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86 Unidade II Unidade II 5 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE As instalações prediais de água quente, assim como as de água fria, consistem basicamente em abastecer alguns dos pontos de utilização, principalmente os chuveiros e, eventualmente, as torneiras de lavatórios e pias de cozinha. O sistema mais simples e também o mais utilizado no Brasil é o aquecimento no próprio ponto de utilização, isto é, com o emprego de chuveiros e torneiras elétricas. Nesse caso, a tubulação é a própria tubulação de água fria, ilustrada na figura a seguir, o que representa o menor custo direto de instalação. RG RG Chuveiro elétrico Torneira elétricaRG ∆Z RP Figura 35 – Corte esquemático com aquecimento de água nos próprios aparelhos de utilização Os principais inconvenientes desse tipo de instalação são a regulagem da temperatura da água, limitada a três ou quatro possibilidades nesses aparelhos, bem como eventuais falhas no fornecimento de energia elétrica, habituais queimas ou quebras da resistência e sobretudo o elevado consumo de energia elétrica. 87 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Além desses inconvenientes, existem sérios riscos relativos a aterramentos inadequados nas instalações elétricas, ou mesmo ausência de fio terra, agravados pelo fato de tais aparelhos de utilização normalmente empregarem voltagem de 220 V. Há sistemas de aquecimento e distribuição de água quente mais elaborados, que proporcionam mais conforto, nos quais a água aquecida é conduzida até os pontos de utilização, em tubulação independente, onde pode ser misturada à água fria, na proporção preferida pelo usuário. Uma instalação desse tipo para um banheiro com água quente para o chuveiro e para o lavatório é esquematicamente representada, em elevação, na figura a seguir. R RG RP Figura 36 – Corte esquemático de distribuição de água quente em banheiro A tubulação que conduz água quente, na figura anterior, é representada em vermelho e a tubulação de água fria em azul. Antes de se juntarem para chagar ao chuveiro, ambas são seccionadas por registros de pressão (RP). A abertura maior ou menor de cada um desses registros permitirá que as vazões de água quente e água fria se misturem, na proporção adequada para que a temperatura da água na saída do chuveiro seja a preferida pelo usuário. Para o lavatório, a mesma operação é realizada por meio de um misturador, que é como uma torneira dotada de dois volantes, ou seja, como dois registros de pressão acoplados a uma bica, formando uma só peça. Esse mesmo tipo de peça pode ser utilizado em pias de cozinha. Nesses pontos, a ligação entre a tubulação que está na parede e as entradas do misturador é feita através de tubos específicos para esse fim, denominados ligações flexíveis. O aquecimento da água, para esses casos de mistura no ponto de utilização, pode ser feito de diversas formas e por meio de diferentes tipos de energia. Quanto ao tipo de energia empregada, as mais comuns são a energia elétrica, o gás e, mais recentemente, a energia solar. 88 Unidade II Quanto à forma de aquecimento, existem os aquecedores com reserva de água quente, em geral denominados aquecedores centrais ou de acumulação, e os aquecedores instantâneos, denominados aquecedores de passagem. Os sistemas de aquecimento centrais podem ser coletivos ou privados, o que é definido basicamente em função da forma de tarifação pelo aquecimento. Em locais onde não é necessária a divisão das despesas com aquecimento, tais como hospitais, hotéis, motéis, clubes ou empresas, a água quente distribuída para todos os pontos de utilização do edifício pode ser aquecida e reservada numa central única, gerando economia de escala tanto para a produção quanto para a manutenção do sistema. Os sistemas de aquecimento central privado, ou privativo, são empregados nas edificações em que, mesmo sendo coletivas, como os prédios de apartamentos, cada domicílio deve arcar com as despesas relativas ao próprio consumo. Para esses casos, os aquecedores com reservatório de acumulação, que vêm gradativamente caindo em desuso, devem ser instalados no interior do domicílio, num local o mais próximo possível de todos os pontos de utilização, principalmente dos chuveiros, devido às perdas de carga no escoamento. Esse cuidado deve ser ainda maior em casas, onde a carga hidrostática (∆z) disponível não costuma ser elevada, como ilustra a figura a seguir. RG RG RG RP Boiler ∆Z Figura 37 – Corte esquemático, aquecedor de água com reservatório de acumulação (boiler) 89 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS A linha de alimentação até o boiler e deste até a saída para o chuveiro deve ser o mais direta e mais curta possível. O chuveiro, por ser o aparelho de utilização com a menor carga hidrostática (∆z) disponível, deve ser abastecido em primeiro lugar, na linha de distribuição de água quente. Em prédios de apartamentos, o valor da carga hidrostática (∆z) disponível é, em geral, bem mais elevado do que em casas, reduzindo-se bastante a relevância das perdas de carga. Mesmo assim, continua sendo recomendável que o aquecedor seja instalado o mais próximo possível dos aparelhos de utilização, para que o calor perdido ao longo da tubulação seja minimizado. O principal inconveniente dos aquecedores com reservatório de acumulação é o consumo de energia para manter uma grande quantidade de água continuamente aquecida, mesmo que essa água seja utilizada apenas em poucas situações por dia, ou seja, principalmente para apenas alguns banhos a cada dia. Desse importante ponto de vista energético, a água quente para diversos pontos de um domicílio, com mistura no próprio ponto, pode ser fornecida com maior eficiência por aquecedores de passagem elétricos, como o representado na figura a seguir, ou a gás, que deve sempre ser instalado em local com ventilação permanente. RG RG RG Aquecedor de passagem RP ∆Z Figura 38 – Corte esquemático com aquecedor de passagem elétrico instalado próximo ao chuveiro 90 Unidade II Os aquecedores de passagem elétricos mais comuns, em geral, servem a dois ou três pontos apenas, devendo-se ter cuidado em relação ao uso simultâneo. Uma situação possível, ainda que rara, para a instalação representada na figura anterior seria a abertura das torneiras da pia da cozinha e do lavatório do banheiro ao mesmo tempo que alguém está tomando banho. Nesse caso, a temperatura da água no chuveiro se tornaria mais baixa. De acordo com o princípio da continuidade, a vazão (Q) no aquecedor passará a ser igual à soma das vazões no chuveiro e nas torneiras. Como a área da seção transversal (A) do conduto no aquecedor permanece a mesma, a velocidade média do escoamento (v) aumentará na mesma proporção do aumento da vazão, respeitando a equação da continuidade (Q = v x A). Com uma velocidade de escoamento maior, o tempo de passagem da água pelo aquecedor, ou seja, o tempo de aquecimento, será menor, e, portanto, a temperatura final da água se tornará mais baixa do que na situação mais habitual. A tabela a seguir apresenta valores de consumo diário de água quente em aparelhos sanitários de uso doméstico, sugeridos pela NBR 15569:2020 (ABNT, 2020), que podem ser empregados na determinação da velocidade do escoamento, quando não se dispõe de dados fornecidos pelo fabricante. Tabela 19 – Consumo de água quente nos pontos de utilização Aparelho de utilização Consumo mínimo Consumo máximo Ciclo diário (min/pessoa) Temperatura de consumo Ducha de banho 3,0 L/min 15,0 L/min 10 39 ºC – 40 ºC Lavatório 3,0 L/min 4,8 L/min 2 39 ºC – 40 ºC Ducha higiênica 3,0 L/min 4,8 L/min 2 39 ºC – 40 ºC Banheira 80 L 440 L Banho 39 ºC – 40 ºC Pia de cozinha 2,4 L/min 7,2 L/min 3 39 ºC – 40 ºC Lava-louças (12 pessoas) 20,0 L 20,0 L Ciclo de lavagem 39 ºC – 50 ºC Lava-roupas 90,0 L 200,0 L Ciclo de lavagem 39 ºC – 40 ºC Adaptada de: ABNT (2008, p. 33). Exemplo de aplicação Considerando a instalação de água quente apresentada anteriormente, na figura anterior, verifiquea velocidade do escoamento no aquecedor elétrico para as situações descritas a seguir: • Toda a tubulação com 15 mm de diâmetro, e o valor da vazão definido pelo método da soma de pesos do critério de consumo máximo provável. 91 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS • Toda a tubulação com 15 mm de diâmetro, e o valor da vazão correspondente a todos os aparelhos de utilização sendo usados com vazão máxima e ao mesmo tempo. • Tubulação com 20 mm de diâmetro, até o T em que a linha se ramifica para o chuveiro, e o valor da vazão definido pelo método da soma de pesos do critério de consumo máximo provável. • Tubulação com 20 mm de diâmetro, até o T em que a linha se ramifica para o chuveiro, e o valor da vazão correspondente a todos os aparelhos de utilização sendo usados com vazão máxima e ao mesmo tempo. Considere que, segundo o critério do máximo consumo provável, o valor da vazão em um segmento de tubulação é obtido a partir da média ponderada dos pesos atribuídos às vazões previstas para cada aparelho de utilização, por meio da expressão: Q = 0,3 x √ΣP (em l/s) Empregue os dados de pesos especificados pela NBR 5626:1998 (ABNT, 1998) para aparelho de utilização, constantes da tabela parcialmente reapresentada a seguir. Tabela 20 – Valores de pesos atribuídos a aparelhos sanitários, em função da vazão mínima requerida Aparelho sanitário Peça de utilização Vazão (l/s) Peso Chuveiro ou ducha Misturador 0,20 0,4 Lavatório Torneira ou misturador 0,15 0,3 Pia Torneira ou misturados 0,25 0,5 Adaptada de: ABNT (1998, p. 28). Avalie, também, a proporção entre os tempos de aquecimento, ou seja, de passagem da água pelo aquecedor elétrico nas situações de uso normal, isto é, previstas pelo critério do máximo consumo provável, para as tubulações com 15 mm e com 20 mm. Solução Os valores das vazões máximas, sugeridos na tabela Consumo de água quente nos pontos de utilização, e dos pesos atribuídos aos aparelhos de utilização servidos por esse aquecedor elétrico, constantes da tabela anterior, são: • Chuveiro ou ducha com misturador, Q = 15 l/min = 0,25 l/s P = 0,4. • Lavatório com misturador, Q = 4,8 l/min = 0,08 l/s P = 0,3. • Pia com misturador, Q = 7,2 l/min = 0,12 l/s P = 0,5. 92 Unidade II O valor da vazão máxima no aquecedor, segundo o método da soma de pesos do critério de consumo máximo provável, será Q = 0,3 x √ΣP = 0,3 x √0,4 + 0,3 + 0,5 = 0,3 x √1,2 = 0,3 x 1,095 = 0,33 l/s O valor da vazão quando todos esses aparelhos estiverem sendo utilizados com vazão máxima e ao mesmo tempo será Q = 0,25 + 0,08 + 0,12 = 0,45 l/s Considerando toda a tubulação com 15 mm de diâmetro, ou seja, 1,5 cm, o valor da área da sua seção transversal será A = π x R2 = π x (0,75 cm)2 = 1,77 cm2 a) Para a situação em que o valor da vazão máxima provável seria Q = 0,33 l/s, ou 330 cm3/s, empregando a equação da continuidade, Q = v x A, o valor da velocidade média do escoamento (va) será v Q A cm s cm cm s m sa 330 177 186 4 186 3 2, , , Esse valor de velocidade média de escoamento se situa dentro dos limites especificados pela norma, ou seja, 0,60 m/s < va < 3,00 m/s. b) Para a situação em que o valor da vazão máxima real seria Q = 0,45 l/s, ou 450 cm3/s, o valor da velocidade média do escoamento (vb) será v Q A cm s cm cm s m sb 450 177 254 24 2 55 3 2, , , Esse valor de velocidade média de escoamento se situa dentro dos limites especificados pela norma, ou seja, 0,60 m/s < vb < 3,00 m/s. Considerando toda a tubulação com 20 mm de diâmetro, ou seja, 2,0 cm, o valor da área da sua seção transversal será A = π x R2 = π x (1,0 cm)2 = 3,14 cm2 c) Para a situação em que o valor da vazão máxima provável seria Q = 0,33 l/s, ou 330 cm3/s, o valor da velocidade média do escoamento (vc) será 93 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS v Q A cm s cm cm s m sc 330 3 14 105 1 1 05 3 2, , , Esse valor de velocidade média de escoamento se situa dentro dos limites especificados pela norma, ou seja, 0,60 m/s < vc < 3,00 m/s. d) Para a situação em que o valor da vazão máxima real seria Q = 0,45 l/s, ou 450 cm3/s, o valor da velocidade média do escoamento (vd) será v Q A cm s cm cm s m sd 450 3 14 143 24 144 3 2, , , Esse valor de velocidade média de escoamento também se situa dentro dos limites especificados pela norma, ou seja, 0,60 m/s < vd < 3,00 m/s. Como o valor da distância (d) entre a entrada e a saída do aquecedor não se altera, a proporção entre os tempos de aquecimento (∆t) pode ser obtida pela equação da velocidade (v) no movimento retilíneo uniforme. v s t t s v t s v d m s a a a 186, t s v d m s c c c 1 05, t t d m s d m s m s m s a c 186 1 05 1 05 186 0 565 56 5 100 56 5 , , , , , , , % Com base nesse resultado, é possível avaliar que, para as mesmas condições de uso, o tempo que a água ficará sendo aquecida, com a tubulação de 15 mm de diâmetro, será um pouco maior do que a metade do tempo com a tubulação de 20 mm, resultando, portanto, em uma temperatura final mais baixa para a água quente. 94 Unidade II Observação Os aquecedores a gás sempre devem ser instalados em locais com ventilação permanente e, portanto, jamais dentro de banheiros ou em locais com janelas que, ainda que eventualmente, possam ser fechadas. 5.1 Tipos de energia utilizados para o aquecimento de água Considerando as dificuldades de aumentar a produção de energia elétrica, por um lado, e a crescente demanda, por outro, a tendência atual para as novas instalações vem sendo a utilização maior de aquecedores de passagem a gás e, também, incentivos para o incremento da utilização da energia solar, cuja fonte, além de gratuita, é praticamente inesgotável. O aquecedor solar, apesar de utilizado desde a década de 1980, ainda que em pequena escala comercial, representa certa novidade tecnológica. Contudo, além da grande vantagem representada pela economia financeira a longo prazo, esse panorama vem se modificando também graças a incentivos governamentais. Em 2009, o Senado aprovou o Projeto de Lei n. 5.733 (BRASIL, 2009), dando prioridade ao uso de energias alternativas para o aquecimento de água em empreendimentos financiados pelo Sistema Financeiro de Habitação (SFH). Já em 2007, o Município de São Paulo havia promulgado a Lei n. 14.459 (BRASIL, 2007), que obriga as residências novas, principalmente em empreendimentos de interesse social, a adotarem sistemas de aquecimento solar para a produção de água quente. O funcionamento dos sistemas de aquecimento solar baseia-se em princípios simples, ilustrados na figura a seguir. Reservatório Pontos de utilização Figura 39 – Corte esquemático com aquecedor de passagem elétrico instalado próximo ao chuveiro 95 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS A água, proveniente do reservatório de água fria, entra e sai pela parte inferior do reservatório de água quente, escoa através de uma serpentina exposta ao sol e retorna a esse reservatório, pela sua parte superior, de onde sairá para abastecer os pontos de utilização. Ao escoar pela serpentina, a água é aquecida pela energia solar. Enquanto não é utilizada, a água que permanece no reservatório de água quente, denominado reservatório térmico, vai esfriando e, devido à elevação de sua densidade, vai descendo para a sua parte inferior, de onde retorna para a parte mais baixa da serpentina, provocando a recirculação que tornará a aquecê-la. Esse processo é denominado natural ou termossifão. Para que esse processo ocorra assim, de forma natural, é necessário que haja carga de pressão suficiente, provida pelo reservatório de água fria. Caso não se disponha de carga suficiente, essa recirculação pode ser forçada por meio da introdução de uma motobomba no circuito, o que representa uma redução na eficiência energética, correspondente ao gasto de energia elétrica com a bomba, além de acréscimo de custo a longo prazo, inclusive commanutenção. Para casas, essa instalação pode ser razoavelmente simples, devendo-se ter cuidado com a altura da instalação do reservatório de água fria e o traçado o mais curto e direto possível, com curvas de 45º, em vez de 90º (conforme ilustrado na figura a seguir), visando à questão da carga e das perdas de carga. RG RG RG Respiro Reservatório água fria Reservatório térmico Coletor solar RP ∆Z Figura 40 – Corte esquemático com aquecedor de passagem elétrico instalado próximo ao chuveiro 96 Unidade II Para prédios residenciais de pequeno porte, isto é, de poucos andares e com poucos apartamentos, as instalações com aquecimento solar tornam-se um pouco complexas, sobretudo quando se pretende manter a tarifação independente, ou seja, cada domicílio é responsável pelo seu consumo. Uma possível forma de instalar aquecedores solares independentes em prédios pequenos é representada esquematicamente na figura a seguir. Reserva para uso diário Reserva para hidrantes Ramais de distribuição Coletor solar e reservatório térmico Co lu na d e di st rib ui çã o Hi dr an te s Medição Figura 41 – Corte esquemático com aquecedor solar independente, em prédios de pequeno porte Os ramais de distribuição para cada apartamento, com os respectivos medidores de consumo, são separados já na laje de cobertura do prédio, onde são instalados os coletores solares e os reservatórios térmicos, também um para cada apartamento. As tubulações de abastecimento dos pontos de utilização, tanto de água quente quanto de água fria, descem independentes, também uma para cada domicílio, o que significa um custo inicial maior da instalação. 97 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS O custo adicional dessas tubulações independentes, que podem ser instaladas em dutos, conhecidos também como shafts, será parcialmente compensado pela ausência da coluna de distribuição coletiva. De qualquer forma, a análise comparativa dos custos de instalação sempre deve levar em conta que a contínua economia de energia irá perdurar por toda a vida útil do imóvel ou do equipamento. A instalação de sistemas independentes em edifícios de grande porte, ou seja, com muitos andares e muitos apartamentos, pode se tornar inviável em função do espaço disponível na laje de cobertura e das elevadas dimensões necessárias para os shafts. Nesses casos, no entanto, ainda é possível a instalação de sistemas de aquecimento solar coletivos, com colunas de distribuição também coletivas. Visando a uma tarifação justa pelo abastecimento de água quente, também é possível a instalação de dois medidores de consumo para cada apartamento, sendo um no ramal de distribuição de água fria e o outro no ramal de água quente, como ilustrado na figura a seguir. Reserva para uso diário Reserva para hidrantesReservatório térmico Coletores solares Co lu na d e di st rib ui çã o Hi dr an te s Medição Figura 42 – Corte esquemático com aquecedor solar coletivo, com medição e tarifação em separado 98 Unidade II Para atender às vazões demandadas em instalações desse tipo, é necessária a associação de coletores solares, que será definida em função de diversos fatores, tais como a temperatura média e as condições climáticas do local, do tempo de exposição e da eficiência térmica do sistema. Essas associações de painéis podem ser feitas em paralelo, como a ilustrada na figura a seguir, ou em série, representada na figura adiante, nas quais a água aquecida até certo ponto, num conjunto de painéis, segue para o início do conjunto seguinte, onde será aquecida até uma temperatura mais elevada, e prossegue para os conjuntos seguintes, para ser aquecida até a temperatura adequada à utilização. Figura 43 – Associação de painéis em paralelo Figura 44 – Associação de painéis em série Dependendo da demanda na edificação, pode ser interessante uma associação mista de painéis coletores, inicialmente em série, a seguir em paralelo, depois em série novamente, e assim sucessivamente, para que esse aquecimento gradativo possa produzir água com temperatura adequada e em quantidade suficiente para suprir toda a demanda. Na associação representada na figura adiante, três conjuntos de painéis conectados em série estão associados em paralelo, de forma que a temperatura da água fria, nas suas entradas, será elevada até um certo valor nas suas saídas. 99 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Das saídas do primeiro grupo, a água é encaminhada para as entradas do grupo seguinte e chega às saídas desses outros conjuntos em temperatura ainda mais elevada. Das saídas do segundo grupo, a água é encaminhada para as entradas do terceiro grupo, de onde devem sair em temperatura adequada para as colunas e os ramais de distribuição e para cada ponto de utilização. Figura 45 – Grupos de painéis associados em paralelo A despeito das inúmeras fórmulas, correlações e regras práticas existentes para o dimensionamento da área da superfície coletora, é importante não esquecer que o aquecimento depende diretamente da intensidade da radiação solar e, também, do tempo de exposição da água a essa radiação. A intensidade da radiação depende da localidade geográfica da instalação, das suas condições climáticas, também variáveis com as estações do ano, bem como com as horas do dia, além das outras variáveis mais aleatórias, como dias seguidos de chuva ou, pelo menos, com o céu encoberto. O tempo de exposição, por outro lado, depende basicamente do comprimento total dos dutos que constituem a serpentina nas placas coletoras e da velocidade média do escoamento da água nessa tubulação. Muito embora os comprimentos da tubulação sejam constantes para cada tipo de placa coletora, como a ilustrada na figura a seguir, a velocidade média do escoamento varia conforme as variações de vazão, que ocorrem principalmente em função da quantidade e do tipo de aparelho acionado a cada momento. Cobertura Flauta Caixa Aleta Isolamento Figura 46 – Placa coletora solar, instalada em telhado de residência 100 Unidade II O dimensionamento da área coletora, isto é, da área de exposição das placas, e do volume do reservatório térmico é feito, em geral, para um valor de vazão média correspondente a um determinado perfil de consumo. Sendo assim, é necessária a inclusão de um sistema auxiliar de aquecimento, que pode ser a gás ou elétrico, visando complementar o aquecimento solar em momentos de exceção, tanto por mau tempo e chuvas prolongadas quanto por consumo simultâneo elevado. Como a NBR 15569:2020 (ABNT, 2020) admite que esse dimensionamento seja feito por qualquer procedimento tecnicamente reconhecido, torna-se importante selecionar um fornecedor de equipamentos com reconhecida capacidade técnica, bem como respeitar as suas especificações. Um dos métodos para dimensionar os valores da área coletora e do volume a reservar tem como base a determinação do volume diário de consumo (Cd) de água quente previsto para a edificação, utilizando índices de consumo per capita (Cp), de acordo com o perfil de usuários e as características climáticas e culturais da região, e estimativas de população (P) para o tipo de edificação. O valor previsto para o volume a ser consumido será obtido por: Cd = P x Cp Quando não há dados específicos disponíveis para a região, alguns dos valores de consumo médio diário de água quente, sugeridos para alguns dos principais tipos de edificações, podem ser obtidos em ABNT/NB128, um código secundário da NBR 7198:1993 (ABNT, 1993), apresentados na tabela a seguir. Tabela 21 – Consumo médio diário de água quente em edificações usuais Edificação Consumo diário Apartamento 60 l/pessoa Residência 45 l/pessoa Hotel (sem cozinha nem lavanderia) 36 l/hóspede Hospital 125 l/leito Restaurante 12 l/refeição Lavanderia 15 l/kg de roupa seca Escola internato 45 l/pessoa Adaptada de: Abrava (2008, p. 10). Outro método para dimensionar o volume de consumo diário de água quente consiste em empregar a soma de valoresmédios de consumo nos aparelhos de utilização a serem servidos, considerando sua frequência diária de uso. 101 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Tais valores podem ser obtidos a partir dos valores mínimos e máximos de consumo de água quente nos principais pontos de utilização em instalações prediais domésticas, sugeridos pela NBR 15569:2020 (ABNT, 2020), apresentados na tabela anterior. O valor do volume de consumo total (Vc) de água quente será obtido pela soma dos valores da vazão (Qu) em cada aparelho de utilização, multiplicados por seu tempo médio de utilização (tu) do aparelho e pela sua frequência de (f) de uso diário, multiplicada, a seguir, pela quantidade de usuários da edificação (P), com a expressão VC = Σ(Qu x tu x f) x P Observação A escolha do método mais adequado para cada situação específica é parte integrante do próprio processo de dimensionamento dos sistemas de aquecimento solar, também conhecidos pela sigla SAS. Exemplo de aplicação Em uma região com grande movimento turístico e de negócios, será construído um hotel com 180 apartamentos para até 3 hóspedes e 140 apartamentos para até 2 hóspedes, cuja previsão de ocupação anual média é superior a 75%. Determine o volume de reserva de água quente necessária para esse hotel, considerando que a maior parte do consumo costuma ocorrer no início da noite e que ele não oferecerá serviços de lavanderia nem de cozinha. Solução A quantidade de hóspedes (P) que o hotel pode receber será P = 180aptos x 3hóspedes + 140 aptos x 2hóspedes = 820hóspedes Embora a previsão de ocupação anual média seja de cerca de 75% da sua capacidade, o hotel deve estar equipado para atender a todos os hóspedes nos momentos que mais interessam aos usuários, mesmo nos dias em que a sua ocupação for completa. Sendo assim, o método mais adequado é definir o valor do consumo diário (Cd) empregando o valor do consumo diário médio por pessoa (Cp), previsto na tabela anterior, multiplicado pelo valor da população (P) máxima do hotel, isto é, para o total de hóspedes que o hotel poderá receber: Cd = Cp x P = 36 l/hóspede x 820hóspedes = 29.520l ≅ 29,6 m 3 102 Unidade II A partir da definição do volume de consumo diário, é possível definir a área da superfície coletora da energia solar. Esse dimensionamento, contudo, representa a parte mais complexa do processo e, também, a parte que apresenta resultados com o menor grau de precisão. A questão da precisão começa com os dados relativos à quantidade de energia solar disponível, que é bastante variável ao longo das estações do ano; variável em relação às intempéries, às chuvas e à atmosfera nublada, bem como em relação às horas do dia. A seguir, vem a variabilidade em relação à quantidade de energia coletada, que depende tanto do tipo de coletor utilizado quanto da sua instalação, ou seja, da sua orientação em relação ao Norte, magnético ou verdadeiro, e da sua inclinação em relação ao Sol, que depende da posição da Terra, continuamente variável durante o ano, ao longo da sua trajetória em torno do Sol, ilustrada na figura a seguir. Figura 47 – Representação da trajetória da Terra em torno do Sol, com as estações do ano Observando a figura anterior, verifica-se que, de dezembro a março, o hemisfério Sul recebe a radiação solar em direção mais perpendicular à superfície, permitindo que ela penetre com maior intensidade na atmosfera, aquecendo mais essa região do planeta, caracterizando o seu verão. Durante esses mesmos meses, os raios solares atingem o hemisfério Norte em direção inclinada, o que faz com que, em grande parte, eles sejam desviados por refração na atmosfera, não chegando àquela parte de superfície do planeta, tornando-a bem mais fria, caracterizando o inverno naquela região. Índices médios anuais de radiação solar no Brasil, apresentados no Atlas de irradiação solar no Brasil (2002), elaborado pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e pelo Laboratório de Energia Solar (LABSOLAR), da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com base em imagens de satélites, são representados na figura a seguir. 103 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS COLÔMBIA VENEZUELA GUIANA SURINAME GUIANA FRANCESA Boa Vista Manaus Porto Velho Rio Branco Cuiabá Brasília Palmas Macapá Belém Teresina São Luis Fortaleza Aracajú Salvador Vitória Rio de Janeiro São Paulo Curitiba Florianópolis Porto Alegre Belo Horizonte Natal Maceió Recife João Pessoa Campo Grande Goiânia PERÚ BOLÍVIA ARGENTINA PARAGUAI URUGUAI CHILE Radiação (Wh/m2.dia) 6100 a 6300 5900 a 6100 5700 a 5900 5500 a 5700 5300 a 5700 4900 a 5300 4700 a 4900 4500 a 4700 Figura 48 – Índices de radiação solar global diária: média anual típica (Wh/m2.dia) Sendo assim, não seria correto considerar os dimensionamentos imprecisos, mas sim o grau de incertezas contidas no complexo dimensionamento das áreas de superfície coletora da energia solar necessárias. É por essas razões que se torna necessária a inclusão de um sistema auxiliar de aquecimento, que pode ser a gás ou elétrico. Para pequenas demandas de água aquecida, tais como para residências unifamiliares, é comum adotar uma taxa de 1,00 m2 de superfície coletora para 50 a 65 litros de água quente. Para instalações prediais com demanda mais elevada, é possível estimar o valor da superfície coletora de energia solar, ainda que a título de pré-dimensionamento, a partir do valor da quantidade de calor (Q), necessária para aquecer o volume de consumo diário, e da quantidade de energia disponível com a intensidade de radiação solar (I) no local da instalação. 104 Unidade II O valor da quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da massa de água (m), correspondente ao referido volume, da temperatura ambiente (θ1) até a temperatura de utilização, ou da reserva (θ2), considerando 1,0 g/cm 3 ou 1,0 kg/l o valor da densidade da água e 1,0 cal/g.ºC ou 1,0 kcal/kg.ºC o valor do calor específico (c) da água, pode ser obtido por Q = m x c x (θ2 - θ1) Com índices de radiação como os apresentados pelo atlas, lembrando que 1,0 Wh equivale a 0,860 kcal, e conhecendo o coeficiente de rendimento do aproveitamento de energia (η) dos painéis utilizados, o valor da área da superfície coletora (S) pode ser obtido pela expressão S Q I Exemplo de aplicação Com relação ao hotel apresentado no exemplo de aplicação anterior, para o qual o valor do volume de consumo diário foi definido em 29.560 litros, determine agora o valor da área da superfície coletora de energia solar que deve ser instalada, considerando os dados do local apresentados a seguir: • Intensidade média anual de radiação solar, I = 5.200 Wh/m2.dia • Temperatura ambiente média, θ1 = 22ºC • Temperatura média da reserva, θ2 = 50ºC • Rendimento do aproveitamento de energia dos painéis, η = 0,50 Solução A quantidade de energia necessária para elevar a temperatura da água será Q m c kg kcal kg C C C kca ( ) . , ( ) . 2 1 29 560 1 0 50 22 827 680 ll Considerando 1,0 Wh = 0,860 kcal, essa quantidade de energia será Q emWh kcal Wh kcal Q Wh ( ) . , , . 827 680 1 0 0 860 962 419 105 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS O valor da área da superfície coletora (S) será S Q I Wh dia Wh m dia m 962 419 5 200 0 50 370 16 2 2 . . , , Saiba mais Para aprofundar seus conhecimentos sobre o aquecimento de água para uso em edifícios utilizando a energia solar, complementado por sistemas auxiliares com gás natural, consulte: COMGÁS; ABRINSTAL. Sistemas de aquecimento de água para edifícios através da associação energia solar e gás natural: manual técnico para projeto e construção de sistemas de aquecimento solar & gás natural. mar. 2011. Disponível em: http://www.labeee.ufsc.br/sites/ default/files/manuais/Manual_Tecnico_para_Projeto_e_Construcao_ de_Sistemas_de_Aquecimento_Solar_e_Gas_Natural.pdf. Acesso em: 24 mar. 2020. Em prédios residenciais, com muitos andares emuitos apartamentos, o emprego das instalações com aquecedores de passagem a gás, que aquecem apenas a quantidade de água que está sendo utilizada em cada momento, vem se tornando mais comum, sobretudo em centros urbanos onde há redes públicas de distribuição de gás natural, ou seja, gás encanado. Esse tipo de instalação é prático e econômico para tais edifícios, pois utiliza em grande parte a própria instalação de água fria, como ilustra esquematicamente a figura a seguir. Além da redução do consumo de energia, por dispensar o aquecimento contínuo de uma grande reserva, o consumo de água quente em um domicílio não interfere no consumo dos demais e, por isso, não requer meios adicionais para medição e tarifação da utilização de cada um. 106 Unidade II Reserva para uso diário Reserva para hidrantes Ramal de distribuição VP VP VP Aq. Aq. Aq. Co lu na d e di st rib ui çã o Hi dr an te s Medição Figura 49 – Corte esquemático de instalação de água quente com aquecedor de passagem a gás Os aquecedores de passagem são assim denominados porque só entram em funcionamento quando há passagem de água no seu interior. Essa passagem, bem como o seu acionamento, ocorre automaticamente, apenas quando algum dos pontos de utilização de água quente é aberto. A água passa a circular através de uma serpentina, que envolve uma câmara de combustão, ilustradas na figura a seguir. Uma válvula abre a tubulação de gás, e o queimador é aceso graças a 107 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS uma pequena chama, denominada chama piloto, fazendo com que a água, no interior da serpentina, seja aquecida. Quando todos os pontos de utilização água quente são fechados, o escoamento para a válvula que alimenta o queimador também se fecha, ficando acesa apenas a chama piloto, que permanece durante todo o tempo ligada. Duto de exaustão Entradas de ar Câmara de combustão Serpentina Queimador Figura 50 – Corte esquemático de um aquecedor de passagem a gás Os aquecedores de passagem a gás devem, portanto, sempre ser instalados em locais que permitam uma ventilação permanente, principalmente devido a essa chama piloto constantemente acesa. Mesmo não havendo qualquer vazamento na tubulação de gás – um pressuposto imprescindível em tais instalações –, caso a chama piloto se apague por qualquer motivo, o gás que a alimenta permanecerá saindo. Se não houver ventilação permanente, ele se acumulará no ambiente, e qualquer faísca, inclusive a de um interruptor de luz elétrica sendo aceso, poderá provocar sua explosão. Em apartamentos, geralmente, essa livre circulação do ar para a parte externa da edificação só é possível nas áreas de serviço, já que os demais recintos tendem a permanecer totalmente fechados na época do inverno. Um das condições para a ventilação permanente é contar com pelo menos duas aberturas para o exterior, sendo uma inferior e outra superior, como as apresentadas na figura a seguir, que representa por completo ambas as linhas internas de distribuição, tanto de água quente quanto de água fria. 108 Unidade II Medição Exaustão Aquecedor de passagem Ventilação permanente Aq. Co lu na d e di st rib ui çã o Figura 51 – Corte esquemático de um aquecedor de passagem a gás 6 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO Assim como a água tratada, fria ou quente, deve estar sempre disponível em cada ponto de utilização, o objetivo principal das instalações prediais de esgotos é fazer com que essa mesma água, após seu uso, desocupe o aparelho de utilização e se encaminhe para um local adequado. Toda a água tratada, distribuída e utilizada foi retirada de algum ponto do ciclo hidrológico, isto é, de algum curso d’água, que pode ser um riacho, um rio ou uma represa. Em alguns lugares, há represas que são abastecidas apenas pela água proveniente do degelo natural de geleiras, que ocorre todo início de verão, como em diversas cidades do Chile e da Europa. 109 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Após a utilização, independentemente de qualquer intervenção humana, essa água retornará ao ciclo hidrológico, seja infiltrando no terreno, até encontrar o lençol freático, seja escoando pela superfície em direção a algum curso d’água, ou até mesmo por simples evaporação. Sendo assim, o objetivo real das instalações de esgoto é contribuir para que a água usada retorne ao ciclo hidrológico de modo a causar o menor dano possível à natureza, aos vegetais, aos animais e aos seres humanos. Considerando que, naturalmente, a água usada sempre escoará para os pontos mais baixos, compete ao projetista encontrar a forma mais adequada para conduzir esse movimento espontâneo. Trata-se, portanto, de típicas instalações hidráulicas constituídas por condutos livres. Ao contrário do que foi visto até este ponto, para as instalações de água fria ou quente, nas quais os condutos são necessariamente forçados, bem como o serão para as instalações de prevenção e combate a incêndio, no caso de instalações de esgoto e de águas pluviais, o escoamento será regido por outras leis e equações específicas dos escoamentos em condutos livres. Antes de tudo, convém lembrar as principais diferenças entre escoamentos em condutos livres e em condutos forçados, cujas seções transversais são ilustradas na figura a seguir. A seção transversal dos condutos forçados, obrigatoriamente, deve ser fechada, já que o escoamento ocorre com pressão interna superior à pressão externa, ou seja, à pressão atmosférica. Nos condutos livres, a pressão interna deve ser, necessariamente, igual à pressão atmosférica. Condutas forçados Pinterna > Patm Pinterna = Patm Condutos livres Figura 52 – Representação esquemática das seções transversais de conduto forçado e livre Exemplos de seções transversais, abertas ou fechadas, de diversos condutos livres, tais como rios, canais, calhas e dutos para drenagem de águas pluviais, são ilustrados na figura a seguir. 110 Unidade II Pressão atm. Pressão atm. Pressão atm. Pressão atm. Pressão atm. Figura 53 – Exemplos de seções transversais de condutos livres De um ponto de vista teórico, com condutos forçados, a água pode ser enviada para qualquer lugar, inclusive para cima, ou seja, para pontos em que a parcela de energia potencial é mais elevada, mediante a introdução de energia no sistema, por exemplo, por meio de bombas de recalque. Já com condutos livres, é possível apenas conduzir, de forma adequada, o movimento natural da água para baixo, isto é, para pontos em que o componente de energia potencial é mais baixo, sendo essa diferença de energia potencial transformada em energia cinética, por ação exclusiva da força da gravidade. Essa breve revisão conceitual é importante para definir o foco principal do dimensionamento das instalações de esgoto doméstico, que consiste, basicamente, em transportar as águas servidas para algum despejo adequado, em geral uma rede pública de coleta de esgotos. Considerando que as vazões nesses dutos são intermitentes, ora mais elevadas, ora mais baixas, o objetivo é definir a capacidade hidráulica dos dutos que devem ser utilizados, ou seja, o valor da máxima vazão que pode escoar pela sua seção transversal, sem que o escoamento se torne forçado. Sendo condutos livres, as variações do valor da área da sua seção transversal ocupada pelo escoamento, devidas às variações de vazão, esquematicamente representadas na figura a seguir, são muito maiores do que as variações do valor da sua velocidade média. O limite da ocupação dessa área equivale ao próprio valor da área da seção transversal do tubo, situação em que o movimento é denominado escoamento livre a seção plena. Vmédia Vmáx Vmáx Qmáx A A Corte longitudinal Seção transversal Seção transversal Corte longitudinal Vmédia Figura 54 – Distribuição de velocidades de escoamento em condutos livres O foco do dimensionamento, portanto, será definir uma tubulação, entre as disponíveis no mercado, que tenha capacidade hidráulica suficiente para escoar asvazões necessárias, nas respectivas condições da instalação. 111 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Nesse contexto, é interessante lembrar que o valor da vazão máxima (Qmáx) que pode escoar por um conduto livre depende da área da sua seção transversal (A) e do valor da velocidade média (v) do escoamento nessa seção, de acordo com a equação da continuidade, expressa por Qmáx = ν x A O valor da velocidade média do escoamento numa seção qualquer do conduto depende da sua declividade (i ou Sf), representada na figura a seguir, da rugosidade de suas paredes (n), que depende do material que o constitui, bem como da proporção entre a quantidade total de água escoando e a parcela que está sofrendo atrito direto das paredes, representada pelo valor do seu raio hidráulico. ∆L ∆h i S h Lf � � � � Figura 55 – Declividade (Sf) do segmento de tubulação Lembrete O valor do raio hidráulico de um conduto, que representa a proporção entre a quantidade total de líquido escoando e a parcela que está sofrendo atrito direto das paredes do conduto, é igual ao valor da área de sua seção transversal, denominada área molhada (Am), dividido pelo valor do seu perímetro, denominado perímetro molhado (pm), expresso pela relação: Rh Am pm = Exemplo de aplicação Determine os valores do raio hidráulico de um tubo de 100 mm de diâmetro, de PVC branco, para esgoto doméstico, e da declividade de um segmento instalado com caimento de 2,0%. Solução O valor da área molhada de um tubo de 100 mm de diâmetro, trabalhando a seção plena, será Am R m m 2 2 20 100 2 0 0079 , , 112 Unidade II O valor do perímetro molhado desse tubo será pm = 2 x π x R = 2 x π x 0,050m = 0,3142m Assim, o valor do raio hidráulico será Rh Am pm m m m= = =0 0079 0 3142 0 025 2, , , Para tubos com seção transversal circular, no entanto, o valor do raio hidráulico pode ser calculado de forma bem mais simples, apresentada a seguir Rh Am pm R R R m m 2 2 2 0 050 2 0 025 , , O valor da declividade de um segmento de tubo instalado com caimento de 2% será i ou Sf, % , = = =2 2 100 0 02 6.1 Definição do traçado da instalação Antes de tudo, é importante salientar que, para o sistema de coleta e tratamento de esgotos adotado no Brasil, denominado separador absoluto, as águas servidas nunca devem ser conduzidas junto com as águas pluviais. As redes públicas de coleta de esgotos e de drenagem são totalmente independentes. O traçado instalação deve começar pelos pontos de coleta da água servida dos aparelhos sanitários, dotados dos devidos desconectores, que são dispositivos que vedam o retorno dos gases do esgoto, por meio de selos hídricos ou sifões. Em seguida, os segmentos de tubulação são reunidos com outros segmentos, por conexões ou em caixas sifonadas, prosseguindo em subcoletores até as colunas ou os tubos de queda, representados, em planta e cortes, na figura a seguir. 113 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS A) Planta A B B A B) Corte A–A C) Corte B–B Figura 56 – Tubulação de esgoto de banheiros conduzida para duto Os efluentes que contêm gorduras, vindos de aparelhos sanitários como a pia da cozinha e a máquina de lavar louças, devem ser conduzidos para uma caixa de gordura, em tubulação independente, como a representada na figura a seguir. Tubos de queda Aparelhos Desconectores Figura 57 – Rede coletora de esgoto sanitário de apartamento Os efluentes que podem conter gordura apenas eventualmente e em pequenas quantidades, como os do tanque, da máquina de lavar roupas, do chão da cozinha e da área de serviço, não precisam passar pela caixa de gordura. Porém, essa passagem é permitida desde que suas vazões estejam previstas no tempo de detenção na caixa. A passagem lenta do efluente pela caixa de gordura, geralmente situada logo abaixo do pavimento térreo, faz com que gorduras, graxas e óleos sejam retidos na superfície, por diferença de densidades. 114 Unidade II Essa gordura retida na parte superior da caixa, que poderia causar obstruções na rede de coleta, deve ser periodicamente removida como resíduo sólido e enviada para o local adequado. Visando facilitar a manutenção, desentupimentos ou reparos, sobretudo em prédios com diversos andares-tipo (isto é, andares iguais), os subcoletores e a tubulação horizontal devem ser instalados abaixo das lajes de piso, ou seja, no teto do andar abaixo, podendo ser cobertos por forros de gesso ou gesso cartonado. Os tubos de queda, que recebem os subcoletores e conduzem seus efluentes até os coletores principais ou à caixa de gordura, situados abaixo do pavimento térreo, devem ser instalados em dutos verticais, também conhecidos por shafts. h VP Colunas de ventilação Desconectores Subcoletor Subcoletor (gordura) Tubos de queda Rede Coletor Para caixa de gordura Pavimento térreo Inspeção Aparelhos Figura 58 – Corte esquemático da instalação predial de esgotos sanitários 115 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS A instalação deve contar com dispositivos de inspeção, também conhecidos como curvas com inspeção ou visita, que têm a função de facilitar a inspeção, a limpeza e eventuais desobstruções da tubulação. Para evitar que os gases produzidos na rede retornem aos ambientes por excesso de pressão, bem como para que todo o sistema de coleta e transporte de esgotos permaneça funcionando como conduto livre, é necessário que a tubulação esteja ligada à atmosfera. Em edificações de pequeno porte, essa ligação pode ser feita com o simples prolongamento da parte superior do tubo de queda, com abertura livre, também denominada ventilação permanente (VP), acima da sua cobertura, como pudemos observar na figura anterior. Para edificações de médio e grande porte, isto é, com muitos andares e muitos aparelhos sanitários, é necessário um sistema de ventilação independente, constituído de tubulação, dispositivos e coluna de ventilação próprios. Os anexos C e D da NBR 8160:1999 (ABNT, 1999b) contêm, em caráter normativo, ou seja, que devem ser rigorosamente observados, modelos tanto para a verificação da suficiência de ventilação primária quanto para o dimensionamento de subsistema de ventilação secundária de instalações prediais de esgoto. 6.2 Dimensionamento: definição das vazões de projeto O primeiro passo para o dimensionamento das instalações prediais de esgoto consiste na definição dos valores de vazão máxima prevista para cada segmento da tubulação, a partir de cada aparelho sanitário. Esses valores, em geral, serão os mesmos valores de vazão de água previstos para os pontos de utilização, que podem ser obtidos na tabela “Valores de pesos atribuídos a aparelhos sanitários, em função da vazão mínima requerida”, apresentada anteriormente. Para os segmentos que recebem vazões de diversos aparelhos sanitários, os valores de vazão máxima podem ser estimados com base no método do máximo consumo possível, ou do máximo consumo provável, conforme o caso aplicável. O dimensionamento da tubulação do sistema de coleta e transporte de esgotos, desde os ramais de descarga de cada aparelho sanitário até o coletor predial, que encaminha todo o efluente para a rede pública, segundo a NBR 8160:1999 (ABNT, 1999b), pode ser feito tanto pelo método hidráulico, exposto no seu anexo B, quanto pelo método das unidades de hunter de contribuição (UHC). Em ambos os casos, para os ramais de descarga de cada aparelho, devem ser respeitados os diâmetros nominais mínimos indicados na tabela a seguir. 116 Unidade II Tabela 22 – Unidades de hunter de contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga Aparelho sanitário Número de unidades de hunter de contribuição Diâmetro nominal mínimo do ramal de descarga (mm) Bacia sanitária 6 100 Banheira de residência 2 40 Bebedouro 0,5 40 Bidê 1 40 Chuveiro De residência 2 40 Coletivo 4 40 Lavatório De residência 1 40 De uso geral 2 40 Mictório Válvula de descarga 6 75 Caixa de descarga5 50 Descarga automática 2 40 De calha (por metro) 2 50 Pia de cozinha residencial 3 50 Pia industrial Preparação 3 50 Lavagem de panelas 4 50 Tanque de lavar roupas 3 40 Máquina de lavar roupas 2 50 Máquina de lavar louças 3 50 Adaptada de: ABNT (1999b, p. 16). Dessa forma, os ramais de descarga dos principais aparelhos sanitários, como os representados na figura a seguir, que são os pontos de partida do dimensionamento de sistemas prediais de esgoto sanitário, já estão predefinidos, tornando desnecessário, portanto, o seu dimensionamento. 40 40 40 40 40 100 100 50 50 50 Figura 59 – Planta de instalação predial de esgotos sanitários, com os valores mínimos de diâmetro nominal (DN), em mm, para os ramais de descarga O método das UHC consiste, basicamente, em dimensionar cada segmento da tubulação com base na somatória das UHC correspondentes aos segmentos imediatamente a montante desse segmento. 117 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS O segmento em questão deve ter capacidade hidráulica suficiente para conduzir a soma das vazões afluentes, representadas pela soma das suas UHC, e deve ter diâmetro igual ou superior ao dos condutos afluentes. No caso de uma caixa sifonada que receba, por exemplo, os ramais de descarga de um lavatório e de um chuveiro residenciais, como a ilustrada na figura a seguir, a quantidade de UHC do lavatório é 1 e do chuveiro é 2. Assim, a quantidade de UHC considerada para a definição do subcoletor que conduz seu efluente até o ramal de descarga da bacia sanitária deve ser 3. 40 40100 100 Figura 60 – Caixa sifonada que recebe os ramais de descarga de um lavatório e de um chuveiro Para o dimensionamento de ramais de esgoto, ou seja, tubulação que reúne ramais de descarga de diversos aparelhos sanitários, a NBR 8160:1999 (ABNT, 1999b) recomenda os valores mínimos de diâmetro nominal de tubos, apresentados na tabela a seguir, em função do número máximo de UHC previsto para o segmento. Tabela 23 – Dimensionamento de ramais de esgoto Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) 40 3 50 6 75 20 100 160 Adaptada de: ABNT (1999b, p. 17). Exemplo de aplicação Defina os diâmetros mínimos para os subcoletores A e B, afluentes à caixa sifonada situada na lavanderia do apartamento representado na figura a seguir, em planta e corte, bem como para o subcoletor C, que conduz o efluente dessa caixa sifonada para o tubo de queda. 118 Unidade II A) C A B 50 50 50 40 B) Subcoletor (gordura) Figura 61 – Instalação de coleta e transporte de esgotos da cozinha e da lavanderia de um apartamento Solução O subcoletor A recebe os efluentes dos ramais de descarga da pia da cozinha e da máquina de lavar louças, cujas UHC, de acordo com a tabela “Unidades de hunter de contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga”, são 3 e 3. Sendo assim, a quantidades de UHC nesse coletor será N = 3 + 3 = 6 UHC Consultando a tabela “Dimensionamento de ramais de esgoto”, verifica-se que o tubo de 50 mm tem capacidade para até 6 UHC e, portanto, pode ser utilizado para o subcoletor A. O subcoletor B recebe os efluentes dos ramais de descarga do tanque e da máquina de lavar roupas, cujas UHC, de acordo com a tabela de UHC, são 3 e 2. 119 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Sendo assim, a quantidades de UHC nesse coletor será: N = 3 + 2 = 5 UHC Para o subcoletor B, portanto, também pode ser utilizado o tubo de 50 mm, que tem capacidade para até 6 UHC. O subcoletor C recebe os efluentes da caixa sifonada, que reúne os ramais A e B, de descarga da pia da cozinha, da máquina de lavar louças, do tanque e da máquina de lavar roupas, cuja soma das UHC será: N = 6 + 5 = 11 UHC Consultando a tabela “Dimensionamento de ramais de esgoto”, verifica-se que o tubo de 75 mm tem capacidade para até 20 UHC e, portanto, pode ser utilizado para o subcoletor C. Para os prédios mais comuns, residenciais ou de escritórios, com dutos verticais situados próximos aos ambientes sanitários, isto é, banheiros, lavanderia e cozinha, os subcoletores, que conduzem aos tubos de queda, podem ser os próprios ramais de descarga das bacias sanitárias, como os representados na figura a seguir. Desconectores Aparelhos Subcoletor Subcoletor (gordura) Tubos de queda Figura 62 – Instalação de coleta e transporte de esgotos da cozinha e da lavanderia de um apartamento Como esses ramais de descarga devem ter diâmetro mínimo de 100 mm, que têm capacidade para até 160 UHC, segundo a tabela “Dimensionamento de ramais de esgoto”, e considerando os resultados 120 Unidade II encontrados no exemplo de aplicação anterior, verifica-se que, nesse tipo de instalação, dificilmente ocorrerá alguma situação em que subcoletores com diâmetro maior do que 100 mm serão necessários. Contudo, para instalações sanitárias coletivas, nas quais diversos aparelhos semelhantes normalmente são utilizados ao mesmo tempo, tais como vestiários, a quantidade de UHC supera bastante os valores das instalações residenciais. Valores de capacidade hidráulica, ou de vazão máxima admitida, mais elevados para os principais tubos utilizados em sistemas de instalações prediais de esgoto, como condutos livres, já foram calculadas para diversas declividades, visando ao dimensionamento de subcoletores e coletor predial. Tais valores são apresentados em termos de quantidade máxima de UHC na tabela a seguir. Tabela 24 – Dimensionamento de subcoletores e coletor predial Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição em função da declividade do tubo (em %) 0,5 1 2 3 100 - 180 216 250 150 - 700 840 1.000 200 1.400 1.600 1.920 2.300 250 2.500 2.900 3.500 4.200 300 3.900 4.600 5.600 6.700 400 7.000 8.300 10.000 12.000 Adaptada de: ABNT (1999b, p. 18). Exemplo de aplicação A figura a seguir representa, em planta e corte, o sistema de transporte e coleta de esgotos de um vestiário que será construído em um clube esportivo. Considerando que o valor da máxima declividade possível para a instalação do subcoletor será equivalente a 1%, determine os diâmetros mínimos de tubulação para os ramais de descarga e para cada segmento do subcoletor, do ponto A até o ponto I. A B C D E F G H I Figura 63 – Instalação de coleta e transporte de esgotos do vestiário do clube 121 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Solução Os valores das quantidades de UHC e dos diâmetros mínimos para os ramais de descarga dos aparelhos sanitários são obtidos na tabela “Unidades de hunter de contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga”, parcialmente repetida a seguir: Aparelho sanitário Número de unidades de hunter de contribuição Diâmetro nominal mínimo do ramal de descarga (mm) Bacia sanitária 6 100 Chuveiro De residência 2 40 Coletivo 4 40 Lavatório De residência 1 40 De uso geral 2 40 Para definir diâmetros mínimos para os segmentos de subcoletor, é necessário determinar a soma de quantidades de UHC que ele receberá. Consultando a tabela “Dimensionamento de ramais de esgoto”, repetida a seguir, é possível encontrar o valor mínimo do diâmetro necessário para o segmento, em função da quantidade de UHC afluente. Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de unidades de hunter de contribuição (UHC) 40 3 50 6 75 20 100 160 Observado a figura anterior, verifica-se que o segmento A-B receberá apenas dois ramais de descarga de chuveiro coletivo, cujo número de UHC é 4, totalizando N = 4 + 4 = 8 UHC Essa quantidade de UHC, de acordo com o excerto de tabela anterior, pode ser transportada em um tubo de 75 mm de diâmetro. Para a vazão no segmento B-C, haverá o acréscimo de outro ramal de descarga de chuveiro coletivo, e a soma das UHC será N = 8 + 4 = 12 UHC O tubo de 75 mm de diâmetro, que tem capacidadepara até 20 UHC, pode ser utilizado nesse segmento e, também, nos segmentos C-D e D-E, pois, com o acréscimo de mais dois ramais de descarga de chuveiro coletivo, a soma das contribuições de montante totalizará 20 UHC. 122 Unidade II No ponto E, chega o ramal de descarga de uma bacia sanitária, que, de acordo com a tabela “Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga”, representa uma contribuição de 6 UHC, tornando o valor da soma de montante igual a 26 UHC. A partir desse ponto, o diâmetro do subcoletor deve passar para 100 mm por dois motivos: primeiro, porque o diâmetro de qualquer segmento de tubulação de esgoto deve sempre ser maior ou igual ao do maior diâmetro da tubulação a montante, e o diâmetro mínimo para ramais de descarga de bacia sanitária é de 100 mm; segundo, porque 26 UHC superam a capacidade hidráulica do tubo de 75 mm. Considerando os valores indicados na tabela “Dimensionamento de subcoletores e coletor predial”, parcialmente repetida a seguir, verifica-se que um tubo com diâmetro nominal de 100 mm, instalado com uma declividade equivalente a 1%, terá capacidade para até 180 UHC. Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição em função da declividade do tubo (em %) 0,5 1 2 3 100 - 180 216 250 150 - 700 840 1.000 200 1.400 1.600 1.920 2.300 Observando a planta do restante desse subcoletor, até o ponto I, verifica-se que a soma das contribuições, incluindo os ramais de descarga dos demais aparelhos sanitários, será N = 26 + 6 + 2 + 2 + 2 = 38 UHC O ponto A recebe os efluentes dos ramais de descarga da pia da cozinha e da máquina de lavar louças, cujas UHC, de acordo com a tabela “Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga”, são 3 e 3. Sendo assim, o tubo de 100 mm suporta com folga a quantidade de UHC que esse subcoletor deverá transportar. A instalação pode, então, ser definida com os diâmetros representados na figura a seguir. 100 100100 40 40 40 4040 4040 40 A 75 B C Figura 64 – Traçado e diâmetros definidos para a instalação de coleta e transporte de esgotos do vestiário do clube esportivo Após as definições dos subcoletores, o passo seguinte consiste em definir o diâmetro dos tubos de queda, que podem ser dimensionados pela soma das UHC, correspondentes às contribuições de todos os coletores ou ramais de descarga afluentes, comparada com as capacidades indicadas na tabela a seguir. 123 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Tabela 25 – Dimensionamento de tubos de queda de esgoto Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de unidades de hunter de contribuição (UHC) Prédios de até 3 pavimentos Prédios com mais de 3 pavimentos 40 4 8 50 10 24 75 30 70 100 240 500 150 960 1.900 200 2.200 3.600 250 3.800 5.600 300 6.000 8.400 Adaptada de: ABNT (1999b, p. 18). Muito embora a situação ideal para o tubo de queda seja uma descida vertical, em algumas instalações pode ocorrer a necessidade de desvios. Se a declividade de tais desvios for superior a 45º, eles podem manter o mesmo dimensionamento, ou seja, com base nos valores da tabela “Dimensionamento de tubos de queda de esgoto”. Quando o desvio tiver baixa declividade, a parte do tubo de queda situada acima do desvio deve ser dimensionada normalmente, com a soma das UHC contribuintes para ela e com os valores da tabela mencionada anteriormente. Em seguida, o segmento do desvio deverá ser dimensionado para essa mesma quantidade de UHC, calculada para a parte superior, comparada com os valores da tabela “Dimensionamento de subcoletores e coletor predial”, conforme a sua declividade. A outra parte vertical do tubo de queda, situada abaixo do desvio, pode ser dimensionada da mesma forma que a parte anterior, com a soma das UHC que nela serão descarregadas e com os valores da tabela “Dimensionamento de tubos de queda de esgoto”. Porém, o valor do diâmetro adotado nessa segunda parte não pode ser inferior ao diâmetro adotado para o trecho do desvio. Essas situações, ainda que devam ser evitadas, podem ocorrem, por exemplo, em certos prédios projetados para múltiplos propósitos, nos quais alguns andares são destinados a escritórios, outros a hotelaria e outros a residências. Nesses casos, os diversos grupos de andares terão plantas-tipo diferentes e, por isso, dutos verticais, ou shafts, em localizações diferentes. É necessário, no entanto, que o projeto de arquitetura preveja dutos não muito distantes, para que o espaço ocupado pelo diâmetro, pela declividade e pelas conexões necessárias no trecho de desvio não seja demasiadamente elevado. 124 Unidade II Em alguns edifícios atuais, essa situação tem sido resolvida com a inclusão de andares técnicos intermediários entre os diferentes grupos de andares-tipo, em geral com pé direito mais baixo e acesso apenas para o pessoal de manutenção. Exemplo de aplicação Defina os valores dos diâmetros dos tubos de queda para o esgoto proveniente dos aparelhos sanitários representados na figura a seguir, em planta e cortes, para um edifício residencial com 16 andares-tipo. A) Tubos de queda Desconectores Aparelhos B) Tubos de queda Desconectores Subcoletor Subcoletor (gordura) Aparelhos Figura 65 – Instalação de descarga e tubos de queda de esgotos de um prédio residencial Solução A somatória das quantidades de UHC das descargas correspondentes aos aparelhos sanitários de cada andar-tipo pode ser obtida com base nos valores especificados na tabela “Unidades de Hunter 125 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS de Contribuição (UHC) de aparelhos sanitários e diâmetro mínimo dos ramais de descarga”, parcialmente repetida a seguir. Aparelho sanitário Número de unidades de hunter de contribuição Diâmetro nominal mínimo do ramal de descarga (mm) Bacia sanitária 6 100 Chuveiro De residência 2 40 Coletivo 4 40 Lavatório De residência 1 40 De uso geral 2 40 Pia de cozinha residencial 3 50 Tanque de lavar roupas 3 40 Máquina de lavar roupas 2 50 Máquina de lavar louças 3 50 Cada um dos dois banheiros dispõe de uma bacia sanitária, um chuveiro e um lavatório. A somatória das quantidades de UHC para esse tubo de queda, de cada andar-tipo, será N = 2 x (6 + 2 + 1) = 18 UHC Considerando que o edifício terá 16 andares-tipo, o valor da contribuição total será N = 16 andares x 18 UHC/andar = 288 UHC Consultando a tabela “Dimensionamento de tubos de queda de esgoto”, parcialmente repetida a seguir, verifica-se que um tubo de queda de 100 mm de diâmetro nominal, com capacidade para até 500 UHC, pode transportar todo o esgoto proveniente desses banheiros. Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de unidades de hunter de contribuição (UHC) Prédios de até 3 pavimentos Prédios com mais de 3 pavimentos 40 4 8 50 10 24 75 30 70 100 240 500 Visando a um custo menor de instalação, é possível considerar o emprego de um tubo de 75 mm, com capacidade para até 70 UHC, para os andares mais altos e, em seguida, um tubo de 100 mm para os demais andares. Contudo, considerando que o subcoletor de cada banheiro já tem 100 mm de diâmetro nominal, devido à descarga da bacia sanitária, seria necessário incluir reduções de 100 mm x 75 mm na 126 Unidade II tubulação vertical, o que pode compensar ou pelo menos reduzir bastante o valor da economia com o tubo de menor diâmetro. Para o tubo de queda que, nesse prédio, conduzirá as descargas da pia da cozinha, da máquina de lavar louças, do tanque e da máquina de lavar roupas para a caixa de gordura, a soma das quantidades de UHC, de cada andar-tipo, será N = 3 + 3 + 3 + 2 = 11 UHC Considerando que o edifício terá 16 andares-tipo, o valor da contribuição total será N = 16 andares x 11 UHC/andar = 176 UHC Nesse caso, considerando que o subcoletor terá diâmetro nominal de 75 mm, com capacidade para até 20 UHC, suficiente para as 11 UHC correspondentes aos aparelhosde cada andar, o tubo de queda pode ser definido da forma a seguir: Diâmetro de 75 mm para os 6 andares mais altos, totalizando 66 UHC, inferior à capacidade para 70 UHC, indicada na tabela “Dimensionamento de tubos de queda de esgoto”. Diâmetro de 100 mm para os 10 andares mais baixos, cuja capacidade para até 500 UHC é superior ao total de 176 UHC a serem transportadas. Após o dimensionamento de todos os tubos de queda da edificação, é possível dimensionar o coletor predial, que reúne todo o esgoto predial, inclusive aquele que deve passar pela caixa de gordura, e o transporta até a ligação com a rede pública. Esse dimensionamento consiste, basicamente, em comparar o valor da soma das UHC a serem transportadas com os valores de capacidade máxima dos tubos disponíveis, já apresentados na tabela “Dimensionamento de subcoletores e coletor predial”. A definição dos diâmetros nominais a serem adotados requer especial cuidado com a geometria do traçado do coletor, já que, por ser instalado logo abaixo da laje de piso do pavimento térreo, em geral esse coletor segue uma direção muito próxima à horizontal, ou seja, trata-se de um conduto livre com baixa declividade. Observando a tabela “Dimensionamento de subcoletores e coletor predial”, parcialmente repetida a seguir, é possível verificar o quanto a declividade interfere na capacidade máxima dos condutos livres. 127 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de unidades de hunter de contribuição em função da declividade do tubo (em %) 0,5 1 2 3 100 - 180 216 250 150 - 700 840 1.000 200 1.400 1.600 1.920 2.300 Uma redução de 2 cm para 1 cm de desnível por metro de tubulação de 100 mm de diâmetro nominal, por exemplo, acarreta uma redução de cerca de 17% na sua capacidade hidráulica, expressa pelo número máximo de UHC. Considerando como 100% o valor máximo de UHC para inclinação de 2%, a porcentagem correspondente ao valor máximo de UHC para inclinação de 1% seria: x UHC UHC x 100 180 216 180 100 216 83 3 % % , % Cada edifício terá diversos dutos com tubos de queda, como o representado esquematicamente na figura a seguir, alguns situados longe da frente do lote e, portanto, longe da saída para a rede pública. Rede Coletor Para caixa de gordura Inspeção Pavimento térreo Tubos de queda Figura 66 – Instalação de coletor predial de esgotos, abaixo do pavimento térreo dos prédios 128 Unidade II Sendo assim, tanto no projeto quanto na instalação do coletor predial, pequenas diferenças entre os níveis considerados e os níveis executados, seja para algum dos pontos de conexão com tubos de queda, seja para algum dos pontos de descarga em caixas de inspeção, podem acarretar significativas reduções na capacidade hidráulica do coletor. Exemplo de aplicação Defina o valor do diâmetro para o coletor predial do edifício residencial com 16 andares-tipo, estudado no exemplo de aplicação anterior, considerando que o tubo de queda para o esgoto proveniente dos aparelhos sanitários esteja localizado a 24,60 m da caixa de inspeção onde se situa a saída para a rede pública. Considere que a diferença entre os níveis do fundo da conexão do coletor com o tubo de queda e do fundo da sua saída para a caixa de inspeção frontal, de onde o esgoto sairá para a rede pública, pode ser de, no máximo, 50 cm. Considere que o efluente da caixa de gordura seguirá direto para a última caixa de inspeção e que, dessa forma, o valor da contribuição total de esgoto sanitário será aquele já calculado, ou seja, N = 288 UHC. Solução O valor da capacidade hidráulica do conduto depende do diâmetro nominal do tubo e, também, da declividade da sua instalação. Nas condições desse edifício, para uma extensão (L) de 24,60 m, o máximo desnível (∆h) possível será de 0,50 m. Sendo assim, a declividade do coletor será S h L m mf 0 50 24 60 0 02 2 , , , % Consultando a tabela “Dimensionamento de subcoletores e coletor predial”, parcialmente repetida a seguir, é possível verificar que o menor tubo com capacidade suficiente para 288 UHC, com declividade de 2%, é o tubo com diâmetro nominal DN 150 mm. Diâmetro nominal do tubo (DN em mm) Número máximo de unidades de hunter de contribuição em função da declividade do tubo (em %) 0,5 1 2 3 100 - 180 216 250 150 - 700 840 1.000 129 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS O dimensionamento das caixas de gordura deve ser feito, basicamente, em função da vazão das pias de cozinha. A NBR 8160:1999 (ABNT, 1999b) especifica quatro tipos de caixas de gordura, relacionados a seguir: • Caixa de gordura pequena (CGP), para a coleta de apenas 1 pia de cozinha. • Caixa de gordura simples (CGS), para a coleta de até 2 pias de cozinha. • Caixa de gordura dupla (CGD), para a coleta de 3 até 12 pias de cozinha. • Caixas de gordura especiais (CGE), para a coleta de mais de 12 pias de cozinha residencial ou pias de cozinha de restaurantes, de escolas, de hospitais, de quartéis etc. As caixas de gordura dos tipos pequena (CGP), simples (CGS) ou dupla (CGD), que podem ser pré-fabricadas e encontradas em lojas de materiais de construção, são padronizadas, conforme as especificações apresentadas na tabela a seguir. Tabela 26 – Especificações de caixas de gordura padronizadas Tipo Capacidade de retenção Diâmetro interno Altura submersa do septo Diâmetro nominal da tubulação de saída CGP 18 L 0,30 m 0,20 m DN 75 CGS 31 L 0,40 m 0,20 m DN 75 CGD 120 L 0,60 m 0,35 m DN 100 Adaptada de: ABNT (1999b, p. 18-19). Já para caixas de gordura especiais (CGE), o dimensionamento e a construção devem ser específicos para cada caso, em função do número de pessoas (N) que serão servidas pelas cozinhas que contribuirão para a caixa. O volume da caixa de gordura necessária, em litros, será obtido por V = 2 x N + 20 As demais dimensões são: • Distância mínima entre o septo e a saída: 0,20 m. • Altura molhada: 0,60 m. • Parte submersa do septo: 0,40 m. • Diâmetro nominal mínimo da tubulação de saída: DN 100. 130 Unidade II 7 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUAS PLUVIAIS As instalações prediais de águas pluviais destinam-se à coleta e ao transporte adequado até a rede pública das águas provenientes das chuvas que atingirem as diversas dependências da edificação, tais como coberturas, terraços e quintais. Convém salientar que, nos locais em que há rede pública de coleta, as águas pluviais coletadas na edificação devem ser conduzidas exclusivamente para o primeiro elemento de captação da rede pública, que é a sarjeta. Além disso, as águas pluviais em hipótese alguma podem ser conduzidas, no todo ou em parte, para os sistemas de coleta de esgotos. O ponto de partida para o dimensionamento e para as demais instalações prediais é a definição das vazões de projeto, ou seja, dos valores das vazões máximas previstas, em decorrência das precipitações que podem atingir as diversas dependências da edificação. Depois de definir o valor da vazão máxima prevista para a região, é possível determinar os condutos que têm capacidade hidráulica suficiente para conduzir tal vazão, nas condições de sua instalação. A condução das águas pluviais dos pontos mais altos até um ponto mais baixo de descarga na rede pública deve ser natural e espontânea, raramente ocupando toda a seção transversal dos condutos. Trata-se, portanto, de uma instalação hidráulica predial constituída por condutos livres. A capacidade hidráulica de um trecho de conduto livre é definida pelo valor da área da sua seção transversal (A) multiplicado pelo valor da velocidade média (v) do escoamento nessa seção. Como a velocidade média depende diretamente da declividade do conduto, a primeira etapa do dimensionamento consiste em traçar o melhor percurso possível entre a coleta e a descarga na rede pública. 7.1 Definição das vazões de projeto A definição da vazão de projeto para cada segmento da instalação predial de drenagem de águas pluviais é realizada com baseno método racional, em que a previsão de vazão máxima (Q) é obtida apenas em função de um coeficiente de escoamento superficial (C), do valor da máxima intensidade de precipitação (I) prevista para a região, para um certo período de recorrência, e do valor da área de contribuição (A) para o referido conduto, por meio da expressão: Q = C x I x A Considerando que a função principal da cobertura das edificações é não permitir qualquer infiltração de águas pluviais, o valor do seu coeficiente de escoamento superficial, também conhecido como Coeficiente de Runoff, deve ser C = 1. O valor da máxima intensidade de precipitação (I) prevista para a região, para o período de recorrência definido para o projeto, pode ser obtido na tabela apresentada no Anexo 5 da NBR 10844:1989 (ABNT, 1989), parcialmente reproduzida a seguir. 131 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Tabela 27 – Chuvas intensas no Brasil (duração - 5 minutos) Local Intensidade pluviométrica (mm/h) Período de retorno (anos) 1 5 25 Alegrete/RS 174 230 313 Aracajú/SE 116 122 126 Avaré/SP 115 144 170 Barbacena/MG 156 222 265 Barra do Corda/MA 120 128 152 Bauru/SP 110 120 148 Belém/PA 138 157 185 Belo Horizonte/MG 132 227 230 Blumenau/SC 120 125 152 Cabo Frio/RJ 113 146 218 Cuiabá/MT 144 190 230 Curitiba/PR 132 204 228 Goiânia/GO 120 178 192 Maceió/AL 102 122 174 Petrópolis/RJ 120 126 156 Rio de Janeiro (Jardim Botânico) 122 167 227 Rio de Janeiro (Jacarepaguá) 120 142 152 São Paulo (Congonhas) 122 132 - São Paulo (Mirante Santana) 122 172 191 Vitória/ES 102 156 210 Adaptada de: ABNT (1989, p. 11-12). Para locais que não constam da tabela anterior, os índices adotados podem ser referentes a outros postos com condições meteorológicas semelhantes. Com relação ao período de retorno (T) a ser adotado, para a determinação da máxima intensidade de precipitação, a norma estabelece, como mínimo, o critério descrito a seguir: • Para as áreas pavimentadas onde empoçamentos eventuais possam ser tolerados, T = 1 ano. • Para algumas coberturas e terraços, T = 5 anos. • Para coberturas e áreas onde empoçamentos ou extravasamento nunca possam ser tolerados, T = 25 anos. Dados mais específicos para outras durações de precipitação ou para períodos de recorrência diferentes também podem ser obtidos em outras tabelas, tais como a apresentada a seguir, adaptada de Nelson L. de Sousa Pinto. 132 Unidade II Tabela 28 – Alturas pluviométricas máximas em função da duração, para diversos período de recorrência Altura pluviométrica em mm Posto Período de recorrência 10 anos 25 anos 50 anos Duração (minutos) Duração (minutos) Duração (minutos) 15 30 60 90 15 30 60 90 15 30 60 90 Sta. Vitória do Palmar 33 42 67 90 40 53 91 124 46 63 116 161 Rio Grande 33 48 66 79 40 61 88 102 47 74 108 128 Bagé 28 36 49 66 34 44 60 84 38 50 70 100 Porto Alegre 31 42 50 70 38 53 64 93 44 64 77 115 Uruguaiana 35 47 60 75 41 56 70 90 47 64 80 102 Caxias do Sul 34 41 56 68 37 51 71 87 43 60 86 105 Florianópolis 30 49 75 93 36 62 101 128 41 74 129 160 Blumenau 31 50 72 80 37 65 97 106 42 79 121 131 Curitiba 36 50 67 71 44 63 85 93 51 74 98 72 Santos 39 63 95 119 48 83 129 159 58 101 162 200 São Paulo 34 39 46 51 41 52 54 59 49 50 60 66 Ubatuba 40 60 76 119 52 78 90 142 66 96 100 168 Taubaté 29 49 60 68 35 365 78 83 40 80 94 98 Bauru 34 54 66 77 42 70 87 98 49 85 108 120 Niterói 34 50 65 88 42 64 83 118 48 76 100 142 Petrópolis 34 50 83 102 41 62 108 138 45 70 133 169 Volta Redonda 39 58 75 85 47 71 93 108 54 73 110 129 Vitória 30 41 58 80 36 50 70 100 42 58 80 119 Belo Horizonte 38 53 53 64 48 69 79 89 57 83 92 102 Goiânia 39 54 76 95 48 66 92 121 56 76 109 148 Cuiabá 36 55 68 80 42 64 81 93 48 73 92 102 Adaptada de: Pinto et al. (1976). Os valores apresentados nesse tipo de tabela são as previsões de máximas alturas pluviométricas (P), estimadas para diferentes durações (D) de precipitações, para diversos períodos de recorrência. O valor da intensidade de precipitação (I) máxima para o período de retorno adotado, a ser utilizado na fórmula do método racional, deve ser calculado empregando-se a própria expressão que define a intensidade, ou seja: I P D = Para as edificações com área de projeção horizontal de até 100 m2, é permitido adotar uma intensidade de precipitação de 150 mm/h, desde que não se trate de regiões especiais onde, claramente, as precipitações possam atingir intensidades superiores a esse valor. 133 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS Exemplo de aplicação Considerando um período de recorrência de 50 anos, determine o valor da maior intensidade de precipitação prevista para as cidades de Niterói, Vitória e Belo Horizonte. Solução Para um período de retorno de retorno de 50 anos, pode-se utilizar a tabela anterior parcialmente repetida a seguir: Altura pluviométrica em mm Posto Período de recorrência 10 anos 25 anos 50 anos Duração (minutos) Duração (minutos) Duração (minutos) 15 30 60 90 15 30 60 90 15 30 60 90 Niterói 34 50 65 88 42 64 83 118 48 76 100 142 Vitória 30 41 58 80 36 50 70 100 42 58 80 119 Belo Horizonte 38 53 53 64 48 69 79 89 57 83 92 102 Para a cidade de Niterói, os valores das máximas intensidades previstas para cada duração indicada nessa tabela são Duração de 15 minutos, P = 48 mm, I P D mm mm= = =48 15 3 20 min , min Duração de 30 minutos, P = 76 mm, I P D mm mm= = =76 30 2 53 min , min Duração de 60 minutos, P = 100 mm, I P D mm mm= = =100 60 167 min , min Duração de 90 minutos, P = 142 mm, I P D mm mm= = =142 90 157 min , min Sendo assim, o valor da maior intensidade de precipitação prevista para a cidade de Niterói, para o período de retorno de 50 anos, é I = 3,20 mm/min 134 Unidade II Para a cidade de Vitória, os valores das máximas intensidades previstas para cada duração indicada na tabela são Duração de 15 minutos, P = 42 mm, I P D mm mm= = =42 15 2 80 min , min Duração de 30 minutos, P = 58 mm, I P D mm mm= = =58 30 193 min , min Duração de 60 minutos, P = 80 mm, I P D mm mm= = =80 60 133 min , min Duração de 90 minutos, P = 119 mm, I P D mm mm= = =119 90 132 min , min O valor da maior intensidade de precipitação prevista para a cidade de Vitória, para o período de retorno de 50 anos, é: I = 2,80 mm/min Para a cidade de Belo Horizonte, os valores das máximas intensidades previstas para cada duração indicada nessa tabela são Duração de 15 minutos, P = 57 mm, I P D mm mm= = =57 15 3 80 min , min Duração de 30 minutos, P = 83 mm, I P D mm mm= = =83 30 2 77 min , min Duração de 60 minutos, P = 92 mm, I P D mm mm= = =92 60 153 min , min Duração de 90 minutos, P = 102 mm, I P D mm mm= = =102 90 113 min , min 135 INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDRÁULICAS O valor da maior intensidade de precipitação prevista para a cidade de Belo Horizonte, para o período de retorno de 50 anos, é: I = 3,80 mm/min Observação É interessante notar que, no exemplo de aplicação anterior, o valor da maior intensidade prevista para as três cidades corresponde à precipitação com menor duração entre as indicadas na tabela, ou seja, de 15 minutos. Contudo, para a maioria da regiões, quase como regra geral, a intensidade de precipitação é inversamente proporcional à duração, ou seja, as chuvas mais intensas são chuvas de curta duração. A determinação do valor da área de contribuição para a vazão em cada conduto, que é o terceiro componente da fórmula do método racional, depende basicamente do tipo de cobertura e dos aspectos geométricos do projeto arquitetônico, ilustrados na figura a seguir: Figura 67 – Áreas de contribuição para os coletores das instalações prediais de águas pluviais Os tipos de coberturas mais utilizados são constituídos de telhados ou de lajes impermeabilizadas. Em cada caso, a forma de coleta das águas pluviais define a figura geométrica que constitui a área de contribuição e o valor que corresponderá a cada conduto. Para as coberturas com telhados, o primeiro componente
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