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Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental
PHA2412 - Saneamento II
Renato Carlos ZambonRonan Cleber Contrera
Sifões Invertidos
Alternativas para transposição de obstáculos?
por gravidade, aprofundando a tubulação
por recalque, através de elevatória
por gravidade, com travessia aérea (depende do caso)
por gravidade, com sifão invertido
2
Sifão Invertido - Hidráulica
Escoamento em conduto forçado, por gravidade
Cálculo da perda de carga distribuída
Fórmula Universal: K = 2 mm
Fórmula de Hazen-Williams: C = 100
Fórmula de Manning: n = 0,015
Cálculo da perda de carga localizada:
3
2
2s s
VH K
g
Sifão Invertido - ex. Planta e Perfil
4
Sifão Invertido - ex. Planta e Perfil
5
Sifão Invertido - Construção
6
Sifão Invertido no Rio São Domingos, Catanduva-SP
Sifão Invertido - Limpeza
7bucket machines
Sifão Invertido - Perdas de Carga
8
Dimensionamento
Velocidade:
Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez por dia
Velocidade mínima:
V > 0,6 m/s, para vazão média
V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia qualquer
Velocidade máxima: 3,0 a 4,0 m/s
Diâmetro mínimo: Ø 150 mm
Número de tubulações:
mínimo = 2
grandes variações de vazões > 2
9
Perfis
10
Câmara de Montantecontrole de vazão por stop-log
11
Câmara de Jusantecontrole de vazão por stop-log
12
Câmara de Montantecontrole de vazão por vertedor lateral
13
Ventilação do Sifão Invertido
14
Diâmetro da tubulação de ventilação:
SI2
1vent.SI
10
1
Ventilação na câmara de montante Ventilação por tubulação interligandoas câmaras de montante e jusante
Sifão Invertido - Exemplo de Projeto
Materiais: ferro fundido ductil, concreto, aço, plásticos
15
Vazões afluentes
* para verificação da auto-limpeza
ETAPASVAZÕES (l/s)
médiamáxima horáriadia qualquer*
máxima
Imediata(Implantação)
80 111 130
1ª etapa(10 anos)
200 283 336
2ª etapa(20 anos)
328 446 534
Comprimento do sifão: 40 m
Coletor afluente: ø 800 mm, I = 0,0036 m/m
Cota da soleira do coletor afluente: 384,00 m
ex. - Dimensionamento das Tubulações
Admitindo-se que o sifão invertido será constituído de 3 tubulações (1, 2 e 3)
a tubulação 1 atenderá a etapa imediata
a tubulação 2 mais a tubulação 1 atenderão a 1ª etapa
a tubulação 3 e as demais atenderão a 2ª etapa
Determinação dos diâmetros, considerando
para vazão média: V > 0,6 m/s
para vazão máxima horária de um dia qualquer: V > 0,9 m/s
16
ex. - Dimensionamento das Tubulações
D1 para atender o início de operação do sifão (Qméd = 80 L/s):
adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, D1 = 400 mm
alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s também resulta 400 mm:
17
211 1
0,080 4 0,1330,133 0,412
0,60
QS m D m
V
2
1 1
0,111 4 0,1330,123 0,396
0,90S m D m
ex. - Dimensionamento das Tubulações
D2 para atender a 1ª etapa, em primeira aproximação consideramos a vazão de 80 L/s passando por D1 e a diferença até 200 L/s por D2:
18
2
2 2
0,200 0,080 4 0,2000,200 0,505 500
0,60S m D m mm
aproximação porque a distribuição das vazões deve
igualar a perda de carga, não as velocidades!
ex. - Dimensionamento das Tubulações
alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer de 283 L/s também resulta 500 mm:
D3 para atender a 2ª etapa, em primeira aproximação consideramos a vazão média de 200 L/s passando por D1 + D2:
(também = 500 mm para vazão máxima horária de um dia qualquer)
19
2
2 2
0,283 0,111 4 0,1910,191 0,493 500
0,90S m D m mm
2
2 3
0,328 0,200 4 0,2130,213 0,521 500
0,60S m D m mm
ex. - Curva Característica e Operação
Agora sim, vamos conferir as perdas de cargas localizadas e distribuídas e as vazões resultantes:
20
peça Ks
entrada 0,50
2 curvas 45o 0,40
saída 1,00
1,90sK
com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m)
e para D1 = 400 mm:
Q (L/s) V (m/s)Perdas de carga (m)
Localizada Distribuída Total30 0,24 0,01 0,01 0,0260 0,48 0,02 0,04 0,0690 0,71 0,05 0,08 0,13
120 0,95 0,09 0,14 0,23150 1,19 0,14 0,22 0,36180 1,43 0,20 0,32 0,52210 1,67 0,27 0,44 0,71
ex. - Curva Característica e Operação
e com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m) e D2 = D3 = 500 mm:
21
Q (L/s) V (m/s)Perdas de carga (m)
Localizada Distribuída Total30 0,15 0,01 0,01 0,0260 0,31 0,01 0,01 0,0290 0,46 0,02 0,03 0,05
120 0,61 0,04 0,05 0,09150 0,76 0,06 0,07 0,13180 0,92 0,08 0,10 0,18210 1,07 0,10 0,14 0,24240 1,22 0,14 0,18 0,32270 1,37 0,18 0,22 0,40300 1,52 0,22 0,27 0,49330 1,68 0,27 0,33 0,60
ex. - Curva Característica e Operação
Curvas características do sifão, determinando a perda de carga para as tubulações de 400 mm e de 500 mm e respectivas velocidades:
pela distribuição das vazões no período de projeto e considerando as velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se admitir uma perda de carga máxima de 0,35 m.
22
H (m) e V (m/s)
(1) D1 = 400 mm
(2) D2 = 500 mm
(3) D3 = 500 mm
ex. - Curva Característica e Operação
Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações do sifão, em função do intervalo das vazões:
a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s, no início da operação a velocidade será de 0,88 m/s. Para essa velocidade, pode-se admitir que haverá auto-limpeza nas tubulações do sifão.
23
Intervalo de vazões (L/s)
Tubulação em operação
Variação de velocidades (m/s)
Variação das perdas de carga (m)
80 – 150 (1) 0,64 – 1,19 0,10 – 0,35150 – 250 (2) ou (3) 0,76 – 1,27 0,13 – 0,35
250 – 400(1)+(2) ou
(1)+(3)0,74 – 1,19 no tubo 10,80 – 1,27 em 2 ou 3
0,14 – 0,35
400 – 500 (2)+(3) 1,02 – 1,27 0,23 – 0,35
500 - 650 (1)+(2)+(3)0,90 – 1,19 no tubo 10,99 – 1,27 em 2 e 3
0,21 – 0,35
ex. - Períodos de Operação
Com a tabela anterior podemos definir os períodos de operação para cada tubulação do sifão:
24
Tubulação do SifãoPeríodo de operação
(anos)(1) 0 – 1
(2) ou (3) 1 – 5(1) + (2) ou (1) + (3) 5 – 13
(2) + (3) 13 – 18(1) + (2) + (3) 18 - 25
ex. - Níveis d’água nas câmaras
Câmaras de montante e jusante: para determinar o NA nas câmaras do sifão, foram consideradas as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (H=0,35 m):
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Q (L/s) Y/D NA montante (m) H (m) NA jusante (m)150 0,30 384,24 0,35 383,89250 0,39 384,31 0,35 383,96400 0,50 384,40 0,35 384,05500 0,57 384,46 0,35 384,11650 0,69 384,55 0,35 384,20
ex. - Ventilação
Será projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante, pois está se admitindo que os gases expulsos não afetarão as condições ambientais do local. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da área das tubulações do sifão:
outra alternativa para a ventilação seria a ligação entre as câmaras...
26
2 22
1 2 3
2
vent vent
0,4 0,52 0,518
4 4
S 0,052 250 e
S S S S m
m mm
ex. - Planta e Perfil
27
F.A.Q.
Qual o horário da prova? O mesmo da aula.
Cai até onde? Assuntos de todas as aulas de SES.
A sub é aberta? Não.
As questões são escritas ou numéricas? Tem dos três tipos.
Pode usar calculadora? Deve (se referir, régua de cálculo).
Lápis ou caneta? Ambos e de várias cores são bem-vindos.
Ipad, Ipod, Iphone, N*book, Celular, Consulta, etc.? NÃO!
Dúvidas sobre a matéria, quer conversar sobre o curso ou outros assuntos? Os professores estão em tempo integral na universidade, procure no departamento (podem haver aulas, reuniões, etc., vale confirmar antes). Se preferir, use o email.
Outras?
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