Saneamento Ambiental I

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Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental

Aula 06 – Redes de Distribuição de Água

Profª Heloise G. Knapik

Qualidade de Água em Reservatórios

Longos tempos de detenção Crescimento de

bactérias/nitrificação

Possibilidade do aparecimento de zonas de estagnação

Baixos valores do residual desinfetante

Localização das tubulações de entrada e de saída dos reservatórios

Jusante: mesma entrada e saída / Montante: tubulações distintas

Ausência de luz solar Nitrificação (aclimatação de

bactérias)

Deterioração do concreto Substrato para crescimento de

microorganismos

Tubulações e configurações

Exemplos de reservatórios

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Operação de Reservatórios - Otimização

• Redução dos gastos com energia elétrica

• Minimização das falhas no atendimento a demanda

• Redução de perdas físicas em função das pressões na rede

• Flexibilidade na operação de sistemas com múltiplos

reservatórios interligados

• Gestão de Risco e Economia!!

Dimensionamento de redes: etapas

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Etapas do dimensionamento de redes:

• Análise hidráulica (vazões, pressão, velocidades)

• Zonas de pressão (mínima e máxima)

• Velocidades mínimas e máximas em cada trecho

• Diâmetros mínimos

• Dimensionamento de redes: função do tipo de rede, topografia, existência de diferentes zonas de pressão

Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água

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DISTRIBUIÇÃO PRODUÇÃO

Dimensionamento Demanda máxima

Dimensionamento de redes: vazão

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Vazão de distribuição para a rede:

𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡 =𝑘1. 𝑘2 . 𝑞𝑝𝑐. 𝑃

86400

𝑄𝐷 : vazão de distribuição (L/s) 𝑘1: coeficiente do dia de maior consumo 𝑘2: coeficiente da hora de maior consumo 𝑞: consumo médio per capita incluindo perdas(L/hab.dia) 𝑃: população de projeto da área considerada (hab)

Dimensionamento de redes: vazão

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𝑞𝑎 : vazão específica de distribuição por área (L/s.ha) 𝐴: área de projeto (ha)

𝑞𝑎 =𝑘1𝑘2𝑞𝑃

86400 𝐴=

𝑄𝐷

𝐴

𝑞𝑚 =𝑘1𝑘2𝑞𝑃

86400 𝐿=

𝑄𝐷𝑖𝑠𝑡

𝐿

Vazão específica de distribuição relativa à área:

Vazão específica de distribuição relativa à extensão da rede:

𝑞𝑚 : vazão específica de distribuição em marcha ou por metro da tubulação (L/s.m) 𝐿: extensão total da rede (m)

Dimensionamento de redes: área de projeto

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Pequenas comunidades

Adota-se um único tipo de ocupação

Mesma densidade populacional

Cidades maiores Vazões específicas de distribuição

Área específica da rede de distribuição

Dimensionamento de redes: Tipos de redes

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• Tipos de canalizações:

• Principal – Conduto tronco ou canalização mestra

• Maior diâmetro

• Abastece a canalização secundária

• Secundária

• Menor diâmetro

• Abastece diretamente os pontos de consumo

Tipos de redes – Disposição das Canalizações

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Ramificada

Malhada

Mista

Dimensionamento de redes: Tipos de redes

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• Rede ramificada:

• Típica de regiões com desenvolvimento linear em que as ruas não se conectam (topografia ou traçado urbano)

• Abastecimento a partir de uma tubulação tronco

• Em caso de problemas, toda a tubulação de jusante ficará com o abastecimento comprometido

Dimensionamento de redes: Tipos de redes

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• Rede malhada:

• Típica de áreas com ruas formando malhas viárias

• Formação de anéis ou blocos

• Vantagens para a qualidade da água (fluxo nos dois sentidos – evita-se zonas mortas)

• Maior facilidade de manutenção e operações com o mínimo de interrupção

Dimensionamento de redes: Recomendações

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• Localização para redução de custos:

• Ruas sem pavimentação ou com pavimentação menos onerosa

• Ruas de menor intensidade de trânsito

• Proximidade de grandes consumidores

• Proximidade das áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndio

• Dispostas preferencialmente sob os passeios

• Procurar limitar em 600 m a tubulação secundária (depende da malha urbana)

Dimensionamento de redes

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Análise hidráulica

Condições de escoamento (velocidade, vazão, pressão, perdas de carga) nos trechos e nós da rede

Dimensionamento de projeto: há várias soluções !

Dimensionamento de redes: zonas de pressão

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Para correto funcionamento da rede:

• Pressão mínima: para vencer os desníveis topográficos e perdas de carga

Pressão dinâmica mínima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, no dia e hora de maior consumo e nível mínimo no reservatório

• Pressão máxima: para não danificar a rede e diminuir a perda de água na tubulação

Pressão estática máxima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, sob consumo nulo e nível máximo no reservatório

Dimensionamento de redes: zonas de pressão

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• Pressão dinâmica mínima: 10 mca

• Pressão estática máxima: 50 mca

A

B C

10 mca

40 mca

Reservatório (R)

Área a ser abastecida por R

Dimensionamento de redes

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Velocidades mínimas e máximas na rede:

Segurança, durabilidade, custo de implantação e operação

↓ Velocidade :

• ↑ Durabilidade

• ↑ Depósito de sedimentos

↑ Velocidade :

• ↓ Diâmetro: ↓ $ de implantação

• ↑ Perda de Carga: ↑ $ bombeamento, reservatórios elevados manutenção devido a desgastes de peças

Velocidade mínima recomendada: 0,6 m/s

Velocidade máxima recomendada: 3,5 m/s

Dimensionamento de redes

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Diâmetro mínimo

Função das perdas de carga e das vazões disponíveis

Recomendação de diâmetro mínimo igual a 50 mm para tubulações secundárias

Dimensionamento de redes

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Métodos de dimensionamento

Redes ramificadas Método tradicional

Redes malhadas

Método do seccionamento

Método de cálculos interativos

Método da correção de vazões (Hardy-Cross)

Método da linearização (matricial)

Exercício em aula: Rede ramificada

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Dimensionar a rede ramificada apresentada abaixo, considerando os seguintes dados: - População: 5.000 hab.; - Consumo per capita médio (qpc): 200 L/hab.dia; - K1=1,2 e K2=1,5; - Rugosidade da tubulação (C): 130 -Cotas do terreno e extensão de cada trecho indicadas na figura.

Exercício em aula: Rede ramificada

Coluna 1: Identificação do trecho

Coluna 2: Extensão relativa a cada trecho (diagrama)

Coluna 3: Vazão em marcha

Coluna 4: Ponto de extremidade a vazão é nula. Para cada trecho, multiplica-se a vazão de marcha pelo comprimento do trecho

Coluna 5: Vazão a montante é a soma da vazão a jusante do trecho e a vazão do trecho

Coluna 6: Vazão fictícia é a média entre a vazão de montante e de jusante (vazão utilizada para dimensionamento)

Coluna 7: Diâmetro a partir de dados tabelados em função da vazão fictícia - vazão de dimensionamento (variável de ajuste após tentativas)

Coluna 8: Velocidade através da equação da continuidade Q=V.A

Coluna 9: Perda de carga unitária calculada pela equação de Hazen-Williams

Coluna 10: Cota piezométrica de montante soma-se as perdas de carga em cada trecho

Coluna 11: Perda de carga no trecho multiplicada pela extensão do trecho

Coluna 12: Garantir a cota piezométrica no ponto mais a jusante igual a 10 mca (mais desfavorável). Restantes trabalha-se com o balanço da perda de carga no trecho (cota piezométrica de montante > cota piezométrica de jusante)

Colunas 13 e 14: Cotas do terreno de acordo com o diagrama

Coluna 15 e 16: Pressão disponível a montante e jusante calculadas pela diferença com as cotas piezométricas e as cotas do terreno

Exercício em aula: Rede ramificada

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150 m

80 m 120 m

100 m 450 m

20

0 m

15

0 m

10

0 m

[76.0]

[81.0]

[70.0] [72.0]

[78.2]

[72.5] [74.0]

[60.2]

[85.0]

Local do Reservatório