Dimensionamento de instalação de água pluvial para fins não potáveis do bloco H da UFF

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

MATHEUS FERREIRA LEAL

DIMENSIONAMENTO DE INSTALAÇÃO DE ÁGUA PLUVIAL PARA FINS NÃO POTÁVEIS DO BLOCO H DA UFF

Niterói 2017

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Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e do Instituto de Computação da UFF

L435 Leal, Matheus Ferreira

Dimensionamento de instalação de água pluvial para fins não potáveis do bloco H da UFF / Matheus Ferreira Leal. – Niterói, RJ : [s.n.], 2017.

76 f.

Projeto Final (Bacharelado em Engenharia Civil) – Universidade Federal Fluminense, 2017.

Orientador: Renata Gonçalves Faisca.

1. Água pluvial. 2. Reuso de água. 3. Instalação hidrossanitária. I. Título.

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2 MATHEUS FERREIRA LEAL

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para conclusão do curso.

Orientadora: Prof.a D.Sc. Renata Gonçalves Faisca

Niterói 2017

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3 MATHEUS FERREIRA LEAL

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Graduação em Engenharia Civil, como requisito parcial para conclusão do curso.

Aprovado em 28 de Setembro de 2017.

BANCA EXAMINADORA

_____________________________________________

Prof. Renata Gonçalves Faisca, D.Sc. (Orientador) - UFF

_____________________________________________

Prof. Levi Salvi, D.Sc. - UFF

_____________________________________________

Prof. Jean Carlos Mota Silva- UFF

Niterói 2017

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DEDICATÓRIA

Dedico esse trabalho à minha mãe Vilma, ao meu pai Jayme, à minha irmã Talissa e à minha namorada Mariana por sempre me motivarem e acreditarem que chegar até aqui seria possível.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço inicialmente à Deus por me conceder muita fé e força para superar as dificuldades ao longo desta caminhada.

À minha mãe, Vilma Leila, guerreira, dedicada, qυе sempre me mostrou o quanto é importante corrermos atrás de nossos sonhos e que sempre esteve ao meu lado nos momentos de maiores dúvidas e inseguranças.

Ao meu pai, Jayme Eduardo, que sempre acreditou em meu potencial me incentivando sempre a persistir mesmo nos momentos mais difíceis e, com certeza, estar aqui é devido a todo seu amor e carinho comigo.

Meu sincero agradecimento a minha irmã, Talissa Leal, por estar ao meu lado em todos os melhores e mais difíceis momentos deste percurso, dando seu colo quando mais precisei e por me fazer enxergar minhas qualidades em todos os momentos de fraqueza.

À minha Dinda, Christiane Guedes, que acompanhou de perto todas as dificuldades e conquistas, sendo ela fundamental para que hoje eu esteja aqui.

À minha vó, Maria José, que sempre acreditou que este sonho seria possível e por sempre dividir os momentos de dificuldade e me amparar por meio de suas orações.

Agradeço à minha namorada, Mariana Ribeiro, por ser minha companheira de vida, estando sempre ao meu lado, me dando carinho, me incentivando a todo instante e por ser a grande motivação para que eu corra sempre atrás dos nossos sonhos e, assim, chegarmos mais perto do nosso futuro juntos.

Aоs amigos, Rosana, Allan e Guilherme, àqueles que sempre me ajudaram nos estudos e também nos momentos de desânimo, estando sempre presentes para conversar ou até mesmo para cantar, melhorando, assim, todas as angústias e aos amigos, Arthur, Thiago e Pedro que sempre me recebem em Barra Mansa com muita alegria e que são meus verdadeiros irmãos.

À minha orientadora, Renata Faisca, agradeço pela dedicação e além de guiar meu aprendizado teve paciência por ouvir meus questionamentos quanto ao estágio e ao futuro profissional.

E, por fim, Agradeço à Universidade Federal Fluminense pela excelência na formação acadêmica.

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RESUMO

Diante da importância das instalações hidrossanitárias e da escassez hídrica que atinge o Brasil e o Mundo, o Projeto de Conclusão de Curso II apresenta uma pesquisa bibliográfica com as especificações de tratamento de água pluvial para edificações, fundamentada nas normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), além de contemplar um estudo de caso com dimensionamento de todos os itens necessários para o sistema de aproveitamento de água pluvial e água fria para implantação no Bloco H do Campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense. A partir do estudo, foi possível compreender a importância das diversas etapas do projeto, desde a preocupação com conhecimentos das Legislações vigentes aos métodos de cálculos dos reservatórios, das instalações e tratamento da água pluvial a ser aproveitada.

Palavras-chave: água pluvial, tratamento, aproveitamento de água,

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ABSTRACT

Faced with the importance of hydrosanitary installations and water scarcity that affects Brazil and the World, Project Conclusion of Course II presents a bibliographical research with the specifications of treatment of rainwater for buildings, based on the norms of the Brazilian Association of Technical Norms (ABNT), besides contemplating a case study with design of all the necessary items for the rainwater and cold water utilization system for implantation in Building H of Praia Vermelha Campus of the Federal Fluminense University. From the study, it was possible to understand the importance of the several stages of the project, from the concern with knowledge of current legislation to the methods of calculation of reservoirs, facilities and treatment of rainwater to be harnessed.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Sistema direto com e sem bombeamento ... 14

Figura 2 – Sistema indireto... 14

Figura 3 – Tubos em PEX e seus acessórios... 20

Figura 4 – Tubos em PPR ... 20

Figura 5 – Tubo em CPVC ... 20

Figura 6 – Reservatório enterrado ... 21

Figura 7 – Reservatório elevado ... 21

Figura 8 – Calha em concreto armado ... 23

Figura 9 – Vazões de projeto e pesos relativos nos pontos de utilização ... 24

Figura 10 – Comprimento equivalente em metros de tubulação de PVC ... 26

Figura 11 – Consumo médio por tipo de construção ... 31

Figura 12 – Cálculo da área de contribuição ... 33

Figura 13 – Ábaco para dimensionamento ... 35

Figura 14 – Método de Rippl ... 40

Figura 15 – Método de Netuno ... 41

Figura 16 – Potencial de economia de água potável ... 42

Figura 17 – Ábaco de Fair-Whiple-Hsiao ... 45

Figura 18 – Bomba Dancor CAM W-16 com flange ... 49

Figura 19 – Esquema do barrilete e da distribuição dos pavimentos ... 51

Figura 20 – Filtros de areia... 59

Figura 21 – Bomba dosadora de cloro ... 60

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9

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Diâmetros comerciais de tubos ... 25

Tabela 2 – Planilha de controle do uso de salas ... 30

Tabela 3 – Ocupação semanal e consumo de água por sala... 32

Tabela 4 – Resumo de consumo de água potável ... 32

Tabela 5 – Área de contribuição ... 33

Tabela 6 – Dimensionamento das calhas ... 34

Tabela 7 – Dimensionamento dos condutores verticais ... 36

Tabela 8 – Série histórica de chuvas (mm) - Urca ... 37

Tabela 9 – Lei Municipal de Niterói ... 37

Tabela 10 – Método de Azevedo Neto ... 38

Tabela 11 – Método Prático Alemão ... 38

Tabela 12 – Volumes dos reservatórios ... 43

Tabela 13 – Cálculo das tubulações de sucção e recalque ... 46

Tabela 14 – Acréscimo percentual sobre potência calculada ... 46

Tabela 15 – Perda de carga nas conexões ... 48

Tabela 16 – Dimensionamento da Bomba de recalque ... 48

Tabela 17 – Resumo dos pesos relativos por pavimento ... 49

Tabela 18 – Perda de carga nas conexões do barrilete ... 50

Tabela 19 – Perda de carga nas conexões do pavimento tipo ... 52

Tabela 22 – Perda de carga nas conexões do térreo ... 54

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Norma Brasileira Registrada

COSCIP Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 12

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13

2.1 Instalações de água fria ... 13

2.1.1 Sistemas de abastecimento ... 13

2.1.2 Componentes das instalações hidráulicas ... 14

2.1.3 Materiais das tubulações ... 19

2.1.4 Reservatórios ... 21

2.1.5 Captação da água pluvial ... 22

2.1.6 Dimensionamento das instalações hidráulicas ... 23

3. ESTUDO DE CASO ... 29

3.1 Definição da pesquisa ... 29

3.2 Projeto ... 29

3.3 Estimativa de consumo de água potável ... 29

3.4 Dimensionamento da captação de água pluvial ... 33

3.5 Determinação do Índice pluviométrico ... 36

3.6 Dimensionamento do reservatório de água pluvial ... 37

3.7 Dimensionamento dos reservatórios superiores e cisterna ... 43

3.8 Dimensionamento da sucção e recalque... 44

3.9 Dimensionamento da bomba de recalque ... 46

3.10 Dimensionamento do barrilete ... 49

3.11 Dimensionamento do pavimento tipo ... 52

3.12 Dimensionamento do térreo ... 54

3.13 Sistema de tratamento da água pluvial ... 58

4. COMENTÁRIOS FINAIS ... 62

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 64

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1. INTRODUÇÃO

O conhecimento das instalações hidrossanitárias é fundamental para uma correta elaboração de projetos hidráulicos. Nesse sentido, seguir as recomendações da Associação Brasileira de Normas Técnicas é imprescindível para se dimensionar corretamente tubulações, reservatórios e bombas.

Diante da crise hídrica enfrentada pelo país, a engenharia civil passou a ter grande importância no combate ao desperdício de água e, principalmente, na elaboração de técnicas de seu aproveitamento. Dentre as distintas formas de se aproveitar água, a utilização da água pluvial é a mais simples e mais interessante economicamente, pois conta com sistemas de captação e tratamentos simplificados.

O objetivo principal do trabalho foi apresentar as instalações de água fria, a metodologia de dimensionamento dessas instalações e, também, apresentar tanto o dimensionamento como as especificações do sistema de tratamento de águas pluviais.

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13

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Instalações de água fria

2.1.1 Sistemas de abastecimento

As instalações de água fria correspondem ao conjunto de tubos, peças hidráulicas, conexões e acessórios que conduzem a água a partir da rede pública até os pontos de consumo dos apartamentos ou salas comerciais.

Neste sentido, existem três tipos de sistemas de abastecimento: sistema direto, sistema indireto e o sistema misto.

No sistema direto os aparelhos hidráulicos são alimentados diretamente pela rede pública, podendo haver bombeamento ou não no sistema, conforme ilustrado na figura 1. Por outro lado, se a rede pública não oferecer pressão suficiente ou intermitência nesse abastecimento, os equipamentos não funcionarão como esperado. Para suprir essa deficiência das redes públicas, pode-se utilizar o sistema indireto, o qual utiliza reservatórios na parte superior da edificação para o armazenamento de água e, também, para garantir maior pressão no sistema hidráulico. Nesse sistema, os equipamentos hidráulicos são alimentados diretamente por esses reservatórios que por sua vez são abastecidos, na maioria das vezes, por um sistema de recalque da água a partir da rede de abastecimento, conforme mostra a figura 2. Além desses dois tipos, existe o sistema misto, que utiliza reservatórios e a água que vem diretamente da rede pública para alimentar os equipamentos. A água que vem da rede, em geral, alimenta peças hidráulicas localizadas nos níveis mais baixos da edificação como, por exemplo, as torneiras de jardim que se encontram no pavimento térreo (Apostila de Instalações Prediais, USP, 2002).

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14 Fonte: Instalações prediais II, 2015 apud Zamboni 2015

2.1.2 Componentes das instalações hidráulicas

A NBR 5626 – Instalação Predial de Água Fria (ABNT, 1998) no item 3 apresenta alguns termos relacionados ao tema que são de grande importância para o entendimento deste projeto. São eles:

Fonte: Instalações prediais II, 2015 apud Zamboni 2015 Figura 1 – Sistema direto com e sem bombeamento

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15  Água potável: Água que atende ao padrão de potabilidade

determinado pela Portaria nº 36 do Ministério da Saúde.

 Alimentador predial: Tubulação que liga a fonte de abastecimento a um reservatório de água de uso doméstico.

 Aparelho sanitário: Componente destinado ao uso da água ou ao recebimento de dejetos líquidos e sólidos (na maioria das vezes pertence à instalação predial de esgoto sanitário). Incluem-se nessa definição aparelhos como bacias sanitárias, lavatórios, pias e outros, e, também, lavadoras de roupa, lavadoras de prato, banheiras de hidromassagem, etc.

 Barrilete: Tubulação que se origina no reservatório e da qual derivam as colunas de distribuição, quando o tipo de abastecimento é indireto. No caso de tipo de abastecimento direto, pode ser considerado como a tubulação diretamente ligada ao ramal predial ou diretamente ligada à fonte de abastecimento particular.

 Cobertura: Qualquer tipo de recobrimento feito através de material rígido sobre um duto, um sulco ou um ponto de acesso, de resistência suficiente para suportar os esforços superficiais verificados na sua posição. Quando referida a reservatório domiciliar, define o fechamento superior horizontal do reservatório.

 Coluna de distribuição: Tubulação derivada do barrilete e destinada a alimentar ramais.

 Componente: Qualquer produto que compõe a instalação predial de água fria e que cumpre individualmente função restrita. Exemplos: tubos, conexões, válvulas, reservatórios, etc.

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16  Concessionária: Termo empregado para designar

genericamente a entidade responsável pelo abastecimento público de água. Na maioria dos casos esta entidade atua sob concessão da autoridade pública municipal. Em outros casos, a atuação se dá diretamente por esta mesma autoridade ou por autarquia a ela ligada.

 Conexão cruzada: Qualquer ligação física através de peça, dispositivo ou outro arranjo que conecte duas tubulações das quais uma conduz água potável e a outra água de qualidade desconhecida ou não potável.

NOTA - Através dessa ligação a água pode escoar de uma para outra tubulação, sendo o sentido de escoamento dependente do diferencial de pressão entre as duas tubulações. A definição também se aplica à ligação física que se estabelece entre a água contida em uma tubulação da instalação predial de água fria e a água servida contida em um aparelho sanitário ou qualquer outro recipiente que esteja sendo utilizado.

 Diâmetro nominal (DN): Número que serve para designar o diâmetro de uma tubulação e que corresponde aos diâmetros definidos nas normas específicas de cada produto.

 Dispositivo de prevenção ao refluxo: Componente, ou disposição construtiva, destinado a impedir o refluxo de água em uma instalação predial de água fria, ou desta para a fonte de abastecimento.

 Duto: Espaço fechado projetado para acomodar tubulações de água e componentes em geral, construído de tal forma que o acesso ao seu interior possa ser tanto ao longo de seu comprimento como em pontos específicos, através da remoção de uma ou mais coberturas, sem ocasionar a destruição delas a

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17 não ser no caso de coberturas de baixo custo. Inclui também o shaft que usualmente é entendido como um duto vertical.

 Fonte de abastecimento: Sistema destinado a fornecer água para a instalação predial de água fria. Pode ser a rede pública da concessionária ou qualquer sistema particular de fornecimento de água. No caso da rede pública, considera-se que a fonte de abastecimento é a extremidade a jusante do ramal predial.

 Padrão de potabilidade: Conjunto de valores máximos permissíveis das características de qualidade da água destinada ao consumo humano, conforme determina a Portaria nº 36 do Ministério da Saúde.

 Peça de utilização: Componente na posição a jusante do sub-ramal que, através de sua operação (abrir e fechar), permite a utilização da água e, em certos casos, permite também o ajuste da sua vazão.

 Ponto de suprimento: Extremidade a jusante de tubulação diretamente ligada à fonte de abastecimento que alimenta um reservatório de água para uso doméstico.

 Ponto de utilização (da água): Extremidade a jusante do sub-ramal a partir de onde a água fria passa a ser considerada água servida. Qualquer parte da instalação predial de água fria, a montante desta extremidade, deve preservar as características da água para o uso a que se destina.

 Ramal: Tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais.

 Ramal predial: Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento de água e a extremidade a montante do

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18 alimentador predial ou de rede predial de distribuição. O ponto onde termina o ramal predial deve ser definido pela concessionária.

 Rede predial de distribuição: Conjunto de tubulações constituído de barriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais, ou de alguns destes elementos, destinado a levar água aos pontos de utilização.

 Registro de fechamento: Componente instalado na tubulação e destinado a interromper a passagem da água. Deve ser usado totalmente fechado ou totalmente aberto. Geralmente, empregam-se registros de gaveta ou registros de esfera. Em ambos os casos, o registro deve apresentar seção de passagem da água com área igual à da seção interna da tubulação onde está instalado.

 Sub-ramal: Tubulação que liga o ramal ao ponto de utilização.

 Tipo de abastecimento: Forma como o abastecimento do ponto de utilização é efetuado. Pode ser tanto direto, quando a água provém diretamente da fonte de abastecimento, como indireto, quando a água provém de um reservatório existente no edifício.

 Tubulação: Conjunto de componentes basicamente formado por tubos, conexões, válvulas e registros, destinado a conduzir água fria.

 Tubulação de extravasão: Tubulação destinada a escoar o eventual excesso de água de reservatórios onde foi superado o nível de transbordamento.

 Tubulação de limpeza: Tubulação destinada ao esvaziamento do reservatório, para permitir sua limpeza e manutenção.

(20)

19  Vazão de projeto: Valor de vazão, adotado para efeito de

projeto, no ponto de utilização ou no ponto de suprimento. No caso de ponto de utilização, corresponde à consolidação de um valor historicamente aceito, referente ao maior valor de vazão esperado para o ponto.

2.1.3 Materiais das tubulações

No passado, as execuções das instalações hidráulicas eram feitas com materiais como, por exemplo, cobre, aço galvanizado e ferro fundido. Esses materiais com o passar do tempo se deterioram, enferrujando e, consequentemente, prejudicando a qualidade da água, bem como o funcionamento do sistema, visto que o diâmetro interno das tubulações é reduzido com a presença da ferrugem em seu interior.

Posteriormente, o PVC (policloreto de vinila), substituiu os materiais utilizados anteriormente. Apesar de apresentar uma boa funcionalidade e garantir a qualidade da água, buscou-se soluções mais rentáveis. Por este motivo, os investimentos nesse setor levaram ao aparecimento de novos materiais plásticos, conforme as Figuras 3 a 5, como o PEX (polietileno reticulado), o PPR (polipropileno random) e o CPVC (policloreto de vinila clorado), utilizado em instalações prediais de água quente.

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20

Fonte: http://blog.doutorresolve.com.br

Fonte: http://construcaomercado.pini.com.br

Fonte: https://tigre.com.br

Figura 3 – Tubos em PEX e seus acessórios

Figura 4 – Tubos em PPR

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21

2.1.4 Reservatórios

Os reservatórios se subdividem em dois grupos: reservatórios enterrados e elevados (COSTA, 2010).

Os reservatórios enterrados (vide Figura 6) têm suas cargas descarregadas diretamente no solo ou em fundações. Eles ainda sofrem as ações devidas aos empuxos de terra, à pressão hidrostática e eventuais sobrecargas. Já os reservatórios elevados (vide figura 7) se apoiam em elementos estruturais, geralmente nas caixas de escada da edificação e esses, por sua vez, descarregam nas fundações.

Fonte: COSTA, 2010

Figura 6 – Reservatório enterrado

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22 Segundo a NBR 5626 (ABNT, 1998), a capacidade dos reservatórios deve ser estabelecida levando-se em consideração o padrão de consumo de água no edifício e informações de frequência e duração de interrupções do abastecimento obtidas junto às Concessionárias. A NBR 5626 orienta que o volume de água reservado deve ser de, no mínimo, 24 horas de consumo normal do edifício, sem considerar o volume de água da reserva de combate a incêndio. Existem também orientações no que se refere à divisão do reservatório em compartimentos, visando garantir operações de manutenção sem que ocorra a interrupção da distribuição de água. Quando o sistema de abastecimento for o indireto, orienta-se que na tubulação de sucção do recalque, exista dispositivos para se evitar a entrada de objetos, como a utilização de válvula de pé de crivo. Além disso, a tubulação de tomada de água no reservatório deve ser elevada em relação ao fundo para evitar a entrada de resíduos eventualmente existentes na rede predial de distribuição.

2.1.5 Captação da água pluvial

Os elementos de captação de águas pluviais de coberturas compõem o sistema de coleta e condução das águas que vai desde o telhado propriamente dito até ao sistema público de destinação dessas águas ou ao sistema de armazenamento de água pluvial para que ocorra o seu aproveitamento.

Em geral, os elementos de captação e condução são executados em chapas de ferro galvanizado, mas podem ser de PVC rígido, fibrocimento ou concreto armado impermeabilizado.

A colocação e fixação dos elementos de captação de água devem ocorrer pouco antes da finalização do telhado e deve-se verificar os seguintes pontos para garantir um bom funcionamento do sistema de captação: conferência de emendas, verificação do caimento das calhas e dos possíveis pontos de vazamento e, também, verificar a impermeabilização no caso de calhas executadas em concreto armado, como a ilustrada na Figura 8.

(24)

23

2.1.6 Dimensionamento das instalações hidráulicas

O dimensionamento das instalações hidráulicas possui diversas etapas de elaboração que envolvem desde o desenho da tubulação até os cálculos efetivos para se obter os diâmetros dos tubos e valores de pressão no sistema. A NBR 5626 (ABNT, 1998), orienta que elaboração do dimensionamento deve ser feita a partir de uma planilha contida na própria norma. As etapas do dimensionamento serão explicadas nos tópicos adiante.

 Elaboração do traçado: Esta é a primeira fase para realizar o dimensionamento das tubulações. Em projeto, deve-se desenhar todo o trajeto da tubulação, pois com esse traçado será possível identificar como serão as instalações, comprimento dos tubos e peças a serem atendidas.

 Numeração dos trechos: Os trechos serão definidos sempre que houver mudança do somatório de pesos, alteração na vazão ou do diâmetro. Havendo a ocorrência desses casos deve-se criar um nó.

Fonte: O autor, 2017

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24  Somatório de pesos: O sistema hidráulico contém diversos

equipamentos que serão atendidos. Nesse sentido, cada peça possui vazões de consumo de água diferentes e para se realizar o dimensionamento, considera-se que cada equipamento possui um peso, conforme indicado na Figura 9. O somatório deve ser iniciado no ponto de utilização e seguir até o ponto a montante. No caso de um ramal, esse ponto será o ponto de entrada de água do apartamento e quando o dimensionamento for para o barrilete, o ponto a montante será a saída de água do reservatório. Para os sub-ramais, calcula-se pelas vazões.

(26)

25  Cálculo da vazão: Com o valor dos pesos obtidos na etapa anterior,

define-se o valor da vazão em cada trecho.

𝑸 = 𝟎, 𝟑 . √∑𝐏

(1)

 Diâmetro da tubulação: Esses valores devem ser inicialmente arbitrados com diâmetros comerciais, conforme encontrado na Tabela 1 e, posteriormente, com os resultados de outros cálculos, se for necessário, eles deverão ser ajustados.

 Cálculo da área e da velocidade: A partir do diâmetro interno referente ao tubo arbitrariamente definido, calcula-se a área da seção transversal dessa tubulação. Posteriormente, diante do valor obtido, calcula-se o valor da velocidade da água na tubulação. A NBR 5626 (ABNT, 1998) orienta que os diâmetros sejam definidos de forma que a velocidade seja inferior a 3 m/s. Recomenda-se também que a velocidade fique próxima 1 m/s, pois valores acima deste geram grande perda de carga e provavelmente haverá redução da pressão no trecho. (INSTALAÇÕES PREDIAIS II, 2016)

Fonte: INSTALAÇÕES PREDIAIS II, 2016 Tabela 1 – Diâmetros comerciais de tubos

(27)

26

𝑨 =

𝝅 . 𝑫𝑫²_𝟒

(2)

𝑽 =

𝑸

𝑨

(3)



Comprimento real da tubulação: A partir do traçado realizado,

obtém-se o valor real do comprimento da tubulação, incluindo os comprimentos horizontais e verticais.



Comprimento equivalente das conexões: Cada conexão utilizada nas

instalações gera uma perda de carga localizada. Por este motivo, deve-se verificar os comprimentos equivalentes obtidos em cada conexão, conforme a Figura 10. Ao analisar um trecho da tubulação, a última conexão deverá ser considerada no trecho seguinte.

 Somatório dos comprimentos: Deve-se somar os comprimentos reais e equivalentes e, posteriormente, inserir na planilha de cálculo.

(28)

27  Perda de carga unitária: Deve-se calcular o valor da perda de carga

unitária a partir da equação de Fair – Whipple – Hsiao.

_{𝑱 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 .}

𝑸 𝟏,𝟕𝟎 𝑫𝑫 𝟒,𝟕𝟎

(4) Sendo: Q em m³/s; J em m/m; DI em m Para cobre/pvc a 20°C

 Perda de carga total: Com o valor da perda de carga unitária, multiplica-se o valor do comprimento total a ele. Com isso, obtém-se o valor da perda de carga total no trecho.

 Desnível: Deve-se preencher na planilha a diferença da cota do nó a montante e a jusante do trecho. Nos casos em que o ponto a jusante está mais elevado do que o ponto a montante, o valor a ser inserido na planilha deverá ser negativo.

 Pressão dinâmica: Para obter os valores da pressão dinâmica em cada trecho, deve-se considerar a pressão no trecho a montante do trecho inicial a ser calculado. Para o barrilete, considera-se o nível do reservatório para o pior caso, ou seja, quando o mesmo se encontra vazio. Para os ramais, utiliza-se o valor da pressão do barrilete no nível que se encontra o ramal. Para calcular o valor da pressão dinâmica a jusante de cada trecho , soma-se a pressão a montante com o desnível e subtrai-se a perda de carga, conforme explicitado na fórmula abaixo:

(29)

28  Pressão estática: A pressão estática é quando todos os pontos de

utilização estão fechados. Já que a rede não é pressurizada, o valor é a diferença da altura entre o ponto de água até o nível da água da caixa d'água, em metros. A pressão estática é calcula de forma semelhante a anterior. Para os valores a jusante, considera-se o valor a montante e soma-se ao desnível.

_{𝑷𝑷𝑷𝑷 = 𝑷𝑷𝑷𝑷 + 𝑫𝑫𝑷𝑷í𝒗𝑫𝒗} (6)

 Verificações: Após seguir todas as etapas de cálculo, deve-se verificar os valores das pressões.

- Em nenhum trecho a pressão dinâmica pode ser menor que 0,5 mca. - Nenhum ponto de utilização pode ter pressão dinâmica menor do que 1 mca. Exceto válvulas de descarga e de mictório, que suportam pressão de 0,5 mca (INSTALAÇÕES PREDIAIS II, 2016)

- A NBR 5626 (ABNT, 1998) define o valor máximo de pressão estática igual a 40 mca. A pressão não pode passar de 40 metros, uma vez que o PVC suporta até 75 mca, e os produtos (válvulas, registros, conexões) podem ter uma sobrepressão, que também é conhecido como golpe de aríete, de até 20 mca por norma.

- O valor limite para a velocidade é de 3 m/s, pois se a velocidade for mais alta, a perda de carga é muito grande. Além de gerar ruídos na tubulação devido ao escoamento da água. Aumentando-se a velocidade, aumenta-se a chance de golpe de ariete e a tubulação pode se romper.

(30)

29

3. ESTUDO DE CASO

3.1 Definição da pesquisa

O presente projeto pretende colaborar com a sustentabilidade na engenharia civil, buscando meios de incentivo para a redução de gastos excessivos de água potável por meio da implantação de sistema de aproveitamento de água pluvial.

3.2 Projeto

O estudo de caso refere-se a um edifício de salas de aulas, Bloco H, situado no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense, no município de Niterói-RJ.

O edifício é composto por 5 pavimentos com 24 salas de aula, 2 banheiros para deficientes por pavimento tipo, 2 banheiros de uso comum por pavimento tipo. No térreo, encontra-se a recepção, área administrativa, 1 vestiário e 3 banheiros. Além disso, a cobertura possui uma área total de telhado igual a 729 m² onde haverá a implantação de um sistema de captação que recolherá a água da chuva para um reservatório com a função de distribuir para todas as bacias sanitárias do prédio.

As plantas incluindo cortes e vistas encontram-se no anexo desse projeto.

3.3 Estimativa de consumo de água potável

Com o objetivo de obter o volume de água potável consumido pela edificação, foram feitas estimativas, pois a edificação não possui hidrômetro para medir esse volume. O abastecimento do prédio ocorre por um ramal da instalação geral que contempla o campus.

Por meio do contato com a administração do prédio, foi obtida a planilha de controle de utilização das salas de aulas. Nela se encontra as disciplinas que utilizam cada sala e os horários ocupados, conforme Tabela 2.

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30 Com os códigos das disciplinas, notou-se que o prédio é utilizado em maior frequência por disciplinas do ciclo básico de engenharia, como Física e Cálculo. Com esses códigos, foi possível também obter, por meio do sistema Iduff, o número médio de alunos por turma.

Desse modo, foi considerado um total de 35 horários (períodos de 2h) por semana para cada sala de aula e o número médio de alunos por turma utilizado foi de 65 alunos.

A NBR 5626 (ABNT, 1998) define a estimativa de consumo de água para diversas finalidades, conforme indicado na figura 11. Considerando que a edificação se enquadra no tipo de construção Escola – externato, foi considerado um consumo médio de 50 litros de água por dia.

4ª FEIRA 7:00 - 9:00 9:00 - 11:00 11:00 - 13:00 14:00 - 16:00 16:00 - 18:00 18:00 - 20:00 20:00 - 22:00

H-201 (75) TER00108(B1) TER00108(B1) TEC00265(A1) TEC00265(A1)

H-202 (75) GAN00143(A1) TEM00185(A1) TEM00185(A1) SDB00136 SDB00136

H-203 (75) TDT00017(A1) GGM00127(N1) TER00093(A1) TER00097(A1) TEC00255(B1) H-204 (75) GEO00012 GEO00012 MPS00012(A1)

H-205 (75) GGO03003 GGO03003 TEE00127(A1) TEC00215(A1) TEC00215(A1) TEC00204(H1) H-206 (110) GFI00171(A1) (GFI00158/GFI00135)B1 GFI00171(C1) (GFI00159/GFI00137)D1 GFI00160(E1) GFI00160(F1)

H-301 (75) GET00119(A1) GET00178(A1) GET00122(A1) TEE00110(A1)

H-302 (75) GMA00019(C1) GMA00019(E1) GGM00127(M1) GFI00205(A1) TEQ00163(A1) TEQ00163(A1) H-303 (75) GET00177(G1) GMA00021(E1) GMA00019(H1) GMA00019(J1) GMA00019(K1) GMA00019(L1) H-304 (75) (GFI00158/GFI00135)A1 GGE00136 (GFI00158/GFI00135)C1 TEE00135(A1) GET00122(B1) H-305 (75) GMA00019(B1) GMA00019(F1) GMA00019(I1) GET00177(B1)

H-306 (110) GFI00160(A1) (GFI00159/GFI00137)B1 GFI00160(C1) GFI00160(D1) GFI00176(A1) (GFI00158/GFI00135)F1 H-401 (75) GMA00021(B1) GMA00021(D1) GMA00021(F1) (GMA00021+00109)G1+G2 GMA00021(J1) GAN00140(J1) GGM00127(C1) H-402 (75) TAR00081 GMA0019(D1+D2) GMA00023(D1) TEP00117(A1) GGM00125(D1) GAN00144(E1) H-403 (75) GMA00021(A1) GGM00127(A1) GGM00127(J1) GMA00021(H1) GMA00021(K1) GMA00021(L1) GAN00144(F1) H-404 (75) GGM00127(O1) GGM00127(K1) GMA00032(A1) GMA00032(B1) TEC00207(H1) TEC00207(H1) H-405 (75) GMA00023(A1) GMA00023(C1) GMA00124(A1) GGM00127(B1) TER00084(A1)

H-406 (110) (GFI00159/GFI00137)A1 (GFI00158/GFI00135)B2 (GFI00159/GFI00137)C1 TEC00266(A1) TEC00266(A1) H-501 (75) GAN00140(B1) GAN00143(E1) GET00177(A1) GGM00127(L1) TEP00162(A1)

H-502 (75) GAN00140(C1) GAN00167(B1) TEQ00089(A1) TEE00124(B1)

H-503 (75) GAN00140(D1) GAN00167(A1) TER00110(H1) TER00110(H1) STA00190 STA00190 H-504 (75) GAN00140(A1) GAN00007(B1) TDT00051(A1) TEQ00094(A1) STA00147(P1) STA00147(P1) H-505 (75) GAN00140(E1) GGM00127(N1) Eng Civil Moni TEC00250(B1) STA00173((P1) STA00173(P1) H-506 (110) (GFI00159/GFI00137)A2 (GFI00158/GFI00135)B3 (GFI00158/GFI00135)C2 (GFI00158/GFI00135)D1 (GFI00159/GFI00137)E1

MSS00015 - Prof.

(32)

31 A partir da análise da planilha de ocupação e do valor médio de consumo, obtém-se o valor máximo de consumo de água por sala. Esse caso seria o mais crítico, no qual haveria uma ocupação de 100% dos horários disponíveis para as salas e considerando a média de 65 alunos por sala. Para este caso o volume de consumo seria de 16.250 litros de água por semana para cada sala.

Contudo, como as salas não são ocupadas em todos os horários disponíveis, obteve-se para cada sala o percentual de ocupação semanal baseada na planilha de controle de salas, conforme indicado na Tabela 3. Na figura, é indicado também o valor de consumo total das salas durante 1 semana em função de suas ocupações.

Fonte: https://www.tigre.com.br

(33)

32

Diante do estudo dos valores de consumo, pode-se obter os volumes de consumo diário, semanal e mensal, conforme indicado na Tabela 4.

35 65 50 1.076 51.257

Consumo diário de água / Aluno:

TOTAL DIÁRIO (L) : Consumo de água por Sala / Semana

(100% UTILIZADA): 16250 _{TOTAL MENSAL (m³) :}

Total de Horários Disponíveis:

TOTAL SEMANAL (L) :

Número de Alunos / Sala: 256.286

Fonte: O autor, 2017 H-201 21 60% 9750 H-202 26 74% 12071 H-203 25 71% 11607 H-204 24 69% 11143 H-205 25 71% 11607 H-206 25 71% 11607 H-301 21 60% 9750 H-302 24 69% 11143 H-303 23 66% 10679 H-304 21 60% 9750 H-305 24 69% 11143 H-306 24 69% 11143 H-401 26 74% 12071 H-402 22 63% 10214 H-403 26 74% 12071 H-404 23 66% 10679 H-405 23 66% 10679 H-406 23 66% 10679 H-501 22 63% 10214 H-502 22 63% 10214 H-503 22 63% 10214 H-504 17 49% 7893 H-505 23 66% 10679 H-506 20 57% 9286 TOTAL (L) : 256.286

Sala Horários Ocupados _{Ocupação Semanal}Percentual de Consumo Semanal _{por Sala}

Tabela 3 – Ocupação semanal e consumo de água por sala

(34)

33

3.4 Dimensionamento da captação de água pluvial

O dimensionamento das instalações de águas pluviais seguiu as recomendações da NBR 10844 - Instalações prediais de águas pluviais (ABNT, 1989).

A área de contribuição calculada considerou a inclinação do telhado conforme orientado pela norma e exemplificado pela figura 12 e Tabela 5. O valor obtido foi de 729 m².

Diante do valor da área de contribuição calculada, a NBR 10844 (ABNT, 1989) determina os valores de intensidade pluviométrica de acordo com o município. Como a edificação se encontra em Niterói, o valor considerado para o dimensionamento, de acordo com a norma, foi de 183 mm/h.

Fonte: NBR 10844 (ABNT, 1989) Telhado 1 (x4) Telhado 2 (x2) a= 5,05 6,3 b= 28 10,5 h= 0,45 0,55 A= 590,80 138,08 A total (m²) = 729 Área de Contribuição Fonte: O autor, 2017

Figura 12 – Cálculo da área de contribuição

(35)

34 A vazão de projeto obtida para todos os telhados foi de 2223 litros por minuto (L/min) por meio da Intensidade pluviométrica em mm/h, pela área de contribuição em m² a partir da seguinte formulação:

𝑸 =

𝑫 . 𝑨_𝟔𝟎 (7)

Para o dimensionamento das calhas a norma orienta a utilização da fórmula de Manning - Strickler indicada a seguir:

𝑸 = 𝑲 . 𝑹 .

𝑺_𝑷

. 𝑹𝑹

𝟐/𝟑

_{. 𝒊}

𝟏/𝟐

₍₈₎

Sendo: Q = vazão de projeto (L/min); S = área da seção molhada (m²);

n = coeficiente de rugosidade (Concreto alisado n=0,012); Rh = raio hidráulico (m);

i = declividade da calha (m/m); K = 60.000

Considerando as dimensões da calha da edificação, observa-se que para uma altura de 6 cm de lâmina d`água, a mesma suporta uma vazão muito superior a vazão de projeto que é de 2223 L/min. Concluindo, então, que a calha projetada comporta, certamente, a vazão a qual ela será submetida.

Fonte: O autor, 2017 Telhado 1 Telhado 2 base = 0,8 0,84 altura = 0,06 0,06 S = 0,048 0,0504 Rh = 0,052 0,053 I = 0,005 0,005 K = 60000 60000 n = 0,012 0,012 Q (L/min) = 2370 2498 Lâmina d'água (m) 0,06 0,06 Dim. Calhas

(36)

35 Após dimensionar as calhas, a etapa seguinte consistiu no dimensionamento dos tubos de queda. Para isso, considera-se a vazão de projeto, a altura da lâmina d`água na calha e o comprimento dos condutores verticais como dados de entrada no ábaco de dimensionamento fornecido pela NBR 10844 (ABNT,1989), apresentado na Figura 13.

No projeto, os telhados maiores serão contemplados com três condutores verticais e os menores apenas um condutor vertical. Desse modo, dividiu-se a vazão de cada telhado pelo número de condutores. Considerando os dados para o dimensionamento, obteve-se o diâmetro mínimo de 75 cm.

Fonte: NBR 10844 (ABNT,1989) Figura 13 – Ábaco para dimensionamento

(37)

36

Os condutores horizontais que coletam a água dos tubos de queda foram dimensionados com diâmetro de 150 mm e inclinação de 0,05% no sentido do reservatório de captação de água pluvial.

3.5 Determinação do Índice pluviométrico

Com o objetivo de dimensionar o reservatório de água pluvial com maior precisão, buscou-se dados pluviométricos obtidos em estações pluviométricas. Dentre as possibilidades, obteve-se a série histórica de chuvas na estação da Urca no Rio de Janeiro. A escolha ocorreu devido à proximidade da estação com a edificação e por estar localizada às margens da baía de Guanabara, assim como o prédio estudado.

Telhado 1 Telhado 2

Altura (m) = 19,7 22,8

Q por Tubo de Queda (L/min) =

Diâmetro Tubo de

Queda = 75 mm 75 mm

Dim. Tubo de Queda

Q por Água (L/min) = 901 211

211 300

(38)

37

3.6 Dimensionamento do reservatório de água pluvial

Para dimensionar o reservatório, foram utilizados os seguintes métodos: método contido na Lei Municipal de Niterói nº 2630, os métodos da NBR 15527:2007 “Água de chuva- Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis” – Requisitos: Azevedo Neto, Prático Alemão, Rippl e o método de Netuno, desenvolvido pelo Laboratório de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE).

O método da Lei municipal indicou o dimensionamento, diante da formulação a ele associado, de um volume de reservatório de 6,6 m³, conforme indicado na Tabela 9.

ANO \ MÊS JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 1997 177,1 12,5 64,8 24,1 47,6 25,8 17,8 70,4 53,8 68,4 70,6 66,2 1998 201,1 229,3 119,4 40,1 175,3 82,9 43,8 34,1 128,4 170,6 87,3 194,1 1999 115,7 45,1 201,6 25,7 20,1 96,8 52,6 43,2 51,8 49,7 68,1 85,9 2000 127,6 102 54,5 28,1 28,4 16,2 42 69 125,8 49 79,6 155,4 2001 9,2 92,8 84 3,6 111 67,6 101,8 8,2 41 63,2 84 244,8 2002 57,6 116,2 26 6,2 142,2 95,6 23,6 20,8 125 32,6 182,8 172 2003 353,4 1,6 268,2 102,2 79,8 12,6 38,8 190,8 91,2 223 228,8 68,8 2004 107,8 152,8 60,2 96,6 87,6 27 163 25 14,8 53 164,8 119 2005 159,6 72,2 159,2 195,6 82,4 38,4 128,2 38,4 183 142,6 162,4 -2006 191 133,4 151,2 68,4 142,8 58 78,2 71,2 101,6 80,8 141,8 69,8 2007 92,8 95 5,2 37 116,4 46,8 92,8 19,6 13,8 162,2 155,4 172,6 2008 148,6 92,6 166,4 141 69,2 69 54,4 47,2 106,8 47,6 164,6 121,6 2009 140,2 59,8 93,4 100,8 34,6 76 109,8 35 94,2 161,6 69 308 2010 179,2 47,6 303 312 54,6 45,8 91 29 36,6 167,8 64,6 233 2011 105,4 47 104,8 85,6 118 29,2 36,2 39,4 43 119,8 73,6 143,4 2012 151,8 8,4 59 94 98 105,6 41 18,2 110,4 75,2 78 24,6 2013 256,4 60,4 155,6 40,4 132 45,6 83,2 16 66,6 77 114 144,6 2014 35,2 17,2 74,6 83,8 59,6 58,8 175,8 49,2 21,2 14 41,8 30 2015 60,8 55,6 137 134,8 48,2 86,4 20,6 8,6 89 23,4 177,4 89,6 2016 215,6 314 220,4 12 51 79,4 9,2 52,8 55 28 176,2 52,6 MÉDIA MÉDIA: 144,3 87,8 125,4 81,6 84,9 58,2 70,2 44,3 77,7 90,5 119,2 131,4 93,0 Fonte: http://alertario.rio.rj.gov.br/acumulados-mensais K = 0,15 Ai = 729 m² h = 0,06 m Volume 6,6 m³

MÉTODO - LEI MUNICIPAL

V = K x Ai x h

Tabela 8 – Série histórica de chuvas (mm) - Urca

(39)

38 Dimensionando o reservatório por meio de Azevedo Neto, o volume obtido foi de 8,5 m³, conforme indicado na Tabela 10.

Sendo : P = precipitação média anula

T = número de meses de pouca chuva A = área de contribuição do telhado

O método Prático Alemão define como volume do reservatório o menor valor entre o volume total de chuva anual e o volume da demanda de água pluvial a ser aproveitada. Utilizou-se um percentual de 70% de aproveitamento, visto que a água a ser aproveitada não suprirá a demanda total do projeto, uma vez que ela atenderá apenas o consumo das bacias sanitárias e torneiras de jardim. Por meio desse método, o volume obtido foi de 39,1 m³.

P = 93 mm

T = 3 meses

A = 729 m²

Volume 8,5 m³

V = 0,042 x P x A x T

MÉTODO DE AZEVEDO NETO

V = 652000 litros

% uso A. Pluv = 70%

Demanda Tot = 8880000 litros

D = 6216000 litros

Volume 39,1 m³

MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO

V adotado = mín (V;D) x 0,06

Tabela 10 – Método de Azevedo Neto

(40)

39 O método de Rippl, a partir das médias mensais de chuva, da demanda de consumo e da área de captação, calcula as diferenças dos volumes e por meio dessa variação de volume é gerado o volume do reservatório. Foi considerado um consumo de 1075 m³ durante os períodos letivos e durante os recessos considerou-se um consumo de 7% desse valor devido à baixa frequência de utilização da edificação.

O volume obtido não pode ser considerado, pois a condição para a utilização desse método é que o somatório das demandas deve ser menor do que o somatório do volume de água de chuva aproveitável.

(41)

40 O método de Netuno dimensiona o volume do reservatório, baseando-se nos valores de chuvas, área do telhado, descarte inicial da chuva, demanda de consumo de água potável da edificação, percentual a ser substituído dessa

0,8

(mm) (m³) (m²) (m³) (m³) (m³)

COLUNA 1 COLUNA 2 COLUNA 3 COLUNA 4 COLUNA 5 COLUNA 6 COLUNA 7 COLUNA 8

Janeiro 144,3 70 729 84 -14 0 E Fevereiro 87,8 70 729 51 19 19 D Março 125,4 1075 729 73 1002 1021 D Abril 81,6 1075 729 48 1027 2048 D Maio 84,9 1075 729 50 1025 3073 D Junho 58,2 1075 729 34 1041 4114 D Julho 70,2 70 729 41 29 4143 D Agosto 44,3 1075 729 26 1049 5192 D Setembro 77,7 1075 729 45 1030 6222 D Outubro 90,5 1075 729 53 1022 7244 D Novembro 119,2 1075 729 70 1005 8249 D Dezembro 131,4 70 729 77 -7 8242 S

Total 1115 8880 652 Volume Reserv. = 8249

Coluna 1 = Meses

Coluna 2 = Intensidade pluviométrica mensal

Coluna 3 = Demanda mensal de água pluvial da edificação Coluna 4 = Área de captação da edificação

Coluna 5 = (Coluna 2) x (Coluna 4) x (Coeficiente de runoff) / (1000) Coluna 6 = (Coluna 3) - (Coluna 5)

Coluna 7 = (Coluna 7 mês anterior) + (Coluna 6 mês atual) Se o valor resultante for menor que zero adotar zero

Coluna 8 = Se (Coluna 7) for igual a zero, valor resultante "E" (Extravasando)

Se (Coluna 7 mês atual) for maior do que (Coluna 7 mês anterior), valor resultante "D" (Descendo) Se (Coluna 7 mês atual) for menor do que (Coluna 7 mês anterior), valor resultante "S" (Subindo)

Descrição da planilha: Coeficiente de runoff (CR) = Meses Chuva média mensal Demanda mensal Área de captação Volume de chuva mensal Diferença entre o volume da demanda e volume de chuva Volume acumulado de abastecimento

pela rede pública

Situação do reservatório MÉTODO DE RIPPL 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro NovembroDezembro

(mm)

Chuva média mensal

(42)

41 demanda e, também, o coeficiente de “runoff”, que é o coeficiente de escoamento superficial da água da chuva sobre o telhado.

Diante da simulação realizada, o software informa qual seria o volume ideal para o reservatório. Para os dados inseridos no programa, foi obtido um volume de 18 m³, conforme indicado na figura a seguir.

Fonte: O autor, 2017 Figura 15 – Método de Netuno

(43)

42 O gráfico da Figura 16 mostra que com um reservatório de 18000 litros de capacidade, haverá um potencial de economia de água potável de 62,66%. Ao analisá-lo, nota-se que ao aumentar a capacidade, o potencial aumenta numa proporção muito menor, o que caracteriza em termos econômicos um investimento com relação custo-benefício desfavorável.

Diante de todos os valores obtidos pelos métodos acima utilizados, o volume definido para o reservatório de água pluvial foi de 18 m³, conforme o método de Netuno. A justificativa para essa definição se deve ao fato do método Prático Alemão ser muito conservador, gerando um valor muito grande para o reservatório, e os demais métodos por promoverem volumes reduzidos, o que levaria a uma sub utilização do sistema de aproveitamento de água pluvial.

(44)

43

3.7 Dimensionamento dos reservatórios superiores e cisterna

Para o reservatório superior foi estabelecido o volume de acordo com a recomendação da norma, conforme citado no item 2.1.4. Por esse motivo, foi considerado o valor de 51 m³ mais a reserva de incêndio que foi obtida por meio da NBR 13714 – Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio (ABNT, 2000).

𝑽 =

_{𝟏𝟎𝟎𝟎}𝑸 . 𝒕

(8)

Sendo: Q = Vazão de duas saídas do sistema em (L/min)

t = Tempo de 60 min para o sistema utilizado

Desse modo, para duas saídas de mangote com uma vazão de 100 L/min, conforme orientado pela norma de incêndio e pelo Código de Segurança contra Incêndio e Pânico do Corpo de Bombeiros do Estado do Rio de Janeiro (COSCIP), obteve-se um volume de reserva técnica de incêndio de 12 m³.

Totalizando um reservatório superior com volume de 63 m³ e para suprir as demandas em caso da falta de abastecimento, foi considerada uma cisterna da mesma capacidade. A Tabela 12 indica os volumes de cada reservatório juntamente com suas dimensões.

38 m³ 6,00 4,10 1,55 (L x C x A) 26 m³ 6,00 3,95 1,10 (L x C x A) 18 m³ 4,00 3,00 1,50 (L x C x A) 63 m³ 9,35 4,50 1,50 (L x C x A) 1,5 m³ 1,00 1,00 1,50 (L x C x A) Caixa de Limpeza DIMENSÕES RESERVATÓRIOS

Reservatório Superior Potável Reservatório Superior Pluvial Reservatório Inferior

Cisterna Potável

(45)

44 A caixa de limpeza tem a função de captar o fluxo inicial de água da chuva que incide nos telhados, que seriam os 2 mm iniciais de precipitação, conforme orientado pela NBR 15527 – Água de chuva – Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – requisitos (ABNT, 2007).

3.8 Dimensionamento da sucção e recalque

O reservatório de água pluvial ficará localizado abaixo do nível do terreno. Desse modo, será necessário um sistema de recalque para que a água armazenada passe pelo tratamento e suba até o reservatório superior.

O dimensionamento das tubulações de sucção e recalque são fundamentados a partir dos seguintes dados: Consumo diário, número de horas de funcionamento das bombas de recalque e vazão de recalque.

Para obtenção dos diâmetros de sucção e recalque deve-se seguir as seguintes formulações:

𝑿 =

𝑵𝑵_𝟐𝟒 (9)

𝑸𝑷𝑫𝑸 =

𝑪𝑫_𝑵𝑵

(10)

𝑫𝑷𝑫𝑸 = 𝟏, 𝟑 . �𝑸𝑷𝑫𝑸 . √𝑿

𝟒

(12)

Sendo: Drec = Diâmetro da tubulação de recalque (m) Qrec = Vazão de recalque (m³/s)

X = Relação entre o número de horas de funcionamento da

bomba e o número de horas do dia

CD = Consumo diário (m³)

NF = Número de horas de funcionamento da bomba no período

de 24 horas

O diâmetro interno de recalque calculado, considerando-se 7 horas de funcionamento da bomba, foi de 43 mm, o que se aproxima de um tubo de diâmetro nominal de 50 mm, conforme indicado na tabela 1. A norma

(46)

45 recomenda que o diâmetro de sucção seja maior ou igual ao de recalque. Sendo assim, foi adotado o mesmo diâmetro para essas tubulações.

Para verificação da velocidade da água nos tubos, utiliza-se o ábaco de Fair-Whiple-Hsiao. A velocidade encontrada foi menor que 3 m/s, o que está de acordo com a orientação da norma.

(47)

46

3.9 Dimensionamento da bomba de recalque

A bomba de recalque deve ser dimensionada a partir da seguinte fórmula:

𝑷 =

𝑸 . 𝑯𝑷𝑷𝑷_{𝟕𝟎 .𝑹}

(13)

Sendo: P = Potência necessária para a moto-bomba (cv) Q = Vazão de recalque (l/s)

Hman = Altura manométrica dinâmica (mca) R = Rendimento da moto-bomba (adimensional)

Além de seguir essa formulação, Para o correto dimensionamento do sistema de bombeamento, deve-se considerar o acréscimo de potência sobre o valor calculado (INSTALAÇÕES PREDIAIS II, 2016).

51,3 m³ Nf = H X = Q rec = 0,002 2 l/s D rec int. = 0,043 43 mm D rec 2'' 50 mm D suc 2'' 50 mm OBS: Velocidade < 3m/s OK Consumo Diário SUCÇÃO E RECALQUE 7 0,292 Fonte: O autor, 2017

Fonte: INSTALAÇÕES PREDIAIS II, 2016 Tabela 13 – Cálculo das tubulações de sucção e recalque

(48)

47 Os cálculos das alturas manométricas de sucção e recalque devem seguir as seguintes formulações:

𝑯 𝑷𝑷𝑷 = 𝑯𝑷𝑫𝑸 + ∆𝑯𝑷𝑫𝑸

(14)

∆𝑯𝑷𝑫𝑸 = 𝑯 𝒑𝑫𝑷𝑷𝑷𝑷

(15)

𝑯 𝒑𝑫𝑷𝑷𝑷𝑷 = 𝑳𝒗 . 𝑱

(16)

Sendo: Hrec = altura estática/altura vertical (m)

∆𝑯𝑷𝑫𝑸

= altura dinâmica (m)

Lv= comprimento real da tubulação no pior caminho mais os

comprimentos equivalentes das conexões (m)

J = Perda de carga (m/m)

Considerando que o início da tubulação de sucção ficará a 0,5 m do fundo do reservatório de água pluvial, para evitar a sucção de partículas que ficam depositadas no fundo, a altura de sucção será de 1 m. A altura de recalque será de 22,2m, o comprimento crítico será de 23 m, o comprimento devido às perdas de cargas nas conexões será de 56,8 m conforme indicado na Tabela 15, e a perda de carga no filtro, o qual será especificado adiante, será de 3,5 m.

Desse modo, totaliza-se uma altura manométrica de 31,93 m. Considerando um rendimento de 60% da bomba, obtém-se uma potência de 2,17 cv, indicando a necessidade de instalação de uma bomba de 3 cv. Para evitar a ausência do recalque no caso de falha do equipamento, utilizará 2 bombas de 3 cv de potência.

(49)

48 H suc 1 m H rec 22,2 m H total 23,2 m L crítico 23 m L conexoes 56,8 m J 0,0508 m/m H perdas 5,23 m Perda Filtro 3,5 m H total 31,93 m Pot 1,44 cv Pot calc 2,17 cv Pot Instalada 3 cv

DANCOR - CAM W16 com Flange

BOMBAS DE RECALQUE

Fonte: O autor, 2017 Diâmetro Quantidade 50 1 50 1 50 4 50 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 4 50 6 50 1

PERDA DE CARGA LOCALIZADA

Sucção

Peça Perda de Carga

Válvula Pé de crivo 18,3

Joelho de 90° 3,2

Registro de Gaveta aberto 0,7

Total 27

Curva de 90° 1,2

Recalque

Válvula de Retenção Pesada 9,1

TOTAL DE PERDA LOCALIZADA 56,8

Joelho de 90° 3,2

Total 29,8

Curva de 90° 1,2

Tabela 15 – Perda de carga nas conexões

(50)

49 O modelo definido que atende as especificações é a bomba da marca Dancor modelo CAM W-16 com flange, a qual possui diâmetro de sucção e recalque de 2” (50mm) e gera uma vazão condizente com as necessidades de projeto.

3.10 Dimensionamento do barrilete

O dimensionamento do barrilete segue todas as etapas de cálculo apresentadas no item 2.1.6 deste trabalho.

Os equipamentos hidráulicos que serão atendidos pelo reservatório de água pluvial tratada localizado no superior da edificação estão indicados na Tabela 17.

Fonte: http://www.dancor.com.br

Peso Térreo Pav. Tipo

32 6 12 2,8 - 3 0,4 7 -194,8 392,4 Somatório de Peso Aparelho Bacia Sanitária Mictório Cerâmico

PESO RELATIVO POR PAVIMENTO

Torneira de Jardim

Figura 18 – Bomba Dancor CAM W-16 com flange

(51)

50 O quadro com as perdas de carga localizadas devidas às conexões se encontra na Tabela 18 e a planilha de dimensionamento com todos os valores calculados se encontra nos anexos deste trabalho.

Diâmetro Quantidade 110 1 110 1 110 2 Diâmetro Quantidade 110 1 Diâmetro Quantidade 110 1 Diâmetro Quantidade 110 1 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 75 1 3,9 1 PERDA DE CARGA LOCALIZADA

Joelho de 90° 3,7

Total 9,2

Tê 90° Saída de lado 8,3

Trecho E - F

Trecho B - C

Saída da canalização Registro de gaveta

Joelho de 90° 4,3

Trecho A - B

Trecho F - G

Trecho D - E

Trecho C - D

(52)

51 Fonte: O autor, 2017

(53)

52

3.11 Dimensionamento do pavimento tipo

O dimensionamento das instalações hidráulicas no pavimento tipo segue todas as etapas de cálculo apresentadas no item 2.1.6 deste projeto.

O quadro com as perdas de carga localizadas devidas as conexões se encontram nas Tabelas 19, 20 e 21 e as planilhas de dimensionamento com todos os valores calculados se encontram nos anexos deste trabalho.

Diâmetro Quantidade 75 1 75 2 75 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 4 50 1 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 3 50 1 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 75 1

75 Registro de Gaveta aberto 1 0,9

Total 3,3

Trecho 4 - 5

Tê de 90° Passagem direta 2,4

Trecho 3 - 4

Total 2,4

Total 12,5

Tê de 90° Saída de lado 2,2 Joelho de 90° 3,2 Tê 90° Saída de lado 7,8 Total 7,8 Trecho 3 - BS Total 15,7 Trecho 2 - 3

Joelho de 90° 3,2

Total 16,1

Trecho 2 - BS

Tê de 90° Saída de lado 7,8

Joelho de 90° 3,7

Trecho 1 - 2

(54)

53 Diâmetro Quantidade 50 1 50 2 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 50 3 Diâmetro Quantidade 75 1 75 1 75 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 2 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 60 1 60 Joelho de 90° 1 3,4 Total 11 Trecho 14 - 15

Tê de 90° Passagem direta 2,4 Total 9,6 Joelho de 90° 3,2 Total 68,5 Trecho 10 - 11 (X4) Trecho 10 - BS (X5)

Joelho de 90° 3,7

Total 12,4

Trecho 4 - 10

Joelho de 90° 3,2 Total 9,6 Tê de 90° Passagem direta 2,4 Total 9,6 Trecho 9 - BS Total 54,8 Trecho 5 - 6 (X4)

Joelho de 90° 3,2

Trecho 5 - BS (X4)

(55)

54

3.12 Dimensionamento do térreo

O dimensionamento das instalações hidráulicas do térreo segue todas as etapas de cálculo apresentadas no item 2.1.6 deste trabalho.

O quadro com as perdas de carga localizadas devidas as conexões se encontram nas tabelas 22, 23, 24 e 25 e as planilhas de dimensionamento com todos os valores calculados se encontram nos anexos deste trabalho.

Diâmetro Quantidade 25 1 25 2 Diâmetro Quantidade 60 1 Diâmetro Quantidade 25 3

Joelho de 90° 1,2 Total 3,6 Tê de 90° Passagem direta 2,3 Total 4,6 Trecho 17 - M Total 9,6 Trecho 15 - 16 (X2)

Tê de 90° Saída de lado 2,4 Joelho de 90° 1,2 Trecho 15 - M (X2) Fonte: O autor, 2017 Diâmetro Quantidade 75 1 75 1 Diâmetro Quantidade 75 2 Diâmetro Quantidade 75 1 7,4 Trecho 9 - 2

Tê de 90° Passagem direta 2,4 Total 2,4 Trecho 2 - 3

Joelho de 90° 3,7

Total

Total 4,6

Joelho de 90° 3,7

Trecho 1 - 9

Tabela 21 – Perda de carga nas conexões do pavimento tipo

(56)

55 Diâmetro Quantidade 50 1 50 1 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 1 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 50 2 Diâmetro Quantidade 75 1 Diâmetro Quantidade 60 1 Diâmetro Quantidade 50 1 50 1 Diâmetro Quantidade 60 1 Total 10,5

Tê de 90° Saída de lado 7,3 Joelho de 90° 3,2 Joelho de 90° 3,2 Joelho de 90° Total 10,5 Trecho 3 - BS Trecho 3 - 4

Tê de 90° Passagem direta 2,4 2,4 Total 6,4 Tê de 90° Saída de lado 7,3 Total 3,2 Trecho 5 - BS

Trecho 4 - 5

Total 2,4

Trecho 4 - BS

Perda de Carga Tê de 90° Saída de lado 7,6

Trecho 2 - 6

Total 10,5

Trecho 7 - 8

Total 7,6

Trecho 7 - BS

Joelho de 90° 3,2 Tê de 90° Saída de lado 7,3 Total 7,8 Trecho 6 - 7 Peça 2,3 Total Fonte: O autor, 2017

(57)

56 Diâmetro Quantidade 50 2 Diâmetro Quantidade 50 1 50 3 Diâmetro Quantidade 75 1 25 2 Diâmetro Quantidade 20 1 20 1 Diâmetro Quantidade 25 1 Diâmetro Quantidade 25 1 25 1 Diâmetro Quantidade 20 1 20 2 Diâmetro Quantidade 20 1 20 2 Tê de 90° Saída de lado 2,3 Trecho 8 - BS

Joelho de 90° 3,2

Total 6,4

Total 2,9

Trecho 12 - TJ2

Joelho de 90° 1,1

Trecho 6 - BS

Joelho de 90° 3,2

Total 10,2

Trecho 10 - TJ

Total 11,8

Trecho 9 - 10

Tê de 90° Saída de lado 7,8 Joelho de 90° 1,2 0,8 Joelho de 90° 1,1 Total 3,4 Trecho 10 -11

Trecho 12 - TJ1

Joelho de 90° 1,2

Tê de 90° Passagem direta 0,8 Total

Total 4,5

Trecho 11 - 12

Total 3,6

Joelho de 90° 1,1

(58)

57 Diâmetro Quantidade 25 1 Diâmetro Quantidade 20 1 20 1 Diâmetro Quantidade 25 1 25 1 Diâmetro Quantidade 20 1 20 1 Diâmetro Quantidade 25 1 25 1 Diâmetro Quantidade 20 1 20 1 Diâmetro Quantidade 20 1 20 2 1,1 Trecho 14 - 15

Joelho de 90° 1,2

Total 2

Joelho de 90° 1,1

Total 2,9

Total 3,4

Trecho 15 - TJ2

Trecho 15 - TJ1

Tê de 90° Saída de lado 2,3 Joelho de 90°

Joelho de 90° 1,1

Total 3,4

Tê de 90° Passagem direta 0,8 Total 2 Joelho de 90° 1,2 Trecho 14 - TJ Tê de 90° Saída de lado 2,3 Joelho de 90° 1,1 Total 3,4 Trecho 13 - 14 Total 0,8 Trecho 13 - TJ

Trecho 11 - 13

(59)

58

3.13 Sistema de tratamento da água pluvial

Inicialmente, a água da chuva incide sobre o telhado e por ele escoa até as calhas de captação. Neste primeiro momento, a água ao entrar em contato com a superfície do telhado se mistura com os materiais e partículas sobre ele depositados, podendo ser desde folhas e galhos de árvores até substâncias poluentes contidas na atmosfera.

Desse modo, esta primeira parcela da chuva que cai sobre o telhado deve ser rejeitada, conforme especificado na norma NBR 15527 (ABNT, 2007). Nela é recomendado que os 2 mm de precipitação inicial sejam descartados, havendo ainda um dispositivo que realize esse descarte de modo automático. Por este motivo, a água é centralizada numa tubulação que leva a água coletada até a caixa de limpeza. Essa caixa irá armazenar o fluxo inicial da precipitação, possui volume de 1,5 m³ e, também, mecanismo automático de bóia de modo a atender as orientações da norma. Quando este reservatório estiver cheio, a bóia vedará a entrada de mais água e, então, a água seguirá para o reservatório de armazenamento de água pluvial, de onde será bombeado para sofrer o tratamento completo.

A etapa seguinte é a de filtração, onde ocorre a remoção de partículas menores, retirada turbidez, diminuição de sabores e odores originados de contaminantes químicos ou orgânicos. No mercado, existem diversos meios filtrantes, para este projeto será utilizado um filtro com duas camadas filtrantes: A primeira contendo seixos 1/4’’ x 1/8’’, com volume de 0,028 m³ e peso de 41 kg. A segunda camada será de areia com granulometria de 0,4 a 0,9 mm, com um volume de 0,330 m³ e peso de 495 kg. O volume interno do filtro será de 550 litros, com diâmetro externo de 700 mm, altura de 1900 mm e vazão de até 7,5 m³/h. Todas as especificações deste equipamento se encontram no anexo deste trabalho.

(60)

59 A desinfecção é a última etapa do tratamento, sendo a mais importante, pois é nesta etapa em que os parâmetros de qualidade da água são garantidos. Isto ocorre devido à colocação de cloro na água, que promove a eliminação dos microrganismos prejudicais aos seres humanos contidos na água a ser aproveitada.

A desinfecção com cloro permite manter ação mais prolongada por meio de concentração residual de cloro livre que permanece efetiva por um maior período de tempo. O cloro pode ser obtido por meio da utilização do hipoclorito de sódio, que é um produto obtido da reação do cloro com uma solução diluída de soda cáustica, que contém entre 10% a 13% de cloro ativo. Ou então, pode-se utilizar a água sanitária, que por sua vez é encontrada mais facilmente,

Fonte: http://www.flfiltros.com.br Figura 20 – Filtros de areia