07-Redes 1 2013-1
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Renato Carlos ZambonRonan Cleber Contrera
Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental
PHA2412 - Saneamento II
PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMADE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
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Manancial Rede de Distribuição
ReservatórioCaptação
Estação de Tratamento
de Água
Adutora de água tratada
Adutora deágua bruta
Estaçãoelevatória
de água bruta
REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDE DE DISTRIBUIÇÃO: é a parte do sistema de abastecimento formada por tubulações e acessórios, destinados a colocar água potável à disposição dos consumidores, de forma contínua, em quantidade, qualidade, e pressão adequadas.
CUSTO DA REDE: tipicamente de 50 a 75% do custo total do sistema de abastecimento de água.
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TIPOS DE REDE
Quanto ao porte e função das tubulações:
Principal, primária, tronco ou mestra: são tubulações de maiores diâmetros que tem por finalidade abastecer as canalizações secundárias.
Secundária: são tubulações de menores diâmetros e tem a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema de abastecimento de água.
Essa divisão nem sempre ocorre ou é clara nos projetos, mas pode facilitar a manutenção e operação do sistema, minimizar problemas, permite realizar novas ligações facilmente com a tubulação em carga e, no passado, era a única forma viável de calcular as redes.
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TIPOS DE REDE
Quanto a topologia:
Rede Ramificada: o traçado é aberto, semelhante a uma árvore, grelha ou espinha de peixe, cada ponto da rede é atendido por um caminho único desde o reservatório ou outra fonte de suprimento (se um trecho é interrompido, fica isolada toda a rede a jusante).
Rede Malhada ou em Anéis: fechada, a rede forma anéis com múltiplos caminhos para o escoamento (maior flexibilidade para atender diferentes distribuições da demanda e para manutenção da rede).
Mista
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exemplo de rede ramificada
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exemplo de rede ramificada
ou quase, tem um
anel aqui...
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exemplo de rede malhada
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exemplo de rede malhada (em blocos)
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exemplo de rede mista
RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO
Rede principal:
formar rede malhada
direcionadas às zonas de maior demanda
localizadas em vias ou áreas públicas
vias sem pavimentação, sem tráfego intenso, sem interferências significativas, com solo adequado
Rede secundária:
rede simples ou dupla (localização no passeio)
comprimento máximo de 600 m
atendida pelas duas extremidades
formar rede malhada
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são recomendações ... analisar caso a caso....
depende do diâmetro, da densidade da demanda e do atendimento por uma
ou duas extremidades
FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE
Diferentes alternativas podem e são utilizadas para o fornecimento de água para uma rede:
através de um único reservatório de montante
com elevatória a montante ou em linha atendendo parte da rede (booster)
com reservatório de sobras (a jusante)
sistemas complexos com múltiplos reservatórios, boosters, válvulas redutoras de pressão, etc.
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Com reservatório de montante e reservatório de sobra à jusante
Adução Reservatóriode sobra
Rede dedistribuição
Reservatórioprincipal
FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE
FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE
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Alimentação direta na rede com elevatória e reservatório de sobra
Adução
Estaçãoelevatória
Reservatóriode sobra
Rede dedistribuição
Depósitoprincipal
lembrar: energia... transientes...
uso crescente da rotação variávelno lugar de reservatórios elevados..
FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE
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Rede dedistribuição
Estaçãoelevatória 1
Estaçãoelevatória 2
Alimentação direta na rede através de vários pontos
FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE
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Reservatóriosetorial 1
Reservatóriosetorial 2
Reservatóriosetorial 3
Estaçãoelevatória
Reservatórioprincipal
Aduçãoprincipal
Booster
Setor 3
Setor 2
Setor 1
abastecimento de setores distintos
PRESSÕES MÁXIMAS E MÍNIMAS
Devem ser atendidos nas redes os seguintes limites:
Pressão estática máxima: 500 kPa (50 mca)
calculada em condição de vazão nula e imposta pelo nível d’água máximo nos reservatórios ou pressões máximas nas elevatórias presentes no sistema
Pressão dinâmica mínima: 100 kPa (10 mca)
calculada com demanda de pico no dia e hora de maior consumo e reservatórios nos níveis mínimos
Para atender esses limites é comum ser necessária a divisão darede em zonas de pressão (por exemplo alta, média e baixa) e o uso combinado de reservatórios apoiados ou elevados emdiferentes cotas, boosters e válvulas redutoras de pressão.
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ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO
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ATENDIMENTO & ZONAS DE PRESSÃO
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pode ser de de sobrasou complementar
abastecido por adutoraindependente
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
Q: vazão, L/s
K1: coeficiente do dia de maior consumo
K2: coeficiente da hora de maior consumo
P: população final para a área a ser abastecida, hab
q: consumo per capita final de água, L/(hab.dia)
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1 2
86400
K K P qQ
como a vazão deve ser distribuídaao longo de dezenas ou centenas de
trechos e nós de uma rede?
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
simplificação: não se considera -cada- ligação (milhares emuma rede) individualmente no cálculo, elas são concentradasem nós da rede;
exemplo, para “n” lotes em uma quadra:
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q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 q9 q10 q11 q12 ... qn
Sqi/2 Sqi/2
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
Alternativas:
pelo número de lotes atendidos em cada quadra e quantidademédia de habitantes em cada um
considerando a vazão específica por unidade de comprimento das ruas, distribuição em marcha (L/s/km), concentra-se metade davazão obtida em cada trecho em cada nó de extremidade (com o devido ajuste no caso de redes duplas)
considerando a vazão específica por unidade de área (L/s/ha), e as áreas de influência de cada nó, ajustadas conforme áreas de densidades diferentes
mais as vazões concentradas para consumidores especiais
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ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES
Equação da continuidade, para cada nó “i”:
Perda de carga, para cada trecho “j”:
diagnóstico de redes existentes ou dimensionamento de redesnovas ou em expansão (qual o material, classe de pressão e diâmetro de cada trecho?)
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inicial , 0nó final i nó i concentrada iQ Q Q
j nó inicial de j nó final de j jH H H f(Q )
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES
Carga em cada nó:
as velocidades em redes são normalmente baixas, geralmentese desconsidera o termo cinético na carga;
também não se consideram na prática as perdas localizadas(lembrar da precisão e variabilidade espacial e temporal das vazões...)
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2
2i i
i i
p VH z
g
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE REDES
Critérios:
pressão mínima a ser atendida
limites de velocidade (NBR 12218/1994)
mínima 0,6 m/s
máxima 3,5 m/s
antiga PNB 594/1977:
perda unitária máxima de 8 m/km (0,8 %)
velocidade máxima 2,0 m/s
Porto (1998): Vmax=0,6+1,5D ou 2,0 m/s
diâmetro mínimo: 50 mm
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a norma atual é menos restritiva,
mas se dimensionara Pmin no limite e a
demanda cresceralém do previsto...
DIMENSIONAMENTO: REDES RAMIFICADAS
Seqüência de cálculo para o dimensionamento:
1. calcular as vazões em cada trecho (de jusante para montante)
2. calcular as pressões estáticas em cada nó (NAmax)
3. estimar os diâmetros em cada trecho (Vmax e/ou jmax)
4. calcular velocidade, perda de carga unitária e perda de carga em cada trecho
5. calcular as cargas e pressões dinâmicas em cada nó (de montante para jusante, reservatório com NAmin)
6. verificar o atendimento das pressões mínimas
7. corrigir diâmetros se necessário e retornar ao passo 4
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PD<
Pmin?
DIMENSIONAMENTO: REDES MALHADAS
Quando a rede forma anéis ou tem múltiplas fontes de suprimento o cálculo das vazões deixa de ser direto...
Vamos tratar destes casos e do uso de softwares específicos para o projeto de redes de abastecimento na próxima aula!
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ROTEIRO BÁSICO PARA PROJETOS
Delimitação da área a ser atendida
Estudo demográfico da área a ser atendida
Concepção do sistema de distribuição:
Estudos das zonas de pressão e de setorização
Traçado da rede de distribuição
Seleção dos pontos de concentração de vazões (levar em conta também a topografia e extensão dos trechos)
Distribuição das vazões nos nós ou trechos (lotes, comprimento ou área de influência) e cálculo das vazões concentradas nos nós
Análise e dimensionamento da rede
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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESFerro fundido dúctil
Diâmetros: 16 opções de 50 a 1200 mm
Comprimento: barras de 6 a 8 m
Classes: K-9, K-7 e 1 Mpa
Revestimento interno com argamassa de cimento
Revestimento externo com zinco e pintura betuminosa
Juntas mais comuns em redes: elástica (ponta e bolsa) e flanges
observações: corrosão, incrustação (redução do “C”), estanqueidade, necessita ancoragem (juntas p&b)...
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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESPVC (PBA e DEFoFo)
Diâmetros: 9 opções de 50 a 270 mm (100 a 600 no DEFoFo)
Comprimento: barras de 6 m
Classes: 3 opções de 60 a 100 mca
DEFoFo: DE equivalente ao ferro fundido
Juntas mais comuns em redes: elástica (ponta e bolsa)
observações: juntas p&b, fragilidade e estanqueidade, mais difundida em pequenos diâmetros atualmente...
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MATERIAIS DOS TUBOS E CONEXÕESPolietileno
Diâmetros: 30 opções de 16 a 1200 mm
Comprimento na maior parte das redes (tubos ø 63 e 90 mm): bobinas de 100 m
Classes: 8 opções de 32 a 250 mca
Sem revestimento interno ou externo
Leve e flexível, estanqueidade, resistência química e à abrasão
Menor rugosidade
Principais juntas: solda termoplástica (topo, sela, soquete e eletrofusão) e flanges (para acessórios e outros materiais)
observações: uso ainda incipiente em redes no país...
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Polietileno - fornecimento em bobinas
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ø Tubo ø Interno Altura ø Externo.
(mm) (mm) (mm) (mm)
20 700 190 900
25 700 190 980
32 900 260 1200
40 900 330 1300
50 1200 360 1600
63 1500 390 2000
75 1800 390 2400
90 2200 460 2800
110 2200 560 3000
125 2500 760 320063/90 são os mais comuns em redes de água
Dimensões das bobinas com 100 metrospara tubos SDR≥17 (ISO 4427/2007)
ACESSÓRIOS
Válvulas de manobra
Válvulas de descarga
Ventosas
Válvulas redutoras de pressão
Hidrantes
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VÁLVULAS DE MANOBRA
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Objetivos principais:
Isolar trechos de canalização para reparos
Melhorar o abastecimento de determinadas áreas
Delimitar os setores de abastecimento
SETOR DE MANOBRA:
Extensão de rede: 7 a 35 km
Número de economias: 600 a 3.000
Área: 40.000 a 200.000 m2
VÁLVULAS DE DESCARGA
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VENTOSAS
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VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO
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Uso para abastecer zonas de pressão
Efeito sem consumo de água Efeito com consumo de água
HIDRANTES DO TIPO COLUNA
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HIDRANTES DO TIPO SUBTERRÂNEO
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Exercício
logo depois do intervalo!
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