Memorial de Cálculo II - Dimensionamento de adutora

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�Universidade Federal de Roraima
Centro de Ciências e Tecnologia
Departamento de Engenharia Civil
Hidráulica Aplicada
1ª Etapa: projetar um Sistema elevatório com dimensionamento de bombas para abastecer uma cidade fictícia.
Prof. ª: Dr. ª Ofélia de Lira Carneiro Silva
Componentes: Edson Farias 
Izabella Forte Castelo Branco 
Aimee Karoline Feitoza Bezerra
Boa Vista – RR
Maio de 2009
INTRODUÇÃO
Neste Projeto estaremos executando estudos para o dimensionamento de estrutura de abastecimento de uma cidade fictícia com uma população de aproximadamente 1500 habitantes. 
Onde iremos aplicar teoria de hidráulica aprendida em sala de aula, bem como em estudos externos e em grupo com outros colegas da UFRR.
Passando desde estudos relacionados com o aumento da população para o prazo de 20 anos, estudo do melhor local para a instalação da estação de bombeamento para a cidade, cálculos para verificar os dimensionamentos de sucção e recalque.
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 								03
OBJETIVO									04
CADERNO DE ESPECIFICAÇÃO						05
MEMORIAL DESCRITIVO							08
SISTEMA ELEVATÓRIO							09
CONCLUSÃO								19
BIBLIOGRAFIA								20
ANEXOS(PLANTAS DA CIDADE, DETALHAMENTO)		21
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OBJETIVO: Dimensionar um sistema elevatório de bombas para o abastecimento de uma cidade fictícia de 1455 habitantes, considerando um período de atendimento mínimo de 20 anos.
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CADERNO DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA
Especificações Técnicas dos Serviços
DO OBJETO: Serviços para construção de estação elevatória em uma cidade fictícia;
DETALHAMENTO GERAIS DAS ESPECIFICAÇÕES:
PROJETOS
CONSIDERAÇÕES GERAIS:
1.1 Normas a serem observadas:
NBR 12 211 – Estudos de Concepção de Sistemas Públicos de Abastecimento de Água, promulgada em 1992;
NBR 12 212 – Projeto de Poço para Captação de Água Subterrânea, promulgada em 1992;
NBR 12 213 – Projeto de Captação de Água de Superfície para Abastecimento Público, promulgada em 1992;
NBR 12 214 – Projeto de Sistema de Bombeamento de Água para Abastecimento Público, promulgada em 1992;
NBR 12 215 – Projeto de Adutora de Água para Abastecimento Público, promulgada em 1991;
NBR 12 216 – Projeto de Estação de Tratamento de Água para Abastecimento Público, promulgada em 1992;
NBR 12 217 – Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para Abastecimento Público, promulgada em 1994;
NBR 12 218 – Projeto de Rede de Distribuição de Água para Abastecimento Público, promulgada em 1994.
Os serviços serão realizados em rígida observância aos desenhos do projeto e respectivos detalhes, bem como em estrita obediência às prescrições e exigências contidas nestas especificações que serão parte integrante do contrato a ser celebrado.
Durante a execução dos serviços, se houver a necessidade de modificar algum detalhe do projeto, a CONTRATADA deverá, antes de tomar qualquer decisão, consultar a FISCALIZAÇÃO expondo seu parecer técnico sobre o assunto.
É necessário que o projeto básico seja minuciosamente pela CONTRATADA em todas as suas partes.
Havendo discrepância entre as reais condições existentes no local e os elementos do projeto, a ocorrência será objeto de comunicação, por escrito, à FISCALIZAÇÃO, a quem competira deliberar a respeito.
O pedido de similaridade de material será possível, desde que solicitado por escrito pela empreiteira, em tempo hábil, acompanhador dos elementos técnicos necessários à análise dos mesmos, ou seja, amostras, catálogos com especificações técnicas dos materiais, seus componentes, seu sistema e sua tecnologia, relatórios ou pareceres técnicos de laboratórios especializados ou certificações, para que a Contratante se manifeste a respeito, emitindo autorização expressa.
As amostras dos materiais a serem utilizados serão submetidas previamente à aprovação da FISCALIZAÇÃO, antes de sua utilização.
Todos os elementos constantes nos desenhos, planilha orçamentária e especificações deverão ser executados. Os desenhos, planilha orçamentária e as especificações se completam e os seus conteúdos valem isoladamente podendo, portanto, um elemento constar apenas de uma destas partes. A CONTRATADA deverá executar os elementos e os serviços, ainda que conste somente de uma destas partes.
Todos os elementos constantes nos desenhos fazem parte da empreitada e serão considerados incluídos ainda que não constem no caderno da proposta da CONTRATADA por qualquer motivo que seja.
INSTALAÇÕES PROVISÓRIAS
ESCRITÓRIO e BARRAÇÃO
A CONTRATADA deverá prever a instalação de canteiro para a execução dos serviços, até o seu final.
A CONTRATADA deverá prever escritórios, vestiários, depósitos, almoxarifado, áreas de estocagem e todas as demais dependências, no devido dimensionamento e conveniência em relação ao volume dos serviços.
INSTALAÇÕES PROVISÓRIAS DE ÁGUA
A ligação provisória de água será tomada a partir do ponto mais próximo e que seja disponibilizado pela FISCALIZAÇÃO.
INSTALAÇÃO PROVISÓRIA DE ENERGIA ELÉTRICA
Caberá a CONTRATADA a ligação provisória de energia elétrica provenientes do canteiro, de acordo com as exigências da concessionária e da FISCALIZAÇÃO.
MATERIAIS, FERRAMENTAS E EQUIPAMENTOS
Serão obedecidas todas as recomendações, com relação à segurança do trabalho, contidas na Norma Regulamentadora NR – 18, aprovada pela portaria 3214, de 08/06/78, do Ministério do Trabalho, publicada no DOU (Diário Oficial da União) de 06/07/78.
As ferramentas e equipamentos de uso no canteiro serão dimensionados, especificados e fornecidos pela CONTRATADA de acordo com o seu plano de construção.
A CONTRATADA fornecerá os equipamentos, materiais, Mão-de-obra, transporte e tudo o mais que for necessário para a execução dos serviços.
Todos os materiais a serem empregados deverão ser novos comprovadamente de primeira qualidade e estarem de acordo com as especificações, devendo ser submetidos à aprovação da FISCALIZAÇÃO.
Os materiais que não atenderem às especificações não poderão ser estocados no canteiro.
Serão de uso obrigatório os seguintes equipamentos, obedecidos o disposto na Norma Regulamentadora NR – 18.
Capacete de segurança, óculos de segurança, protetores, luvas, botas de borracha ou PVC e outros que se fizerem necessários.
EQUIPE DE ADMINISTRAÇÃO DOS SERVIÇOS
ENGENHEIRO
O canteiro será dirigido por engenheiro (não residente), devidamente inscrito no CREA – Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia.
Será devidamente comprovada pela CONTRATADA a experiência profissional do seu engenheiro, adquirida na supervisão de serviços com características semelhantes a contratada.
A FISCALIZAÇÃO poderá vir a exigir da CONTRATADA a substituição do engenheiro, desde que verifique falhas que comprometam a estabilidade e a qualidade do empreendimento.
ENCARREGADO GERAL
O encarregado geral auxiliará o engenheiro na supervisão dos trabalhos.
O elemento para ocupar o cargo deverá possuir experiência comprovada mínima de cinco anos, adquirida no exercício de função idêntica, em serviços com características semelhante à contratada:
Hábitos sadios de conduta serão exigidos ao encarregado geral, assim como de todos os envolvidos nos serviços.
A FISCALIZAÇÃO poderá exigir da CONTRATADA a substituição de qualquer profissional do canteiro, desde verificada a sua competência para execução das tarefas, bem como apresentar hábitos de conduta nocivos à boa administração do canteiro.
LIMPEZA E MANUTENÇÃO DO CANTEIRO
A CONTRATADA cuidará para que todas as partes do canteiro permaneçam sempre limpas e arrumadas, com os materiais estocados e empilhados em local apropriado, por tipo e qualidade.
A remoção de todo entulho para fora do canteiro será feita diariamente pela CONTRATADA e a seu ônus, em horário previamente definido pela FISCALIZAÇÃO.
DOS SERVIÇOS
CASA DE BOMBA
A CONTRATADA executará todo e qualquer serviço, bem como o fornecimento de todo o material necessário para a construção da casa de bomba. Deverá ser fornecido e instalado duas bombas tipo centrífugas de 5HP, com as respectivaspeças de instalação, constante no projeto.
A casa de bomba será executada em alvenaria de ½ vez, com revestimento composto de chapisco e massa única (reboco paulista). Com cobertura em telha de fibrocimento (sem amianto) tipo ondina.
DAS CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os serviços deverão ser rigorosamente executados de acordo com as especificações e Normas Técnicas pertinentes. Toda e qualquer modificação com relação ao que está previsto somente poderá ser feita com justificativa técnica da CONTRATADA e após a aprovação da fiscalização do contratante.
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MEMORIAL DE CÁLCULO
1 – ESCOLHA DO LOCAL DE CAPTAÇÃO 
População: 1455 (com previsão de aumento de 20% da população no prazo de 20 anos)
Distância do ETA para o Reservatório (Diferença de cota): 20 m
Distância ETA ao ponto de Captação (horizontal): 2000 m
Consumo médio por pessoa: q= 200 l/hab/dia
K1 Coeficiente do dia de maior consumo = 1,2
K2 Coeficiente da hora de maior consumo = 1,5
K = K1x K2 coeficiente de reforço = 1,8
2 – DETALHAMENTO DO CONSUMO
2.1 Consumo da População em Geral
Q = (1455x200)/(24x3600) = 3,4 l/s {vazão média}
2.2- Cálculo do Consumo Específico
Q maior consumo = (P.q.k + Qesp)/86400 = 1455x200x1,8/86400 Q= 6,0625 l/s
Fonte: Instalações Hidráulicas e Sanitárias, Hélio Creder, tabela 1.1 e 1.2
1 – Fábrica madeireira = 30 funcionários
Consumo 70 l/operário = 2100 l
2 – Hospital 40 leitos
Consumo 250 l/leitos = 10.000 l
3 – Maternidade 30 leitos
Consumo 250 l/leitos = 7500 l
4 – Jardins 2.531,25 m2
Consumo 1,5 l/m2 = 3796,87 l
5 – Igreja 2x300 lugares
Consumo 2 l/lugar = 1200 l
6 – Fábrica de Marcenaria = 25 funcionários
Consumo 70 l/operário = 1750 l
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7 – Fábrica de Beneficiamento de Arroz = 10 funcionários
Consumo 70 l/operário = 700 l
8 - Fábrica de Sapatos = 90 funcionários
Consumo 70 l/operário = 6300 l
9 – Restaurante = 300 refeições
Consumo 25 l/refeição = 7500 l
10 – Edifício residência com 30 apartamentos (média de pessoas 5/apartamento)
Consumo 200 l/per capita = 30000 l
11 – Escola externatos 700 alunos
Consumo 50 l/per capita = 35000 l
12 – Hotel 200 hóspedes
Consumo 120 l/per capita = 24000 l
13 – Escritórios, edifícios públicos e comerciais 200 pessoas
Consumo 50 l/per capita = 10000 l
14 – Shopping 300 pessoas
Consumo 50 l/per capita = 15000l
∑Consumo= 139848 l Qesp=139848/86400 = 1,62 l/s
2.3 – Cálculo da vazão necessária considerando perda de 3% na Estação de Tratamento de águas (ETA)
Q1={[(k1.P.q)/86400]+Qesp}.C.ETA(3%)
Dados:
k1=1,2
P=1455
q=200 l/pessoa
Qesp.= 1,62 l/s
C ETA= 3%
Q1={[(1,2.1455.200)/86400]+1,62}.1,03
Q1= 5,84 l/s
3. DIMENSIONAMENTO DA BOMBA
3.1 – Material de Instalação
Tubulação de Sucção = Tubos de Plástico (PVC)
Tubulação de Elevação = Tubos de PVC com 20 anos de utilização
Conexões = Curvas e cotovelos em PVC
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3.2 – Dimensionamento de Encanamento de recalque em razão da quantidade de horas que o equipamento estará em uso
Com o auxílio da equação D=1,3√Q4√X, onde X = n/24, onde:
n= nº de horas que o sistema estará em funcionamento, no nosso caso o sistema de abastecimento com conveniência está funcionando das 19 às 24h, ou seja, na razão de cinco horas por dia.
D= diâmetro que será utilizado na tubulação de recalque. Obs.: para a tubulação de sucção estaremos utilizando os valores imediatamente superior a nível de mercado.
Q=vazão necessária para atendimento da população e dos empreendimentos locais, onde usaremos Q=5,84 l/s
Assim, obtemos o valor de D= 67 mm, tanto no cálculo como no ábaco abaixo, como esse diâmetro não é padrão na industria, optamos pelo imediatamente superior 75 mm (3”) para o recalque, já para a sucção usaremos 100 mm (4”)
Dr=75mm
Ds=100mm
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3.3 – Calcular a Altura manométrica de sucção
Para o cálculo das perdas localizadas foi utilizada a tabela abaixo:
Comprimento da tubulação total							22m
1 Válvula de pé e Crivo = Ø 5” (comprimento equivalente)			30m
1 Curva de 90º de raio longo= Ø 5” (Comprimento equivalente)			2,7m
Total......................................................................................................................=52,7m
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3.4 – Calcular a altura manométrica de elevação
Para o cálculo das perdas localizadas foi utilizada a tabela acima:
Comprimento total da Elevação	26,17m
1 Registro de Gaveta aberta= Ø 4” (comprimento equivalente)			0,7m
1 Válvula de retenção tipo leve= Ø 4” (comprimento equivalente)		6,3m
2 Curvas de raio longo 90 º = Ø 4” (comprimento equivalente) 2x2,1		4,2m
Saída da Canalização= Ø4”								3,2m
Total......................................................................................................................40,57m
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3.5 – Cálculo de perda de carga na canalização de sucção
Usar a equação J=10,65.Q1,85.C-1,85.Ds-4,87
Adotando-se C = 130
J=10,65x[(5,84x10^-3)^1,85]x(130^-1,85)x(0,1^-4,87) J= 0,00241	hs=J.L hs=0,00715*47,1 	hs=0,337 m
hs=0,337 m (Perda de carga na tubulação de sucção)
3.6 – Cálculo de perda de carga na canalização de recalque
Usar a equação J=10,65.Q1,85.C-1,85.Ds-4,87
Adotando-se C = 130
J=10,65x[(5,84x10^-3)^1,85]x(130^-1,85)x(0,075^-4,87) 		hr=J.L hr=0,029x39,37 = 1,15m
hr=1,15 m (Perda de carga na tubulação de recalque)
3.5 – Altura Manométrica
Hm=Hs+Hr+hs+hr
Hs=2m
Hr=20m
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Logo,
Hm=2+20+0,337+1,15
Hm=23,487 m
3.7 – Dimensionamento da Bomba
P= (γ.Q.Hm)/75η 		(adotando η=70%)
P= [1000. (5,84.10^-3).23,487]/(75.0,7) 	P=2,612 CV	P=2,612 x736	P = 2000,00W
	
P= 2,0 kW
4. Escolha da Bomba
Com base na Tabela 1.2 do livro Instalações Hidráulica de Hélio Creder, utilizando a relação entre Altura Manométrica de 23,487 m e Capacidade em metros cúbicos por hora que foi de 5,84x10^-3 * 3600 /1000 = 21,00 m3/h
4.1 Características da bomba selecionada
Bomba= 32-125.1
Potência do motor= 4 CV
Diâmetro do rotor = 134 mm
Utilizando a Tabela abaixo:
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4.2 Quantidade de Bombas a ser utilizada no sistema
02 (duas) bombas de 4 CV, já que é o valor imediatamente superior ao calculado disponível a nível de mercado.
OBS.: uma será utilizada como reserva em caso de algum problema com a que estiver funcionando enquanto os reparos pertinentes são executados, para que a população não fique assistida. Para evitar desgaster alternar
Demonstração em planta Baixa (perfil)
5. Verificação do fenômeno de cavitação
Cálculo do NPSHdisponível e do NPSHrequerido =2,75m
O NPSHrequerido deve ser obtido diretamente da curva característica correspondente, obtendo-o da mesma forma que no rendimento, logo: NPSHrequerido = 2,75m
O NPSHdisponível é calculado a partir da fórmula abaixo, sabendo-se que a pressão correspondente à altitude do local (485 m) é de 9,22x103
kg/m2 (0,922 atm) e a temperatura do fluido bombeado é de 20oC.
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NPSH H Hs Hv Hs disponível atm ; pois trata-se de sucção positiva.
Hv= 0,25m (Tabela 4)
Hatm= Patm/9,22 x 103 / 998,23 = 9,23m (Tabela 3)
5.1 NPSH requerido e NPSH disponível
O NPSH (Net Positive Succion Head) disponível refere-se à "carga energética líquida e disponível na instalação" para permitir a sucção do fluido, ou seja, diz respeito às grandezas físicas associadas à instalação e ao fluido.
Esse NPSH deve ser estudado pelo projetista da instalação, através da seguinte expressão:
NPSHdisponí vel Hatm HS HV HS
Sendo: NPSHdisponível = energia disponível na instalação para sucção, em m; Hatm = pressão atmosférica local altura 468 (Tabela 3); Hatm =9,753(interpolando)
Hs = 2m
Hv = 0,25 para temperatura de 20º (Tabela 4);
Hs = 0,337 m (m).
NPSHdisponí vel 9,753 (2 0,25 + 0,337)
NPSHdisponí vel m
Como NPSHdisponível (7,666 m) é maior que o NPSHrequerido
(2,75m), então não teremos problemas de cavitação nesta instalação.
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CONCLUSÃO
Para que possamos ter um sistema eficiente de adução de água bruta é necessário que se tenha cuidado para considerações de perdas de cargas localizadas, através de tabelas específicas e assim obtermos perdas na sucção e recalque para juntamente coma diferença de cotas no nível da água e o eixo da bomba e do mesmo até o ponto elevado da ETA.
Cuidados especiais devem ser observados quanto ao fenômeno de cavitação, onde o NPSHdisponívelNPSHrequerido . Caso contrário, haverá cavitação em decorrência de uma sucção deficiente. Logo a vida útil do equipamento diminuirá e ocorrerá perdas e danos ao sistema que fora mal dimensionado.
Ao se projetar devemos ter em mente que o principal objetivo é atender a contendo as necessidades da comunidade em estudo, desse modo é necessários se ter alternativas de revezamento dos equipamentos, bem como o sistema continuar em funcionamento.
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BIBLIOGRAFIA
TSUTYA, MILTON TOMAYUKI, Abastecimento de água. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. SP.
AZEVEDO NETTO, J.M.;ALVAREZ, G.A. Manual de Hidráulica. Edição Edgard Blucher 7ª Ed. São Paulo. 1997.
CREDER, HÉLIO, Instalações Hidráulicas e Sanitárias, Edição Livros Técnicos e Científicos Editora SA. 3ª ed. São Paulo.SP.
Obs.: 1 CV → 0,986 HP
1HP → 0,745 kw, LOGO
2,0 KW → 2,69 HP
Potência Instalada necessita de uma folga de 20%, ou seja, 3,22 HP