Prof. Me. Victor de Barros Deantoni

1S/2017

Instalações Prediais de Água Fria

Como todo projeto, em engenharia civil, deve seguir a Norma Técnica do assunto

NBR 5626 – Instalação Predial de Água Fria – 1998

Objetivos 1- Conceitos Hidráulicos e de projeto 2- Fornecimento de Água Fria 3- Reaproveitamento de águas 4- Sistemas de distribuição 5- Dimensionamento de Reservatórios (1 aula) 6- Traçado das tubulação

Padrões de projeto Erros comuns

6- Dimensionamento das tubulações Pressão Velocidade Técnicas de redução ou aumento de pressão

7- Dimensionamento das conexões hidráulicas 8- Apresentação do projeto (exemplo feito com software)

Isométricos Plantas

9- Materiais empregados

1 - Projeto 1 – Concepção Arquitetônica

2 – Compatibilização estrutural

3 – Compatibilização com Instalações

4 – Projeto Executivo

5 – Liberação para obra

1 – Conceitos hidráulicos Disciplina necessita de diversos conteúdos das disciplinas

Fenômenos de Transportes, Hidráulica A e Hidráulica B.

Continuidade: 𝑄 = 𝑣 ∗ 𝐴

∑𝑄 = 0

Bernoulli

Perda de Carga:

Condutos de instalações prediais não são considerados ideais, isto é, eles apresentam rugosidade que implicará em perda de carga.

Fórmula Universal

Perdas de Carga localizadas: São transformadas em comprimentos equivalentes de tubulação.

Exemplo:

Uma tubulação de 5m com uma curva de 90º, será considerada como uma tubulação de 6m no cálculo da perda de carga.

O comprimento equivalente a ser considerado é tabelado em função do diâmetro e material.

IMPORTANTE: UTILIZAR TABELA OFICIAL DA DISCIPLINA

Exemplo

RG

Cot. 90RC

Cot. 90RC Ent.

Borda

7m

7m

5m

Coluna 1m

DN25mm

Solução: Bernoulli:

Comprimento equivalente:

Energia no ponto 1

Energia no ponto 2

Diâmetro utilizado

Vazão?

Fornecimento de água fria A captação de água pode ser feita por meio da rede

pública, ou por um sistema particular.

Caso a fonte seja particular, cabe ao proprietário analisar e tratar a água antes do consumo, para garantir qualidade.

A fonte particular pode ser utilizado para fins não potáveis, como irrigação lavagens etc.

Quando o sistema de abastecimento for proveniente da rede pública ele é dividido em 2 partes:

Abastecimento (com ou sem estação elevatória)

Distribuição

O Abastecimento:

Ramal predial (trecho entre a rede pública e o hidrômetro)

Alimentador (trecho entre o hidrômetro até a válvula de flutuador “bóia”) – Este trecho pode conter uma estação elevatória.

A Distribuição:

Compreende o trecho entre o reservatório e cada ponto de consumo.

4- Classificação dos sistemas de AF Sistema direto:

Peças são ligadas diretamente a rede pública, pode ter ou não bombeamento.

Sistema Direto: Vantagens:

Menor custo

Maior área útil

Água de melhor qualidade

Desvantagens:

Depende 100% da rede pública

Necessita de anti-retorno

Prejudica o sistema público nos horários de pico

Sistema Indireto Sistema no qual existe um reservatório entre a

alimentação e a distribuição.

Assim como no direto, pode necessitar ou não de recalque.

Sistema Indireto RI e RS O mais comum no sistema indireto é a utilização de 2

reservatórios, um inferior de maior volume e um superior.

Qual motivação para isso?

1 – Evita uma carga grande na estrutura (no topo)

2 – Evita operação contínua da bomba

Ambos reservatórios devem ser equipados com chave elétrica que aciona a bomba, dependendo do nível do reservatório.

Situação 1 – Reservatório Superior Cheio

Situação 2 – Reservatório superior vazio e inferior cheio

Situação 3 – Ambos reservatórios vazios

Escolha do sistema a ser utilizado

Avaliar disponibilidade e continuidade do abastecimento

Confiabilidade

Avaliar pressão disponível para necessidade de bombeamento

Mais comum é utilização de reservatórios

Muito comum sistema misto, onde torneiras e irrigação recebem direto da rede.

1º parte – Dimensionamento e projeto dos reservatório e recalque

5- Dimensionamento do Reservatório

Objetivos:

Preservar Potabilidade da água

Garantir o atendimento

Contínuo

Pressão e velocidade adequada

Possibilitar manutenção (abertura de 60cm)

Evitar Ruído

O Reservatório de água fria deve ser totalmente separado do reservatório de reuso.

Para garantir a qualidade e potabilidade da água é necessária a manutenção periódica, que em média deve ser feita a cada 6 meses ou menos

Reservatórios No Brasil é muito comum e recomendado o uso de

reservatórios para acumulo de água fria devido a possibilidade de interrupção no fornecimento.

Sempre utilizar esse recurso nos projetos

A instalação deve ser feita em local superior aos pontos de consumo de todos aparelhos, também deve estar de acordo com a arquitetura.

Reservatórios Em edifícios onde a altura mínima seja superior a

pressão disponível, deve ser instalado um sistema de recalque.

A pressão fornecida pela concessionária deve ser de no mínimo 10mca* = 1kgf/cm²

mca = metro de coluna d’água

Qual dos das torneiras ao ser aberta tem maior pressão?

Supondo diâmetros e comprimentos semelhantes existe diferença de vazão entre elas?

Reservatórios Reservatórios de grande porte devem ser divididos

em 2 câmaras. (5.2.5.3)

Reservatórios de instalações que se enquadram no Bombeiro devem conter reserva de incêndio.

Abaixo do reservatório tem-se uma região chamada de barrilete, onde são dispostas as tubulações horizontas ou verticais com registros que originarão as colunas

Todo reservatório deve possuir um extravasor, conectado a rede de coleta pluvial e uma tubulação de limpeza que permita o esvaziamento completo do reservatório.

Edifícios de grande porte geralmente necessitam de 2 reservatórios: Superior (40% volume)e Inferior (60% volume).

Cálculo de Reserva Deve-se conhecer o padrão de consumo dos usuários da

edificação, e de acordo com a NBR 5626 Item 5.2.5.1, o reservatório deve fornecer 24h da abastecimento adicional a reserva de incêndio.

Consumo residencial: 50 a 200L/dia/habitante

Tabela na apostila da disciplina

População de projeto (P):

Residências: 2 pessoas por dormitório Escritórios: 1 pessoa por 6m² Restaurantes: 1 pessoa por 1,4m²

Vazão de projeto (q):

Residências: 150 a 200L/dia/hab Escritórios: 200L/dia/hab Restaurantes: 200L/dia/hab

𝐶𝑑 = 𝑃 ∗ 𝑞

O autor também recomenda o dimensionamento com

folga de 50%

Exemplo 1 Dimensione um reservatório para um edifício com 10

pavimentos, 2 apartamentos por andar, 2 suítes e 1 quarto de empregada. Reserva de incêndio de 10m³. Considere também 48h como tempo máximo sem fornecimento.

Resposta

• Vsup = 26000L

• Vinf = 24000L

Tipos de Reservatórios Moldados no local

Alvenaria e concreto armado, formas variáveis Cuidado na impermeabilização, Vedação e Estanqueidade

Industriais PVC, Fibra de vidro, Alumínio em diversos tamanhos e

formatos.

Dimensões • Deve-se considerar o volume necessário, deixar uma folga para

manutenção e encontrar as dimensões necessárias.

𝑉 = 𝐴 ∗ ℎ

Cuidados Finais A Altura do reservatório deve ser suficiente para abastecer os

pontos com pressão mínima estabelecida por norma.

Caso crítico: Chuveiro

Pressão necessária = 1mca

Cota reservatório – Perdas de carga – Cota Chuveiro = 1

É sempre interessante elevar o reservatório o máximo possível dentro da arquitetura

Traçado da tubulação Colunas:

São os eixos verticais da tubulação de água fria, responsável pela ligação entre o barrilete e os ramais. Seu dimensionamento é feito após o conhecimento dos pontos a jusante.

Ramais:

Derivações das colunas que fazem a ligação com pontos de consumo.

Alturas dos pontos de consumo Bacia Sanitária 33cm Bacia Sanitária com caixa acoplada 20cm Chuveiro 220cm Ducha higiênica 50cm Lavatório 60cm Banheira 30cm Mictório 105cm Lavadoura de Roupa 105cm Pia 110cm Torneiras 60cm

Diâmetros convencionais ½” e ¾”

Critérios de projeto:

Pressão mínima: 1mca

Velocidade máxima: 3m/s

Ruídos:

Golpe de aríete

Vibração

PEX

Fixação

Ar no interior da tubulação

Ramal de Entrada Segue determinação dos órgãos públicos, responsável pelo

abastecimento de água no município.

O projetista deverá consultar o site do órgão de sua cidade.

O padrão da SANASA é apresentado na apostila da disciplina.

Procedimento: Com o consumo diário estimar o consumo mensal.

𝐶𝑚 = 𝐶𝑑 ∗ 30

Verifica-se também se a vazão fornecida atende a necessidade da edificação.

Esses dados devem constar no projeto e no memorial.

Instalação de recalque Em edifícios já citados anteriormente pode ser utilizado

uma instalação de recalque para enchimento do reservatório superior.

Sempre serão utilizadas 2 bombas, uma em funcionamento e outra de reserva. É recomendado a alternância no uso destas bombas.

Projetar um compartimento para instalar as bombas com espaço para manutenção, sendo ventilado e protegido de chuva. (Pode ser um poço seco)

Vazão de recalque

𝑄𝑟 =𝐶𝑑

𝑛 ∗ 3600

Qr: Vazão em (L/s)

Cd: Consumo diário (L)

N: horas de funcionamento

Um intervalo padrão é o de 4 a 6 horas de funcionamento, sendo 5 um valor muito utilizado.

Diâmetro da tubulação de recalque:

∅ = 1,3 ∗ 𝑄 ∗ 𝑋4

𝑋 = 𝑁/24

Φ: Diâmetro em (m)

Q: Vazão em (m³/s)

X: Fração de funcionamento

Diâmetro da tubulação de sucção:

Um diâmetro comercia acima da tubulação de recalque

Cd=80m³

Q = 80m³/5h = 16m³/h = 0,0044m³/s

∅ = 1,3 ∗ 𝑄 ∗ 𝑋4

𝑋 = 𝑁/24

X = 5/24 = 0,20

∅ = 1,3* 0,0044 ∗ 0,204 = 0.057𝑚 𝑜𝑢 57𝑚𝑚

Utilizamos o tubo de 21

2’’ no recalque

Utilizamos o tubo de 3’’ na sucção

Dimensionamento da Bomba O dado necessário para o dimensionamento da bomba é

a altura manométrica.

Soma da altura real de recalque, altura real de sucção, perdas de cargas em ambos os trechos (considerando todas as peças com o diâmetro já calculado).

Instala-se também um automático de boia, que acionará a bomba apenas na situação adequada.

Instala-se um automático de boia superior e um inferior, a bomba será comandada pelo automático do reservatório superior.

Caso o nível no reservatório inferior atinja uma situação abaixo da qual possa vir a ficar comprometida a aspiração, pela entrada de ar no tubo de aspiração, o automático inferior deverá desligar a bomba, muito embora não tenha ainda atingido o nível desejado no reservatório superior.

No reservatório superior o comando bóia pode ficar em uma das câmaras, com cabo suficiente para ser instalado na outra câmara se necessário, pois as duas câmaras funcionam como vasos comunicantes, isto é, o nível da água é o mesmo nas duas câmaras, por isso, o comando pode estar numa das câmaras.

Potência da Bomba Potência da Bomba:

𝑃 = 𝛾 ∗ 𝐻 ∗ 𝑄/𝜂

Unidades coerentes!

2º parte – Dimensionamento e projeto da rede de distribuição

Vazão de utilização de aparelhos

Cada aparelho sanitário apresenta uma vazão característica, essa vazão é utilizada para calcular o sub-ramal do aparelho, apenas o sub-ramal do aparelho.

Na apostila é apresentada uma tabela com as vazões de cada aparelho (TABELA 4).

Vazão Máxima possível:

É a vazão que ocorre em um dado trecho supondo a utilização simultânea de todos os aparelhos a jusante do trecho.

Deve ser utilizado em locais onde essa situação é possível, como chuveiro de hotéis, vestiários esportivos entre outros...

Em situações e instalações normais esse modo não é indicado.

Vazão Máxima provável:

É a vazão que ocorre em um dado trecho supondo a utilização de parte dos aparelhos a jusante do trecho, considerando a probabilidade de uso.

É o método utilizado por exemplo no dimensionamento de uma coluna de distribuição de um edifício residencial ou de escritórios, dado que a situação de uso simultâneo de todos os aparelhos não é provável.

Utiliza métodos estatísticos que consideram cada tipo de aparelho

A utilização deste método é feita por meio de um gráfico, que separa aparelhos com válvula de descarga e aparelhos comuns.

Entra-se com o número de aparelhos e verifica-se a probabilidade, a vazão é então o produto desta probabilidade pela soma das vazões.

Método da norma ABNT:

É o método recomendado pela NBR 5626

Está no ANEXO A da NBR.

𝑄 = 0,3 ∗ 𝑃

P: Peso relativo aos aparelhos de utilização a jusante da tubulação em estudo.

É extremamente importante verificar o texto da norma para uma boa compreensão. (ANEXO A)

Exemplo Cálculo dos pesos

Cálculo da vazão

Velocidade

Diâmetro

Pressão

Limitação de velocidade:

A NRB 5626 admite que a velocidade máxima que pode ocorrer em um trecho é de 3m/s

É usual usar o critério anterior onde a velocidade máxima é calculada por:

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 14 ∗ 𝐷 < 3/𝑚𝑠

D em (m), Vmax em (m/s)

Pressão e perda de carga Pressões devem respeitar os seguintes limites:

Pressão dinâmica mínima de 1mca (10 Kpa) para qualquer ponto

Caixa de descarga admite-se 0,5mca

Válvula de descarga 1,5 mca

É sempre importante conhecer as especificações do fabricante, para que haja um bom funcionamento do aparelho

Do mesmo modo a pressão máxima não pode ultrapassar o valor de 40mca (sendo essa a pressão estática).

Conceitos:

Pressão dinâmica?

Pressão estática?

Perdas de carga

Tubulações de aço galvanizado:

Fórmula de FAIR-WHIPPLE-HSIAO

𝐽 = 20,21.105 ∗ 𝑄1,88/𝐷4,87 Sendo: J: perda de carga unitária (m/m) Q: Vazão (l/s) D: Diâmetro interno (mm)

Perdas de carga

Tubulações de PVC:

Fórmula de FLAMANT

𝐽 = 8,20.105 ∗ 𝑄1,75/𝐷4,75 Sendo: J: perda de carga unitária (m/m) Q: Vazão (l/s) D: Diâmetro interno (mm)

Perdas de carga

Tubulações de Cobre:

Fórmula de FAIR-WHIPPLE-HSIAO

𝐽 = 8,70.105 ∗ 𝑄1,75/𝐷4,75 Sendo: J: perda de carga unitária (m/m) Q: Vazão (l/s) D: Diâmetro interno (mm)

Perda de carga O comprimento total considerado na perda de carga deve

então ser:

𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐿𝑟𝑒𝑎𝑙 + 𝐿𝑣𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙

Para consulta do comprimento virtual deve-se utilizar as tabelas.

Quando a perda de carga limita o escoamento em um aparelho, deve-se aumentar o diâmetro, aumentar a cota do reservatório ou utilizar um pressurizador.

Perda de carga em registros Registro Gaveta: Pode ser desprezada ou calculada por

seu peso equivalente.

Registro de pressão:

De modo mais simples:

Perda de carga no hidrômetro

Barrilete – traçado e dimensionamento É o trecho de início das colunas de distribuição

Abaixo do reservatório é deixado um espaço para instalação dos registros, que permitiram manobra e controle do escoamento.

Deve-se projetar este trecho de modo a permitir uma operação facilitada no edifício.

Barrilete - Dimensionamento A vazão deve ser encontrada por um dos métodos

apresentados anteriormente.

É interessante ter perdas de carga pequena no barrilete, assim evitando pressões baixas no pavimento superior.

Um critério muito utilizado é o de limitar J=0,08m/m

A tabela 9 da apostila da disciplina apresenta o diâmetro correspondente a cada vazão.

Dimensionamento das colunas Dimensionamento semelhante ao do barrilete,

considerando os ramais de contribuição, por um dos métodos apresentados.

Sempre respeitando os limites de velocidade

Dimensionamento dos ramais Dimensionamento semelhante ao do barrilete,

considerando os ramais de contribuição, por um dos métodos apresentados.

Sempre respeitando os limites de velocidade

Dimensionamento dos sub-ramais

Trecho de ligação de uma aparelho com o restante dos encanamentos.

Cada aparelho tem um diâmetro mínimo tabelado (Tabela 10 da apostila).

Deve ser respeitada a pressão em cada ponto.

Instalação em edifícios muito altos

Pressão estática: Sem predas de carga

Pressão Limite 40 mca

Pé direito típico: 3m

Cota barrilete + reservatório: 5m

40 = 𝑝𝑎𝑣 ∗ 3 + 5

𝑃𝑎𝑣 = 11

Logo se houver mais de 12 pavimentos no edifício haverá pressão estática acima do permitido.

Essa pressão é prejudicial ao:

Usuário (desconforto)

Aparelho (mal funcionamento)

Economia (vazamentos)

Logo sempre evitaremos esse tipo de situação

Soluções para pressões elevadas

Subdivisão do reservatório superior

São instalados dois reservatórios:

Um deles atendendo os apartamentos superiores

Outro em nível intermediário atendendo os apartamentos mais baixos.

Problema:

Reservatório em local intermediário: (ruído e carga)

Caixa para quebra de pressão:

Caixa de pequeno porte, em nível intermediário, com mesma função do anterior porém sem função de armazenamento.

Válvula redutora de pressão Dispositivo instalado a montante do abastecimento dos

pontos mais baixos.

Ela permite regulagem da pressão de saída.

Deve ser instalada de acordo com detalhe da apostila ou do fabricante para um bom funcionamento.

Válvula redutora de pressão

Materiais De acordo com a NBR 5626, tanto os tubos como as

conexões, constituintes de uma instalação predial de água fria, podem ser de aço galvanizado, cobre, ferro fundido, PVC rígido ou de outros materiais, de tal modo que satisfaçam a condição de que a pressão de serviço não deva ser superior a pressão estática, no ponto considerado, somada a sobre-pressão devido a golpes de aríete.

Os tubos e conexões mais empregados nas instalações prediais de água fria são os de aço galvanizado e os de PVC rígido.

Os tubos de aço galvanizado suportam pressões elevadas sendo por isso muito empregado. O valor de referência que estabelece o diâmetro comercial desses tubos é a medida do diâmetro interno dos mesmos

PVC Rígido Os tubos de PVC rígido são agrupados em três classes,

indicadas pelas pressões de serviço:

Classe 12 (6 kgf/cm2 ou 60 mca)

Classe 15 (7,5 kgf/cm2 ou 75 mca)

Classe 20 (10 kgf/cm2 ou 100 mca)

Para se conhecer a máxima pressão de serviço (em kgf/cm2) de cada classe, basta dividir o número da classe por 2.

PVC Rígido As normas brasileiras dividem os tubos de PVC em duas áreas

de aplicação: Tubos de PVC rígido para adutoras e redes de água (EB-183) Tubos de PVC rígido para instalações prediais de água fria (EB-

892)

Os tubos de PVC rígido podem ser utilizados em instalações prediais de água fria desde que não sejam ultrapassados, em nenhum ponto da instalação, os valores estabelecidos pela Norma, desde que não hajam válvulas de descarga interligadas a esses tubos, e em prédios que não possuam grandes alturas.

As caixas de descargas, principalmente as acopladas aos vasos, tem sido muito empregadas em lugar de válvulas de descarga, por apresentarem as seguintes vantagens: requerem diâmetros menores de tubulação, inexistência de problemas de pressões (golpes) e economia de construção.

Registros

Registro de Gaveta

Válvula de descarga

Exemplos Registro de pressão

Desenho de instalações

hidráulicas

Desenho de instalações

Hidráulicas - exemplos

Desenho de instalações

Hidráulicas - exemplos

Desenho de instalações

Hidráulicas - exemplos

Desenho de instalações

Hidráulicas - exemplos

Desenho de instalações

Hidráulicas - exemplos

Bibliografia Creder H. Instalações Hidráulico Sanitárias

NBR 5626 – Instalações prediais de água fria

Botelho – Instalações Hidráulicas (PVC)

Azevedo Neto – Manual de hidráulica

Fabricantes

Ilha, M. – Apostila de água fria

Exemplo prático