- Instalações Hidráulicas Prediais - Água Fria Prof. Mariana Alves de Melo 2014 1

- Instalações Hidráulicas Prediais -

Água Fria

Prof. Mariana Alves de Melo2014

Introdução• ÁGUA FRIA, segundo a NBR 5626/98 é a água à temperatura ambiente.

As instalações prediais de água fria são o conjunto de tubulações,conexões, peças,aparelhos sanitários e acessórios, que permitem levar a água da rede pública até os pontos de consumo ou utilização dentro da habitação.

Introdução• SISTEMAS E PARTES COMPONENTES:

Estudaremos os seguintes sistemas de abastecimento;

a) Direto: alimentado diretamente pela rede pública.b) Indireto: alimentado por reservatório abastecido pela rede pública.c) Misto: alimentado pela rede pública e por reservatório.

Normalmente, são empregados estes três sistemas, sendo que no direto deve existir água e pressão continuamente. O sistema misto, quando usado em residências, alimenta diretamente torneiras de jardim e cozinhas. O reservatório deve ser utilizado em pontos de maior necessidade.

Nos edifícios predominam o sistema indireto, mas existe também o sistema Hidropneumático que gera alto custo e problemas mecânicos, por estes inconvenientes “caiu” em desuso.

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

• Sistema Direto

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA• Sistema Indireto

Sistema Indireto RS Sistema Indireto RI-RS

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA• Sistema Misto

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUAO sistema de instalação predial de água fria consiste em:

a) ramal predial e ramal de alimentação.b) reservatórios inferior e superior.c) instalação de recalque.d) barrilete.e) colunas de distribuição.f) ramais de distribuição.g) sub-ramais ou ligações de aparelhos sanitários.h) aparelhos hidráulicos e sanitários.i) extravasor e limpeza.



SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA COM REDUÇÃO DE PRESÃO:

A limitação de pressão e velocidade de escoamento máximo nas redes de distribuição de água é feita através da instalação de uma válvula redutora de pressão nas colunas de distribuição ou a construção de um reservatório intermediário a fim de evitar os seguintes problemas:

• Ruído / Vibração do tubo.• Corrosão ou desgaste da tubulação.• Golpe de aríete.

As válvulas de pressão admitem até 25 bar de pressão de entrada, podendo reduzir a pressão de saída para até 0,5 bar.


MATERIAIS EMPREGADOS:

Os tubos podem ser de aço galvanizado, com ou sem costura, de PVC rígido com juntas rosqueadas ou soldadas (mais usados), de cobre ou ferro fundido. Os tubos de PVC tem preferência nas residências por ser de fácil manuseio e manter-se com o diâmetro inalterado ao longo do tempo.

Preferivelmente deve-se limitar o uso das tubulações de PVC a edifícios com até 3 pavimentos, devido à “fadiga” que pode ocorrer pelo golpe de aríete. Para maiores pressões, como instalações de recalque, é indicado tubos de aço galvanizado.


ESTIMATIVAS DAS VAZÕES:

Nas instalações prediais de água fria deverão ser considerados os consumos ou vazões relacionados a seguir:

a) Consumo médio diário (CD):

É o valor médio previsto para utilização no edifício em 24 horas. É utilizado no dimensionamento do ramal predial, hidrômetro, ramal de alimentação, instalações de recalque e reservatórios. Sua estimativa poderá ser feita com a utilização dos valores de consumo médio “per capita”, e calculando-se a “população” (P) a ser abastecida, segundo alguns critérios.

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUACRITÉRIOS para determinação da “população” (P):

• 2 pessoas por dormitório• 1 pessoa por dormitório de empregados.

Para calcular o consumo diário ( CD ) temos:

CD = C.P

Onde:

C = consumo médio diário unitário. (Tabela à seguir)P = População do edifício.


• Tabela para determinação do consumo diário:

IMPORTANTE:

Não esquecer da reserva de incêndio


• Exemplo 1:

Em um edifício de residencial com 10 pavimentos de apartamentos, sabe-se que são 4 unidades por andar com a seguinte divisão interna:

3 Quartos, sendo um suíte; 1 Banheiros social; 1 Banheiro para empregada; 1 Cozinha; 1 Sala/Copa; 1 Área de serviço.

Calcule a capacidade do reservatório já com reserva de incêndio(Considerar a reserva = 20 % do CD).


• Resolução:

População de cada apartamento: P = (3*2)+1 → P = 7 pessoasPopulação de cada pavimento: Ppav = 4*7 → Ppav = 28 pessoasPopulação total do edifício: Pt = 28*10 → Pt = 280 pessoas

•Analisando a tabela da norma que determina o consumo diário:

A edificação é de apartamentos, logo o consumo diário por pessoa é de 200 l/dia. Logo o consumo diário de toda edificação é:

CDt = 200*280 → CDt = 56.000 l/dia

Reserva de incêndio: R inc. = 56.000*20/100 → R inc. = 11.200 l

Capacidade total do reservatório: 67.200 l ou 67,2 m³

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA• RESERVATÓRIOS:

É comum destinar-se uma reserva igual (às vezes até 2 ou 3 vezes) ao consumo diário para suprir possíveis deficiências no abastecimento. A Norma técnica e o Corpo de bombeiros também exige uma quantidade como reserva contra incêndio.Adotaremos conforme a norma, a distribuição de 60% para o reservatório inferior e 40% para o reservatório superior. Quando a capacidade do reservatório superar 5.000 litros, devem ser previstos 2 compartimentos.Em cada compartimento deveremos ter as seguintes tubulações:• alimentação;• saída para o barrilete de água para o consumo;• saída para o barrilete de incêndio;• extravasor;• limpeza.A tubulação de limpeza/extravasor deve despejar a água em local amplamente visível.

Método de Hunter

• MÉTODO DE ROY B. HUNTER (com aplicação da Teoria das Probabilidades):

Para a determinação da vazão máxima provável, usaremos este método que faz uso da teoria das probabilidades, atribuindo-se “pesos” aos diferentes aparelhos, segundo a tabela a seguir. O “peso total” deverá ser relacionado com as vazões da tabela seguinte. Para a soma de pesos intermediários, interpolar as vazões, admitindo-se variação linear no sistema.

Método de Hunter

Vazão das peças de utilização:

As peças de utilização são projetadas eConfeccionadas para trabalhar mediante uma vazão, segundo a tabela na lateral.

* VD = Válvula de descarga

Método de Hunter

Método de Hunter

Consumo Máximo provável:

Segundo a NBR 5616, uma idéia de vazão provável em função dos “pesos” das peças de utilização poderá ser obtida através da seguinte expressão:

Onde:

Q = Vazão em l/s.

ΣP = Somatória dos pesos de todas as peças de utilização em UHC.

O valor na expressão de 0,3 é referente ao coeficiente de descarga (l/s).

*UHC = Unidade Hunter de Contribuição.

Método de Hunter

Exemplo 1 - Calcular o número de pesos e a vazão máxima provável para um banheiro contendo: banheira, bidê, bacia sanitária com VD, lavatório e chuveiro. Uso privado.

Resolução:

1 Banheira → 1 UHC 1 Bidê → 0,1 UHC1 Lavatório → 0,3 UHC 1 Chuveiro → 0,4 UHC1 Bacia Sanitária com VD → 32 UHC

Peso total = 33,8 UHC

Determinado Consumo Máximo Provável (CMP) :

Q = 0,3 * (ΣP)

Q = 1,744 l/s

½

Exercícios

Nº1 - Dimensionar um ramal para um banheiro contendo: banheira, ducha higiênica, bacia sanitária com VD, dois lavatórios e dois chuveiros. Uso privado.

Nº2 - Dimensionar um ramal que alimenta a cozinha e área de serviço que contêm: Duas pias de cozinha, máquina de lavar pratos, filtro “soft”, máquina de lavar roupas e tanque com dois bojos. Uso privado.

Nº3 - Explique com suas o que é golpe de aríete?

Nº4 - Calcular o consumo diário para uma escola que tem 5.000 alunos matriculados.

Nº5 - Dimensionar um ramal que alimenta os seguintes aparelhos: pia de cozinha, vaso sanitário com caixa acoplada, lavatório, ducha higiênica, chuveiro, máquina de lavar roupas e tanque com dois bojos. Uso privado.

Nº6 - Quais são os sistemas de abastecimento?Quais são os componentes do sistema de instalação predial?

Dimensionamento do Sistema deAbastecimento de Água

Alimentador Predial:

A vazão a ser considerada para o dimensionamento do alimentador predial é obtida a partir do consumo diário:

Onde:QAP = é a vazão mínima a ser considerada no alimentador predial (l/s)CD = é o consumo diário (l/dia).86.400 é a quantidade de segundos que um dia possui.

O diâmetro do alimentador predial é dado, por sua vez, por:

Onde:DAP = é o diâmetro do alimentador predial, m;VAP = é a velocidade no alimentador predial (0,6 < VAP ≤ 1,0m/s).

A tabela apresenta os diâmetros de alimentador predial em função da velocidade e do consumo diário.

VazãoSupor o funcionamento simultâneo de todos os

pontos que compõem o sistema (vazão máxima de projeto), o que se constitui, na maioria dos casos, numa abordagem inadequada, uma vez que a probabilidade de que isto ocorra é bastante reduzida, conduzindo a sistemas anti-econômicos.

Incorporar à vazão máxima de projeto, fatores que representem a probabilidade de ocorrência de uso simultâneo de diferentes pontos do sistema (vazão máxima provável).

Vazão

Para o caso dos ramais, a determinação da vazão de projeto pode ser feita, assim como nas colunas e barriletes, através de duas formas:

• a soma das vazões de todos os aparelhos ligados ao ramal(vazão máxima possível);• incorporação de fatores de simultaneidade à vazão máxima possível, obtendo-se a vazão máxima provável, ou então,simplesmente soma das vazões dos aparelhos ligados ao ramal e que se julga estarem em funcionamento simultâneo.

Sistema de Distribuição

A NBR 5626 (1998) recomenda os seguintes valores máximos emínimos para a pressão em qualquer ponto da rede:

• PRESSÃO ESTÁTICA MÁXIMA: 400 kPa (40 mca);• PRESSÃO DINÂMICA MÍNIMA: 5 kPa (0,5 mca);

Observa-se, também, que a pressão dinâmica nos pontos de utilização, em qualquer caso, não deve ser inferior a 10 kPa, exceto para o ponto da caixa de descarga, que poderá atingir até um mínimo de 5 kPa, e do ponto de vista de válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 kPa.Ainda, as sobre pressões devidas a transientes hidráulicos como, por exemplo, o provocado pelo fechamento da válvula de descarga, são admitidas, desde que não superem o valor de 200 kPa.

PERDA DE CARGAO que é Perda de Carga?

Perda de carga pode ser definida como sendo a perda de energia que o fluido sofre durante o escoamento em uma tubulação. É o atrito entre o fluido (no nosso caso a água) e a tubulação, quando o fluido está em movimento. É a resistência ao escoamento devido ao atrito entre o fluido e a tubulação, mas que pode ser maior ou menor devido a outros fatores tais como o tipo de fluido (viscosidade do fluido), ao tipo de material do tubo (um tubo com paredes rugosas causa maior turbulência), o diâmetro do tubo e a quantidade de conexões, registros, etc existentes no trecho analisado.

Variáveis hidráulicas1- Comprimento da tubulação ( l ):• Quanto maior o comprimento da tubulação, maior a

perda de carga. O comprimento é diretamente proporcional à perda de carga. O comprimento é identificado pela letra l (do inglês length, comprimento)

Variáveis hidráulicas2- Diâmetro da tubulação ( d ):• Quanto maior o diâmetro, menor a perda de carga. O

diâmetro é inversamente proporcional à perda de carga.

Variáveis hidráulicas3- Velocidade ( v ):• Quanto maior a velocidade do fluido, maior a perda de

carga.

Variáveis hidráulicas4- Outras variáveis : fator ( f ):a. Rugosidade• A rugosidade depende do material do tubo. Existem tabelas

onde encontramos esses valores em função da natureza do material do tubo.

b. Tempo de uso• O tempo de uso, ou seja, a idade do tubo também é uma

variável a ser considerada, devido principalmente ao tipo de material que for utilizado (ferro fundido, aço galvanizado, aço soldado com revestimento, etc.). O envelhecimento de um tubo provoca incrustações ou corrosões que poderão alterar desde o fator de rugosidade ou até o diâmetro interno do tubo.

Variáveis hidráulicas4- Outras variáveis : fator ( f ):

c. Viscosidade do fluido• A viscosidade, ou seja, o atrito intermolecular do fluido

também influencia a perda de carga em um sistema. Líquidos com viscosidades diferentes vão possuir perdas de cargas distintas ao passar dentro de uma mesma tubulação.

Expressões da Perda de Carga ( J )• Vamos adotar a fórmula de Fair-Whipple-Hsiao (FWH), pois é a

que melhor se adapta aos nossos projetos (tubulações em PVC de até 100 mm de diâmetro).

• Entretanto o cálculo de perda de Carga ( J ) não será feito através da fórmula e sim através da leitura direta do ábaco de Fair-Whipple-Hsiao, onde se conhecermos os valores de duas grandezas encontraremos os valores das outras duas.

• Reparem que a fórmula de Fair-Whipple-Hsiao leva em consideração o valor da Vazão ( Q ), que deve ser calculada.

Tipos de Perda de CargaAs perdas de carga podem ser de dois tipos;I. Normais:• As perdas de cargas normais ocorrem ao longo de um

trecho de tubulação retilíneo, com diâmetro constante. Se houver mudança de diâmetro, muda-se o valor da perda de carga

Tipos de Perda de CargaII. Acidentais ou localizadas• As perdas de carga acidentais ou localizadas são as

perdas que ocorrem nas conexões (curvas, derivações), válvulas (registros de gaveta, registros de pressão, vávulas de descarga) e nas saídas de reservatórios. Essas peças causam turbulência, alteram a velocidade da água, aumentam o atrito e provocam choques das partículas líquidas.

Tipos de Perda de Carga• O método que será utilizado para calcular as perdas de carga

localizadas é o método dos comprimentos equivalentes ou virtuais. Em uma tabela já existem todas as conexões e válvulas nos mais diversos diâmetros e a comparação com a perda de carga normal em uma tubulação de mesmos diâmetros.

• Por exemplo: A perda de carga existente em um registro de gaveta aberto de 20 mm equivale a perda de carga existente em um tubo de PVC de 20 mm (mesmo diâmetro) com 0,20 m de comprimento:

Cálculo da Perda de Carga - ExemploCalcular a perda de carga do trecho mais desfavorável da tubulação abaixo utilizando a fórmula de Fair-Whipple-Hsiao e o método dos comprimentos equivalentes.

Cálculo da Perda de Carga - ExemploAnálise do projeto:

Antes de atender todos os aparelhos projetados em um ambiente, a água deve passar por uma válvula de controle (Registro de Gaveta). Essa válvula será utilizada quando for necessário algum tipo de manutenção ou intervenção nos aparelhos existentes no ambiente.Por exemplo, se for necessário trocar a bóia da caixa acoplada, fecha-se o registro do banheiro antes de fazer a manutenção, evitando assim que a residência inteira fique sem abastecimento e que a vazão de água atrapalhe o conserto.O ramal do nosso exemplo de banheiro deve abastecer os três aparelhos (chuveiro - CH, lavatório - LV e bacia com caixa acoplada - CD).A partir do Registro de Gaveta, existe uma primeira derivação ("tê") que divide a vazão da água para o chuveiro e para os outros dois aparelhos colocados à direita, o lavatório e caixa acoplada da bacia sanitária.Essa tubulação que atende somente o aparelho chama-se SUB-RAMAL. No nosso exemplo, existem os sub-ramais do chuveiro, do lavatório e da caixa acoplada.

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO RAMAL DO BANHEIRO:

Como no nosso primeiro exemplo, o reservatório atende somente um ambiente, vamos entender como ramal, o trecho de tubulação que vai desde a saída do reservatório até a primeira derivação ("tê) para o chuveiro.

Cálculo da Vazão do Ramal do Banheiro:

Cada aparelho possui uma vazão específica e um peso relativo, como apresentados na tabela abaixo:

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo Se somarmos as Vazões de todos os aparelhos, estaremos afirmando que todos os aparelhos funcionam simultaneamente, o que não é verdade e estaremos superdimensionando a tubulação.Os aparelhos, estatisticamente, são utilizados em intervalos de tempo diferentes e durante períodos de tempo diferentes.Um chuveiro, por exemplo pode ser utilizado de duas a quatro vezes por dia e cada banho pode durar de 15 a 20 minutos. Diferente de um lavatório que pode ser utilizado 5 a 10 vezes por dia por 20 a 30 segundos cada. Existe a probabilidade de se utilizar o chuveiro e o lavatório ao mesmo tempo e esta probabilidade também pode ser calculada estatisticamente.Hunter, percebeu isso e mediu todos os períodos e intervalos de tempo de todos os aparelhos, estabelecendo a cada um pesos relativos. Utilizando esses pesos relativos estaremos dimensionamento a tubulação de uma forma muito mais realista, sem superdimensionar o sistema.Para calcular a vazão a partir dos pesos relativos podemos utilizar a fórmula abaixo:

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO SUB-RAMAL DO CHUVEIRO:

Pré-dimensionamento do tubo do Ramal do Banheiro:

A leitura direta do ábaco também permite o pré-dimensionamento do diâmetro do tubo do sub-ramal do chuveiro. Porém agora caímos no que chamamos de zona de duplo diâmetro. O diâmetro do tubo pode ser de 15 ou de 20mm.Mas qual é o critério utilizado para escolher o diâmetro do tubo quando o valor cai em uma zona de duplo diâmetro? Se o tubo que está sendo pré-dimensionado estiver em uma região do edifício com pouca pressão estática, deve-se adotar o maior valor (lembre-se: quanto maior o diâmetro, menor a perda de carga). Se o tubo estiver em uma região com boa pressão estática (o pavimento térreo de uma sobrado, por exemplo), podemos adotar o menor valor.No nosso exemplo, o chuveiro está bem próximo do reservatório, em uma região com pouca pressão estática, logo vamos adotar o maior valor d=20mm

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo CÁLCULO DA PERDA DE CARGA UNITÁRIA ( J )

• Relembrando: as perdas de carga em uma tubulação se originam do atrito do fluido contra as paredes dos trechos retilíneos e do atrito do fluido contra as singularidades (conexões, válvulas, etc.) de uma tubulação.

• O ábaco de Fair-Whipple-Hsiao contém 4 variáveis hidráulicas:

- J - perda de carga unitária dada em m.c.a/m de tubulação retilínea- v - velocidade dada em m/s- Q - vazão dada em l/s- DN - diâmetro nominal do tubo dado em mm ou polegadas

• Se soubermos 2 das 4 variáveis, conseguimos calcular as outras 2. Já temos o pré-dimensionamento dos tubos dos ramais e sub-ramais e as vazões dos mesmos trechos, logo conseguiremos calcular a perda de carga unitária e as velocidades.

Cálculo da Perda de Carga - Exemplo

Cálculo da perda de carga no ramal principal do banheiro:

DADOS: Vazão - Q = 0,3 l/s Diâmetro - DN = 20 mm • Para fazer a leitura no ábaco, é só criar uma linha entre os pontos DN=20 e Q=0,3. O

prolongamento dessa linha em direção aos ábacos de perda de carga unitária e da velocidade, darão os seus valores.

• Cuidado: a escala do ábaco não é linear, ela é logarítmica. Fazendo a leitura no ábaco, teremos:J = 0,072 m.c.a/m - No ramal há perda de carga de 0,072 m.c.a. de pressão a cada metro linear de

tubulação.v = 0,97 m/s - a velocidade não deve ultrapassar 3 m/s.• O comprimento do tubo do ramal principal é chamado de comprimento real (Lr).

Lr = 0,25 + 0,25 + 0.10 + 0,40 + 1,10 -> CR=2,10mLogo:Jn = 0,072 m.c.a/m * 2,10 m Jn = 0,1512 m.c.a (perda de carga normal)No ramal principal temos 1 joelho de 90 e 2 registros de gaveta, logo:Ja = 1,2 +( 2*0,2) Ja = 1,6 m.c.a (perda de carga acidental)

Perda de carga total do ramal do banheiro: Jt = Jn+ja Jt = 0,1512 + 1,6 Jt = 1,7512 m.c.a

Trabalho:

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