341ticas 14 10 08 001a095.ppt) - fenix.tecnico.ulisboa.pt · A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão. As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de

Saneamento [55]

SANEAMENTOAula 5 - Sumário

AULA 5• Constituição dos sistemas de abastecimento e de distribuição de água.

Saneamento [56]

Determinação das pressões de serviço das tubagens:

Condutas adutoras gravíticas:

Altura piezométrica estática

�� Condutas adutoras por bombagem:

Altura piezométrica dinâmica

��

E-2

E-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Adução / Dimensionamento Hidráulico de Adutoras

Saneamento [57]

Características:Duronil \ Tubagens

Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida de parede compacta fabricada por extrusão.

As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão:PN6 kgf/cm2 (0,6 MPa);��

PN10 kgf/cm2 (1,0 MPa);��

PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa).��

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Policloreto de Vinilo (PVC)

Saneamento [58]

Características:PEAD \ Tubagens

A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão.

As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de pressão de:

PN4 kgf/cm2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa)

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630


Tubagens / Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

Saneamento [59]

Características:PRFV \ Tubagens

As tubagens de PRFV são fabricadas através de um processo de centrifugação automático.

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100;…; 2400

A tubagem é formada por diversas camadas, variando as quantidades de matérias primas usadas em cada uma.

No fabrico da tubagem entram quatro componentes:

Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma resina de poliester não saturada e não dissolvente;

��

Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para melhorar a carga estrutural;��

Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas propriedades mecânicas;��

Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-se fibras de vidro de alta qualidade.

��

As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa


Tubagens / Poliester Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV)

Saneamento [60]

Características:

FERRO FUNDIDO DÚCTIL

FFD \ Tubagens

As tubagens de ferro fundido dúctil (FF) caracterizam-se por serem tubagens de grande longevidade.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de FF são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Ferro Fundido Dúctil (FFD)

Saneamento [61]

Características:Aço \ Tubagens

As tubagens de aço podem ser dimensionadas com várias espessuras e são normalmente utilizadas para trechos com elevadas pressões e em trechos em que a tubagem não esteja enterrada.


150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; …

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de aço são apresentadas nas classes de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 MPa


Tubagens / Aço

Saneamento [62]

Outras tubagens plásticas:

Fibrocimento

É um material em desuso, mas do qual existem extensões significativas nas redes mais antigas.

Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30

Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço)

É um material competitivo nos grandes diâmetros com o ferro fundido dúctil.

Polipropileno

Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o escoamento e fluidos a altas temperaturas.

Outros tipos \ Tubagens


Tubagens / Outros Tipos

Saneamento [63]

Sobrepressões provocadas pelo regime variável:

Redução instantâneas de velocidade.

com

g

VVaH

)( 10 −=∆

) (

3,48

9900 1−

+

= sm

e

Dk

a

a – celeridade (m/s)Vi – velocidade do escoamento (m/s)k – constante, que depende do tipo de material

da tubagem (aço = 0,50; ferro fundido = 1,0; betão = 5,0; plástico = 18)

e – espessura da conduta (m)D – diâmetro da conduta (m)


Adução / Dimensionamento Hidráulico de Adutoras

Saneamento [64]

SOBREPRESSÕES E SUBPRESSÕESPROVOCADA POR PARAGEM DE GRUPOS ELEVATÓRIOS

Tempo de anulação do caudal

Fórmula de Rosich (1970)

com

C – parâmetro que depende do declive da conduta elevatória:Ht/L ≤ 20% => C = 1sHt/L > 40% => C = 0s

K – coeficiente adimensional, dependente do comprimento:

L – comprimento da condutaU0 – velocidade do escoamentoHt – altura de elevação

tHg

ULKCT

.

.. 0+=

1,01,251,51,752K(-)

>1500~1500500<L<1500~500<500L(m)

Saneamento [65]


Subpressão máxima (Michaud):

g

UaH

a

LT 0.2

−=∆⇒<

Tg

ULH

a

LT

.

.22 0−=∆⇒>

Normalmente, é necessário proceder à protecção da conduta através de acessórios de

protecção contra os efeitos do golpe de aríete.

Volante de inércia Válvula de escape Reservatório dear comprimido

(RAC)

Saneamento [66]


Exemplo:

Fecho instantâneo:

mx

g

UaH 85

8,9

4,1600. 0 ==−=∆

Tempo de anulação do caudal

Ht = 50 m

L = 1000 m

V = 1,4 m/s

PEAD

sx

xx

Hg

ULKCT

t

3,5508,9

4,110005,11

.

.. 0 =+=+=

sx

a

LT 3,3

600

100022==>Subpressão

máxima

Logo

mgT

ULH 54

..2 0 =−=∆

Corte de corrente no grupo electrobomba:

Saneamento [67]


AULA 6• Dispositivos de perda de carga.

• Exemplos de soluções alternativas.

Saneamento [68]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor

FUNÇÃO: Órgãos destinados a reduzir a cota piezométrica.

TIPOS:

Câmaras de Perda de Carga (CPC) Válvulas Redutoras de Pressão (VRP)

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [69]

DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA


FACTORES QUE CONDICIONAM A INSTALAÇÃO:

� pressões bastantes elevadas devido ao grande desnível topográfico entre o ponto de

origem e o ponto de destino da conduta adutora;

� pressões exageradas em certos troços da conduta adutora.

CPC

LEE

LED

VRP

LEE

LED

Saneamento [70]

Dispositivos de Perda de CargaCâmaras de perda de carga

CPC

LEE

LED

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

� um reservatório intermédio, em que uma parte da energia hidráulica do escoamento é dissipada, àentrada, através de uma válvula (perda de carga localizada;

� a nova cota de partida para o jusante é a cota do terreno.

Saneamento [71]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas Redutoras de Pressão (VRP)

VRP

LEE

LED

• Tipos de válvulas– de mola, pistão e diafragma

FORMA DE FUNCIONAMENTO:

� destinam-se a manter uma dada pressão, a jusante, que seja menor do que a de montante, quando esta exceda determinado valor;

� Vantagem (em relação às CPC) de não perder a energia toda a jusante.

Saneamento [72]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas redutoras de pressão(VRP)

• Modo de funcionamento1. Estado activo - sempre que a pressão a jusante for demasiado elevada é accionado o

dispositivo de obturação da válvula, reduzindo o valor da pressão a jusante até ao HVRP (carga de definição da válvula redutora de pressão), caso contrário abre ;

2. Estado passivo - se a pressão a montante for insuficiente e inferior à carga de definição da VRP, a válvula abre totalmente, mantendo a montante e a jusante a mesma pressão;

3. Válvula fechada – se a pressão a jusante for superior à pressão a montante, a válvula fecha totalmente funcionando como uma válvula de retenção (não permite a inversão do escoamento).

HVRP

Hm

VRPVRPVRPVRP

L.E.

Q

VRPVRP

Hm

HjQ=0

HVRP

Hm

VRPVRP

Hj

Q

Estado activo Estado passivo Válvula fechada

Hj

Saneamento [73]

Dispositivos de Perda de CargaVálvulas redutoras de pressão(VRP)

• Tipos de Funcionamento– VRP com carga constante - mantém a pressão constante e igual a um determinado

valor;

– VRP com queda constante - introduz uma perda de carga localizada constante independente da pressão a montante;

– VRP com carga constante variável no tempo - análoga à VRP com carga constante a jusante, mas variando de intervalo para intervalo;

– VRP com carga ajustável automaticamente em função da variação dos consumos.

Hji+1

Hmi+1

Hmi

L.E.

L.E.Hj

i∆H

∆H

VRP

L.E.

HVRP

Hmi

Hmi+1

VRPVRP

Hmi+1

Hji+1(ti+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E.Hj

i(ti)

VRP

Hji+1(Qi+1)

Hmi

L.E.

Hmi+1

L.E.

Hji(Qi))

VRP

Hji+2(Qi+2)

Hmi+2

L.E.

Saneamento [74]


Soluções AlternativasSistema puramente gravítico

LEE

LED

Cenário Base Cenário Alternativo

Dmenor

D1

D2

LEE

LED

CPC

CPC

CPC

CPC

CPCCPC

Diâmetro mínimo

Combinação de Diâmetros

1, 2, 3, 4 CPC

Saneamento [75]


Alterar o diâmetro ou

LEE

D1D2

1 ou 2 EE (2 ou 3 EE)

LEE

D1D1

D1

EEEstação Elevatória

EE

EE


Soluções AlternativasSistema elevatório

Saneamento [76]

D1 (e.g. Dec40)

Diâmetro menor (D1)


D2 >D1D2 >D1

Diâmetro maior (D2) que o do Cenário Base

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema AdutorSoluções AlternativasSistema misto

Saneamento [77]

SANEAMENTO

Projecto 1: Estudo Prévio de um Sistema Adutor (semana 4)

Peças do Projecto (Estudo Prévio):

� Peças Escritas:

� Memória Descritiva e Justificativa;

� Peças Desenhadas:

� Planta de localização com os traçados analisados e propostos (1/25000);

� Desenho em perfil longitudinal com as alternativas em perfil analisadas;

� Perfil longitudinal da solução proposta (Escala V=1/2500; H= 1/25000..?).

Saneamento [78]

SANEAMENTO


Memória Descritiva e Justificativa:

� Proposta de índice (indicativo):

1.INTRODUÇÃO2.ELEMENTOS BASE

2.1 Considerações gerais2.2 Estudo populacional2.3 Determinação de caudais

3.TRAÇADO DA ADUTORA EM PLANTA4.DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DA ADUTORA

4.1 Selecção de diâmetros viáveis4.2 Soluções alternativas e respectivo dimensionamento em termos de pressão 4.3 Análise económica das soluções estudadas4.4 Capacidade de reservatórios4.5 Solução recomendada

5.ACESSÓRIOS6.RESUMO DO ESTUDO E CONSIDERAÇÕES FINAIS

Referências bibliográficasÍndice de desenhos

Saneamento [79]

SANEAMENTO


Aula Prática da Semana 4:

� Preparação Prévia:

� Diâmetros tecnicamente viáveis;

� Perdas de carga e linhas de energia dinâmica nos trechos adutores.

� Objectivos da Semana 4:

� Definir esquematicamente soluções alternativas;

� Início do dimensionamento das alternativas (máximo 4 alternativas);

�Diâmetro de cada trecho;

�Dimensionamento dos trechos, em termos de pressão;

�Alturas de elevação e caudais de cada Estação Elevatória (EE).

Saneamento [80]


AULA 7• Estudo económico de sistemas adutores.

Saneamento [81]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO E RESERVA

Custos de InstalaCustos de Instalaçção:ão:

Custos de exploraCustos de exploraçção e manutenão e manutençção:ão:

Tubagem

Estações elevatórias

Órgãos acessórios

Reservatórios

Dispositivos redutores de pressão (CPC ou VRP);Ventosas;Descargas de fundo;Válvulas de seccionamento.

Construção civil;Equipamento electromecânico.

Levantamento e reposição de pavimentos;Movimento de terras;Fornecimento, instalação e montagem (incl. acessórios).

Energia;Encargos com pessoal;Manutenção.

Saneamento [82]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores gravSistemas adutores gravííticosticos::

( ) ( )

=+

=+

11211

1121212111111 ..

LLL

HDJLDJL

( ) ( )

=+

=+

totalLLL

HDJLDJL

21

222111 ..

( ) ( )

=+

=+

22221

2222222212121 ..

LLL

HDJLDJL

Saneamento [83]

ESTUDO ECONÓMICO DE SISTEMAS DE ADUÇÃO

Sistemas adutores com condutas elevatSistemas adutores com condutas elevatóóriasrias::

Determinação do diâmetro económico

Saneamento [84]

• Análise a preços constantes – Os preços unitários são constantes ao longo da vida do projecto (não há inflação, ti=0);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

– Utilizada para comparar soluções alternativas.

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C0 C0 C0 .... C0 .... C0

1 / (1+ta) 1 / (1+ta) nn1 / (1+ta) 1 / (1+ta) 33 1 / (1+ta) 1 / (1+ta) HPHP

CCactualizado_anoactualizado_ano 00 = C= C00 / (1+ta) / (1+ta) nn

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [85]

• Análise a preços correntes – Os preços unitários aumentam em cada ano com a taxa de inflação (ti);

– Os custos em cada ano só podem ser somados quando actualizados a um ano de referência (ano 0) através da taxa de actualização ou juro (ta);

0 1 2 3 .... n .... HP

C0 C1 C2 C3 .... Cn .... CHP

1 / (1+ta) 1 / (1+ta) nn1 / (1+ta) 1 / (1+ta) 33

1 / (1+ta) 1 / (1+ta) HPHP

CCnn = C= C00 * (1+ti) * (1+ti) nn

CCactualizado_anoactualizado_ano 00 = C= CNN / (1+ta) / (1+ta) nn

(1+ti) (1+ti) nn (1+ta) (1+ta) HPHP

ESTUDO ECONÓMICO DE SOLUÇÕES

Saneamento [86]


Custos com energiaCustos com energia::

η

γ tii

HVE

..=Energia consumida no ano i:

Custo da energia no ano i:

Volume elevado no ano i:

Preço unitário da energia

iti

i VKpHV

CE ...

==η

γ pH

K t

η

γ .=

diasCapPopV iii 365..=

Elevam-se volumes diferentes ao longo do período de projecto;��

Para calcular o total da energia anual não é necessário conhecer o tempo médio de bombagem em cada ano.

��

Saneamento [87]


ActualizaActualizaçção dos encargos com energiaão dos encargos com energia::

Custo total da energia actualizada

N

::

3

2

1

Valor actualizadoValor no anoAno

1.VK

2.VK

3.VK

NVK.

)1/(. 1 atVK +

2

2 )1/(. atVK +

3

3 )1/(. atVK +

N

aN tVK )1/(. +

∑ =+

N

i

i

ai tVK1

)1/(.∑ =

N

i iVK1

.

Saneamento [88]

ACTUALIZAÇÃO DOS ENCARGOS COM ENERGIA

HipHipóótesetese::

Custo total da energia actualizada

Os volumes elevados anualmente crescem de acordo com uma lei geométrica.

N

::

3

2

1

Custo da energia actualizadoVolume elevado no anoAno

)1(01 gtVV +=

22

0 )1/()1(. ag ttVK ++

=++∑ =

N

i

i

a

i

go ttVK1

)1/()1(.

2

02 )1( gtVV +=

3

03 )1( gtVV +=

N

gN tVV )1(0 +=

)1/()1(. 0 ag ttVK ++

33

0 )1/()1(. ag ttVK ++

N

a

N

g ttVK )1/()1(. 0 ++

+

+−

−

+=

N

a

g

ga

g

ot

t

tt

tVK

1

11

)(

)1(.

Saneamento [89]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantes

• Custo total = = Investimento em Capital fixo + Encargos de exploração

• Investimento em capital fixo– Condutas adutoras ……….. Ano 0

– Reservatórios ………… Ano 0

– Construção civil EE ………… Ano 0

– Equip. electromecânico EE ……...... Anos 0 e 20

– CPC ………… Ano 0

• Encargos de Exploração– Operação e manutenção ………… 1 - 40 anos

• Condutas adutoras • Reservatórios • Construção civil EE • Equipamento electromecânico EE

– Energia (de bombagem) ………… 1 - 40 anos

Saneamento [90]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Condutas– definido por metro linear de conduta (QUADRO A.1 – Enunciado)

• Reservatórios– definidos por m3

C =1 400 .Vol 0,75

572.35425.33740.88490.70513.44536.33800

77.6664.45100

…

71.3257.9780

33.0631.0329.5434.5131.4330.4275

32.0230.2428.8928.9927.9827.6463

53.9760

PN16PN10PN6PN16PN10PN6

PEAD PVC

Aço

revestidoFFD

Diâmetro

nominal

(mm)

Saneamento [91]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesInvestimento em capital fixo

• Estações elevatórias– Definidos em função do caudal de dimensionamento e altura de elevação

Construção civil Ccc(€) = 2580 x Q 0,250 x H 0,212

Equipamento Ceq (€) = 1740 x Q 0,504 x H 0,279

Sendo Q – caudal (l/s) e H – altura de elevação (m)

– O custo da construção civil

• adquirida no ano 0 é calculado com Qdim40 e Hdim40

– O custo do equipamento

• adquirido no ano 0 é calculado com Qdim20 e Hdim20

• adquirido no ano 20 é calculado com Qdim40 e Hdim40 e deverá ser actualizado ao ano 0 multiplicando o valor por 1 / (1+ ta) 20

• Câmaras de perda de carga– Custo unitário = 10 000€

Saneamento [92]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração

• Operação e manutenção

– Definidos em percentagem do Investimento por ano • Condutas adutoras com ligações por juntas ……… 1% Inv /ano

• Condutas adutoras com ligações por soldadura ….. 0.75% Inv /ano

• Reservatórios e CPC …………………. 1% Inv /ano

• Construção civil EE……………………………….. 1% Inv /ano

• Equip. electromecânico EE …….. ……………….. 2.5% Inv /ano

– Têm de ser calculados ano a ano ao longo de 40 anos (anos 1 a 40) e actualizados ao ano 0:

Custo actualizado_ano_0 = Custo ano_n * 1 / (1+ ta) n

sendo ta = taxa de actualização (e.g. 6%)

Saneamento [93]

Custo total do sistema de abastecimento de águaAnálise a Preços constantesEncargos de Exploração (continuação)

• Energia (1º Processo de cálculo)–Deverá ser calculado ano a ano, ao longo de 40 anos (anos 1 a 40), e actualizado ao ano 0

• Energia anual consumida no ano i - Sousa (2001) – Adução, p.32–Eano_i = Potência * Tempo_Func_ano_i

= ( γ * Qdim * Hdim / µ ) * Tempo_Func_ano_i

= ( γ * Hdim / µ ) * (Qdim *Tempo_Func_ano_i)= ( γ * Hdim / µ ) ∗ Vmda_ano_i

• Custo da energia anual consumida no ano i–CEano_i (€) = Eano_i (kWh) * preço_unitário (€/kWh)

• Custo da energia anual consumida no ano i actualizada ao ano 0–CEactualizado_ano_0 (€) = CEano_i (€) * 1/(1+ta)

i

Nota: Atenção à conversão de unidades: 1 joule = W.s

Constante: do ano 1 ao 20 (Hdim20)

do ano 21 ao 40 (Hdim40)

Variável do ano i = Popano i * Capano i

Saneamento [94]


• Energia (2º Processo de cálculo)– Poderá ser calculada como a soma de n termos de uma progressão geométrica:

• Sn = U1 * ( 1-Rn) / (1-R)

– U1 corresponde ao 1º termo

– R corresponde à razão do da progressão geométrica

– Corresponderá a duas somas• 1-20 anos e de 21-40 anos

– Por exemplo de 1-20 anos temos

– Sendo tg1 = taxa geométrica de crescimento do volume consumido de 1-20 anos dada por:tg1 = (V20/V0)

(1/20) -1

na expressão homóloga para o período de 21 a 40 esta taxa será dada por:tg2 = (V40/V20)

(1/20) -1

+

+−

−

+=

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

Saneamento [95]


• Custo Total Actualizado dum Sistema Elevatório para um dado diâmetro D1:

20

20_)4021(

0_)201(20

40_

20_40_0_)1()1(

1.._a

anoacta

anoacta

a

anoeq

anoeqanocctubagemanoactt

CECE

t

EEEEEECDElevSistC

+++

++++=

em que:

+

+−

−

+=

20

1

1

120dim0_)201(

1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

oanoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

+

+−

−

+=

20

2

2

2

2040dim

20_)4021(1

11

)(

)1(..

.

a

g

ga

g

anoactat

t

tt

tVp

HCE

η

γ

20 termos (ano 1 a ano 20) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 0)

20 termos (ano 21 a ano 40) actualizados ao ano imediatamente anterior ao início da série (ano 20)

O mesmo cálculo terá que ser efectuado para o D2 (se existir).

O diâmetro mais económico é o que apresentar o C_Sist.Elev.act_ano0 menor

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341ticas 14 10 08 001a095.ppt) - fenix.tecnico.ulisboa.pt · A tubagem em PEAD de parede compacta é fabricada por extrusão. As tubagens de PEAD são apresentadas nas classes de