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Manual de instalaçõ es prediais hidra ulicõ-sanita rias e de ga s Perspectiva das instalações hidráulico-sanitárias no Brasil As instalações hidráulico-sanitárias são regidas por normas da ABNT que estão em constante evolução, portanto sujeitas a alterações visando adequá-las à realidade. As normas são dinâmicas, precisam de constantes revisões. Os projetos de instalações prediais precisam ser integrados aos projetos estruturais e as interferências devem ser analisadas e reduzidas ao mínimo. Os projetos devem ter um nível de detalhamento que garantam a execução na obra, sem improvisações; esta é a solução mais econômica e eficaz. Na prática verifica-se certo desprezo para com os projetos de instalações prediais e mais tarde, após a implantação da obra, vários problemas irão surgir, relacionados com a hidráulica e estes poderiam ter sido eliminados se fosse dada a devida importância que o assunto requer. Faz-se necessário obrigar a incorporação da ART (Anotação de Responsabilidade Técnica) ao projeto, bem como instituir uma fiscalização rigorosa deste e de sua execução. Instalações hidráulico-sanitárias mínimas As instalações prediais de água e esgotos têm como finalidades fazer a distribuição da água, em quantidade suficiente, e promover o afastamento adequado das águas servidas, criando, desta forma, condições favoráveis ao conforto e segurança dos usuários. Toda habitação, por mais simples que seja, deve possuir sistema de abastecimento de água e condições satisfatórias de esgotamento dos resíduos. Atendendo às exigências sanitárias mínimas, consegue-se atenuar o perigo das contaminações; mas este perigo não é eliminado completamente, razão pela qual é necessário que as populações e os governos adotem critérios nos quais as atividades sanitárias sobreponham às de ordem econômica. As instalações podem ser classificadas em internas, quando estiverem no interior das edificações; e externas, que são as obras públicas de saneamento. As instalações residenciais mínimas compreendem as seguintes peças de utilização: uma bacia sanitária, um lavatório, um chuveiro, uma pia de cozinha, um ralo sifonado e um tanque. Em projetos especiais podem ser suprimidas e/ou acrescentadas algumas peças, obedecendo, porém, as recomendações da tabela abaixo. Número mínimo de aparelhos Tipo de edifício ou ocupação Lavatórios Banheiras ou chuveiros Bebedouros instalados fora dos compartimentos sanitários Vasos sanitários Mictórios Residências ou apartamentos 1 p/ cada residência ou apartamento 1 p/ cada residência ou apartamento e chuveiro para serviço 1 p/ cada residência ou apartamento e 1 para serviço Escolas primárias 1/ cada 60 pessoas 1 p/ cada 20 alunos (caso haja educação física) 1 p/ cada 75 alunos Meninos: 1 p/ cada 100 Meninas: 1 p/ cada 25 1 p/ cada 30 meninos e/ou rapazes Escolas secundárias 1 p/ cada 100 pessoas Rapazes: 1 p/ cada 100 Moças: 1 p/ cada 45 Escritórios ou edifícios públicos 1-15 16-35 36-60 61-90 91-125 1 2 3 4 5 1 p/ cada 75 pessoas 1-15 16-35 36-55 56-80 81-110 111-150 1 2 3 4 5 6 Quando há mictórios instalar 1 vaso sanitário p/ cada mictório, contanto que o número de vasos não seja reduzido a menos de 2/3 do especificado Acima de 125, adicionar 1 aparelho p/ cada 45 pessoas Acima de 150, adicionar 1 aparelho p/ cada 40 pessoas Estabelecimentos industriais Nº de pessoas Nº de aparelhos 1 chuveiro para cada 15 pessoas dedicadas a atividades contínuas ou expostas a calor excessivo ou contaminação da pele com substâncias venenosas, infecciosas ou irritantes 1 p/ cada 75 pessoas Nº de pessoas Nº de aparelhos Mesma especificação feita para os escritórios ou 1 p/ cada 50 operários 1-100 1 p/ cada 10 pessoas 1-9 10-24 25-49 50-74 75-100 1 2 3 4 5 Mais de 100 1 p/ cada 15 pessoas Acima de 100, adicionar 1 aparelho para cada 30 empregados Cinemas, teatros, auditórios e locais de reunião Nº de pessoas Nº de aparelhos 1 p/ cada 100 pessoas Nº de pessoas Nº de aparelhos Nº de pessoas Nº de aparelhos MASC FEM MASC 1-200 201-400 401-750 1 2 3 1-100 101-200 201-400 1 2 3 1 2 3 1-100 101-200 201-400 1 2 3 Acima de 750, adicionar 1 aparelho para cada 500 pessoas Acima de 400, adicionar 1 aparelho para cada 500 homens ou 300 mulheres a mais Acima de 400, adicionar 1 aparelho para cada 300 homens a mais Dormitórios 1 para cada 12 pessoas. Acima de 12 adicionar 1 lavatório para cada 20 homens ou para cada 15 mulheres 1 para cada 8 pessoas. No caso de dormitórios de mulheres, adicionar banheiras na razão de 1 para cada 30 pessoas a mais 1 para cada 75 pessoas Nº de pessoas Nº de aparelhos 1 para cada 25 homens. Acima de 150 pessoas adicionar 1 aparelho para cada 20 pessoas a mais MASC FEM MASC FEM 1-10 1-8 1 1 Acima de 10 homens adicionar um aparelho para cada 25 homens a mais e acima de 8 mulheres 1 aparelho para cada 20 mulheres a mais Acampamentos e instalações provisórias 1 para cada 30 operários 1 para cada 30 operários 1 para cada 30 operários A distribuição da água quente em instalações prediais tem por finalidade atender aos usos domésticos como banho, lavagem de roupas e utensílios de cozinha, tornando-se indispensável em ambientes de maior conforto. O seu emprego é muito difundido em indústrias, lavanderias, laboratórios e hospitais. É utilizada também para calefação, mas este fim não é de corrente uso no Brasil e sim em países de clima frio. As água pluviais deverão ser conduzidas, por instalações especiais, aos cursos d'água disponíveis na região. A ligação do esgotamento das águas pluviais das edificações à rede pública é feita através de uma caixa de areia ou de um poço de visita. As instalações de proteção e auxílio ao combate a incêndios são independentes das instalações de distribuição de água, porém utilizando o mesmo reservatório. Ocupam lugar de destaque especial num projeto, pois é sabido que sua ausência ou má execução causam prejuízos irreparáveis às populações. O valor de uma vida humana justifica todas as despesas, por mais elevadas que sejam, com o objetivo de resguardá-la das consequências de um incêndio. Instalações prediais e respectivas normas Instalações prediais de água fria NBR 5626/98 da ABNT A distribuição de água potável poderá ser feita através dos seguintes sistemas: 1) Distribuição direta Os pontos de saída de água serão alimentados diretamente da rede pública, quando houver pressão suficiente e continuidade no sistema público de abastecimento de água. Neste caso não existe reservatório domiciliar e a distribuição de água no interior da edificação é ascendente (figura). Distribuição direta 2) Distribuição indireta Este sistema de distribuição exige o uso de reservatórios de acumulação para atender às eventuais interrupções de fornecimento ou quando a pressão da rede pública não for suficiente para elevar a água até o reservatório superior. Podem ser adotados três casos: a) Distribuição indireta, sem recalque A água potável vem diretamente da rede pública, quando houver pressão suficiente até o reservatório superior, que alimenta por gravidade os pontos de saída de água. Este reservatório fica situado acima do pavimento mais elevado do prédio (figura). Distribuição indireta, sem recalque b) Distribuição indireta, com recalque Quando a pressão da rede pública não for suficiente para alimentar o reservatório superior, utiliza-se outro de cota reduzida, geralmente localizado no pavimento térreo, denominado reservatório inferior (ou subterrâneo) de onde a água é recalcada, por maio de bombas, para o reservatório superior (ou elevado) e a partir deste é feita a distribuição por gravidade para o interior da edificação(figura). Distribuição indireta, com recalque c) Distribuição indireta, hidropneumática Este processo dispensa o reservatório superior e a distribuição é ascendente, a partir de um reservatório de aço onde a água fica pressurizada. Este reservatório hidropneumático é alimentado por bombeamento a partir do reservatório inferior. Estes equipamentos requerem manutenção preventiva periódica (figura). Distribuição indireta, hidropneumática 3) Distribuição mista Trata-se de uma associação dos sistemas direto e indireto, ou seja, parte da edificação tem os pontos de saída de água alimentados pela rede púbica e parte alimentada pelo reservatório superior ou hidropneumático (figura). Distribuição mista Cada um dos sistemas relacionados apresentam vantagens e desvantagens, que devem ser analisadas pelo projetista, conforme a realidade local em que esteja trabalhando. A NBR 5626/98 recomenda que a utilização dos sistemas de distribuição de água direto ou hidropneumático sejam devidamente justificados. Instalações prediais de água quente NBR 7198/93 da ABNT O aquecimento da água para fins domésticos normalmente é realizado pelos seguintes sistemas: a) Individual O sistema de aquecimento é individual quando alimenta uma única peça de utilização. Ex.: chuveiros, torneiras. b) Central privado O sistema de aquecimento é central privado quando alimenta várias peças de utilização de um único domicílio. Ex.: aquecedor de acumulação e reservatório de água quente. c) Central coletivo O sistema de aquecimento é central coletivo quando alimenta peças de utilização de vários domicílios ou várias unidades. Ex.: prédio de apartamentos, hotéis, hospitais. Instalações prediais de esgotos sanitários NBR 8160/99 da ABNT O despejo de esgoto sanitário pode ser feito através das seguintes formas: a) Direto O esgoto é lançado diretamente do coletor predial ao coletor público, quando a profundidade do mesmo não exceder a do coletor público (figura). Esgotamento direto b) Indireto O esgoto é recolhido em uma elevatória, quando a profundidade do coletor predial exceder à do coletor público e, em seguida, é recalcado para o mesmo (figura). Esgotamento indireto Instalações prediais de águas pluviais NBR 10844/89 da ABNT O esgotamento poderá ser direto ou indireto (tal qual o de esgoto sanitário) para os coletores públicos de águas pluviais ou sarjetas dos logradouros. O mesmo deverá ser projetado através do menor percurso e consequentemente ser feito no menor tempo possível. O esgotamento das águas pluviais deverá ser independente do de esgoto sanitário, eliminando assim a possibilidade de penetração de gases no interior das edificações. Além da NB 611/81 da ABNT, as instalações prediais de águas pluviais são regidas também pelos códigos de obras municipais, que normalmente proíbem a queda livre das águas dos telhados das edificações, bem como em terrenos vizinhos. Instalações prediais de prevenção e auxílio ao combate a incêndios A distribuição da água para combate a incêndios poderá ser feita através de reservatório elevado, preferivelmente, ou por reservatório subterrâneo. No caso do reservatório ser elevado, a adução será por gravidade e quando o reservatório for subterrâneo, por recalque de acionamento automático. As instalações de prevenção e auxílio ao combate a incêndios serão regidas por norma da ABNT, por decreto municipal e/ou por critérios do grupamento de incêndio de cada localidade. Instalações prediais de água fria Princípios gerais para água fria A norma NBR 5626/98 prescreve os requisitos técnicos mínimos para que as instalações prediais de água fria sejam projetadas e construídas de tal maneira que: garantam o fornecimento suficiente de água; minimizem os ruídos; tenham pressão mínima necessária; mantenham a qualidade da água. Reservatórios Prescrições para reservatórios Segundo a norma NBR 5626/98 os reservatórios devem ser projetados e construídos de maneira que: sejam perfeitamente estanques; possuam paredes lisas, executadas com materiais que não alterem a qualidade da água e que resistam ao ataque da mesma; impossibilitem o acesso de elementos que poluam ou contaminem a água; possuam abertura para inspeção, limpeza e eventuais reparos; sejam dotados de extravasor; tenham canalização para esgotamento e, quando a área do fundo for superior a 2 m², esta deverá ser inclinada a fim de permitir o seu perfeito esvaziamento. OBS.: Alguns códigos municipais estabelecem que os reservatórios com capacidade superior a 4000 ℓ devem ser divididos em dois compartimentos iguais, sendo estes interligados através de um barrilete. Consumo diário Quando não for conhecida a população da edificação, para fins de cálculo determina-se a mesma através da tabela abaixo. Taxa de ocupação de acordo com a natureza do local Natureza do local Taxa de ocupação Prédio de apartamentos Duas pessoas por quarto Prédio de escritórios de: uma só entidade locadora mais de uma entidade locadora Uma pessoa por 7 m² de área Uma pessoa por 5 m² de área Restaurantes Uma pessoa por 1,5 m² de área Teatros e cinemas Uma cadeira para cada 0,7 m² de área Lojas (pavimento térreo) Uma pessoa por 2,5 m² de área Lojas (pavimentos superiores) Uma pessoa por 5 m² de área Supermercados Uma pessoa por 2,5 m² de área Shopping centers Uma pessoa por 5 m² de área Salões de hotéis Uma pessoa por 6 m² de área Museus Uma pessoa por 8 m² de área Em caso de residências normalmente estima-se duas pessoas para cada quarto e uma pessoa para quarto de empregada. Depois de conhecida a população, calcula-se o consumo diário através da tabela abaixo. Estimativa de consumo diário de água Tipo de prédio Unidade Consumo ℓ/dia 1. Serviço doméstico Apartamentos per capita 200 Apartamentos de luxo por quarto por quarto de empregada 300 a 400 200 Residência de luxo per capita 300 a 400 Residência de médio valor per capita 150 Residências populares per capita 120 a 150 Alojamentos provisórios de obras per capita 80 Apartamento de zelador per capita 600 a 1000 2. Serviço público Edifícios de escritório por ocupante efetivo 50 a 80 Escolas, internatos per capita 150 Escolas, externatos por aluno 50 Escolas, semi-internato por aluno 100 Hospitais e casas de saúde por leito 250 Hotéis com cozinha e lavanderia por hóspede 250 a 350 Hotéis sem cozinha e lavanderia por hóspede 120 Lavanderias por kg de roupa seca 30 Quartéis por soldado 150 Cavalariças por cavalo 100 Restaurantes por refeição 25 Mercados por m² de área 5 Garagens e postos de serviços para automóveis por automóvel por caminhão 100 150 Rega de jardins por m² de área 1,5 Cinemas, teatros por lugar 2 Igrejas por lugar 2 Ambulatórios per capita 25 Creches per capita 50 3. Serviço industrial Fábricas (uso pessoal) por operário 70 a 80 Fábrica com restaurante por operário 100 Usinas de leite por litro de leite 5 Matadouros por animal abatido (de grande porte) idem de pequeno porte 300 150 Cd = P*q Sendo, Cd – consumo diário, em ℓ/dia P – população q – consumo per capita, em ℓ/dia. Dimensionamento dos reservatórios Conforme item anterior do primeiro capítulo, a distribuição de água fria poderá ser feita através dos sistemas de distribuição direta, indireta sem recalque, com recalque e hidropneumática ou mista. No Brasil, são encontradas em quase todas as localidades deficiências quanto ao abastecimento de água, razão pela qual normalmente não é usado o sistema de distribuição direta. Em função disto é usual prever os reservatórios com capacidade superior ao consumo diário. Alguns autores preveem reservatórios com capacidade suficiente para dois dias de consumo. Pela nossa vivência achamos desnecessáriaa previsão para dois dias. Dimensionaremos, então, nossos reservatórios com capacidade suficiente para o consumo diário acrescido de 25% do mesmo, para que alguma eventual intermitência do abastecimento da rede pública não interfira na distribuição predial. No caso de se usar o sistema de distribuição indireta sem recalque, o volume de água estimado ficará armazenado no reservatório superior. Já no caso de se usar o sistema indireto com recalque, o reservatório inferior deverá armazenar 60% do volume estimado, enquanto que o superior armazenará os 40% restantes. Além do consumo predial, deverá ser previsto também a reserva de incêndio de acordo com as normas vigentes. Dimensionamento do alimentador predial e do ramal predial Alimentador predial Tubulação compreendida entre o ramal predial e a primeira derivação ou válvula de flutuador do reservatório. Ramal predial Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento e a instalação predial. O limite entre o ramal predial e o alimentador predial deve ser definido pelo regulamento da companhia concessionária de água local. A figura abaixo complementa estas definições. Alimentador predial e ramal predial Para o dimensionamento do alimentador predial tem que ser considerado o sistema de distribuição a ser adotado. Se a distribuição for direta, o cálculo do alimentador predial se faz como o do barrilete de distribuição de um reservatório, conforme será visto em outro item. Já no caso da distribuição ser indireta ou mista, admite-se para o cálculo que o abastecimento da rede seja contínuo e que a vazão que abastece o reservatório seja suficiente para suprir o consumo diário. Qmin = Cd / 86400 Sendo, Qmin – vazão mínima, em ℓ/s Cd – consumo diário, em ℓ. Na prática adota-se a velocidade do alimentador predial oscilando entre os valores de 0,6 a 1,0 m/s. Conhecida a vazão mínima e fixada a velocidade, o diâmetro do alimentador predial pode ser obtido pelos ábacos de Fair-Whipple-Hsiao para tubulações de aço galvanizado ou de cobre e plástico. O alimentador predial tem o mesmo diâmetro do ramal predial. As companhias de saneamento apresentam tabelas que relacionam o diâmetro do ramal predial em função do número de economias. A duas tabelas seguintes são da COPASA-MG, que adota o diâmetro mínimo de 15 mm para atender até a 4 economias, e da CEDAE-RJ, com diâmetro mínimo de 20 mm. Diâmetro do ramal predial – COPASA-MG Número de economias Diâmetro do ramal predial e do hidrômetro – polegada (milímetro) até 4 ½ (15) de 5 a 7 ¾ (20) de 8 a 11 1 (25) de 12 a 21 1 ½ (40) de 22 a 300 2 (50) maior que 300 a ser estudado pela COPASA Diâmetro do ramal predial – CEDAE-RJ Número de economias Diâmetro do ramal predial – polegada (milímetro) de 1 a 5 ¾ (20) de 6 a 10 1 (25) de 11 a 20 1 ½ (40) de 21 a 80 2 (50) de 81 a 400 3 (75) de 401 a 600 4 (100) A COPASA faz as seguintes recomendações para a montagem do padrão-cavalete onde será instalado o medidor de vazão ou hidrômetro: o local deve ser de fácil acesso à leitura; deve ter um afastamento máximo de 1,5 m do alinhamento da rua; utilizar uma das divisas laterais do lote para a montagem do padrão-cavalete; os tubos (pernas) devem ter 50 cm cada um; dos 50 cm, 35 devem ficar externos e 15 cm enterrados sob uma ancoragem de concreto para fixação; deixar a ponta do tubo no passeio, já rosqueada, a 25 cm para fora do muro da testada do lote e a 30 cm de profundidade, para receber a ligação externa. A figura abaixo exemplifica a ligação predial de acordo com as recomendações da COPASA. Cavalete, padrão COPASA-MG Dimensionamento do extravasor e limpeza O diâmetro do extravasor e da tubulação de limpeza é determinado adotando-se uma bitola comercial imediatamente superior à bitola do alimentador predial ou da tubulação de recalque (figura). Extravasor e tubulação de limpeza Condução de água fria Quanto à pressão máxima e mínima a) Pressão máxima Admite-se uma pressão estática máxima de serviço de 400 KPa (40,0 mH2O). Em edificações onde a pressão de serviço ultrapasse este valor, utilizam-se caixas intermediárias ou válvulas redutoras de pressão. O segundo método é o mais econômico sendo o mais utilizado nas edificações. b) Pressão mínima Para que as peças de utilização tenham um funcionamento perfeito, necessitam de uma pressão mínima de serviço. Esta pressão mínima oscila entre os valores de 5 KPa (0,5 mH2O) a 20 KPa (2,0 mH2O). normalmente os aparelhos sanitários funcionam com pressões que variam de 24 KPa (2,4 mH2O) a 28 KPa (2,8 mH2O) de pressão no ramal. Quanto à velocidade máxima do fluxo De acordo com a NBR 5626/98, a velocidade máxima do fluxo não poderá ultrapassar a 2,5 m/s, porque acima deste valor provoca um ruído desagradável, podendo, além disto, chegar a ocasionar o golpe de aríete. A velocidade do fluxo não deve ultrapassar também o valor encontrado pela fórmula V = 14 D1/2 Sendo, V – velocidade de fluxo, m/s D – diâmetro nominal, m. Quanto ao golpe de aríete Quando um líquido escoa numa calha e é parado bruscamente, ele sobe de nível podendo até causar o seu transbordamento. Ora, quando isto ocorre num tubo, o líquido não tendo por onde sair aumenta de forma elevada a pressão em seu interior, forçando as paredes do tubo e demais peças que compõem a tubulação. Denomina-se golpe de aríete ao choque violento produzido sobre as paredes da tubulação quando o escoamento é interrompido bruscamente. O golpe de aríete origina depressões e sobre pressões que são prejudiciais ao desempenho das tubulações. As depressões podem permitir infiltrações de fora para dentro, enquanto que as sobre pressões forçam as juntas quanto a sua estanqueidade. A sobre pressão, além de causar barulho excessivo, pode chegar até o rompimento da tubulação. Alguns recursos podem ser adotados para atenuar os efeitos do golpe de aríete: limitação da velocidade nas tubulações; fechamento lento das válvulas e registros; emprego de válvulas anti-golpe; emprego de válvulas de alívio; emprego de caixa de quebra pressão. Tubos, conexões e outros acessórios devem ser criteriosamente selecionados, a fim de garantir que o material de que são fabricados resistirá aos impactos resultantes do golpe de aríete. A escolha do material é de fundamental importância. As figuras abaixo ilustram a ocorrência do golpe de aríete e seus efeitos sobre as tubulações. Ocorrência do golpe de aríete Ocorrência do golpe de aríete Quanto à perda de carga A diferença de energia inicial e energia final de um líquido, quando o mesmo flui numa tubulação de um ponto a outro, denomina-se perda de carga. Esta diferença de energia é dissipada sob a forma de calor. Observa-se que junto às paredes da tubulação não há movimento do líquido e que a velocidade é máxima no eixo da tubulação criando várias camadas em movimento com velocidades diferentes, ocasionando a dissipação de energia. As perdas de carga poderão ser: a) Distribuídas As perdas de carga distribuídas são ocasionadas pelo movimento da água na tubulação. b) Localizadas As perdas de carga localizadas são ocasionadas pelas conexões, válvulas, registros, medidores, etc., que pela forma e disposição elevam a turbulência, provocando assim atrito e choque de partículas. A perda de carga é função dos elementos que interferem no deslocamento do líquido como: rugosidade da tubulação; viscosidade e densidade do líquido; velocidade de escoamento; grau de turbulência de fluxo; distância percorrida pelo fluido; mudança de direção do fluxo. Cálculo das perdas de carga No cálculo das instalações de recalque e da rede de distribuição de água de uma edificaçãoé indispensável a determinação das perdas de carga. As perdas de carga são de fundamental importância no cálculo de bombas e em todos os itens implicados no escoamento de fluidos em tubulações. O cálculo das perdas de carga será subdividido em: a) Perdas de carga distribuídas A norma NBR 5626/98 recomenda as fórmulas de Flamant e de Fair-Whipple-Hsiao para o cálculo das perdas de carga nas tubulações. As fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao são usadas para tubulações de diâmetro de até 4" (100 mm). Para tubos de aço galvanizado e ferro fundido a fórmula de Fair-Whipple-Hsiao é J = 0,002021 Q1,88/ D4,88 Para tubos de cobre e PVC a fórmula de Fair-Whipple-Hsiao é J = 0,00086 Q1,75 / D4,75 Sendo, J – perda de carga unitária, m/m; Q – vazão de água, m³/s; D – diâmetro das tubulações, m. b) Perdas de carga localizadas As perdas de carga localizadas poderão ser calculadas utilizando-se de diferentes métodos. Adotaremos o método dos comprimentos equivalentes, ou seja, cada conexão, válvula, etc., produz uma perda de carga semelhante à que seria produzida num determinado comprimento de tubulação de mesmo diâmetro. Este é o método recomendado pela norma NBR 5626/98. Se somarmos os comprimentos equivalentes de todas as peças ao comprimento real da tubulação, obteremos o comprimento total. A partir daí procedemos como se tivéssemos somente tubulações retas, sem peças especiais, donde caímos no cálculo das perdas de carga distribuídas. Para a determinação dos comprimentos equivalentes utilizam-se as tabelas abaixo, dependendo do caso a ser calculado. Perdas de carga localizadas – sua equivalência em metros de tubulação de aço galvanizado ou ferro fundido Perdas de carga localizadas – sua equivalência em metros de tubulação de PVC rígido ou cobre Perdas de carga localizadas – comprimentos equivalentes em metros de tubulação de aço galvanizado para bocais e válvulas Quanto à vazão e diâmetros a) Vazão mínima A norma NBR 5626/98 fornece a vazão mínima das peças de utilização, conforme a tabela abaixo, para que elas tenham um perfeito desempenho. Vazões mínimas das peças de utilização Peça de utilização Vazão (ℓ/s) Bacia sanitária com caixa de descarga 0,15 Bacia sanitária com válvula de descarga 1,90 Banheira 0,30 Bebedouro 0,05 Bidê 0,10 Chuveiro 0,20 Lavatório 0,20 Mictório de descarga contínua, por metro ou por aparelho 0,075 Mictório de descarga descontínua 0,15 Pia de despejo 0,30 Pia de cozinha 0,25 Tanque de lavar 0,30 b) Diâmetros mínimos A norma NBR 5626/98 recomenda também que o diâmetro mínimo das tubulações não seja inferior aos da tabela abaixo. Diâmetros mínimos dos sub-ramais Peças de utilização Diâmetro nominal Milímetro Polegada Aquecedor de baixa pressão 15 ½ Aquecedor de alta pressão 20 ¾ Bacia sanitária com caixa de descarga 20 ¾ Bacia sanitária com válvula de descarga DN 20 mm 32 1 ¼ Bacia sanitária com válvula de descarga DN 25 mm 32 1 ¼ Bacia sanitária com válvula de descarga DN 32 mm 40 1 ½ Bacia sanitária com válvula de descarga DN 38 mm 40 1 ½ Banheira 15 ½ Bebedouro 15 ½ Bidê 15 ½ Chuveiro 15 ½ Filtro de pressão 15 ½ Lavatório 15 ½ Máquina de lavar prato 20 ¾ Máquina de lavar roupa 20 ¾ Mictório de descarga contínua, por metro ou aparelho 15 ½ Mictório autoaspirante 25 1 Pia de cozinha 15 ½ Pia de despejo 20 ¾ Tanque de lavar roupa 20 ¾ Sistema elevatório Para a elevação da água do reservatório inferior até o reservatório superior utiliza-se a bomba, que é uma máquina geratriz hidráulica. A operação realizada pela bomba, em virtude da energia transmitida pela mesma ao líquido, deslocando-o de um reservatório a outro, denomina-se bombeamento. O bombeamento será realizado através do sistema elevatório, mostrado na figura abaixo, que se constitui de: a) Tubulação de sucção; b) Conjunto motor-bomba; c) Tubulação de recalque. Sistema elevatório Tubulação de sucção As linhas de sucção deverão ser projetadas e construídas obedecendo aos requisitos técnicos mínimos, conforme abaixo: A sucção deve ser a mais curta possível, nunca ultrapassando a 7,5 m, que é o limite prático. Sempre que possível deve ser inferior a 5,0 m; À altura de sucção somadas as perdas de carga e a pressão de vapor da água não deverão ultrapassar os limites práticos de capacidade de sucção das bombas, indicados pelos fabricantes; Deverá ser estanque, evitando assim a entrada e formação de bolhas de ar; A redução entre a bomba e a tubulação de sucção deverá ser excêntrica, evitando assim a formação de bolhas de ar; O registro de gaveta deverá ser colocado na horizontal (haste na horizontal), para evitar também a formação de bolhas de ar; A válvula de pé deverá ser bem dimensionada e especificada; Para impedir que objetos estranhos danifiquem a bomba, um crivo deverá ser instalado no início da sucção, tendo 3 a 4 vezes a área da tubulação. Tubulação de recalque As linhas de recalque deverão ser projetadas e construídas obedecendo aos requisitos técnicos mínimos, conforme abaixo: Colocar na saída da bomba, em primeiro lugar, uma válvula de retenção e depois um registro de gaveta. A válvula de retenção irá proteger a bomba contra: Pressão excessiva; Efeito do golpe de aríete, quando da parada da bomba; A possibilidade de a mesma girar em sentido contrário. O registro de gaveta tem por finalidade possibilitar a manutenção e poderá ainda ser usado para a regulagem da vazão. Vazão a considerar para a bomba O sistema elevatório deverá ter, segundo a norma NBR 5626/98, uma vazão mínima horária igual a 15% do consumo diário, ou seja, o sistema deverá funcionar durante 6,66 horas por dia. Baseado em inúmeras instalações executadas, adotaremos como base os seguintes tempos de funcionamento diário: Prédio de apartamentos e hotéis: três períodos de 1 hora e 30 minutos cada; Prédios de escritórios: dois períodos de 2 horas cada; Hospitais: três períodos de 2 horas cada. A vazão da bomba será: Q = 0,15 * Cd ou Q = Cd / h Sendo, Cd – consumo diário, ℓ; h – horas de funcionamento da bomba. A vazão pode ser expressa em várias unidades sendo as mais empregadas: ℓ/s; m³/s; ℓ/h; e m³/h. Dimensionamento de recalque e de sucção Na teoria, o diâmetro da tubulação de recalque pode ser qualquer um. Se for escolhido um diâmetro relativamente grande, têm-se perdas de carga pequenas, e em consequência, um conjunto elevatório com uma potência instalada pequena. Neste caso as bombas para o sistema elevatório terão um custo baixo e as tubulações um custo elevado. Se ao contrário do que foi visto anteriormente, for escolhido um diâmetro pequeno, as perdas de carga serão significativas, exigindo com isto bombas para o sistema elevatório com uma potência maior. Já neste caso, o custo das tubulações será baixo, com as bombas a um custo de instalação e funcionamento altos. O ideal é que o sistema elevatório seja eficaz a um custo de instalação e funcionamento mínimo. Para alcançar este objetivo em instalações prediais de recalque e a fim de reduzir as perdas de carga nas tubulações de sucção e recalque, adotam-se valores reduzidos para as velocidades de escoamento dos líquidos. Geralmente as velocidades nas tubulações de sucção e recalque oscilam entre 0,55 m/s e 2,40 m/s, sendo que, nas tubulações de recalque com grandes extensões, a velocidade deve ser baixa, oscilando entre 0,65 m/s e 1,30 m/s. A norma NBR 5626/98 recomenda a utilização da fórmula de Forchheimmer para o dimensionamento da tubulação de recalque. A fórmula de Forchheimmer é Dr = 1,3 * Q 1/2 * X1/4 Sendo, Dr – diâmetro da tubulação de recalque, m; Q – vazão da bomba, m³/s; h – horas de funcionamento da bomba no período de 24 horas; X = h / 24 A tubulação de sucção é determinada adotando-se umabitola comercial imediatamente superior à bitola da tubulação de recalque. Bombas Normalmente o bombeamento de água nas edificações é feito através de bombas centrífugas acionadas por motores elétricos. Ao se dimensionar uma bomba, é preciso conhecer a vazão e a altura manométrica. A figura abaixo ilustra as bombas centrífugas. Bomba centrífuga Altura manométrica A altura manométrica é a soma das alturas manométricas de recalque e sucção H = Hr + Hs Sendo, H – altura manométrica, m; Hr – altura manométrica de recalque, m; Hs - altura manométrica de sucção, m. a) Altura manométrica de recalque A altura manométrica de recalque é a diferença das cotas entre os níveis de saída do líquido no reservatório superior e do centro da bomba acrescida das perdas de carga entre os níveis citados. Hr = hr + Jr Sendo, Hr - altura manométrica de recalque, m; hr – altura estática de recalque, m; Jr – perdas de carga no recalque, m. b) Altura manométrica de sucção A altura manométrica de sucção é a diferença das cotas do nível do centro da bomba e do nível da superfície livre do reservatório inferior, acrescida das perdas de carga entre os níveis citados. Hs = hs + Js Sendo, Hs - altura manométrica de sucção, m; hs – altura estática de sucção, m; Js – perda de carga na sucção, m. Rendimento do conjunto motor bomba Rendimento é a relação entre a potência aproveitável pelo líquido no escoamento e a potência do motor que aciona a bomba. R = Pa / Pm Sendo, R – rendimento do conjunto motor bomba; Pa – potência aproveitável pelo líquido no escoamento, CV; Pm – potência do motor que aciona a bomba, CV. O rendimento é função da vazão, da altura manométrica e do número de rotações. O valor do rendimento é obtido nos catálogos dos fabricantes. Como estimativa de potência motriz adota-se para bombas pequenas um rendimento de 40% a 60% e para bombas médias de 70% a 75%. Cálculo da potência a) Potência necessária ao acionamento da bomba Para se ter a potência necessária ao acionamento da bomba em CV, usa-se a fórmula: P = Q * H / (75 * R) Sendo, P - potência necessária ao acionamento da bomba, CV; Q – vazão do sistema elevatório, l/s; R – rendimento do conjunto motor-bomba. Quando não se tem catálogos de fabricantes, calcula-se a potência aproximada com o emprego da fórmula dada, porque o valor do rendimento será arbitrado. b) Potência instalada Na prática é recomendável que a potência instalada seja a potência do motor comercial imediatamente superior à potência necessária ao acionamento da bomba. Desta forma será dada uma margem de segurança para evitar que o motor venha a operar em sobrecarga. A margem de segurança é de fundamental importância, e alguns projetistas recomendam que a mesma tenha as proporções citadas na tabela abaixo. Margem de segurança Potência calculada Margem de segurança até 2 CV 50% de 2 a 5 CV 30% De 5 a 10 CV 20% De 10 a 20 CV 15% Acima de 20 CV 10% c) Potência comercial de motores elétricos Para facilitar a indicação da potência instalada, na falta de catálogos de fabricantes, segue abaixo a relação dos motores elétricos nacionais, dada sua potência em CV, até 250 CV. Potência dos motores nacionais Potência dos motores nacionais (CV) ¼ 1 ½ 7 ½ 25 50 150 1/3 2 10 30 60 200 ½ 3 12 35 80 250 ¾ 5 15 40 100 - 1 6 20 45 125 - d) Escolha da bomba utilizando os catálogos dos fabricantes Conhecidas a vazão e a altura manométrica é usual, na prática, recorrer aos catálogos dos fabricantes de bombas. Os fabricantes organizam tabelas e traçam curvas que representam a variação de uma grandeza em função da outra, mantendo uma terceira grandeza fixa. São usuais as curvas traçadas para certo número de rotações fixo e mantendo as dependências entre: H = f (Q) A altura manométrica sendo função da vazão. P = f (Q) A potência em função da vazão. R = constante As curvas de igual rendimento. Os catálogos apresentam um gráfico constituído de quadrículas, que permite, entrando com os valores da vazão e da altura manométrica, escolher a bomba num tipo padronizado pelo fabricante. Após a escolha da bomba deve-se recorrer às curvas correspondentes à mesma. A figura abaixo mostra um gráfico para a escolha prévia da bomba de acordo com sua cobertura hidráulica. Gráfico de escolha prévia da bomba A figura abaixo representa as curvas características para um determinado tipo de bomba Curvas características das bombas K-50-40 Dimensionamento dos sub-ramais Sub-ramal é a tubulação que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação do aparelho sanitário. A NBR 5626/98 recomenda os diâmetros mínimos para os sub-ramais segundo a tabela (Diâmetros mínimos dos sub-ramais) apresentada anteriormente. Dimensionamento dos ramais de alimentação Ramal é a tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais. No dimensionamento dos ramais de alimentação são considerados os seguintes sistemas: a) Máximo possível Nesse sistema considera-se que todas as peças de utilização alimentadas pelo ramal funcionem simultaneamente, em locais onde há horários rigorosos para a utilização da água, como por exemplo: indústrias, estabelecimentos de ensino, quartéis, etc.. "O dimensionamento é feito usando o método das seções equivalentes, onde os diâmetros serão expressos em função de ½" (15 mm). A correspondência dos diversos diâmetros com o de 15 mm encontra-se na tabela abaixo. Correspondência de tubos de diversos diâmetros com o de ½" (15 mm) Diâmetro do encanamento Número de encanamentos de 15 mm com a mesma capacidade mm Polegadas 15 ½ 1 20 ¾ 2,9 25 1 6,2 32 1 ¼ 10,9 40 1 ½ 17,4 50 2 37,8 60 2 ½ 65,5 75 3 110,5 100 4 189,0 150 6 527,0 200 8 1200,0 b) Máximo provável Este método considera difícil que todas as peças de utilização, alimentadas pelo mesmo ramal, funcionem simultaneamente e que a probabilidade de uso simultâneo decresce com o acréscimo do número de peças. Para este sistema o método de dimensionamento adotado pela norma NBR 5626/98 é baseado na probabilidade de uso simultâneo das peças de utilização. A tabela abaixo fornece os pesos correspondentes a cada peça de utilização, que serão usados no cálculo da vazão, empregando a fórmula: Q = 0,30 * (ΣP)1/2 Sendo: Q – vazão, ℓ/s; P – peso. Vazões e pesos, NBR 5626/98 Peças de utilização Q Peso Bacia sanitária c/CD 0,15 0,3 Bacia sanitária c/VD 1,90 40,0 Banheira 0,30 1,0 Bebedouro 0,05 0,1 Bidê 0,10 0,1 Chuveiro 0,20 0,5 Lavatório 0,20 0,5 Máquina de lavar pratos e roupa 0,30 1,0 Mictório c/CD não aspirante 0,15 0,3 Mictório c/VD autoaspirante 0,5 2,8 Mictório c/VD não aspirante 0,15 0,3 Pia de cozinha 0,25 0,7 Pia de despejo 0,30 1,0 Tanque de lavar roupa 0,30 1,0 O ábaco da figura abaixo fornece o diâmetro do ramal de alimentação em função da vazão calculada. Diâmetro e vazões em função da soma dos pesos A figura abaixo representa um isométrico onde é possível distinguir os ramais e sub-ramais de alimentação. Ramais e sub-ramais Dimensionamento do barrilete Método de Hunter Barrilete é a tubulação que interliga o reservatório superior às colunas de distribuição de água (figura). Barrilete O dimensionamento do barrilete poderá ser feito pelo sistema máximo provável, porém neste manual será desenvolvido o método de Hunter. No método de Hunter é atribuído um peso para cada tipo de peça de utilização. Estabelece também dependência entre as descargas das peças de utilização e a soma dos pesos de todas as peças. Para determinar os pesos, Hunter considerou o seguinte: Consumoda peça de utilização; Se a instalação é de uso privado ou de uso público; Se as peças contem válvulas de descarga ou não; Se as peças estão agrupadas em compartimentos ou se localizadas isoladamente; Se há água fria ou quente que possam ser utilizadas simultaneamente. Para o cálculo observar o seguinte roteiro: a) Desenhar o barrilete colocando as cotas, colunas a alimentar e trechos a dimensionar; b) Relacionar as colunas de distribuição que serão alimentadas por cada trecho do barrilete; c) Pela tabela abaixo se obtém os pesos das peças de utilização por pavimento; d) Após determinar os pesos por pavimento, calcular os pesos acumulados nas diversas colunas; e) Determinar os pesos acumulados em cada trecho do barrilete; f) Conhecendo os pesos acumulados em cada trecho do barrilete, determinar as vazões em ℓ/s através da tabela abaixo; g) Determinar os diâmetros dos trechos do barrilete de acordo com a tabela abaixo (perda de carga máxima fixada em 8%); h) Conhecida a vazão e o diâmetro determina-se a perda de carga unitária e a velocidade com as fórmulas da hidráulica; i) Determina-se o comprimento total da tubulação, valor que é a soma do comprimento real e do comprimento equivalente obtido nas tabelas; j) Conhecidos o comprimento total e a perda de carga unitária, determina-se a perda de carga total em cada trecho da tubulação; k) Determinam-se então as pressões disponíveis nas derivações e nos topos das colunas de distribuição de água. Pesos dos aparelhos segundo Roy B. Hunter Aparelhos Uso coletivo Uso privado Banheiras 4 2 Bidês 2 1 Chuveiros 4 2 Lavatórios 2 1 Mictórios de parede c/VD 10 - Mictórios de piso c/VD 5 - Mictórios c/CD 3 - Pias de cozinha 4 2 Pias de despejo 5 3 Tanque de lavar roupa - 3 W.C. c/CD 5 3 W.C. c/VD 10 6 Conjunto de banheiro (c/CD para o W.C.) - 6 Conjunto de banheiro (c/VD para o W.C.) - 8 Relações pesos x vazões (método de Hunter) Peso total Vazão (ℓ/s) Com predominância de VD Aparelhos comuns 10 1,9 0,5 20 2,3 1,0 30 2,8 1,3 40 3,2 1,7 50 3,5 1,9 60 3,7 2,2 70 3,9 2,4 80 4,1 2,6 90 4,3 2,8 100 4,5 3,0 110 4,7 3,2 120 4,9 3,3 130 5,1 3,5 140 5,3 3,7 150 5,4 3,8 160 5,6 4,0 170 5,8 4,1 180 5,9 4,2 190 6,1 4,4 200 6,2 4,5 210 6,3 4,6 220 6,4 4,7 230 6,5 4,8 240 6,6 4,8 250 6,7 4,9 300 7,3 6,0 350 7,9 6,6 400 8,5 7,2 500 9,5 7,9 600 10,7 9,7 700 11,4 10,7 800 12,4 12,0 900 13,0 12,7 1000 14,0 14,0 Vazões máximas permissíveis nos barriletes (Jmax = 0,08 m/m) Diâmetros Vazões milímetros polegadas ℓ/s m³/d 25 1 0,50 43 32 1 ¼ 0,90 78 40 1 ½ 1,40 121 50 2 3,1 268 60 2 ½ 5,5 475 75 3 9,0 777 100 4 18,0 1555 Dimensionamento das colunas de distribuição Método de Hunter As colunas de distribuição de água fria derivam do barrilete, na posição vertical, e alimentam os ramais nos pavimentos (figura). Coluna de distribuição de água fria - AF O dimensionamento das colunas poderá ser feito pelo sistema máximo provável, usado no dimensionamento dos ramais. O método mais utilizado no dimensionamento é o método de Hunter. Para o cálculo pelo método de Hunter, observar o seguinte roteiro: a) Desenha-se a coluna, colocando as cotas, ramais a alimentar e trechos a dimensionar. É preferível a criação de novas colunas para evitar que os ramais se alonguem. A coluna que alimenta aparelhos que utilizam válvulas de descarga deverá ser independente das demais; b) Relacionar os ramais que serão alimentados por cada coluna; c) Pela tabela de Hunter obtêm-se os pesos das peças de utilização por pavimento; d) Após determinados os pesos por pavimento faz-se a soma, de baixo para cima, encontrando assim os pesos acumulados em cada trecho da coluna; e) Encontrados os pesos acumulados em cada trecho da coluna, determinam-se as vazões, em ℓ/s, através da tabela; f) Conhecida a vazão determina-se o diâmetro dos trechos da coluna de acordo com a tabela; g) Conhecida a vazão e o diâmetro, determina-se a perda de carga unitária e a velocidade que deve ser comparada aos valores da tabela; h) Determina-se o comprimento total da tubulação, valor este que é a soma do comprimento real mais o comprimento equivalente que é obtido nas tabelas; i) Conhecidos o comprimento total e a perda de carga unitária, determina-se a perda de carga total, de cada trecho da coluna (J = L x Ju); j) Determinam-se então as pressões disponíveis nas derivações da coluna de distribuição. Velocidades e vazões máximas permissíveis nos encanamentos Diâmetros Velocidade máxima Vazão máxima mm Polegadas m/s ℓ/s m³/d 15 ½ 1,60 0,2 17 20 ¾ 1,95 0,6 52 25 1 2,25 1,2 104 32 1 ¼ 2,50 2,5 216 40 1 ½ 2,50 4,0 346 50 2 2,50 5,7 493 60 2 ½ 2,50 8,9 769 75 3 2,50 12,0 1037 100 4 2,50 18,0 1555 125 5 2,50 31,0 2678 150 6 2,50 40,0 3456
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