Aula 5_Hidráulica Aplicada - Sistemas de Adução

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UNIDADE II – AULA 5: HIDRÁULICA APLICADA
SISTEMAS DE ADUÇÃO
1. CONCEITO DE ADUTORAS:
Adutoras são canalizações ou canais abertos que conduzem a água para as
unidades que precedem a rede de distribuição, conforme a ilustração da figura
abaixo.
SISTEMAS DE ADUÇÃO
❑ A utilização de sistemas elevatórios de água remonta à antigüidade e atende
aos mais diversos propósitos, sejam domiciliares, industriais ou agrícolas.
❑ Em relação ao último, a principal aplicação está no suprimento de sistemas de
irrigação e, nesse caso, a análise econômica assume grande importância, pois
o capital empregado é freqüentemente expressivo e os custos anuais podem
viabilizar ou não as atividades produtivas que os utilizam.
SISTEMAS DE ADUÇÃO
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
As adutoras podem ser classificadas quanto à natureza da água transportada e
quanto à energia para a movimentação da água.
❑ Quanto à natureza da água transportada:
✓ Adutoras de água bruta: transportam água sem tratamento (da captação até
a Estação de tratamento de água - ETA).
✓ Adutoras de água tratada: transportam a água tratada (da ETA ate os
reservatórios).
❑ Quanto à energia para a movimentação da água:
✓ Adutora por gravidade: são aquelas que transportam a água de uma cota
mais elevada para uma cota mais baixa aproveitando o desnível existente
(energia hidráulica).
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
Adutora por gravidade
▪ Adutora por gravidade em conduto livre: é quando a linha piezométrica
coincide com o nível da água no conduto. Nessa situação a água escoa sempre
em declive mantendo uma superfície livre sob o efeito da pressão atmosférica.
▪ Adutora por gravidade em conduto forçado: A pressão interna
permanentemente superior à pressão atmosférica permite à água mover-se,
quer em sentido descendente quer em sentido ascendente, graças à existência
de uma carga hidráulica, como mostra a figura.
Adutora por gravidade
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
✓ Adutora por recalque: quando, por exemplo, o local da captação estiver em
um nível inferior, que não possibilite a adução por gravidade, é necessário o
emprego de equipamento de recalque, ou seja, conjunto moto-bomba e
acessórios, como mostra a figura. O sistema de adução é composto por
condutos forçados. A adução pode ser feita por recalque simples ou recalque
duplo (booster).
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
Adutora por recalque
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
Adutora por recalque
2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
3. DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
❑ Adutoras por gravidade:
Consiste na determinação das seguintes variáveis de projeto:
1. Material da tubulação
2. Vazão de adução
3. Comprimento da adutora
4. Diâmetro da adutora
5. Declividade disponível
6. Perda de carga
❑ Adutoras por Recalque:
Ao se verificar a equação que fornece a potência dos conjuntos elevatórios,
observa-se que o dimensionamentodas linhas de recalque constitui-se em um
problema hidraulicamente indeterminado, ou seja; há uma infinidade de pares
diâmetro-potência que satisfazem uma determinada necessidade de vazão.
3. DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
❑ VARIÁVEIS DE DIMENSIONAMENTO PARA ADUTORAS POR RECALQUE
1. Material da tubulação
2. Vazão de adução
3. Comprimento da adutora
4. Diâmetro da adutora
5. Declividade disponível
6. Perda de carga
7. Potência do conjunto moto-bomba
❑ ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS (EE): São instalações de bombeamento
destinadas a transportar a água a pontos mais distantes ou mais elevados, ou
para aumentar a vazão de linhas adutoras. As estações elevatórias são mais
utilizadas nos sistemas de abastecimento de água para:
▪ Captar a água de superfície ou de poço;
▪ A recalcar a água a pontos distantes ou elevados;
▪ A reforçar a capacidade de adução.
4. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS ABERTOS
❑ DIMENSIONAMENTO DE UM CANAL TRAPEZOIDAL
Para o dimensionamento de um canal trapezoidal ilustrado na figura, opta-se
pela utilização do Método de Manning.
4. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS
❑ Método de Manning
Para o dimensionamento do canal tem-se as seguintes considerações:
• Admite-se que o escoamento está em regime permanente;
• Q e v constantes no tempo, uniforme e constantes ao longo do canal;
• A pressão exercida sobre a superfície líquida é a pressão atmosférica.
As variáveis de projeto são:
• A área molhada: Am = (b+z.h).h
• O perímetro molhado: Pm = b + 2h.(1+z²)
• Raio hidráulico: RH = Am/Pm
• Intensidade da chuva na região:
• Vazão do canal (Método de Manning): Q = 1/n.(RH)
3/4.I. Am
I =
𝐾. (𝑇𝑟)𝑎
(𝑡 + 𝑏)𝑐
Equação – Curva IDF
❑ Método de Manning
• Coeficiente de Manning: n (considerar que o canal será de concreto)
• Rugosidade do canal: Ks = 1/n
• Velocidade da água: V = 1/n . (RH)
2/3. S1/2
• Perda de carga: H = f.(L/DH). (v²/2g),
• onde: DH = dâmetro hidráulico → DH = 4.RH
DIMENSIONAMENTO DE UM CANAL FECHADO OU DUTO
Para o dimensionamento de um canal fechado na figura, opta-se pela
utilização do Método Racional.
Para o dimensionamento do canal, as variáveis de projeto serão:
• Vazão do canal (Método Racional): Q = I.C.A
• Perda de carga: J = 10,65.Q1,85 . C-1,85.D-4,87
• Intensidade da chuva na região:
5. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS
I =
𝐾. (𝑇𝑟)𝑎
(𝑡 + 𝑏)𝑐
Equação – Curva IDF
❑ Q = vazão [m³/s ou l/s];
❑ I = intensidade de precipiatação [mm/h]
❑ Tr = Tempo de recorrência ou retorno [ em anos];
❑ Tc = Tempo de concentração ou duração da chuva [min]
❑ A = Área da bacia hidrográfica [m² ou km²]
❑ C = Coeficiente do escoamento superficial
✓ Tempo de recorrência: é o tempo comumente associados a um período de
retorno de eventos como chuvas, enchentes, secas, terremotos, furacões, entre
outros. Este parâmetro tem grande utilidade para análises de risco e
dimensionamento de obras de engenharia, geralmente com o objetivo de
minimizar os efeitos prejudiciais de certo fenômeno natural.
J = 10,65.Q1,85 . C-1,85.D-4,87
Em um sistema de abastecimento de água, um adutora (C = 120,  = 0,1mm) interliga dois
reservatórios(figura), deverá transportar uma vazão de 180 l/s. Sabendo-se que o comprimento
da adutora 5350 m e os níveis médios de água nesses reservatórios correspondem as cotas
altimétricas de 576,25 m e 552,69m. Determinar:
a) O diâmetro da adutora.
b) A vazão máxima e a sua velocidade.
c) A perda de carga no sistema.
Observação: o material da adutora é de ferro dúctil, com revestimento de argamassa de
cimento. Desprezar as perdas de carga localizadas.
APLICAÇÕES
RESPOSTAS:
C = 120
 = 0,1mm
Q = 180 l/min
L = 5350 m
Z1 = 576,25
Z2 = 552,69
a) Diâmetro da adutora
Utilizando-se a equação da conservação de 
energia (Eq. Bernoulli), podemos obter a 
perda de carga do sistema e obter o diâmetro.
𝑃1
𝛾
+
𝑉12
2𝑔
+ 𝑧1 =
𝑃2
𝛾
+
𝑉22
2𝑔
+ 𝑧2 + 𝐻𝐷
𝑃 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝛾. ℎ
HD = 576,25 m − 552,69 m
𝐻𝐷 = 𝑧1 − 𝑧2
𝐻𝐷 = 23,56 𝑚
Portanto:
J = 10,65.Q1,85 . C-1,85.D-4,87 𝐽 = 𝐻𝐷 = 23,56 𝑚
𝐷−4,87 =
𝐽
10,65 ∙ 𝑄1,85 ∙ 𝐶−1,85
𝐷−4,87 =
23,56
10,65 ∙ (180)1,85∙ (120)−1,85
Q = 180 l/min
𝐷−4,87 =
23,56
22,55
1
𝐷4,87
=
23,56
22,55
𝐷 =
22,55
23,56
1/4,87
= 0,99 𝑚
𝐷 ≅ 1000 𝑚𝑚
b) A vazão máxima e a sua velocidade.
Velocidade de escoamento, segundo Azevedo Netto (2008):
Vmáx = 1,5 + 1,6D
Vmáx = 3,084 m/s
Qmáx = V. A
Qmáx = V. . [D²/4]
Qmáx = 3,084 m/s .  . [(0,99 m)²/4]
Qmáx = 0,237 m³/s = 237 l/s
𝑃1
𝛾
+
𝑉12
2𝑔
+ 𝑧1 =
𝑃2
𝛾
+
𝑉22
2𝑔
+ 𝑧2 + 𝐻𝐷
HD = 576,25 m − 552,69 m
𝐻𝐷 = 𝑧1 − 𝑧2
𝐻𝐷 = 23,56 𝑚
c) A perda de carga no sistema.
EXERCÍCIO PROPOSTO VALENDO NOTA!!! (1,0 PONTO)
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