Instalações Hidráulicas

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FACULDADES DOCTUM
ENGENHARIA CIVIL
INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS
6º PERÍODO
Prof: Fábio Henrique R. Silva
INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS
INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIAS
EMENTA
Noções Introdutórias. 
Instalações de água fria. 
Instalações de água quente. 
Instalações de esgotamento sanitário. 
Instalações de águas pluviais. 
Instalações de prevenção e combate a incêndio.
Instalações de Água Fria (NBR 5626/1998) - Abastecimento de água potável à temperatura ambiente;
Instalações de Água Quente (NBR 7198/1993) 
Instalações de Esgotamento Sanitário (NBR 8160/1983) – Coletar e encaminhar ao local adequado os despejos provenientes da água utilizada nas edificações;
Instalações de Água Pluvial (NBR 10844/1989) – Captar águas de chuva proveniente de áreas impermeabilizadas expostas ao tempo e conduzi-las até o lançamento nas redes públicas;
Instalações de Combate a Incêndio (NBR 13714/1996) – Disponibilização de água para uso de hidrantes, extintores e sprinklers. Existem normas municipais, estaduais e do Corpo de Bombeiros.
INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIAS
Carga Hidráulica – Equação de Bernoulli
 
Conduto Forçado Conduto Livre
Perda de Carga Hidráulica
Entende-se por perda de carga hidráulica a dissipação de energia do fluido durante o escoamento em calor, não sendo possível a sua recuperação em forma de energia cinética e potencial. 
Ela pode ocorrer ao longo da tubulação (contínua) ou em conexões, aparelhos (localizada).
Perda de Carga Contínua
Ocorre principalmente por atrito interno em partículas com velocidades distintas.
Fórmulas recomendadas (NBR 5626/1998)
Equação Universal
J = 8f x Q2 / (π2 X g x D5)
Para tubos rugosos (aço-carbono, galvanizado)
J = 0,00202 x 106 x Q1,88 x D-4,88
Para tubos lisos (Plástico, cobre ou liga de cobre)
J = 0,000859 x Q1,75 x D-4,75
FLAMMANT
J = 0,000824 x Q1,75 x D-4,75
J: Perda de Carga Unitária (m/m)
Q: Vazão (m3/s)
D: Diâmetro da tubulação (m)
f: Coeficiente de Perda de Carga 
Perda de Carga Localizada
Ocorre nas singularidades como válvulas, curvas, registros, junções, medições, dentre outros.
A perda de energia localizada pode ser desprezível em grandes comprimentos (adutoras por exemplo). Em instalações prediais, elas são bastante significativas.
Calculadas segundo o método de comprimentos equivalentes, que transforma as perdas de singularidades em comprimentos das tubulações.
Perda de Carga Localizada
 Comprimento equivalente de tubos de PVC (NBR 5626/1998)
Perda de Carga Localizada
Comprimento Equivalente de Tubos de Ferro Fundido (NBR 5626/98) 
Perda de Carga Localizada
Fórmula de Cálculo Geral
Valores de K por singularidade (Nascimento, 2002)
Exemplo 
Nascimento, 2002
Exercício
Um reservatório superior de uma edificação de 3 andares possui a conformação ao lado. Para uma vazão de 4,0 L/s e um diâmetro de tubulação de 50 mm. Pede-se para calcular:
 Carga Piezométrica no ponto A, considerando o nível mínimo de água;
 Perda de Carga Contínua e Localizada no trecho A-B
 Pressão no ponto B
 Carga Piezométrica no ponto C.
Perda de Carga Localizada - Exercício
Perda de Cálculo – Localizada (Ábaco de Flammant)
Perda de Cálculo – Localizada (Ábaco de Flammant)
Ábaco de Flammant
Exemplo
Suponha que dois reservatórios (R1 e R2) com o mesmo nível de água. O primeiro abastece unicamente o bairro A e o segundo unicamente o bairro B. As adutoras de água possuem o mesmo diâmetro, material, vazão e conexões. Para tal configuração, pergunta-se:
Se o bairro A está mais distante de que R1 que o bairro B de R2 e ambos apresentam a mesma cota altimétrica, ele estará mais sujeito à falta de água ou intermitência na distribuição? Justifique.
b) Se o bairro A está em cota mais baixa que o bairro B e as adutoras de abastecimento de água possuem o mesmo comprimento, qual dos dois possui estará mais propenso à falta de água? Justifique.
c) Desenhe esquematicamente os exemplos A e B, baseando-se no conceito de perda de carga, linha piezométrica efetiva, cotas e plano de referência.
Perda de carga unitária variável
Exercício
Uma tubulação de 400mm e 2000m de comprimento parte de um reservatório de água cujo NA está na cota 90. A carga de pressão é de 30m e a cota de linha é de 50m. Considerando-se uma carga de velocidade desprezível. Calcular:
Calcular a perda de carga provocada pelo escoamento nessa tubulação;
Determinar a linha piezométrica a 800 metros da extremidade da tubulação;
Calcular a vazão pela fórmula de Hazen-Williams, considerando um tubo de PVC;
Considerando o mesmo sistema, qual será a vazão que escoaria por um tubo de PVC com 20 anos de uso (Considerar C = 120) 
 
Coeficiente de Perda de Carga de Hazen-Williams
Instalações Prediais – Tipo de Abastecimento
Direto
 Realizado diretamente pela rede de abastecimento, quando há disponibilidade de água e pressão suficiente na rede; 
 Apesar de representar certa economia, o sistema fica vulnerável à falta de abastecimento e à fadiga de tubulação pelas diferenças de pressão na rede;
 Uso de válvulas de retenção para permitir o fluxo unidirecional de água e a impossibilidade de contaminação.
Abastecimento Direto
Instalações Prediais – Tipo de Abastecimento
USO DE RESERVATÓRIO SUPERIOR
 Pode ocorrer por abastecimento direto da rede (Pressão dinâmica mínima = 10 mca) – Ideal para até 2 pavimentos ou por reservatório inferior – Usual em edifícios e indústrias;
 Obrigatória a reservação quando o abastecimento é feito por poços;
 Sucção direta da rede é proibida – Em casos particulares pode ser concedida (lavajatos) – Evita interferências desnecessárias na rede;
 
 Indireto: Feito com auxílio de reservatório e/ou bomba dentro da edificação.
Abastecimento Indireto
DESVANTAGENS
Instalações Prediais – Tipo de Abastecimento
Hidropneumático: Feito a partir do bombeamento pelo reservatório de sucção inferior. Método caro, de difícil manutenção e vulnerável à falta de energia elétrica. Necessário em casos em que há dificuldade de construir reservatórios superiores e/ou de pressões muito elevadas.
Instalações Prediais – Tipo de Abastecimento – Sistema Misto
Feito de forma direta (rede) e indireta (a partir de reservatório);
 Pode-se obter pressões mais elevadas nos pontos de utilização, a partir da rede. Além disso, pode-se ter a redução do volume de reservação;
 Em condições normais, são ligados pontos de utilização no pavimento térreo, diretamente à rede – torneiras de jardim, tanque, pia e de cozinha; 
Instalações Prediais – Abastecimento em Edifícios Altos
Edifícios Altos – Presença de válvula de redução de pressão no pavimento térreo
 Pressão máxima nas tubulações de distribuição = 400 KPa – Impossibilidade de abastecimento de mais de 13 pavimentos pelo reservatório superior;
 Cuidados especiais devem ser tomados com sobrepressões oriundas de golpe de aríete, ruído, limite de pressão em tubulação e manutenção;
Instalações Prediais – Abastecimento em Edifícios Altos
 Uso de reservatórios intermediários – Abastece andares mais baixos
Instalações Prediais – Abastecimento em Edifícios Altos
Válvulas de redução de pressão podem estar localizadas em andares intermediários (na coluna de distribuição), quando for realizado o abastecimento dos pavimentos inferiores. 
Instalações de Água Fria
/
Barrilete: Tubulação que se origina no reservatório e do qual derivam as colunas de distribuição; 
Coluna de distribuição: Tubulação derivada do barrilete e destinada a alimentar os ramais;
Ramais: Tubulação derivada da coluna de distribuição com objetivo de alimentar os sub-ramais
Sub-ramais: Tubulação que liga o ramal ao ponto de utilização.
 Instalação Predial de Água Fria (Baptista e Coelho, 2002)
Instalações de Água Fria - Componentes
Ramal predial: Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento de água e o alimentador predial;
Alimentador Predial:
Tubulação compreendida entre o ramal predial e a primeira derivação de tubulação.
Reservatório Inferior: Serve de poço de sucção para o reservatório superior;
Tubulação de recalque: Tubulação compreendida entre a saída da bomba e a entrada no reservatório superior;
Estação elevatória: Conjunto de tubulações, dispositivos e equipamentos necessários para fazer a elevação da água;
INSERIR PG.12
Projeto
Premissas
Preservar a potabilidade de água;
Garantir o funcionamento de água de forma contínua, com velocidades, pressões e quantidade suficiente;
Promover conforto aos usuários;
Garantir a facilidade de operação, manutenção e demais acréscimos;
Possibilitar a economia de água, energia e de manutenção;
Etapas
Definição de pontos de utilização, tipo de sistema de distribuição, localização dos reservatórios, equipamentos e tubulações;
Vazões de dimensionamento, volumes de reservação e capacidades dos equipamentos;
Dimensionamento.
Reservatórios
Recomendações
Uso de estruturas independentes por necessidades arquitetônicas e em elevados volumes (chamados de castelos e tomadas de água);
Localização distante de tubos de esgoto, fontes poluidoras e depósito de lixo;
Manutenção de potabilidade
Uso de materiais adequados, estanques;
 Inclinação da cobertura externa com pelo menos 1% para evitar acúmulo de águas pluviais e de lavagem. Deve ser impermeabilizada;
Uso de tampa de inspeção para permitir a visita, limpeza e a proteção contra a entrada de animais;
Reservatórios
Tubulação de entrada (alimentação): Localizada na parte alta do reservatório, acima da linha de extravasão (Geratriz inferior do tubo de alimentação acima da geratriz superior do tubo de extravasão);
Tubulação de saída: Localizada na parte baixa do reservatório, usualmente em direção oposta à tubulação de entrada, para evitar a existência de não existam zonas de estagnação. Deve estar localizada pouco acima dos fundos (3cm), evitando o carreamento das partículas;
Tubulação de limpeza: Usada para esgotamento de água do reservatório . Inclinação de 1% nos fundos dos reservatórios para encaminhamento da água para os tubos de limpeza. Limpeza adequada a cada 6 meses;
Uso de bóias para determinação do nível de água máximo e evitar o refluxo de água. Dimensionada segundo a variação das pressões de utilização;
Reservatórios
Tubulação de extravasão: Responsável pela retirada do excesso de água dentro do reservatório, caso a torneira de bóia não funcione. Ela deve estar em local visível, facilmente perceptível pelo morador/síndico/zelador e com escoamento livre.
 Geratriz inferior da tubulação do extravasão deve ter no mínimo a cota superior ao nível máximo de água; 
 Diâmetro do tubo de extravasão > Diâmetro de alimentação e de recalque;
 Pode ser usada um tubulação de aviso (Diametro Mínimo = 20mm), que escoará parte da vazão excedente.
Reservatório Superior
Reservatório Superior
Reservatório Superior
 Uso de telas finas nas tubulações de extravasão e alimentação, com espaçamento máximo 0,5 mm, em malha plástica ou de cobre, com área total superior à 6 vezes à área de seção reta dos tubos;
 Uso de mais de um reservatório para volumes muito elevados e possibilidade de comunicação de ambos por vasos comunicantes. Para alguns autores, a partir de 4000 L.
Barrilete
Reservatórios – Critérios de dimensionamento
Volume de Reservação Total - Suficiente para o abastecimento doméstico entre 1 e 3 dias. Deve-se somar a ele o volume de reserva de incêndio, sistema de ar-condicionado, dentre outros;
Em bairros com condições favoráveis, que raramente sofrem problemas de abastecimento, pode-se usar coeficientes menores. Para bairros mais afastados de reservatórios, em grandes altitudes, os coeficientes de reservação devem ser maiores para garantir a continuidade de abastecimento;
 
Para residências – Volume mínimo de 500L (Per capita de 250 L/hab.dia e 2 pessoas);
Inferior = 60% da Reserva total 
Superior = 40% da reserva total
Tempo de enchimento do reservatório – Entre 1 e 6 horas.
Consumo médio de água
Consumo médio de água
Consumo diário médio
Consumo médio de água
Consumo médio = 20.000 L/dia
Edificação a ser construída em região com baixa altitude, na área central de Juiz de Fora, em um bairro com reservatório próximo.
Adoção de coeficiente = 1,5 x o consumo diário
Volume de Reservação Total = 30.000 L + Volume excedente (Incêndio/Ar-condicionado)
Reservatório Superior = 12.000 + Vinc + V ar cond
Reservatório Inferior = 18.000 L
 
É interessante que a reserva de incêndio seja armazenada no reservatório superior, para garantir o abastecimento todo por gravidade. Caso se opte por dividi-la, deve-se ter um conjunto independente do consumo doméstico.
Capacidade de Reservação
Dimensionar o reservatório de um edifício residencial de 10 andares com 4 apartamentos por andar, mais apartamento de zelador. Cada apartamento tem 2 dormitórios, 2 banheiros, cozinha e área de serviço.
Premissas – Escolha do número de ocupantes em cada quarto
Taxa de ocupação do reservatório – Considerar um bairro afastado em um ponto alto de Juiz de Fora, com escassez hídrica em tempos de falta de água de no máximo 2 dias.
Per capita = Região mais pobre (Considerar Q = 200 L/hab.dia).
Q zelador = 600 L/dia (Consumo próprio + jardim + limpeza)
Ramal Predial
Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento de água e o alimentador predial. Trecho executado pela concessionária, mediante requerimento do proprietário. (Ligação definitiva ou provisória).
 Hidrômetro : Instalado a no máximo 1,50m do muro de divisa para facilitar a leitura.
 Registro de Passeio: Interrupção de abastecimento à edificação 
Ramal Predial
 Feito o cálculo do diâmetro mínimo a ser adotado: 0,60 < v < 1,00 m/s – Adota-se o consumo diário para o cálculo.
Exemplo: 
Consumo diário = 20 m³
Tempo = 86.400 s
Q = 0,000231 m³/s
Adotando-se velocidade de 0,8 m/s,
Área do tubo = 0,00028875 m²
D = (4*A/π)^0,5
D = 0,01917 mm – 20mm (Comercialmente superior)
Conferência de velocidade: A = 0,000314 e v = 0,74 m/s
O diâmetro a ser adotado deve levar em conta o tempo de enchimento do reservatório (pequenos volumes – até 1 hora e para grandes volumes – até 6 horas).
Alimentador Predial
Exemplo: Um reservatório inferior e outro superior, considerando que toda o volume de incêndio esteja no superior.
Vol. Reservatório inferior = 18,0 m³
Tempo de Enchimento = 5 horas = 18.000 s 
Vazão que passa pelo alimentador e ramal predial = 0,001 m³/s
Para velocidades iguais a 0,8 m/s
A = 0,00125 m²
D = ( 4*A/π)^0,5 = (4*0,00125/3,14) ^0,5 
D = 0,0399m = 40mm (Diâmetro comercialmente utilizado)
Diâmetro igual ao utilizado no ramal predial;
Para abastecimento direto, o dimensionamento é feito igual aos barriletes.
Vazões de ramais e sub-ramais
Leva-se em consideração a probabilidade de uso dos pontos de utilização. Para uso simultâneos (quartéis e internatos), é feita a soma das vazões. Quando a probabilidade de uso é inferior à 100%, usam-se os pesos abaixo.
Vazões de ramais e subramais
Q = C (∑P)^0,5
Q: Vazão (L/s)
C: Coeficiente de Descarga = 0,30 L/s
∑P: Soma de pesos das peças de utilização
Critérios de velocidade
Não há critérios de velocidade mínima em tubulações de água fria. A velocidade máxima não pode exceder 3 m/s. 
Dimensionamento de sub-ramais
Exemplo
Exemplo
Sub-ramais
 Pressões e diâmetros mínimos de sub-ramais em função da peça de utilização;
Devem prevalecer as condições de pressão mais restritivas. Pela NBR 5626/98, a pressão mínima é de 10 KPa e a máxima é de 400 KPa. 
 Localizar um registro na entrada do ramal, para facilitar a manutenção;
Exemplo
No desenho isométrico abaixo, estão localizados 6 lavatórios e 4 chuveiros. Dimensionar os ramais, considerando o método de consumo provável e o consumo simultâneo.
 Numerar
cada ponto de derivação, se iniciando a partir da coluna de alimentação. Os cálculos são feitos a partir do ponto mais distante da coluna.
Exercício
Consumo Provável
 Diâmetros calculados iguais ou acima do mínimo preconizado
Exercício
Consumo simultâneo
Dimensionamento dos ramais feito a partir do acúmulo de seções equivalentes de 20mm. Utilizado em escolas, internatos, quartéis, dentre outros.
Exercício
 Seção Equivalente – Sub-ramais do chuveiro e do lavatório = DN 20 mm 
Colunas de Distribuição e Barrilete
Consumo Provável: Feito o cálculo dos pesos equivalentes do ramal do pavimento e somados os trechos da coluna de distribuição.
Exemplo
Calcular o diâmetro de cada trecho da coluna de distribuição, utilizando o princípio do consumo provável e o isométrico anterior 
Exemplo
Trecho A-B e B-C – Diâmetro interno de 44,0 mm 
Exercício
Dimensionar a coluna de distribuição dos banheiros de um prédio de 10 pavimentos. O banheiro possui uma ducha, um bidê, um vaso sanitário e um lavatório.
Exercício 
Andar
Peso
Vazão (L/s)
Diâmetro Externo (mm)
10
11
0,99
25
9
9,9
0,94
25
8
8,8
0,89
25
7
7,7
0,83
25
6
6,6
0,77
25
5
5,5
0,70
25
4
4,4
0,63
20
3
3,3
0,54
20
2
2,2
0,44
20
1
1,1
0,31
20
Uso de PVC Soldável
Barrilete – Exercício
Dimensionar todos os trechos do barrilete e da coluna de distribuição para a situação mais desfavorável possível.
Exemplo
A) PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE SUB-RAMAIS E RAMAIS
B) DIMENSIONAMENTO DE COLUNAS DE DISTRIBUIÇÃO E BARRILETES
C) PRESSÃO ESTÁTICA MÁXIMA NA EDIFICAÇÃO OCORRERÁ NA DUCHA DO PRIMEIRO ANDAR, COM O RESERVATÓRIO NO NÍVEL MÁXIMO – 23,3 MCA. ELA ESTÁ INFERIOR À PRESSÃO MÁXIMA PRECONIZADA PELA NORMA, QUE É DE 400 KPA.
VERIFICAÇÃO DA PRESSÃO DINÂMICA MÍNIMA.
LEVANTAMENTO DE PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Vazão da tubulação de recalque
O tempo de enchimento do reservatório superior deve ser entre 1 e 6 horas. A fórmula da tubulação de recalque é:
D = 0,586 . X^1/4 . Q^1/2
D: Diâmetro (m)
X: Número de horas de funcionamento por dia
Q: Vazão (m3/s)