Aula - 02 - Inst. Prediais Hidráulicas .pdf

Instalações de Água Fria

Referências

• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1998). NBR 5626 – Instalações prediais de água fria: procedimento, Rio de Janeiro: ABNT. 41p.

• CARVALHO JUNIOR, R. (2011). Instalações Hidráulicas e o Projeto de Arquitetura. Ed. Blucher, 4ª ed., 292 p., São Paulo.

• DOMINIQUELI, W. H.; BARRETO, D. (2009) - Gestão da medição individualizada de água em prédios de apartamentos HIS. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 25, Recife.

• MACINTYRE, A. (1996). Instalações Hidráulicas - Prediais e Industriais. 3. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. 760p.

• SILVA, S. R dos S.; COHIM, E. (2009) - A influência da medição individualizada no consumo de água dos prédios populares de Salvador. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 25, Recife.

Sistema de Abastecimento de Água. Desenho Esquemático

Abastecimento de um Prédio Residencial

Sistema de Abastecimento

Alimentador Predial

Reservatório Inferior

Tubulação de Recalque

Barrilete

Caixa de Quebra Pressão

Coluna de Distribuição

Constituintes das Instalações de Água Fria

Necessidade ou não do reservatório inferior

Abastecimento direto e

abastecimento indireto

Abastecimento indireto, sem reservatório superior

Hidrômetros e Cavaletes

Alternativas para medição de vazão individualizada em edificação residencial vertical (Dominiqueli e Barreto, 2009)

Consumo médio mensal dos prédios populares antes e depois da hidrometração individualizada (Silva e Cohim, 2009)

Instruções da COPASA para montagem do padrão tipo cavalete

Instruções da COPASA para montagem do padrão tipo cavalete

Reservatórios

O volume acumulado no(s) reservatório(s) de um prédio não pode ser inferior ao volume ali consumido diariamente. Adicionalmente, é usual projetá-los de modo que não se ultrapasse três vezes esse volume, o qual pode ser estimado utilizando os valores reproduzidos nas Tabelas 3.3 e 3.4.

Vol. reservatório = 2 x Cons. diário

Uma vez obtido o volume a reservar, determina-se a parcela desse volume que caberá a cada reservatório, inferior e superior. De acordo com a NBR 5626:1998, essa divisão deverá ser feita de modo a atender às necessidades da instalação predial de água fria quando em uso normal, às situações eventuais onde ocorra interrupção do abastecimento e às situações normais de manutenção. O estabelecimento do critério de divisão deve ser feito em conjunto com a adoção de um sistema de recalque compatível e com a formulação de procedimentos de operação e de manutenção da instalação predial de água fria. Para os casos comuns, é recomendado que se armazene, no reservatório inferior, 3/5 do volume total (60%), ficando os outros 2/5 no reservatório superior (40%). Além do volume destinado a suprir as demandas comuns do prédio, os reservatórios poderão também acumular água para outras finalidades, como, por exemplo, para a prevenção e combate a incêndios. Nesses casos, os volumes correspondentes deverão ser acrescidos aos anteriormente calculados.

O nível máximo do reservatório superior estabelecerá as pressões em todos os pontos da da rede distribuidora que a ele estiver interligada. Assim sendo, ao posicioná-lo, deve-se levar em conta o que estabelece a NBR 5626:1998, em seus itens transcritos a seguir.

5.3.5.2. Em qualquer ponto da rede predial de distribuição, a pressão da água em condições dinâmicas (em escoamento) não deve ser inferior a 10 kPa (1 mH2O). 5.3.5.3. Em condições estáticas (sem escoamento), a pressão da água em qualquer ponto de utilização não deve ser superior a 400 kPa (40 mH2O). 5.3.5.4. A ocorrência de sobrepressões devidas a transientes hidráulicos deve ser considerada no dimensionamento das tubulações. Tais sobrepressões são admitidas, desde que não superem o valor de 200 kPa.

(Nota: transiente hidráulico é o denominado golpe de aríete, que ocorre durante manobras bruscas de equipamentos hldráulicos e, especialmente, nas partidas e paradas bruscas das bombas hidráullicas).

A NBR 5626:1998 apresenta ainda as seguintes recomendações, específicas para o projeto dos reservatórios prediais: • Em princípio um reservatório para água potável não deve ser apoiado no solo, ou ser enterrado

total ou parcialmente, tendo em vista o risco de contaminação proveniente do solo, face à permeabilidade das paredes do reservatório, ou qualquer falha que implique a perda da estanqueidade. Nos casos em que tal exigência seja impossível de ser atendida, o reservatório deve ser executado dentro de compartimento próprio, que permita operações de inspeção e manutenção, devendo haver um afastamento mínimo de 60 cm entre as faces externas do reservatório (laterais, fundo e cobertura) e as faces internas do compartimento. O compartimento deve ser dotado de drenagem por gravidade, ou bombeamento, sendo que a bomba hidráulica deve ser instalada em poço adequado e dotada de sistema elétrico que adverte em casos de falha no funcionamento da bomba.

• Qualquer abertura na parede do reservatório, situada no espaço compreendido entre a superfície livre da água no seu interior e a sua cobertura e que se comunique com o meio externo direta ou indiretamente (através de tubulação), deve ser protegida de forma a impedir a entrada de líquidos, poeiras, insetos e outros animais no interior do reservatório.

• O reservatório deve ser construído ou instalado de tal modo que seu interior possa ser inspecionado e limpo.

• O posicionamento relativo entre entrada e saída de água deve evitar o risco de ocorrência de estagnação dentro do reservatório. Assim, no caso de um reservatório muito comprido, recomenda-se posicionar a entrada e a saída em lados opostos relativamente à predominante. Nos reservatórios em que há reserva de água para outras finalidades, como é o caso da reserva para combate a incêndios, deve haver especial cuidado com esta exigência.

• Quando a reserva de consumo for armazenada na mesma caixa ou célula utilizada para combate a incêndio, devem ser previstos dispositivos que assegurem a recirculação total da água armazenada.

Moldado in Loco Industrial

Um prédio de 12 andares terá quatro apartamentos residenciais por

andar. Cada apartamento terá três dormitórios e mais um destinado a

um serviçal doméstico. Junto ao pilotis haverá um apartamento para o

zelador. Em sua frente, e integrando o conjunto arquitetônico do prédio,

serão construídas seis lojas comerciais. A área de lazer do prédio terá

uma piscina, com as seguintes dimensões, em planta: 12,0 m x 6,0 m. Qual será o diâmetro de sua ligação predial, bem como os volumes

mínimos que deverão ser armazenados em seus reservatórios inferior e

superior, desconsiderando a reserva necessária para combate a

incêndio?

Exercício resolvido 1

Resolução O prédio em causa contém predominantemente economias residenciais. Portanto, de acordo com as notas apresentadas na Tabela 3.2 da COPASA, - Para ligações mistas que contenham, predominantemente, economias residenciais, prevalece a categoria residencial - o número de economias do prédio é:

Residenciais: 12x4 = 48

Comerciais: 06

Total: 54

Consultando a Tabela 3.2, não encontramos discriminado, para esse total de economias, o diâmetro do ramal predial.

Resolução

Admitiremos que, em cada apartamento, residam, em média, 5 pessoas de uma mesma família e uma empregada doméstica. Assim sendo, utilizarão as instalações hidráulicas do prédio:

[(6 pessoas/apartamento) x (4 apartamentos/andar) x 12 andares] + 1 zelador = 289 pessoas.

Admitindo o consumo diário per capita de 200 litros, temos:

289 x 200 = 57800 litros/dia

Devemos acrescentar ao volume anterior o corresponde às lojas. Admitiremos que, em cada

loja, trabalharão 2 pessoas, cujo consumo diário per capita será tomado igual a 65 litros/dia.

O volume correspondente será: 8 x 2 x 65 = 780 litros.

A piscina deverá requerer o seguinte volume diário de reposição:

12 x 6 x 0,02 = 1,44 m3 = 1440 litros.

Somando as parcelas anteriores, obtemos:

57800 + 780 + 1440 = 60020 litros = 60 m³/dia = 1800 m³/mês.

Voltando à Tabela 3.2, encontramos, em suas observações, o texto: Consulte a COPASA

para demanda mensal superior a 450 m³ para a categoria residencial. Devemos, portanto,

consultar essa concessionária para estabelecer o diâmetro do ramal predial.

Do volume diário anterior, três quintos serão armazenados no

reservatório inferior e os dois quintos no reservatório superior, ou seja:

Volume do reservatório inferior: 36 m³ Volume do reservatório superior: 24 m³

Resolução

Pontos de Utilização

Alturas de pontos de utilização

Vazões

Para que o sistema de instalações hidráulicas prediais possa funcionar a contento, é necessário que os diversos pontos de utilização assegurem as vazões mínimas necessárias aos aparelhos a eles ligados. É a partir dessas vazões que é elaborado o dimensionamento de todas as canalizações do sistema. Seus valores são os recomendados pela NBR 5626:1998 e reproduzidos na Tabela 3.5.


O diagrama da Figura 3.10 representa uma instalação hidráulica destinada a suprir uma bateria de duchas de um quartel. Determine a vazão que ocorrerá em cada um de seus trechos.

Resolução

No caso específico deste Problema, é bastante provável que todas as duchas sejam utilizadas simultaneamente em determinadas horas do dia (o mesmo ocorreria em internatos, indústrias e outros locais em que as duchas, ou outros pontos de utilização, tivessem horário de acionamento simultâneo). Assim sendo, as vazões em cada trecho serão somadas umas às outras, de jusante para montante, conforme mostrado a seguir.

• Evidentemente, noutras instalações prediais as vazões nos diversos pontos não serão somadas dessa forma para o dimensionamento dos tubos que os alimentam.

• Imagine, por exemplo, num

banheiro residencial: a probabilidade de estarem sendo acionados, simultaneamente, todos os pontos de utilização de uma mesma unidade sanitária é muito pequena.

• Levando em conta essa

probabilidade de uso simultâneo, desenvolveu-se um método probabilístico de cálculo, baseado em pesos relativos, que são mostrados na Tabela 3.5. O Exercício Resolvido 4 ilustra como efetuá-lo.

Resolução - Comentários

Pressões Dinâmicas e Estáticas

• Para que os aparelhos da instalação hidráulica predial sejam capazes de operar com as vazões dadas nas Tabelas 3.5, é necessário que lhes sejam asseguradas pressões mínimas a montante.

• Essas pressões deverão estar disponíveis, portanto, nos pontos de utilização. São denominadas pressões dinâmicas porque elas deverão prevalecer quando o sistema hidráulico estiver em operação.

• Isto significa que a pressão estática do sistema menos as perdas de carga que ocorrerão entre o reservatório e o ponto de utilização deverá ter um resultado positivo e igual a, no mínimo, a pressão dinâmica mínima recomendada.

• Por outro lado, os aparelhos são construídos de modo a suportarem pressões limitadas. Existe, portanto, uma pressão máxima a que podem ser submetidos esses aparelhos.

• Essa pressão máxima limita a altura existente entre os pontos de utilização e, é claro, ocorrerá em condições estáticas, tendo em vista que, não havendo escoamento, não há perda de carga.

• Em seu item 5.3.5.1, a NBR 5626:1998 estabelece que ...Em qualquer caso, a pressão não deve ser inferior a 10 kPa, com exceção do ponto da caixa de descarga onde a pressão não deve ser menor que esse valor, até um mínimo de 5 kPa, e do ponto da válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 kPa.


Determine as pressões estáticas máximas e dinâmicas mínimas, expressas em kPa, que prevalecerão nos pontos A, B e C mostrados no diagrama da Figura 3.11, tendo sido previamente calculadas as perdas de carga unitárias nos trechos R-C, C-B e B-A.

Trecho Perda de carga unitária (mH2O/m)

R-C 0,10

C-B 0,05

B-A 0,15

Resolução

Para o cálculo das pressões estáticas máximas, tomamos, como referência, o nível d’água máximo no reservatório.

As pressões desejadas serão determinadas pela diferença de altura entre o NA máximo no reservatório e o ponto em questão, conforme abaixo (lembre-se que a coluna d'água de 1 m acarreta a pressão de 10 kPa).

Para cálculo das pressões dinâmicas mínimas, tomamos, como referência, o nível d'água mínimo no reservatório.

Resolução

Seu valor, num dado ponto, será igual à pressão no ponto anterior menos a perda de carga no trecho que os interliga mais a variação de pressão, positiva ou negativa, correspondente à variação de cotas entre eles

A pressão no ponto C correspondente à diferença 42,00 - 40,00 = 2,00 m H2O = 20 kPa Assim sendo, a pressão dinâmica mínima nesse ponto será 20 - 2 = 18 kPa.

A pressão em A será a pressão em B (10,5 kPa) menos a perda de carga entre B e A (45 kPa), mais o acréscimo de pressão devido ao decréscimo de cota (300 kPa), ou seja, 265,5 kPa.

Resolução

Após efetuados esses cálculos, é preciso observar dois aspectos importantes: (a) se a pressão em todos os pontos da instalação é superior a 10 kPa, conforme estabelece a NBR 5626:1998; (b) se as pressões no ponto de utilização (A) atendem ao que prescreve o Item 5.3.5.1 da NBR 5626:1998 (> 5Kpa).

Se, em nossos cálculos, concluirmos que as pressões dinâmicas mínimas não são atendidas, deveremos aumentar os diâmetros dos tubos que os alimentam.

Velocidade máxima da água

De acordo com o item 5.3.4 da NBR 5626:1998, ...As tubulações devem ser dimensionadas de modo que a velocidade da água, em qualquer trecho de tubulação, não atinja valores superiores a 3 m/s. A Tabela 3.6 apresenta as vazões máximas, por diâmetro e para diferentes materiais, que atendem a esta recomendação.

Barrilete e colunas de distribuição: projeto e dimensionamento

O barrilete destina-se a interligar o reservatório ou, se for o caso, suas câmaras, às colunas de distribuição.

Limites de Pressão

são: • Pressão estática

máxima de 400

kPa (40 m H20) • Pressão dinâmica

mínima de 10 kPa (1 m H20)

Observe que, no que diz respeito ao sgundo item, os pontos em que os barriletes se transformam em colunas são críticos, devendo ser verificados cuidadosamente.

Para pressões estáticas superiores a 40 mH2O pode ser necessário instalar válvulas redutoras de pressão em certos locais das colunas de distribuição. Antigamente, na ausência desses equipamentos, eram instaladas caixas de quebra-pressão em locais estratégicos do prédio, ver Figura 3.13, que eram caixas d'água intermediárias, alimentadas a partir da caixa d’água superior do prédio.

Rede de Distribuição

A rede de distribuição é constituída pelo barrilete, colunas, ramais e sub-ramais; além das tubulações de ventilação destinadas a evitar a ocorrência de pressões negativas no Interior das canalizações

No cálculo das vazões dos ramais, colunas e barriletes, torna-se necessário que o projetista verifique a possibilidade de haver uso simultâneo de diversos pontos de utilização.

A NBR 5626:1998 estabelece que em locais onde a probabilidade de uso simultâneo das peças de utilização seja pequena, as vazões, trecho por trecho, da rede de distribuição sejam estimadas através da expressão:

Q = 0,3 (SP)1/2

onde: Q é a vazão [L/s] SP é a somatória correspondente a todos os pontos de utilização alimentados através do trecho considerado.

Uma vez conhecidas as vazões em cada trecho, obtém-se os diâmetros correspondentes, de forma que a velocidade não ultrapasse valor limite de 3 m/s. A Tabela 3.6 apresenta as vazões máximas que se pode utilizar em tubos de aço-carbono galvanizado e PVC que satisfazem a esse limite de velocidade.

Etapas de dimensionamento

Tendo as vazões e os diâmetros, é possível determinar a perda de carga em cada trecho, utilizando, para isso, as equações apresentadas na primeira aula.

Após calculadas as perdas de carga em todos os trechos, é possível determinar as pressões dinâmicas disponíveis em cada ponto de utilização, verificando se elas atendem ao que prescreve o item 5.3.5.1 da NBR 5626:1998 já mencionado e repetido a seguir:

Em qualquer caso, a pressão dinâmica não deve ser inferior a 10 kPa, com exceção do ponto da caixa de descarga onde a pressão pode ser menor que esse valor, até um mínimo de 5 kPa, e ponto da válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 kPa.

Estimar as vazões e os diâmetros de cada trecho considerando o limite de velocidade

Para facilitar esses cálculos, a NBR 5626:1998 apresenta um modelo de planilha de cálculo, reproduzida na Figura 3.14.


Determinar os diâmetros dos tubos da instalação predial de água fria representada na Figura 3.15. Admita que ela será construída utilizando tubos de aço-carbono galvanizado.

Resolução Começamos o problema numerando as junções dos trechos a serem dimensionados segundo um critério qualquer. O autor numerou os trechos em ordem crescente, de jusante para montante, de modo que, por nós maiores, passem vazões superiores às que passam por nós menores. Essa numeração é mostrada na Figura 3.16.

Observe que, para que o cálculo fique para o lado da segurança, admitiu-se que o abastecimento do sistema hidráulico está sendo feito a partir da câmara de reservatório mais distante.

Inicialmente preenchemos a coluna 1 – Trecho. O autor preenche as linhas dessa coluna de jusante para montante, ver Figura 3.16. Assim sendo, começamos com o trecho 1-3, em seguida o 2-3, depois o 3-5, e assim sucessivamente até o último deles, que é o 11-R.

Sequencia de Preenchimento da Planilha 1 , 15, 9, 7, 2, 3, 4, 10, 5, 6, 11 a 13, 8 e 14


coluna 15 – Pressão requerida no ponto de utilização. Recorremos ao Item 3.8.2, onde encontramos a transcrição do Item 5.3.5.1, a NBR 5626:1998: Em qualquer caso, a pressão não deve ser inferior a 10 kPa, com exceção do ponto da caixa de descarga onde a pressão não deve ser menor que esse valor, até um mínimo de 5 kPa, e do ponto da válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 kPa.


Coluna 9 : basta transferir da Figura os comprimentos ali indicados para a planilha. Coluna 7: é imediatamente preenchida a partir dos valores lidos na Figura – positivo quando desce e negativo quando sobe. Veja que, de 3 para 1, subimos 1 m. Então escrevemos (-1m) na linha correspondente. Por sua vez, de 3 para dois, descemos 0,50 m. Então escrevemos (+0,50m) na linha correspondente


A coluna 2 – soma dos pesos – é preenchida com o auxílio da Tabela 3.5. Assim, na linha 1-3, um chuveiro é abastecido. Seu peso é 0,4 – ver Tabela. Por sua vez, na linha 2-3, um lavatório é abastecido. Seu peso é 0,3 – ver Tabela. Em consequência, a linha 3-5 abastece o chuveiro e o lavatório. A soma dos pesos correspondentes é 0,7.


Os valores da Coluna 3 são então calculados automaticamente, em litros por segundo, através da fórmula:

Q = 0,30(SP)1/2


Coluna 4, preenchida com o auxílio dos valores apresentados na Tabela 3.6.

Ressalta-se que esses valores correspondem a uma primeira tentativa, visto que eles poderão ser insuficientes para assegurar as pressões mínimas estabelecidas pela NBR 5626:1998.


Os comprimentos equivalentes de cada trecho (coluna 10) são então obtidos em cada trecho recorrendo aos valores apresentados nos anexos 1 e 2 – neste caso, os comprimentos equivalentes em aço-carbono galvanizado. O autor recorre a uma Tabela auxiliar – ver Figura 3.18.


Coluna 5: Escolhidos os diâmetros e dadas as vazões, as velocidades são calculadas em cada linha através da expressão:

U = 4Q/(pD2)

em que: Q (m3/s); D (m) e U (m/s)


Coluna 6: As perdas de carga unitárias são também calculadas em cada linha utilizando as expressões de perda de carga vistas no Capítulo 2.

Na resolução deste problema foi utilizada a Fórmula Universal, em que a rugosidade adotada para os tubos de aço-carbono galvanizado foi adotada igual a 0,25mm


As expressões de perda de carga vistas no Capítulo 2 fornecem os resultados em mH2O/m; assim sendo, eles devem ser multiplicados por 10 para que sejam expressos em kPa/m, que é a unidade adotada na planilha.

Coluna 11 = Coluna 6 x Coluna 9

Coluna 12 = Coluna 6 x Coluna10

Coluna 13 = Coluna 11 + Coluna 12

hf = jL


Coluna 8 - A única pressão conhecida é a do ponto R. Essa pressão, na pior hipótese (que corresponde à ocorrência do NA mínimo no reservatório) é nula. Escrevemos, portanto 0 (zero) na linha 11>R. Coluna 14 – O valor da pressão, expressa em kPa, na linha 11>R será:

0 KPa (pressão em R)

+ 20 KPa (porque descemos 2m de R até 11)

- 13,49 KPa (que é a perda de carga entre os dois pontos)

= 6,51 KPa Esse valor é transferido para a linha 10>11 - coluna 8.


6,51 KPa (pressão em 11)

+ 0 KPa (porque não subimos nem descemos de 11 para 10)

- 12,21 KPa (que é a perda de carga entre os dois pontos)

= - 5,70 KPa (pressão em 10)

Coluna 14 – O valor da pressão, expressa em kPa, na linha 10>11 será:

O valor negativo mostra que a tubulação está sub-dimensionada. Devemos, portanto, aumentar os diâmetros.

Foram aumentados todos os diâmetros a montante do trecho 7-8 e corrigidos os comprimentos equivalentes. Todos os valores afetados são então recalculados.

Refluxo da água: como evitar

Instale os aparelhos capazes de provocar retrossifonagem em coluna dotada de tubulação de ventilação, executada com as características a seguir,

a) seu diâmetro deve ser igual ou superior ao da coluna, de onde se deriva; b) deve ser ligada à coluna a jusante do registro da passagem existente; c) deve haver uma para cada coluna que serve a aparelho passível de provocar retrossifonagem; d) sua extremidade livre deverá estar acima do nível máximo admissível do reservatório superior

Além disto, a alimentação do sub-ramal que alimenta aparelhos passíveis de provocarem retossifonagem deve ser feita de um ponto da coluna no mínimo a 0,40 m acima da borda de transbordamento do aparelho servido.

Fig. 3.22 – Separação atmosférica padronizada e ventilação na coluna, conforme preconizado pela NBR 5626:1998

No projeto das instalações hidráulicas prediais de água fria e água quente, também deve se representar a instalação em perspectiva isométrica.

A figura apresenta um paralelepípedo em perspectiva isométrica. Em sua confecção, utiliza-se um triedro tal que os ângulos dos eixos (OX) e (OY), em relação à horizontal, são iguais a 30º. O eixo (OZ) forma com a vertical, e para fora do papel, também um ângulo de 30º.

A figura apresentada em perspectiva isométrica aparece com suas dimensões reais.

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