Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Saneamento

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Saneamento Renato Carlos Zambon Ronan Cleber Contrera Theo Syrto Octavio de Souza

2 PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA M anancial C aptação Estação de Tratam ento de Água R eservatório R ede de D istribuição Adutora de água bruta Estação elevatória de água bruta Adutora de água tratada 2

3 REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA REDE DE DISTRIBUIÇÃO: é a parte do sistema de abastecimento formada por tubulações e acessórios, destinados a colocar água potável à disposição dos consumidores, de forma contínua, em quantidade, qualidade, e pressão adequadas. CUSTO DA REDE: tipicamente de 50 a 75% do custo total do sistema de abastecimento de água. 3

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8 TIPOS DE REDE Quanto ao porte e função das tubulações: Principal, primária, tronco ou mestra: são tubulações de maiores diâmetros que tem por finalidade abastecer as tubulações secundárias. Secundária: são tubulações de menores diâmetros que tem a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema de abastecimento de água. Essa divisão nem sempre ocorre ou é clara nos projetos, mas pode facilitar a manutenção e operação do sistema, minimizar problemas, permite realizar novas ligações facilmente com a tubulação em carga e, no passado, era a única forma viável de calcular as redes. 8

9 Quanto a topologia: TIPOS DE REDE Rede Ramificada: o traçado é aberto, semelhante a uma árvore, grelha ou espinha de peixe, cada ponto da rede é atendido por um caminho único desde o reservatório ou outra fonte de suprimento (se um trecho é interrompido, fica isolada toda a rede a jusante). R eservatório Ponta seca R ede principal Trecho R ede secundária Nó 9

10 Quanto a topologia: TIPOS DE REDE Rede Malhada ou em Anéis: a rede é fechada, forma anéis com múltiplos caminhos para o escoamento (maior flexibilidade para atender diferentes distribuições da demanda e para manutenção da rede). 10

11 Quanto a topologia: TIPOS DE REDE Mista: Possui anéis e trechos ramificados. R eservatório R ede m alhad a R ede ram ific ada 11

12 exemplo de rede ramificada 12

13 exemplo de rede ramificada ou quase, tem um anel aqui... 13

14 exemplo de rede malhada 14

15 exemplo de rede malhada (em blocos) 15

16 exemplo de rede mista 16

17 RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO Rede principal: formar rede malhada direcionadas às zonas de maiores demandas localizadas em vias ou áreas públicas vias sem pavimentação, sem tráfego intenso, sem interferências significativas, com solo adequado Rede secundária: rede simples ou dupla (localização no passeio) comprimento máximo de 600 m cada trecho atendida pelas duas extremidades formar rede malhada são recomendações... analisar caso a caso... depende do diâmetro, da densidade da demanda e do atendimento por uma ou duas extremidades 17

18 FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Diferentes alternativas podem e são utilizadas para o fornecimento de água para uma rede: através de um único reservatório de montante com elevatória a montante ou em linha atendendo parte da rede (booster) com reservatório de sobras (a jusante) sistemas complexos com múltiplos reservatórios, boosters, válvulas redutoras de pressão, etc. 18

19 FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Adução R eservatório principal R eservatório de sobra R ede de distribuição Com reservatório de montante e reservatório de sobra à jusante 19

20 FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE lembrar: energia... transientes... uso crescente da rotação variável no lugar de reservatórios elevados.. R eservatório de sobra A dução D epósito principal E stação elevatória R ede de distribuição Alimentação direta na rede com elevatória e reservatório de sobra 20

21 FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Estação elevatória 1 Estação elevatória 2 R ede de distribuição Alimentação direta na rede através de vários pontos 21

22 FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE R eservatório principal Estação elevatória R eservatório setorial 1 Setor 1 Adução principal R eservatório setorial 2 Setor 2 Booster R eservatório setorial 3 abastecimento de setores distintos Setor 3 22

23 PRESSÕES MÁXIMAS E MÍNIMAS Devem ser atendidos nas redes os seguintes limites: Pressão estática máxima: 500 kpa (50 mca) calculada em condição de vazão nula e imposta pelo nível d água máximo nos reservatórios ou pressões máximas nas elevatórias presentes no sistema Pressão dinâmica mínima: 100 kpa (10 mca) calculada com demanda de pico no dia e hora de maior consumo e reservatórios nos níveis mínimos Para atender esses limites é comum ser necessária a divisão da rede em zonas de pressão (por exemplo alta, média e baixa) e o uso combinado de reservatórios apoiados ou elevados em diferentes cotas, boosters e válvulas redutoras de pressão. 23

24 ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO 24

25 ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO pode ser de de sobras ou complementar abastecido por adutora independente 25

26 VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE Q: vazão, L/s K 1 : coeficiente do dia de maior consumo K 2 : coeficiente da hora de maior consumo Q P: população final para a área a ser abastecida, hab q: consumo per capita final de água, L/(hab.dia) K K P q como a vazão deve ser distribuída ao longo de dezenas ou centenas de trechos e nós de uma rede? 26

27 VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE simplificação: não se considera -cada- ligação (milhares em uma rede) individualmente no cálculo, elas são concentradas em nós da rede; exemplo, para n lotes em uma quadra: q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 q9 q10 q11 q12... qn Sqi/2 Sqi/2 27

28 VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE Alternativas: pelo número de lotes atendidos em cada quadra e quantidade média de habitantes em cada um; considerando a vazão específica por unidade de comprimento das ruas, distribuição em marcha (L/(s.km)), concentra-se metade da vazão obtida em cada trecho para cada nó de extremidade (com o devido ajuste no caso de redes duplas); considerando a vazão específica por unidade de área (L/(s.ha)), e as áreas de influência de cada nó, ajustadas conforme áreas de densidades diferentes (dividir em zonas homogêneas); e em todos os casos anteriores, somar as vazões concentradas para consumidores especiais, caso existam. 28

29 ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES Equação da continuidade, para cada nó i : Q Q Q 0 nó final i nó inicial i concentrada, i Perda de carga, para cada trecho j : H H H f(q ) j nó inicial de j nó final de j j Para diagnóstico de redes existentes ou dimensionamento de redes novas ou em expansão interessa saber: qual o material, condição, classe de pressão e diâmetro de cada trecho? 29

30 ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES Carga em cada nó: H i p i z i V i 2 2 g As velocidades em redes são normalmente baixas, geralmente se desconsidera o termo cinético na carga; Normalmente, também não se consideram na prática as perdas localizadas (lembrar da precisão e variabilidade espacial e temporal das vazões...) 30

31 ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES Critérios: Pressão máxima a ser atendida (zonas e setores) Pressão mínima a ser atendida (z., s. e H) Limites de velocidade (NBR 12218/1994) mínima 0,6 m/s máxima 3,5 m/s Antiga PNB 594/1977: perda unitária máxima de 8 m/km (0,8 %) velocidade máxima 2,0 m/s Porto (1998): Vmax=0,6+1,5D ou 2,0 m/s Diâmetro mínimo: 50 mm a norma atual é menos restritiva, mas se dimensionar a Pmin no limite e a demanda crescer além do previsto... 31

32 DIMENSIONAMENTO: REDES RAMIFICADAS Sequência de cálculo para o dimensionamento: 1. calcular as vazões em cada trecho (de jusante para montante) 2. calcular as pressões estáticas em cada nó (reservatório com NA max ) e verificar atendimento 3. estimar os diâmetros em cada trecho (V max e/ou j max ) 4. calcular velocidade, perda de carga unitária e perda de carga em cada trecho 5. calcular as cargas e pressões dinâmicas em cada nó (de montante para jusante, reservatório com NA min ) 6. verificar o atendimento das pressões mínimas 7. corrigir diâmetros se necessário e retornar ao passo 4 PD< Pmin? 32

33 DIMENSIONAMENTO: REDES MALHADAS Quando a rede forma anéis ou tem múltiplas fontes de suprimento o cálculo das vazões deixa de ser direto... Vamos tratar destes casos e do uso de softwares específicos para o projeto de redes de abastecimento na próxima aula! 33

34 ROTEIRO BÁSICO PARA PROJETOS Delimitação da área a ser atendida (plantas do empreendimento, levantamento topográfico, etc.) Estudo demográfico da área a ser atendida (zonas homogêneas, população de fim de plano, consumidores especiais, etc.) Concepção do sistema de distribuição: Estudos das zonas de pressão e de setorização Traçado da rede de distribuição (principais e secundárias) Seleção dos pontos de concentração de vazões (levar em conta também a topografia e extensão dos trechos) Distribuição das vazões nos nós ou trechos (lotes, comprimento ou área de influência) e cálculo das vazões concentradas nos nós Análise e dimensionamento da rede 34

35 MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕES Ferro fundido dúctil Diâmetros: 16 opções de 50 a 1200 mm Comprimento: barras de 6 a 8 m Classes: K-9, K-7 e 1 MPa Revestimento interno com argamassa de cimento Revestimento externo com zinco e pintura betuminosa Juntas mais comuns em redes: elástica (ponta e bolsa) e flanges observações: corrosão, incrustação (redução do C ), estanqueidade, necessita ancoragem (juntas p&b)... 35

36 MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕES PVC (PBA e DEFoFo) Diâmetros: 9 opções de 50 a 270 mm (100 a 600 no DEFoFo) Comprimento: barras de 6 m Classes: 3 opções de 60 a 100 mca DEFoFo: DE equivalente ao ferro fundido Juntas mais comuns em redes: elástica (ponta e bolsa) observações: juntas p&b, fragilidade e estanqueidade, mais difundida em pequenos diâmetros atualmente... 36

37 MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕES Polietileno Diâmetros: 32 opções de 16 a 1600 mm Maior parte do comprimento das redes (tubos ø 63 e 90 mm): bobinas de 100 m Classes: 9 opções de 40 a 250 mca Sem revestimento interno ou externo Leve e flexível, estanqueidade, resistência química e à abrasão Menor rugosidade Principais juntas: solda termoplástica (topo, sela, soquete e eletrofusão) e flanges (p/ acessórios e outros materiais) obs.: uso mais recente em redes no país, mas cresce rapidamente. 37

38 Polietileno - fornecimento em bobinas Dimensões das bobinas com 100 metros para tubos SDR 17 (ISO 4427/2007) ø Tubo ø Interno Altura ø Externo. (mm) (mm) (mm) (mm) /90 são os mais comuns em redes de água 38

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40 ACESSÓRIOS Válvulas de manobra Válvulas de descarga Ventosas Válvulas redutoras de pressão Hidrantes 40

41 VÁLVULAS DE MANOBRA Objetivos principais: Isolar trechos de canalização para reparos Melhorar o abastecimento de determinadas áreas Delimitar os setores de abastecimento SETOR DE MANOBRA: Extensão de rede: 7 a 35 km Número de economias: 600 a Área: a m 2 41

42 VÁLVULAS DE DESCARGA 42

43 VENTOSAS 43

44 VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO Efeito sem consumo de água Efeito com consumo de água Uso para abastecer zonas de pressão 44

45 HIDRANTES DO TIPO COLUNA 45

46 HIDRANTES DO TIPO SUBTERRÂNEO 46

47 BLOCOS DE ANCORAGEM observar padrões das concessionárias necessários quando se utilizam juntas do tipo ponta e bolsa (junta elástica) 47

48 Projeto I: enunciado no site... 48

49 Exercício logo depois do intervalo! 49