.

Quanto as interações do sistema predial de água fria com os demais sistemas do edifício, observar que as mesmas impõem restrições para que haja uma certa harmonia entre os mesmos. Não obstante, a própria configuração do SPAF igualmente requer considerações. Por exemplo, pode ser recomendável a concepção de mais colunas de distribuição ao invés de adotar-se ram ais longos, assim com o deve -se conceber um a coluna de distribuição apenas para as válvulas de descarga das bacias sanitária.

Para o SPAQ constam de considerações semelhantes àquelas já abordadas para o SPAF. No entanto, questões como segurança do usuário e economia de energia devem ser imperiosas na concepção do SPAQ. A adequação da posição dos aquecedores, onde a ventilação mínima deve ser considerada, é um fator primordial para a segurança. Já o isolamento térmico das tubulações deve ser adequadamente projetado de maneira a evitar o desperdício de energia calorífica e garantir conforto ao usuário.

Para a elaboração do projeto de água fria, as seguintes etapas devem ser consideradas a concepção, o dimensionamento, a confecção dos elementos gráficos, a quantificação e o orçamento, a elaboração dos memoriais descritivos e de cálculo, as especificações e a elaboração do projeto “como construído” (as built).

Concebidos os SPAF e SPAQ e definidas as respectivas configurações, procede-se o dimensionamento dos mesmos sendo que as dimensões obtidas deverão atender as solicitações previstas. Concluído o dimensionamento do sistema, elabora-se o projeto para a produção o qual consta de simbologia utilizada, das representações gráficas e de um conjunto de documentos. A representação gráfica deve conter basicamente o seguinte:

- planta baixa da cobertura, do pavimento tipo, do térreo e do subsolo, apresentando os tubos de queda, ramais, desvios, colunas de ventilação e dispositivos diversos. - planta baixa do pavimento inferior apresentando os subcoletores, coletores, dispositivos de inspeção, pontos de emissão dos esgotos sanitários, entre outros detalhes específicos.

- esquema vertical (fluxograma) sem escala, no qual serão apresentados os componentes do sistema.

- plantas dos ambientes sanitários apresentando o traçado e diâmetros das tubulações

- detalhes específicos

Conforme BAZZO e PEREIRA (1993), o memorial descritivo deve basicamente apresentar as características da solução proposta. As justificativas dos métodos e técnicas para atingir tal solução também devem ser apresentadas. A memória de cálculo consta da apresentação de todo o dimensionamento e as respectivas referências normativas. As especificações técnicas devem conter basicamente a especificação comercial dos materiais e os detalhes construtivos, entre outras informações julgadas importantes. Na sequência realiza-se a quantificação e o orçamento dos componentes do sistema. O projeto “as built”, por fim, registrará aqueles

detalhes executivos que não seguiram o projeto de produção, visando-se assim ter o registro fiel do sistema instalado.

3 DIM ENSION AM ENTO

Quanto ao aspecto do requisito "quantidade de água", o dim ensionam ento considera a seguinte sequência: Estimativa do Consumo Diário (Cd), Dimensionamento do Ramal e Alimentador Predial, Dimensionamento do Hidrômetro e Cavalete (Definido pela Concessionária), Dimensionamento dos Volumes dos Reservatórios, Dimensionamento do Sistema Elevatório, Dimensionamento da Rede de Distribuição, Determinação do Nível Mínimo de Água (NAmin) no Reservatório Superior, Verificação das Pressões no Sistema de Distribuição.

3.1 Caracterização e Estimativa do Consumo Diário de Água

A Caracterização do Consumo Diário de Água trata do estabelecimento e da organização de um conjunto de procedimentos visando a caracterização temporal e funcional do consumo de água. A caracterização temporal baseia-se no levantamento do histórico do consumo, enquanto a funcional é aqui admitida como a parametrização do consumo em função dos diversos usos e desperdícios pertinentes na edificação.

O levantamento do histórico do consumo é de extrema importância pois permite avaliar, ao longo do tempo, as influências do comportamento do consumidor, do desempenho dos sistemas prediais de água fria e quente, da sazonalidade, entre outras variáveis, sobre o consumo de água. Para tanto, com base no levantamento em questão, existem modelos estatísticos de previsão de demanda de água, os quais possibilitam previsões de curto, médio e longo prazo (BILLINGS; JONES, 1996). A parametrização do consumo de água na edificação conta da discriminação do consumo por uso. No Documento Técnico de Apoio A1, do PNCDA (1998), é apresentado uma caracterização do consumo para um apartamento apenas situado em conjunto residencial para população de baixa renda, onde na Tabela 1 são apresentados os respectivos dados desta parametrização.

Tabela 1: Parametrização do Consumo da Água nas Edificações Domiciliares

Aparelho Sanitário* AWWA (%) PNCDA (%)

Bacia Sanitária 26,1 5,0

Chuveiro 17,8 55,0

Banheira 1,8 -

Lavatório e Pia de Cozinha 15,4 26,0

Lavadora de Pratos 1,4 -

Lavadora de Roupas 22,7 11,0

Perdas Físicas 12,7 -

Outros 2,1 3,0

* Tabela adaptada de dados apresentados em GELT (2001) e PNCDA (1998)

Não obstante, a American Water Works Association (AWWA), conforme WATERCASA (2001), apresenta dados sobre domicílios americanos, conforme Tabela 2.

Tabela 2: Parametrização do Consumo em Domicílios Americanos (galões/hab.dia) Aparelhos Sanitários* Sem Conservação Com Conservação

Bacia Sanitária 19,3 9,3

Chuveiro 17,2 11,1

Lavatório e Pia da Cozinha 11,4 11,1

Banheira 1,3 1,3 Lavadora de Pratos 1,0 1,0 Lavadora de Roupas 16,8 11,8 Perdas 9,4 4,7 Outros usos 1,6 1,6 Total 74,0 51,9

* Tabela adaptada de dados apresentados em GELT (2001)

Considerada a caracterização do consumo diário de água faz-se necessário empreender a estimativa do consumo diário de água o qual é função do tipo de residência, do consumo per

capita diário de água e da população do prédio. A Tabela 3 apresenta um exemplo de um conjunto de valores que relaciona o consumo diário per capita de água “qe” com o tipo de edificação. Assumido um valor para qe e para uma dada população é possível estimar o consumo diário de água.

Tabela 3: Consumo Diário per Capita

Tipo de Edificação qe (l/per capita/d)

Alojamentos 80

Casas Populares 120

Residências Padrão Médio 150

Apartamentos 200 Hotéis 120 Escolas 50 Edifícios Comerciais 50 Edifícios Públicos 50 Escritórios 50 Fonte: CREDER, 2006

3.2 Ramal e Alimentador predial

O dimensionamento do ramal e alimentador predial depende do consumo diário e da faixa de velocidade do escoamento na tubulação, a qual usualmente adotada estende-se de 0,6 a 1,0 m/s. O dimensionamento do diâmetro do ramal predial é dado pela equação da continuidade, a saber, Drp = ( 4 . Q /  . V ) 0,5 . Para o diâmetro do alimentador predial, por sua vez, é adotado aquele dimensionado para o ramal predial.

3.3 Hidrômetro e Cavalete

A especificação do hidrômetro, assim como as especificações do cavalete, são dados pela concessionária. Para tais especificações são considerados o consumo diário e os diâmetros definidos para o ramal e alimentador predial.

3.4 Volumes dos Reservatórios

Pela abordagem prática, o dimensionamento dos volumes dos reservatórios considera o consumo diário, o volume de incêndio e o volume de emergência. O equacionamento usual é o seguinte:

Vrs = 0,4 Cd + Vi; Vri = 0,6 Cd + Nd . Cd; Sendo,

Vrs: Volume do Reservatório Superior; Vri: Volume do Reservatório Inferior; Cd: consumo diário;

Vi: volume de reserva de incêndio;

Nd: Número de dias sem abastecimento á edificação.

Já conforme o Corpo de Bombeiros do Estado do Paraná, o volume de reserva de incêndio deve ser estimado pela seguinte equação:

Vi = (0,93 . C . A0,5) Sendo,

A: área total sob risco de incêndio (m2)

Para a definição do coeficiente C da equação anterior faz-se necessário inicialmente definir a classe de risco da edificação sob estudo. Para uma edificação multifamiliar de uso residencial, por exemplo, sua classificação é Grupo A, Divisão A2, conforme Tabela 01 do Anexo do CÓDIGO DE SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO E PÂNICO (CSCIP) do Corpo de Bombeiros do Paraná. Não obstante, no mesmo Código e Anexo, a Tabela 03, a seguir reproduzida como Tabela 4, apresenta a classificação dos riscos.

Tabela 4: Classificação das edificações e áreas de risco quanto à carga de incêndio J/m2

Risco Leve Risco Moderado Risco Elevado até 300MJ/m² Entre 300 e 1.200MJ/m² Acima de 1.200MJ/m²

Fonte: Corpo de Bombeiros do Paraná

Na sequência, na Tabela 02 “Aplicabilidade dos Tipos de Sistemas”, da Norma de Procedimento Técnico “Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio” (NPT 022) do Corpo de Bombeiro do Paraná, são apresentadas as classificações das edificações em função do tipo de risco. No caso de uma edificação multifamiliar de classificação A2, por exemplo, o risco é considerado leve. Diante destas condições de contorno, o coeficiente C é dado conforme Tabela 04 da NPT 022, a seguir reproduzida como Tabela 5:

Tabela 5: Valores de “C” para a determinação do volume do reservatório de incêndio

Classe do Risco Construções

Risco Leve Risco Moderado Risco Elevado

Combustíveis* Resistentes ao Fogo Incombustíveis 1,04 0,38 0,26 1,39 0,65 0,41 1,44 0,78 0,50

*Combustíveis: edificações construídas em madeira; Resistentes ao fogo: edificações construídas em alvenaria de tijolos ou outros materiais que opõem resistência ao fogo; Incombustíveis: edificações construídas totalmente em concreto.

Fonte: Corpo de Bombeiros do Paraná

Observar que admitindo uma edificação multifamiliar construída em alvenaria de tijolos, tem-se que a construção é resistente ao fogo e que o risco é leve, condicionantes estas que convergem para o valor de 0,38 para o coeficiente C, de acordo com a Tabela 5.

Para o SPAQ Quanto ao aspecto do requisito "quantidade de água", o dimensionamento apresenta a mesma sequência já apresentada para o dimensionamento do SPAF. No entanto deve ser abordado ainda a questão do dimensionamento dos aquecedores. Neste caso, tem-se a mesma situação do sistema predial de água fria, apenas levando-se em conta que, em termos de sistemas prediais de água quente, importa não somente a vazão unitária, mas também a temperatura de utilização. Neste sentido, deve ser considerada a equação das misturas, qual seja:

m1 . ti1 + m2 . ti2 = (m1 + m2) tf       VAQ TAQ VAF TAF VMIST TMIST onde:

TAQ = temperatura da água quente no aquecedor. (Ex: 70 o

C) VAQ = volume de água quente para consumo diário a 70

o

C (incógnita) TAF = temperatura da água fria no inverno. (Ex:15

o C) VAF = volume de água fria

TMIST = temperatura da água morna no ponto de consumo. (Ex: 42 o

C)

Dadas temperaturas admitidas como exemplo, tem-se:

VAF = VMIST - VAQ e VMIST = m1 + m2 Então, 70 . VAQ + 15 (VMIST - VAQ) = 43 . VMIST

Ou, VAQ = 0,51 V MIST

Ou seja, neste exemplo observa-se que aproximadamente 50% do consumo diário de água morna deve ser reservado como água quente.

Quanto ao aspecto "qualidade", a temperatura da água nos reservatórios também é um fator importante a ser considerado pois é sabido que em águas mornas, fato este corrente nos reservatórios superiores, há possibilidade de crescimento da bactéria Legionella, a qual é patogênica. (DAUGHERTY, 2000).

3.5 Sistema Elevatório

O sistema é composto pelo poço de sucção, tubulação de sucção, conjunto moto-bomba, tubulação de recalque e reservatório elevado. A figura abaixo ilustra tal configuração.

Figura: Sistema Elevatório (afogado)

As bombas são máquinas hidráulicas são sistemas que podem fornecer energia ao escoamento. Especificamente, sistemas de bombeamento são equipamentos que transformam energia elétrica em energia mecânica e esta em energia hidráulica (energia cinética e de pressão). São muito usadas no Saneamento, em especial para os sistemas de abastecimento de água e de esgotamento sanitário, e em sistemas prediais.

Para a especificação da bomba, considerando que deva ser priorizado o critério de eficiência na transformação da energia mecânica, oriunda do rotor, em energia hidráulica, a ser disponibilizada à tubulação de recalque, faz-se necessária a definição do ponto de trabalho desta bomba. Assim, conforme figura a seguir, observa-se que a interseção entre as curvas de do sistema e da bomba ocorre no denominado ponto de trabalho do sistema bomba-conduto de recalque. Neste ponto de trabalho a operação ocorre na vazão Q0 e a pressão AMT0, para um rendimento  e uma potência P consumida pela bomba. No entanto, a bomba não operará sempre no ponto ótimo em função de condicionantes como o envelhecimento dos tubos, a variação da velocidade de rotação e do diâmetro do rotor, a variação nos níveis do líquido, a operação de registros e a variação de demanda. Assim sendo, admite-se que a bomba funcione dentro de uma faixa Q1 x AMT1 até Q2 x AMT2, onde, fora desta, o rendimento operacional diminui.

2

B

1

AMTs=DGs-PCs

(pressão na entrada da bomba) linha piezomé

tric_a PCs DGs

Outro aspecto importante nos sistemas elevatórios é a cavitação. Este fenômeno ocorre quando na tubulação de sucção a pressão absoluta for menor que a pressão de vapor da água (PABS < PVAPOR). Assim, as bolhas de vapor formadas no interior explodirão em função justamente da pressão no interior da bolha (Pvapor) ser maior que a pressão absoluta que a envolve. Esta explosão projetará gotículas de água sobre a superfície interna da bomba, erodindo-a e danificando-a.

Quanto ao dimensionamento do sistema elevatório deve ser considerado sua configuração, o tempo de funcionamento da bomba e a vazão aduzida. Dadas estas variáveis introdutórias, é possível dimensionar os diâmetros das tubulações e a altura manométrica total. Para a determinação do diâmetro de recalque dimensiona-se o diâmetro econômico pela Equação de Bresse, a qual é Dr = 1,3 . Qr 0,5. 0,25 sendo Qr a vazão de recalque e  = t / 24 horas cuja variável t é o tempo de funcionamento da bomba. A NBR 5626 recomenda t entre 01 e 06 horas. Estimado o diâmetro de recalque admite-se o diâmetro de sucção sendo 01 diâmetro comercial superior aquele.

Portanto, para uma dada vazão de recalque, estando definidos os diâmetros do sistema elevatório, assim como todas as conexões e válvulas pertinentes, é possível estimar a altura manométrica total. Esta estimada é possível definir a potência necessária ao conjunto motobomba para o qual se deve obter o maior rendimento energético possível. A potência do conjunto elevatório é dada pela seguinte equação:





.

75

H

Q

P







Onde, : Peso específico da água (água bruta ou esgoto  = 1000 kgf/m3); Q: Vazão da água (m3/s); HMAN.: Altura manométrica (mca) ; : Rendimento global do conjunto elevatório, sendo  = motor. bomba . Observar que a equação acima, na realidade é a potência fornecida pelo motor. Portanto, para estimar a potência da bomba é necessário considerar o rendimento do motor:

Bomba MAN B

H

Q

P





.

75







EXEMPLO I: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA POTÁVEL Enunciado

Dimensionar o SPAP de um prédio multifamiliar popular de 04 andares, sendo 02 apartamentos por andar. O referido sistema atende 01 banheiro, 01 cozinha e 01 área de serviço, onde o banheiro contém 01 lavatório, um chuveiro e uma bacia sanitária com caixa descarga; a cozinha contém 01 pia e a área de serviço contém um tanque. O sistema de aquecimento de água é por aquecedor de passagem localizado na área de serviço. A pressão dinâmica da água disponibilizada pela Concessionária na região do edifício é de 10,0 mca, condição esta que implica no uso de um sistema indireto. Considerar 05 pessoas por apartamento, 100 m2 a área do apartamento e pé direito de 3,2 m. Observar Figura a seguir.

Figura: Sistema Indireto com Reservatórios Inferior e Superior

Fonte: http://www.tgainstalacoes.com.br/servicos/instalacao-hidraulica-para-predios-e-condominios/ Etapas do Dimensionamento

1 Estimativa do Consumo Diário (Cd)

a) Tipo de Residência: Multifamiliar, em alvenaria, de padrão popular;

b) Consumo Per Capita = 120 L/hab.dia População do Prédio = 40 habitantes; c) Consumo Diário: Cd = 4800 L = 4,80 m3

d) Vazão de Abastecimento: Q = 4,80 m3 / dia = 5,56 . 10-5 m3/s 2 Dimensionamento do Ramal e Alimentador Predial a) Condição de Contorno: Abastecimento Indireto

3) Dimensionamento do Hidrômetro e Cavalete: Definido pela Sanepar a) Dado: Q = 4,8 m3 / dia = 144 m3 / mês;

b) Especificação do Hidrômetro, conforme Tabela 09 (SANEPAR) a seguir: Qnom = 1,5 m

3 _{/ h, DN = 20 mm = ¾”, sendo Q}

nom a vazão nominal e DN o diâmetro do hidrômetro.

Tabela 6: Definição de Hidrômetro (SANEPAR)

Fonte: SANEPAR

c) Verificação do Drp, Dap e Dcav. (tabela Sanepar):

Conforme Tabela para Definição de Hidrômetro, SANEPAR, e conforme Desenho No 4, Módulo 17, sobre ligações prediais, do Manual de Obras de Saneamento da SANEPAR, têm-se Drp = Dap = Dcav = 20 mm = ¾”, (PVC), sendo Dcav o diâmetro do cavalete. Observar que este valor supera aquele definido no Item 2, devendo ser, portanto, considerado a especificação da SANEPAR para projetos confeccionados no Estado do Paraná.

4) Dimensionamento dos Volumes dos Reservatórios: a) Consumo Diário = 4,8 m3 ( idem item 01)

b) Volume de Reserva Vr:

b.1) Volume de Reserva pelo Corpo de Bombeiros do Paraná:

Para a equação previamente apresentada, VrCB = (0,93 . C . A0,5), e conforme a Tabela A: área total sob risco de incêndio (m2)

C: coeficiente função do risco de incêndio, tipo de ocupação e tipo de construção. Logo, para A = 1000 m2 e C = 0,38, VrCB = 11,17 m3 3.

b.2) Volume de Reserva pela Abordagem Prática:

Volume do Res. Superior: Vrs = 0,4 Cd + VrCB /3 = 1,92 m3 + 4,0 m3 3

Volume do Res. Inferior: Vri = 0,6 Cd + Nd . Cd ; Nd = 0,5 dia ; Vri = 5,28 m3 3. Volume de Reserva pela Abordagem Prática: VrAP = Vrs + Vri = 11,5 m3.

c) Considerando que a estimativa pelo Corpo de Bombeiros deve ser atendida Vr será admitido 12,0 m3.

5 Dimensionamento do Sistema Elevatório

Enunciado: Conforme ilustração do Exercício I dimensionar o sistema elevatório. Já a Figura 01 a seguir apresenta maior detalhamento deste tipo de sistema para fins de entendimento da resolução deste exercício.

Figura 01: Detalhamento do Sistema Elevatório

Resolução

a) Determinação do Diâmetro de Recalque: Calcula-se o diâmetro econômico pela Equação de Bresse, a qual é Dr = 1,3 . Qr 0,5. 0,25 onde,

.  = t / 24 horas, sendo t : tempo de funcionamento da bomba.

OBS: NBR 5626 recomenda t entre 01 e 06 horas, sendo admitido neste trabalho t = 06 horas. . Qr ( vazão de recalque) = Cd / t = 0,00022 m3/s ;

Portanto, Dr = 13,60 mm e DNr (Diâmetro Nominal de Recalque) em Aço Galvanizado é de 20 mm e o correspondente DIr (Diâmetro Interno de Recalque) é de 20,4 mm conforme Tabela 01.

Tabela 01: Diâmetros Comerciais de Tubos em AG DN DE Espessura “e” DI (pol.) (mm) (mm) (mm) (mm) ½ 15 21,30 3,25 14,80 ¾ 20 26,90 3,25 20,40 1 25 33,70 4,05 25,60 1 ¼ 32 42,40 4,05 34,30 1 ½ 40 48,30 4,05 40,20 2 50 60,30 4,50 51,30 2 ½ 65 76,10 4,50 67,10 3 80 88,90 4,85 79,20 4 100 114,30 5,40 103,50

Para PVC os diâmetros constam na Tabela 02.

Tabela 02: Diâmetros Comerciais de Tubos em PVC

DN (mm) DE (mm) Espessura “e” (mm) DI (mm) 20 20 1,5 17,0 25 25 1,7 21,6 32 32 2,1 27,8 40 40 2,4 35,2 50 50 3,0 44,0 60 60 3,3 53,4 75 75 4,2 66,6 85 85 4,7 75,6 110 110 6,1 97,8

. Verificação da Velocidade Máxima: NBR 5626 recomenda o valor de 3,0 m/s. Portanto, V = Qr / A = 0,67 m/s , onde A é a área correspondente a Dir = 20,40 mm ; Verifica !

b) Determinação do Trecho de Sucção (Ds): Usar o primeiro maior diâmetro comercial que o Dr. Logo, DNs ( Diâmetro Nominal de Sucção ) = 25 mm e DIs ( Diâmetro Interno de Sucção ) = 25,6 mm.

c) Determinação da Altura Manométrica H:

H = Hr + Hs, sendo Hr a altura manométrica de recalque e Hs a altura manométrica de sucção c1) Hr = Ar + hpr , sendo Ar a altura geométrica do recalque e hpr a perda de carga no recalque

. Ar = 17,00 m (medir no esquema vertical)

. hpr = Lr . Jr , sendo Lr o comprimento total de recalque e Jr a perda de carga unitária no recalque

. Lr = Lrr + Ler, sendo Lrr o comprimento real de recalque e Ler o comprimento equivalente de recalque

. Lrr: (medir no esquema vertical); Lrr = 22,00 m

. Ler: função das conexões e peças, conforme tabela da NBR 5626*, páginas 29 e 30. Composição de Ler: 04 Joelhos de 90o , 01 Tê de Passagem, 02 Registros de Gaveta

Abertos e 01 Válvula de Retenção. Logo, Ler = 5,52 m.

. Jr : utilizar equação J = 0,002021 Q 1,88.D-4,88 para tubos rugosos ( caso do aço galvanizado), onde Q em m3/s e D em m. ( Fair, Whipple,Hsiao). Observar que para tubos lisos ( caso do PVC), utilizar a equação J = 0,000869 Q 1,75.D-4,75 ;

c2) Hs = As + hps, sendo As a altura geométrica da sucção e hps a perda de carga na sucção . As = 2,0 m (medir no esquema vertical)

. hps = Ls . J , sendo Ls o comprimento total de sucção e J a perda de carga unitária

. Ls = Lrs + Les, sendo Lrs o comprimento real de sucção e Les o comprimento equivalente de sucção

. Lrs: (medir no esquema vertical); Lrs = 2,0 m.

. Les: função das peças e conexões, conforme tabela da NBR 5626*, páginas 29 e 30. Composição da Les: válvula de pé com crivo e curva de 90o. Logo, Les = 8,0 m.

. Js : utilizar equação J = 0,002021 Q 1,88.D-4,88 para tubos rugosos, onde Q em m3/s e D em m. ( Fair, Whipple,Hsiao);

Portanto, Js = 0,0157 mca/m, Ls = 10,00 m , hps = 0,16 mca e Hs = 2,16 mca.

* Observar que para registros a norma em questão recomenda uma equação específica para o cálculo da perda de carga localizada. No entanto, neste trabalho serão utilizados valores tabelados apresentados em anexo.

c3) Enfim, determinados Hr e Hs, tem-se: H = 20,47 mca.

d) Especificação da Bomba e Verificações Complementares: Os dados são Qr = 0,00022 m3/s e H: 20,47 mca. Com estes dados procede-se a especificação da bomba centrífuga pela observação das curvas das mesmas apresentadas pelos fabricantes e pela curva do sistema elaborada pelo projetista. Logo, por estas curvas especificar as respectivas marca, potência, vazão, altura manométrica e potência. A Figura 02 apresenta um exemplo teórico das curvas da bomba centrífuga e do sistema.

3.6 Rede de Distribuição

Quanto a rede predial de distribuição, para definir os diâmetros dos ramais, colunas e barrilete pelo Método dos Pesos ou Método Estatístico. O consumo máximo provável é usualmente dimensionado pelo método dos Pesos Relativos, conforme preconizado pela norma "Instalação Predial de Água Fria - NBR 5626". Porém, é consenso que este método normalmente superestima a vazão do projeto e, consequentemente, superestima os diâmetros das tubulações. Todavia, existe uma série de modelos estatísticos que podem possibilitar uma estimativa mais realista da vazão de projeto, fato este que poderia atenuar as superestimativas Os pesos preconizados pela NBR 5626 encontram-se reproduzidos na Figura a seguir.

Figura: Tabela da NBR 5626 para Pesos relativos para os pontos de utilização (ABNT) Estimada a vazão de projeto, para o dimensionamento das tubulações da rede de distribuição admite-se inicialmente V= Vmáx = 3,0 m/s, onde este valor é estabelecido na NBR 5626 e conduz a diâmetros menores. Assim sendo, os valores dos respectivos diâmetros (D) é o diâmetro calculado por D = (4 . Q /  . V) 0,5 .

3.7 Determinação do Nível Mínimo de Água (NAmin) no Reservatório Superior e Verificação das Pressões no Sistema de Distribuição

Outra questão importante é a determinação do NAmin no RS, pois é através deste nível que são determinadas as pressões disponíveis na rede de distribuição. Tais pressões disponíveis devem atender, conforme a NBR 5626, as pressões admissíveis no sistema de distribuição (aparelhos sanitários e rede de distribuição). As pressões admissíveis são as seguintes:

Pressão Dinâmica Mínima:

Caixa de Descarga: 0,5 mca ; Válvula de Descarga: 1,5 mca Demais Aparelhos: 1,0 mca ; Rede de Distribuição: 0,5 mca Pressão Estática Máxima: Em qualquer ponto da rede o admitido é 40 mca.

As pressões disponíveis nos pontos de consumo devem superar as pressões dinâmicas mínimas enquanto as pressões estáticas não devem ultrapassar a pressão estática máxima. Para tanto, a definição de volumes e cotas dos reservatórios superiores, o cálculo adequado dos diâmetros das tubulações, o atendimento das pressões dinâmicas mínimas de cada aparelho sanitário, entre outras variáveis, é de fundamental relevância na confecção do projeto. Para o caso de pressões estáticas superiores a 40 mca podem ser utilizadas válvulas redutoras de pressão, conforme o exemplo ilustrado na figura a seguir.

Cabe ressaltar que a determinação do NAmin no RS é importante pois é por meio deste nível que são determinadas as pressões disponíveis na rede de distribuição. Definido o nível mínimo de água no reservatório superior é necessária a verificação da pressão disponível no ponto crítico. O ponto crítico que é aquele aparelho sanitário para o qual prevê-se a ocorrência da menor pressão dinâmica na rede predial de distribuição. Definido este ponto, estima-se a pressão dinâmica disponível para o mesmo no intuito de verificar se a mesma superará a pressão mínima de trabalho requerida para o adequado funcionamento de tal aparelho sanitário. Nesta aplicação o ponto crítico é considerado sendo o chuveiro do último andar. Dada esta definição de ponto crítico, segue a rotina de cálculo para a definição da pressão dinâmica disponível supracitada.

1o) Identificação do trecho;

2o) Medir o comprimento real da tubulação;

3o) Somar os pesos relativos as peças atendidas pelo trecho em questão; (já somado) 4o) Estimar Vazão : Q = 0,3 ( P)0,5 (L/s); (já calculado)

5o) Diâmetro do Tubo: Para definir os diâmetros dos ramais, colunas e barrilete admite-se inicialmente V= Vmáx = 3,0 m/s , onde este valor é estabelecido na NBR 5626 e conduz a diâmetros menores. Assim sendo , D = ( 4 . Q /  . V ) 0,5 , e D é o diâmetro útil do tubo, e não o nominal DN. Calculado D portanto, adota-se o DN cujo diâmetro útil seja o primeiro maior que D; (já calculado)

6o) Definir o comprimento equivalente para cada conexão presente no trecho e somar todos estes comprimentos para obter o comprimento equivalente total Le do trecho. A Figura 02 a seguir apresenta valores para a estimativa do comprimento equivalente;

Figura 02: Comprimentos Equivalentes (CREDER, 1995)

7º) Estimar o comprimento virtual Lv do trecho que é a soma dos respectivos comprimento real e equivalente;

8º) Estimar a Perda de Carga Unitária J pela equação J = 8,69.106. Q 1,75.D-4,75 , sendo J em KPa/m, Q em L/s e D em mm. ( Fair, Whipple,Hsiao);

9o) Estimar a perda de carga do trecho ΔH pela equação ΔH = J . Lv;

10o) Anotar a pressão estática Pe a qual sendo o desnível entre o nível mínimo de água no reservatório e o ponto em questão, tanto para montante quanto para jusante do trecho; 11º) Estimar a pressão disponível Pd pela equação Pd = Pe – Σ ΔH, tanto para montante

quanto para jusante do trecho;

Estimada a pressão disponível no ponto crítico, observar se a mesma supera a pressão mínima de trabalho do respectivo aparelho sanitário. No entanto, algumas observações são pertinentes:

a) caso ocorra em algum ponto que a pressão disponível seja inferior ao mínimo admissível, faz-se necessário aumentar os diâmetros dos trechos do percurso, de maneira a diminuir a perda de carga;

b) caso contrário ao anterior, se a pressão estática ultrapassar em algum ponto do sistema o valor de 40 mca, faz necessário prever a instalação de válvulas redutoras de pressão ou reservatórios intermediários;

3.8 Condicionantes referentes a qualidade da água

Em relação ao aspecto qu alitativo, o dim ensionam ento deve considerar f enôm enos relacionados ao im pacto à qualidade da água potável. No caso da qualidade da água, cumpre inicialmente comentar que água potável é definida como aquela que atende aos padrões de potabilidade preconizados pela recente Portaria de Consolidação 05, Anexo XX, (antiga 2914/2011) do Ministério da Saúde. Em linhas gerais, deve apresentar as propriedades de ser clarificada (sem cor e turbidez), inodora e agradável ao paladar, de temperatura razoável, nem corrosiva e nem produtora de crostas, isenta de minerais de efeito fisiológico indesejável e livre de organismos que produzam doenças.

Nesse sentido admite-se, em princípio, que a água fornecida pela concessionária às habitações seja potável. No entanto, o fato da água encontrar-se potável na entrada da edificação, não garante que a mesma esteja potável no ponto de consumo. Isto ocorre porque existem pontos potenciais de contaminação da água no referido trajeto. Ou seja, a água pode contaminar-se nas peças de utilização, nas canalizações e nos reservatórios. Nas peças de utilização (aparelhos e equipamentos sanitários), pode ocorrer contato da água servida com a água potável. É o caso, por exemplo, da bacia sanitária e da torneira de jardim.

A contaminação da água nas tubulações pode ser motivada pela entrada de líquidos contaminados para seu interior ou pela corrosão dos metais que constituem os tubos, registros e válvulas. A entrada de água contaminada para o interior das tubulações pode ocorrer através de falhas de vedação ou através dos pontos de utilização.

Cabe citar neste sentido o trabalho de HIGGINS (1997), onde o autor destaca a importância do controle da retrossifonagem nos aparelhos sanitários e hidrantes. RAZOUK (1996) igualmente destaca uma série de fatores, entre os quais a questão da insuficiente circulação da água em alguns trechos da rede de distribuição, fato este que pode causar a proliferação de microrganismos patogênicos. No caso dos reservatórios, é fato que os mesmos são os locais mais frágeis quanto à possibilidade de contaminação. As principais causas desta consistem em falhas construtivas (de projeto e execução) e na deficiência dos trabalhos de manutenção. Especificando, as formas de contaminação mais comuns ocorrem por infiltração de águas servidas, pela entrada de pequenos animais através das aberturas de acesso e extravasão, pela falta de limpeza periódica e a consequente acumulação de matéria orgânica no fundo do reservatório que consome grande parte do cloro residual da água, pela poluição atmosférica devida ao ar contaminado por elementos tóxicos e partículas em suspensão no ar, entre outras. Cumpre salientar também que a norma brasileira “Instalação Predial de Água Fria – NBR 5626/1998” apresenta uma série de recomendações para viabilizar a proteção sanitária da água potável, onde questões como a utilização de materiais adequados, o refluxo de águas servidas e a interligação entre as tubulações condutoras de água potável e água não potável são abordadas. Isto p osto, conform e a NBR 5626, m edidas que evitem a retrossif onagem devem ser previstas no projeto, com o a separação atm osf érica o dispositivos quebradores de vácuo.

EXEMPLO II: ESTIMATIVA DAS VAZÕES DE PROJETO (apresentado em sala de aula)

EXEMPLO III: SISTEMA PREDIAL DE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA POTÁVEL COM APOIO DE AQUECEDOR DE PASSAGEM

I Enunciado

Conceber e dimensionar um sistema predial de aquecimento solar de água potável. Neste cenário dever ser consideradas as seguintes condicionantes:

. Configuração: sistema de aquecimento solar com apoio de aquecedor de gás; . Tipo do aquecedor solar: termossifão em circuito aberto;

. Tipo de aquecedor à gás: de passagem; . Dados da edificação:

. residencial unifamiliar;

. número N de moradores igual a 05;

. consumo per capita de água fria qe = 207 L/hab.dia;

. consumo per capita de água quente conforme balanço hídrico e térmico. II Resolução

1 Concepção

Fonte: http://aquecedor.xpg.uol.com.br/ http://solargas.xpg.uol.com.br/

O reservatório de água fria alimenta o tanque térmico, este conectado ao coletor solar. A água oriunda deste tanque térmico é conduzida ao coletor solar no qual é aquecida e, pelo princípio do termossifão, é reconduzida ao tanque térmico para atender os pontos de consumo. Todavia, caso a temperatura da água no tanque térmico decresça a ponto de não atender a temperatura esperada no ponto de consumo, o termostato instalado no interior do mesmo detectará esta insuficiência e acionará bomba de recirculação. Assim, esta succionará a água do reservatório térmico e a recalcará ao aquecedor de passagem para aquecê-la e na sequência ao reservatório térmico para armazená-la.

2 Dimensionamento

2.1 Volume Diário de Água Quente (Ṿaq) Ṿaq = qaq x N, sendo

qaq = consumo per capita diário de água quente (L/hab.dia); N = número de moradores (hab).

Para a definição do qaq é possível desenvolver estimativas pelo balanço termo-hídrico ou admitir valores referenciais da literatura especializada. O balanço termo-hídrico depende da parametrização do consumo per capita efetivo de água qe e da equação das misturas. Nesta aplicação a parametrização admitida é a seguinte:

Parametrização do qe Aparelho Sanitário

Consumo por Aparelho (%)

Bacia sanitária com caixa acoplada 28

Chuveiro 32

Lavatório 15

Pia / Máquina de lavar pratos 08

Tanque / Máquina de lavar roupas 07

Torneira de jardim 05

Outros 05

Total 100

Dados os percentuais da parametrização admite-se que o chuveiro, o lavatório e o tanque utilizam água morna. Portanto, tem-se:

Ṿam = %am x Ṿe, sendo, Ṿam : volume diário de água morna;

Ṿe: volume total diário de água fria efetivamente consumida sendo expresso por Ṿe = qe x N; %am: percentual total de utilização de água morna.

Ou seja, %am = % chuveiro + % lavatório + % pia + % tanque = 62 %, Logo, Ṿe = 207 x 5 = 1035 L/dia.

E, portanto, Ṿam = 62 % . 1035 l/dia = 642 l/dia;

Determinado Ṿam é possível definir Ṿaq a partir da equação das misturas, a saber: Ṿam . tam = Ṿaf . taf + Ṿaq . taq, sendo:

tam: temperatura da água morna (oC); taf: temperatura da água fria (oC); taq: temperatura da água quente (oC).

Sendo Ṿam = Ṿaf + Ṿaq , logo Ṿaf = Ṿam - Ṿaq.

Substituindo Ṿaf na equação das misturas, tem-se: Ṿam . (tam – taf) = Ṿaq . (taq – taf) Considerando tam = 42 oC, taf = 12 oC, taq = 60 oC, obtém-se: Ṿaq = 401,25 L/dia;

Portanto, o volume do reservatório térmico Ṿrt é de aproximadamente 400 L. Para o volume de água fria, conforme equação anterior: Ṿaf = 240,75 L/dia.

2.2 Quantidade Necessária de Calor para o Aquecimento da Água Q = Ṿrt . C . (taq – taf) sendo,

Q : Quantidade necessária de calor para o aquecimento da água (Kcal / dia); C : calor específico da água (1,0 Kcal/kg.oC)

Aplicando a equação precedente para Ṿrt em litros, obtém-se Q = 19200 Kcal / dia. 2.3 Área dos Coletores

A equação correspondente é a seguinte: Ac = Q / (I . η ) sendo,

Ac : área dos coletores (m2);

I : intensidade de radiação solar (kwh / m2.d); η : rendimento energético do coletor (%).

Para a definição de I, conforme Atlas Solarimétrico do Brasil, em Curitiba tem-se 8,0 MJ / m2.dia para o mês de Junho. Observar que 1,0 MJ = 238,50 Kcal. Logo, tem-se 1910,8 Kcal/m2. dia.

O coletor solar adotado é da marca Transsen, Linha Brasil, modelo Itapua V1.7, com as seguintes características:

. Largura = 1,715 m; . Altura = 1,006 m;

. Área = 1,73 m2 (Ac1: área de um coletor); . Espessura = 58 mm;

. Eficiência = 54,8 %;

. Produção Mensal de Energia = 133, 4 Kwh/mês; P = 185,28 w;

. Produção Específica de Energia = 77,10 Kwh/mês.m2; Pe = 107,08 w/m2; . Classificação INMETRO: A

Logo,

Ac = 19.200 Kcal/dia / (1910,8 Kcal/m2.dia x 0,548) = 18,37 m2 ≈ 20,00 m2. No de Coletores nc = Ac / Ac1 ≈ 12 coletores.

2.4 Verificação da Capacidade Energética do Aquecedor Solar

De acordo com a estimativa anterior, I = 1910,8 Kcal/m2. dia, sendo esta a intensidade de radiação solar disponível. O rendimento térmico do coletor é 54,80 % e, assim, a energia específica diária aproveitável é de 1.047,12 Kcal/m2.dia.

Considerando que 1,00 Kwh = 859,18 Kcal, obtém-se a Produção Específica de Energia PEE = 77,10 Kwh/mês.m2 = 2,57 Kwh/dia.m2 = 2.208,10 Kcal/dia.m2. Observar que este valor de PEE supera em muito a energia específica diária aproveitável de 1.047,12 Kcal/m2.dia.

2.5 Inclinação do Coletor para Curitiba

O coletor solar deve estar voltado para o norte com ângulo de inclinação, em relação a horizontal, igual a soma da latitude local com 10o. Conforme www.geografos.com.br, as informações referentes à latitude e longitude são as seguintes:

Latitude: (S) 25,43o (25o 25’ 40’’) Longitude: (W) 49,27o (49o 16’ 23’’)

Portanto, α = 25,43o + 10o ≈ 35o. Observar Figura a seguir.

2.6 Aquecedor de Passagem

Neste caso é admitido que o Ṿaq não está aquecido e requer, portanto, aquecimento via aquecedor de passagem. Este deverá prover a mesma quantidade Q de calor fornecida pelo coletor solar. Isto posto será avaliado um aquecedor de passagem com as seguintes especificações:

Marca: ORBIS ; Modelo: 318 HABE ; Gás: GLP ; Potência: 24797 Kcal/h ≈ 413 Kcal/min = 28838,91 w Vazão: 17 L/min

Considerando estas características e assumindo que todo o volume de armazenamento do tanque térmico deva ser aquecido, seu tempo TE de enchimento é:

TE = Volume de Água Quente / Vazão do Aquecedor = 400 L / 17 L/min ≈ 24,00 min. Cabe destacar que um aquecedor com maior vazão propiciará um menor tempo de enchimento. 2.7 Especificação dos Pressurizadores de Água Fria e Quente

Consultar catálogos da Lorenzetti e da Komeco, dentre outras marcas. Deve ser considerado o incremento de pressão ao escoamento de maneira a atingir as pressões mínimas de serviço dos aparelhos sanitários.

EXEMPLO IV: ESTIMATIVA DO NÍVEL MÍNIMO DE ÁGUA NO RESERVATÓRIO SUPERIOR (apresentado em sala de aula)

4 ECONOMIA DA ÁGUA PELO USO RACIONAL

A economia de água em uma edificação pode ser obtida por ações de uso racional e por ações referentes a utilização de fontes alternativas. As ações de uso racional são basicamente aquelas de combate ao desperdício quantitativo e qualitativo. As ações de combate ao desperdício quantitativo são a priorização do uso de aparelhos sanitários economizadores de água, o incentivo à adoção da medição individualizada, a conscientização do usuário para não desperdiçar água no ato do seu uso, a detecção e controle de perdas de água no sistema predial de água fria, o estabelecimento de tarifas inibidoras do desperdício, entre outras. O combate ao desperdício qualitativo consta de um conjunto de medidas que garanta a qualidade da água nas instalações hidráulicas sanitárias. A higienização periódica dos reservatórios, por exemplo, consta de uma destas medidas imprescindíveis. Desta forma busca-se evitar que volumes de água nas edificações percam potabilidade, fato este que configuraria um desperdício de qualidade de água.

4.1 Uso Racional pelo Combate ao Desperdício Quantitativo 4.1.1 Utilização de Aparelhos Economizadores de Água

No que se refere à utilização de aparelhos e dispositivos sanitários economizadores de água, é importante comentar que existe uma série deles disponíveis no mercado. Como, por exemplo, torneiras automáticas, que podem gerar redução de 20% no potencial econômico em relação à convencional. Há, também, dispositivos economizadores como: torneiras eletrônicas (redução de até 40% no consumo de água), reguladores de vazão para torneiras de mesa, arejadores para torneira com rosca interna, válvulas de fechamento automático para chuveiros, de acionamento com o pé para torneiras de cozinha, bacias sanitária com caixa de embutir, dentre outros.

Objetivando ilustrar alguns benefícios do uso de aparelhos economizadores, um exemplo interessante a ser abordado consta da bacia sanitária de 06 litros de descarga. Comparada àquela de 12 litros de descarga, tem-se a significativa economia de 50% de volume de água por descarga. Nesta ótica, considerando que o usuário utilize a bacia sanitária convencional (12 litros) quatro vezes por dia, seu gasto é na ordem de 48 litros. Substituindo esta bacia convencional de 12 litros por uma economizadora de 06 litros, seu consumo passa para 24 litros diários, economizando, portanto, outros 24 litros. Para um consumo médio per capita de 132 L/hab/dia, conforme apresentado em SANTOS; SAUNITTI; BUSATO (2001) para Curitiba e Região Metropolitana, este valor representa uma possibilidade de economia de 18%, aproximadamente.

4.1.2 Adoção da Medição Individualizada

A adoção de medição individualizada consta de uma medida importante para edifícios. Trata-se de um hidrômetro por economia, onde os respectivos moradores arcam com aquilo que consomem, eliminando conseqüentemente a polêmica cobrança por rateio. Convém enfatizar que alguns prédios de alto padrão em Curitiba já adotam esta medida, assim como existem soluções de menor custo para edificações de padrão médio. Ressalta-se também que a força da tarifação tem demonstrado ser um agente de grande eficácia para economia de água, pois é sabido que tarifas de certa expressão realmente inibem o desperdício. Aliás, esta consta de uma realidade que tem impulsionado a adoção da medição individualizada. Conforme TOMAZ (1998), o uso da medição individualizado reduz de 15 a 30% o consumo de água na edificação.

A figura a seguir representa um esquema de medição individualizada em um edifício.

Figura: Exemplo de Medição Individualizada Fonte: www.saaeb.com.br

4.1.3 Sensibilização do Usuário

Quanto à conscientização do usuário, é consenso que este de fato é um problema complexo. Seriam necessárias intervenções educacionais que realmente despertasse o usuário e o conduzisse a uma revolução comportamental onde, sob um novo paradigma pessoal, motivasse-o a posicionar-se contra o desperdício (CASTRO, 2000). Os benefícios decorrentes da sensibilização merecem atenção, conforme já comentado. No caso do morador, por exemplo, uma nova postura de racionalização seria efetivamente uma poderosa ação de conservação de água, haja visto o exemplo a seguir. Considerando o consumo per capita diário de 132 litros e que, no ato de escovar os dentes, o usuário leve aproximadamente 03 minutos. Admitindo-se uma vazão de 0,10 litros por segundo para o lavatório, e que o usuário ao escovar os dentes permaneça com a torneira aberta (água corrente) durante os 03 minutos, o mesmo consumirá aproximadamente 18 litros. Porém, se em uma atitude econômica a torneira permanecer aberta apenas 30 segundos, duração esta considerada aqui como razoável na escovação dos dentes, o volume consumido será de apenas 03 litros. Nesta atitude econômica, portanto, serão poupados 15 litros. Caso o usuário, em sua residência, escove os dentes duas vezes por dia, serão poupados 30 litros, valor este que é de aproximadamente 22 % do consumo per capita diário de 132 litros.

4.2 Uso Racional pelo Combate ao Desperdício Qualitativo

Salubridade da Habitação pode ser conceituado como o estado saudável de uma habitação ou ainda como uma habitação que contribui para a saúde dos moradores. Tal salubridade

depende de vários fatores como a qualidade da água utilizada, da coleta e disposição do esgoto doméstico, da drenagem das águas pluviais, da coleta e disposição dos resíduos sólidos, da qualidade do ar interior, das condições de conforto do ambiente (térmico, acústico), dos materiais de construção utilizados, da facilidade de higienização do ambiente, da qualidade ambiental do entorno, da postura do usuário, entre outros. No caso da qualidade da água, tema principal deste trabalho cumpre inicialmente comentar que água potável é definida como aquela que atende aos padrões de potabilidade preconizados pela Portaria 2914 do Ministério da Saúde. Em linhas gerais, deve apresentar as propriedades de ser clarificada (sem cor e turbidez), inodora e agradável ao paladar, de temperatura razoável, nem corrosiva e nem produtora de crostas, isenta de minerais de efeito fisiológico indesejável e livre de organismos que produzam doenças. Nesse sentido admite-se, em princípio, que a água fornecida pela concessionária às habitações seja potável. No entanto, o fato da água encontrar-se potável na entrada da edificação, não garante que a mesma esteja potável no ponto de consumo. Isto ocorre porque existem pontos potenciais de contaminação da água no referido trajeto. Ou seja, a água pode contaminar-se nas peças de utilização, nas canalizações e nos reservatórios. Nas peças de utilização (aparelhos e equipamentos sanitários), pode ocorrer contato da água servida com a água potável. É o caso, por exemplo, da bacia sanitária e da torneira de jardim. É importante também destacar a questão do desperdício qualitativo de água o qual é associado às questões de salubridade da habitação. Assim sendo, propõe-se como conceito de desperdício qualitativo de água o "volume de água potável que é inviabilizado qualitativamente para o consumo". É o caso, por exemplo, da água potável servida às residências onde, água potável é aqui admitida como aquela que atende aos padrões de potabilidade preconizados pela Portaria 2914. A contaminação da água nas tubulações pode ser motivada pela entrada de líquidos contaminados para seu interior ou pela corrosão dos metais que constituem os tubos, registros e válvulas. A entrada de água contaminada para o interior das tubulações pode ocorrer através de falhas de vedação ou através dos pontos de utilização. Cabe citar neste sentido o trabalho de HIGGINS (1997), onde o autor destaca a importância do controle da retrossifonagem nos aparelhos sanitários e hidrantes. RAZOUK (1996) igualmente destaca uma série de fatores, entre os quais cabe citar a questão da insuficiente circulação da água em alguns trechos da rede de distribuição, fato este que pode causar a proliferação de microrganismos patogênicos. No caso dos reservatórios, é fato que os mesmos são os locais mais frágeis quanto à possibilidade de contaminação. As principais causas desta consistem em falhas construtivas (de projeto e execução) e na deficiência dos trabalhos de manutenção. Especificando, as formas de contaminação mais comuns ocorrem por infiltração de águas servidas, pela entrada de pequenos animais através das aberturas de acesso e extravasão, pela falta de limpeza periódica e a conseqüente acumulação de matéria orgânica no fundo do reservatório que consome grande parte do cloro residual da água, pela poluição atmosférica devido o ar contaminado por elementos tóxicos e partículas em suspensão no ar, entre outras. A temperatura da água nos reservatórios também é um fator importante a ser considerado pois é sabido que em águas mornas, fato este corrente nos reservatórios superiores, há possibilidade de crescimento da bactéria Legionella, a qual é patogênica. (DAUGHERTY, 2000). Sugere-se portanto que esta forma de desperdício seja considerada na avaliação do desempenho da edificação pois, efetivamente, consta de volume de água previamente tratada que posteriormente tem sua qualidade desperdiçada.

Cumpre salientar também que a norma brasileira “Instalação Predial de Água Fria – NBR 5626/1998” apresenta uma série de recomendações para viabilizar a proteção sanitária da água potável, onde questões como a utilização de materiais adequados, o refluxo de águas servidas e a interligação entre as tubulações condutoras de água potável e água não potável são abordadas. Já a pesquisa desenvolvida no Projeto de Pesquisa PGUAE/UFPR/CNPq: Avaliação do Comportamento da Qualidade da Água Potável em Edifícios Residenciais, a qual conduzida por SANTOS, FREITAS e MARIANO, 2003, e publicada no CIB 2003 em Ankara, Turquia, objetivou avaliar, em edifícios residenciais, o comportamento da qualidade da água potável em seu trajeto ao longo dos respectivos sistemas prediais de água fria. Desta maneira, procurou-se detectar a existência de contaminação da água nos referidos sistemas, assim como as possíveis causas da mesma. A metodologia utilizada fundamentou-se na escolha e levantamento descritivo dos edifícios, no levantamento da qualidade da água potável nos prédios e na análise laboratorial da qualidade da água potável.

II SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITÁRIO

1 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA

Sistema predial de esgotos sanitários (SPES) é um conjunto de tubulações e acessórios, o qual se destina a coletar e conduzir os esgotos sanitários a uma rede pública de coleta ou sistema particular de tratamento. Além desta função básica, o SPES deve atender ainda os seguintes requisitos de desempenho, segundo a norma brasileira “Instalação Predial de Esgoto Sanitário - NBR 8160”:

a) deve ser evitada a contaminação da água de consumo;

b) permitir o rápido escoamento da água utilizada e dos despejos introduzidos, evitando a ocorrência de vazamentos e a formação de depósitos no interior das tubulações;

c) impedir que os gases provenientes do interior do SPES atinjam áreas de utilização; d) deverá haver uma separação absoluta em relação ao sistema predial de águas pluviais. A contaminação da água de consumo deve ser evitada, protegendo-se tanto o interior dos sistemas de suprimento, assim como os ambientes receptores. A necessidade do referido sistema viabilizar o rápido e seguro escoamento dos esgotos sanitários, assim como garantir o funcionamento adequado dos fechos hídricos, deve ser considerado desde a concepção do SPES. A velocidade do escoamento nos trechos horizontais está associada a eficiência no transporte dos materiais sólidos, evitando que estes venham se depositar no fundo das tubulações. Nos trechos verticais a velocidade do escoamento influência significativamente nas pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações.

Já os fechos hídricos funcionarão adequadamente se os mesmos não se romperem, uma vez que isto impede que os gases no interior das tubulações penetrem no ambiente, conforme já comentado. Esta condição de não rompimento será garantida se as variações das pressões pneumáticas no interior do sistema forem limitadas, conforme o clássico trabalho de WILY; EATON (1965). Os fenômenos que induzem as variações das pressões pneumáticas serão discutidas posteriormente. A separação absoluta do SPES em relação ao sistema predial de águas pluviais deve ser garantida, assegurando a inexistência de quaisquer ligações entre tais sistemas.

Com relação ao tratamento de esgoto o objetivo é tratar o esgoto nos níveis primário, secundário e terciário.

Quanto a constituição geral, os SPES são constituídos por componentes de coleta, de transporte e de tratamento de esgoto, além dos componentes de ventilação. Os componentes de coleta e transporte são aparelhos sanitários, tubulações e acessórios destinados a captar os esgotos sanitários e conduzi-los a um destino adequado.

Os aparelhos sanitários têm a função básica de coletar os dejetos, os aparelhos sanitários devem propiciar uma utilização confortável e higiênica por parte do usuário. Entre os aparelhos sanitários usuais encontram-se o bacia sanitária, o lavatório, a banheira, o bidê, etc. Um desconector tem por função, através de um fecho hídrico próprio, vedar a passagem de gases oriundos das tubulações de esgoto para o ambiente utilizado. Tal contenção ocorre através da manutenção do referido fecho hídrico por meio do controle das ações atuantes sobre o mesmo. Entre estas ações, vale citar a auto-sifonagem, a sifonagem induzida, a sobrepressão e a evaporação.

As tubulações em questão compreendem os ramais de descarga e de esgoto, tubos de queda, subcoletores e coletores. Suas respectivas definições são as seguintes:

- Ramal de Descarga: Trata-se de uma tubulação horizontal, a qual recebe diretamente os efluentes dos aparelhos sanitários