Sistema de Abastecimento de Água

Texto

(1)Sistema de Abastecimento de Água.

(2) 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 reservatório a reservatório..

(3) 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  tratada..

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(7) 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)..

(8)  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..

(9) 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..

(10) Solução. Desnível médio entre os reservatório (carga disponível ) h. 237,45- 215,73 21,72m. Para se obter menor diametro, todo o desnível deverá ser aproveitad o para vencer as forças de atrito. Isto significa atribuir máxima perda de carga no escoamento. Assim sendo : Gradiente hidráulico (correspondente à perda de carga unitária) J. h L. 21,72 4820. 0,0045m / m. 4,5m / km.

(11)  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..

(12) 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.  Por esse motivo são desprezadas..

(13)  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..

(14) 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..

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(16) 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) d) o material do conduto e seu coeficiente (C).

(17)  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..

(18) Fórmula de Bresse.

(19) 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 manométrica.

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(21)  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 maior economia global..

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(23) PEÇAS ESPECIAIS E ÓRGÃOS ACESSÓRIOS.

(24)  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;.

(25)  • 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..

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(27)  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..

(28) 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.

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(30)  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..

(31) 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:. D. K Q. em que :. D - diametro da adutora em metro; Q - vazão de adução em m 3 / s K Coeficiente em função da velocidade.

(32) a) b). c) d) e) f) g). Esse procedimento é conduzido da seguinte maneira: Escolhem-se 3 a 4 diâmetros de adutoras no entorno do valor obtido pela aplicação da fórmula de Bresse; 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; Calculam-se as potencias das bombas necessárias para cada caso, em função da vazão e da altura-manométrica; Calculam-se os consumos anuais de energia elétrica para cada caso, em função da potência do equipamento; 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; Da mesma forma determina-se o custo de operação considerando principalmente os gastos com energia elétrica; 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..

(33) 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.  o funcionamento da adutora será de 24 horas / dia..

(34) 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..

(35) LEMBRANDO QUE... J e. 10,643.Q1,852 .C. AMORTIZAÇÃ O : A K.VT SENDO K. i (1 i ) n n (1 i ) 1. 1,852. .D. 4 ,87. (M / M ).

(36) 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 v2/2g, diante do número e tipo de peças especiais que possivelmente será utilizadas..

(37) 5.A potencia consumida, em KW será calculada pela fórmula P. 0,736. QH 75. em que : Q vazão em l/s; H altura manométrica total em m; rendimento global do conjunto bomba motor ( .bomba X .motor). 6. Preços admitidos: 200mm 250mm 300mm. R$ 70,00/ml; R$ 90,00/ml R$120,00 /ml. Energia elétrica :. R$ 0,15/ KWh.

(38)  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). 89,0. 64,6. 56,7.

(39) Vazão de dimensionamento Adução contínua sem reservatório:. Adução contínua com reservatório:. Adução descontínua com reservatório:.

(40) Dimensionamento hidráulico para escoamento livre (líquido escoando com superfície livre a pressão atmosférica local - canais a céu aberto, galerias, etc).

(41) 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-1 para água bruta e de 0,15 m. s-1 para água limpa (tratada). Para outros limites consultar Tabelas 15.10.1 e 15.10.2 do Manual de Hidráulica de Azevedo Netto, 8a edição..

(42) 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..

(43) Boa semana.

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