07-Redes 1 2013-1

Renato Carlos ZambonRonan Cleber Contrera

Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental

PHA2412 - Saneamento II

PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMADE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

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Manancial Rede de Distribuição

ReservatórioCaptação

Estação de Tratamento

de Água

Adutora de água tratada

Adutora deágua bruta

Estaçãoelevatória

de água bruta

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.

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4

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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 canalizações secundárias.

Secundária: são tubulações de menores diâmetros e 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.

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TIPOS DE REDE

Quanto a topologia:

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).

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

Mista

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exemplo de rede ramificada

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exemplo de rede ramificada

ou quase, tem um

anel aqui...

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exemplo de rede malhada

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exemplo de rede malhada (em blocos)

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exemplo de rede mista

RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO

Rede principal:

formar rede malhada

direcionadas às zonas de maior demanda

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

atendida pelas duas extremidades

formar rede malhada

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são recomendações ... analisar caso a caso....

depende do diâmetro, da densidade da demanda e do atendimento por uma

ou duas extremidades

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.

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Com reservatório de montante e reservatório de sobra à jusante

Adução Reservatóriode sobra

Rede dedistribuição

Reservatórioprincipal



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Alimentação direta na rede com elevatória e reservatório de sobra

Adução


Reservatóriode sobra


Depósitoprincipal

lembrar: energia... transientes...

uso crescente da rotação variávelno lugar de reservatórios elevados..


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Estaçãoelevatória 1

Estaçãoelevatória 2

Alimentação direta na rede através de vários pontos


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Reservatóriosetorial 1




Reservatórioprincipal

Aduçãoprincipal

Booster

Setor 3

Setor 2

Setor 1

abastecimento de setores distintos

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 darede em zonas de pressão (por exemplo alta, média e baixa) e o uso combinado de reservatórios apoiados ou elevados emdiferentes cotas, boosters e válvulas redutoras de pressão.

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ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO

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ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO

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pode ser de de sobrasou complementar

abastecido por adutoraindependente

VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE

Q: vazão, L/s

K1: coeficiente do dia de maior consumo

K2: coeficiente da hora de maior consumo

P: população final para a área a ser abastecida, hab

q: consumo per capita final de água, L/(hab.dia)

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1 2

86400

K K P qQ

como a vazão deve ser distribuídaao longo de dezenas ou centenas de

trechos e nós de uma rede?


simplificação: não se considera -cada- ligação (milhares emuma rede) individualmente no cálculo, elas são concentradasem nós da rede;

exemplo, para “n” lotes em uma quadra:

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q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 q9 q10 q11 q12 ... qn

Sqi/2 Sqi/2


Alternativas:

pelo número de lotes atendidos em cada quadra e quantidademédia de habitantes em cada um

considerando a vazão específica por unidade de comprimento das ruas, distribuição em marcha (L/s/km), concentra-se metade davazão obtida em cada trecho em 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

mais as vazões concentradas para consumidores especiais

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ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES

Equação da continuidade, para cada nó “i”:

Perda de carga, para cada trecho “j”:

diagnóstico de redes existentes ou dimensionamento de redesnovas ou em expansão (qual o material, classe de pressão e diâmetro de cada trecho?)

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inicial , 0nó final i nó i concentrada iQ Q Q

j nó inicial de j nó final de j jH H H f(Q )


Carga em cada nó:

as velocidades em redes são normalmente baixas, geralmentese desconsidera o termo cinético na carga;

também não se consideram na prática as perdas localizadas(lembrar da precisão e variabilidade espacial e temporal das vazões...)

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2

2i i

i i

p VH z

g


Critérios:

pressão mínima a ser atendida

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

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a norma atual é menos restritiva,

mas se dimensionara Pmin no limite e a

demanda cresceralém do previsto...

DIMENSIONAMENTO: REDES RAMIFICADAS

Seqüência de cálculo para o dimensionamento:

1. calcular as vazões em cada trecho (de jusante para montante)

2. calcular as pressões estáticas em cada nó (NAmax)

3. estimar os diâmetros em cada trecho (Vmax e/ou jmax)

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 NAmin)

6. verificar o atendimento das pressões mínimas

7. corrigir diâmetros se necessário e retornar ao passo 4

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PD<

Pmin?

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!

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ROTEIRO BÁSICO PARA PROJETOS

Delimitação da área a ser atendida

Estudo demográfico da área a ser atendida

Concepção do sistema de distribuição:

Estudos das zonas de pressão e de setorização

Traçado da rede de distribuição

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

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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESFerro 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)...

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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESPVC (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...

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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESPolietileno

Diâmetros: 30 opções de 16 a 1200 mm

Comprimento na maior parte das redes (tubos ø 63 e 90 mm): bobinas de 100 m

Classes: 8 opções de 32 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 (para acessórios e outros materiais)

observações: uso ainda incipiente em redes no país...

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Polietileno - fornecimento em bobinas

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ø Tubo ø Interno Altura ø Externo.

(mm) (mm) (mm) (mm)

20 700 190 900

25 700 190 980

32 900 260 1200

40 900 330 1300

50 1200 360 1600

63 1500 390 2000

75 1800 390 2400

90 2200 460 2800

110 2200 560 3000

125 2500 760 320063/90 são os mais comuns em redes de água

Dimensões das bobinas com 100 metrospara tubos SDR≥17 (ISO 4427/2007)

ACESSÓRIOS

Válvulas de manobra

Válvulas de descarga

Ventosas

Válvulas redutoras de pressão

Hidrantes

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VÁLVULAS DE MANOBRA

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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 3.000

Área: 40.000 a 200.000 m2

VÁLVULAS DE DESCARGA

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VENTOSAS

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VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO

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Uso para abastecer zonas de pressão

Efeito sem consumo de água Efeito com consumo de água

HIDRANTES DO TIPO COLUNA

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HIDRANTES DO TIPO SUBTERRÂNEO

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Exercício

logo depois do intervalo!

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