REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

ESTIMATIVA DA DURAÇÃO DE PROJETO

–Tempo de alcance

• Elemento – Tempo

–Grandes barragens e túneis

• 30 a 60 anos

–Tomadas de água

• 25 a 50 anos

–Poços

• 10 a 25 anos

–Elevatórias

• 15 a 25 anos

–Equipamentos de recalque

• 10 a 20 anos

–Adutoras de água e redes de distribuição

• 20 a 30 anos

–Equipamentos das ETA’s e ETE’s (filtros, decantadores,…)

• 20 a 30 anos

–Reservatórios de concreto (de aço)

• 30 a 40 anos (20 a 30 anos)

 

POPULAÇÃO DE PROJETO

Talvez o mais importante dado de entrada em um projeto de uma rede de Abastecimento de água ou de uma Rede de Esgotamento Sanitário seja a determinação de população de projeto. Uma determinação errônea desta população para o horizonte de projeto implica não só em gastos desnecessários  na construção e operação da rede, mas também, o que é mais grave, em um funcionamento hidraulicamente inadequado da mesma, resultando em pressões reduzidas ou excessivas, vazamentos ou entupimentos nos tubos da rede.

Não havendo fatores notáveis de perturbações, como longos períodos de estiagem, guerras, etc., ou, pelo contrário, o surgimento de um fator acelerador de crescimento, como, por exemplo, a instalação de um polo industrial, pode-se considerar que o crescimento populacional apresenta três fases distintas:

1ª fase – crescimento rápido quando a população é pequena em relação aos recursos regionais;
2ª fase – crescimento linear em virtude de uma relação menos favorável entre os recursos econômicos e a população;
3ª fase – taxa de crescimento decrescente com o núcleo urbano aproximando-se do limite de saturação, tendo em vista a redução dos recursos e da área de expansão.

Estimativas no consumo

–Variações Diárias

Coeficiente do dia de maior consumo no ano (k₁)

–EUA: 1,20 a 2,40

–França: 1,50

 

–Variações Horárias

Coeficiente da hora de maior consumo no dia (k₂)

–EUA: 1,20 a 2,00

–França: 1,50

 

PREVISÃO DE CONSUMO NO BRASIL

 –O consumo per capita mínimo adotado é de 150 L/hab.dia

–Coeficientes de variação diária    k₁= 1,2

–Coeficientes de variação Horária k₂= 1,5

–Selecionar regiões com demandas especiais de consumo

 

 

RESERVATÓRIOS

Definição e Finalidades

Os reservatórios são unidades hidráulicas de acumulação e passagem de água situados em pontos estratégicos do sistema de modo a atenderem as seguintes situações:

• garantia da quantidade de água (demandas de equilíbrio, de emergência e de antiincêndio);
• garantia de adução com vazão e altura manométrica constantes;
• menores diâmetros no sistema;
• melhores condições de pressão.

Classificação

1. a) de acordo com a localização no terreno:

• enterrado (quando completamente embutido no terreno);
• semi-enterrado ou semi-apoiado(altura líquida com uma parte abaixo do nível do terreno;
• apoiado (laje de fundo apoiada no terreno);
• elevado (reservatório apoiado em estruturas de elevação);
• stand pipe (reservatório elevado com a estrutura de elevação embutida de modo a manter contínua o perímetro da secção transversal da edificação).

Os tipos mais comuns são os semi-enterrados e os elevados. Os elevados são projetados para quando há necessidade de garantia de uma pressão mínima na rede e as cotas do terreno disponíveis não oferecem condições para que o mesmo seja apoiado ou semi-enterrado, isto é, necessita-se de uma cota piezométrica de montante superior a cota de apoio do reservatório no terreno local.
Desde que as cotas do terreno sejam favoráveis, sempre a preferência será pela construção de reservatórios apoiados, dependendo dos custos de escavação e de elevação, bem como da estabilidade permanente da construção, principalmente quando a reserva de água for superior a 200 m³. Reservatórios elevados com volumes superiores implicam em custos significativamente mais altos, notadamente os de construção, e preocupações adicionais com a estabilidade estrutural.
Portanto, a preferência é pelo semi-apoiado, considerando-se problemas construtivos, de escavação, de empuxos e de elevação. Quando os volumes a armazenar forem grandes, principalmente acima dos 800 m³, e houver necessidade de cotas piezométricas superiores a do terreno, na saída do reservatório, a opção mais comum é a construção de um reservatório elevado conjugado com um semi-enterrado.
Neste caso, toda a água distribuída pela rede a jusante será bombeada do reservatório inferior para o superior a medida que a demanda for solicitando, mantendo-se sempre um volume mínimo no reservatório superior de modo a manter a continuidade do abastecimento em caso de interrupção neste bombeamento.

 

TÉCNICAS PARA MODELAGEM DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

                        Metodologia de Hardy – Cross:

É um dos processos mais usadas para cálculo de redes de distribuição, os quais podem se compor de uma sucessão de circuitos fechados ou anéis:

 

O método se baseia no seguinte:

(a) Em cada nó da rede (convergência de duas ou mais tubulações), a soma algébrica das vazões é nula.

 

Exemplo:

Onde Qd é a vazão de demanda

 

Q1  + Q4  – Q2  – Q3  – Qd  =  0

 

ΣQ  =  0

 

As vazões que afluem ao nó tem sinal positivo e os que dele derivam tem sinal negativo.

 

(b) Considerando um determinado circuito fechado (anel).

 

Aplicando a equação de Bernoulli do ponto A de volta ao ponto A:

HA = HA + Σhf ou Σhf  =  0

Ou seja, em um determinado anel, a soma das perdas de carga é nula.

Anel I: Σhf = hf1  + hf2  – hf3  – hf4   =  0

Anel II: Σhf = hf5  – hf2  – hf6  – hf7   =  0

 

Nesse caso, foi arbitrado que o sentido horário das vazões em um anel correspondem a um sinal positivo das perdas de carga.

A base da metodologia é a seguinte, em um determinado anel (anel I acima) a soma das perdas de carga no sentido horário é dada por:

ΣhfH = ΣKHQ²H

E no sentido anti-horário:

ΣhAHf = ΣKAHQ²AH

Como as vazões são desconhecidas, inicialmente assume-se vazões aleatórias.

A diferença: ΣKHQ²H – ΣKAHQ²AH  é o erro inicial.

Se ΔQ é uma correção a ser aplicada às vazões, assumidas inicialmente, ele é dado por:

ΣKH (QH – ΔQ)² = ΣKAH (QAH + ΔQ)²        ou

ΣKH (QH² – 2 QH ΔQ  + ΔQ²) = ΣKAH (QAH² + 2QAH DQ + ΔQ²)

Considerando ΔQ pequeno em relação a QH e QAH

ΣKH (QH² – 2 QH ΔQ) = ΣKAH (QAH² + 2QAH ΔQ)

\(ΔQ = \frac{ΣKHQH^{2} – ΣKAHQAH^{2}}{2(ΣKHQH + ΣKAHQAH)}\)

 

Como \(KQ = \frac{hf}{Q}\)

\(ΔQ = \frac{ΣhfH – ΣhfAH}{2(\frac{ΣhfH}{QH} + \frac{ΣhfAH}{QAH})} = \frac{ΣhfH – ΣhfAH}{2Σ\frac{Σ}{Q}}\)

 

Esta correção é aplicada a estimativa inicial das vazões no anel e o procedimento é repetido até se chegar a um erro para ΔQ aceitável.

 

Diâmetros  e pressões admissíveis de tubos de redes e adutoras

DN: diâmetro nominal, aquele pelo qual refere-se comercialmente o tubo, em mm;

DE: diâmetro externo, soma do diâmetro interno com duas vezes a espessura, em mm;

DI: diâmetro interno, é o diâmetro útil por onde passa a água

e: espessura da parede do tubo em mm;

L: comprimento útil do tubo em metros.

 

PS – Máxima Pressão de Serviço Admissível

Nota: Lembrar que 1 MPa (mega-Pascal) equivale à aproximadamente 100 mca.

 

NBR 5647: Gráfico do coeficiente de segurança para correção da pressão de serviço (PS) em função da temperatura da água para tubos de PVC e PVC-DEFoFo

1.  Tubulações de PVC e DEFoFo:

4 TUBOS DE AÇO CARBONO

As tubulações de aço carbono são empregadas em substituição ao ferro fundido para grandes diâmetros (não comercialmente disponíveis em FoFo) ou no caso de grandes pressões, em que o custo da tubulação em aço seja  mais econômico do que o do ferro fundido.

A tubulação de aço carbono pode ser adquirida de fabricantes através de catálogos ou diretamente fabricada sob encomenda em metalúrgicas locais.

A espessura da chapa de aço para fabricação da adutora deverá ser determinada pela equação:

\(e ≥ \frac{PS×D}{2×σ}\)

 

e = espessura da chapa em cm;

PS = pressão de serviço da adutora em kgf/cm² , que pode ser calculada por:

PS (kgf/cm²) = PS(mca) / 10,33

D = diâmetro da tubulação em cm;

σ = tensão de ruptura da chapa em Kgf/cm². Dada pela tabela abaixo.