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
24
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
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