2013_Cap6

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REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
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A rede de distribuição de água é constituída por um conjunto de condutos assentes nas vias públicas, junto aos edifícios, com a fun­ção e conduzir a água para os prédios e os pontos de consumo pú­blico.
Esses condutos caracterizam-se pelas numerosas derivações (dis­tribuição em marcha) e uma disposição "em rede", derivando daí o seu nome.
DEFINIÇÃO
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TRAÇADOS DOS CONDUTOS
 Na rede de distribuição distinguem-se dois tipos de condutos:
condutos principais ou mestres, de maior diâmetro
condutos secundários, de menor diâmetro, são os que estão imediatamente em contato com os prédios a abastecer e cuja alimen­tação depende diretamente deles. 
O traçado dos condutos principais deve tomar em consideração, de preferência:
ruas sem pavimentação
ruas com pavimentação menos onerosa
ruas de menor intensidade de trânsito — proximidade de grandes consumidores
proximidades das áreas e de edifícios que devem ser prote­gidos contra incêndios.
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Em geral, podem ser definidos três tipos principais de redes de distribuição, conforme a disposição dos seus condutos principais:
a — Redes em "espinha de peixe", em que os condutos princi­pais são traçados, a partir de um conduto principal central, com uma disposição ramificada que faz jus àquela denominação. É um sistema típico de cidades que apresentam desenvolvimento linear pronunciado.
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b — Redes "em grelha", em que os condutos principais são sensivel-mente paralelos ,ligam-se em uma extremidade a um outro conduto principal e têm os seus diâmetros decrescendo para a outra ex­tre-midade
c — Redes malhadas, em que os condutos principais formam "circuitos" ou "anéis" lembrando a disposição de malhas. É um tipo de rede que geralmente apresenta uma eficiência superior aos dois an­teriores
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 VALORES RELATIVOS AS REDES DE DISTRIBUIÇÃO
O Departamento de Aguas e Esgotos de São Paulo (SAEC Superintendência de Agua e Esgotos da Capital) adotava os seguin­tes valores nos projetos das redes de abastecimento de água, para a área metropolitana de São Paulo:
quota per capita, q = 300 litros por habitante e por dia
coeficiente do dia de maior consumo, k1 = 1,50
coeficiente da hora de maior consumo, k2 = 1,50
pressão estática máxima, 50 metros de coluna de água
pressão dinâmica mínima, 15 metros de coluna de água
diâmetro mínimo de 100 mm nas áreas do perímetro urba­no e de 75 mm nas demais áreas.
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O Fomento Estadual de Saneamento Básico — FESB de São Paulo adota os valores abaixo para o projeto das redes de distribui­ção de água das cidades do Interior do Estado de São Paulo:
quota per capita, q = 200 litros por habitante e por dia
coeficiente do dia de maior consumo, k1 = 1,25
coeficiente da hora de maior consumo, k2 = 1,50
pressão estática máxima, 45 metros de coluna de água
pressão estática mínima, 15 metros de coluna de água
diâmetro mínimo de 50 mm
As Entidades Públicas Federais (SUDENE, DNERu, DNOCS e FSESP) adotam:
valor recomendado: 150 a 200 litros por habitante e por dia
valor mínimo (a justificar): 100 litros por habitante e por dia
coeficiente do dia de maior consumo, k1 = 1,2
coeficiente da hora de maior consumo, k2 = 1,5
pressão estática máxima, 50 metros de coluna de água
pressão mínima, 10 metros de coluna de água
diâmetros mínimos:
tubulações principais, 100 mm
tubulações secundárias, 50 mm
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VAZÃO DE DISTRIBUIÇÃO
onde P é a população prevista para a área a abastecer no fim do plano; Q a vazão em litros por segundo e q a quota per capita.
É dada por:
A vazão específica a partir da qual são determinadas as vazões de dimensionamento, pode referir-se à extensão dos condutos da rede ou à área da cidade.
No primeiro caso tem-se a vazão de distribuição em marcha:
onde LT é a extensão total da rede em metros e qm a vazão de dis­tribuição em marcha, em litros por segundo e por metro de conduto.
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A vazão de distribuição referida à unidade de área é utilizada quando se estuda a rede por métodos de tentativas diretas, principal­mente, o método de Hardy-Cross. A vazão específica de distribui­ção tem para valor:
onde qd é a vazão específica de distribuição em litros por segundo e por hectares e A a área abrangida pela rede em hectares.
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CONSIDERAÇÕES SOBRE A DISTÂNCIA ENTRE DOIS CONDUTOS PRINCIPAIS
Redes em "espinha de peixe" ou em "grelha"
Nessas redes consideremos dois condutos paralelos, distantes de d hectômetros e as derivações dos condutos principais (condutos secundários), distantes entre si de 100 metros aproximadamente , tomemos duas derivações opostas e consideremos a área mé­dia alimentada por uma delas.
Sendo:
Q = vazão limite fixada para o conduto secundário. A dis­tância d, em hectômetros, entre dois condutos principais, deverá ser no máximo:
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Redes com condutos principais formando circuitos
Consideremos o circuito formado por quatro condutos iguais com lado d hectômetros e as derivações distantes de L hectômetros, em média.
Sendo:
Essa equação do segundo grau fornecerá, para a distância d, o valor de uma de suas raízes.
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 DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS EM CIRCUITOS.
 MÉTODO DE HARDY-CROSS APLICADO AO CÁLCULO DAS REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA.
 Fundamentos hidráulicos do método
Em um nó qualquer da rede a soma algébrica das vazões é nula (considerando-se (+) as vazões afluentes e (-) as efluentes).
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b) Em um circuito fechado (ou anel) qualquer da rede, a so­ma algébrica das perdas de carga é nula (considerando-se (+) as perdas de carga coincidentes e (-) as perdas de carga contrárias a um prefixado sentido de caminhamento no anel).
Sentido de encaminhamento prefixado sentido horário
Anel I:
Σh = h1 + h2 - h3 - h4 = 0
 
Anel II:
Σ h = -h2 + h5-h6-h7 = 0
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c) Para efeito de projeto, pode-se admitir, com precisão satis­fatória, que a distribuição de água em marcha seja substituída por to­madas localizadas em pontos fictícios isolados, adequadamente situados na canalização. Nestas condições, considerar-se-á uma vazão uniforme escoando-se em cada trecho de canalização. 
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d) Para uma dada rede com diâmetros conhecidos, as equa­ções:
 ΣQ = O em cada nó
 Σh = O em cada circuito
exprimem as condições necessárias e suficientes para que a distribui­ção de vazões (e, assim, das perdas de carga) prevista no cálculo coincida com a distribuição de vazão (e, assim, das perdas de carga) que realmente se verificará quando a mesma for posta em funciona­mento.
e) A perda de carga total, ao longo de um trecho de compri­mento L e diâmetro D, por uma vazão uniforme Q, pode ser expressa pela seguinte fórmula geral:
 h = r.Qn
 Exemplo: Adotando-se a Fórmula de Hazen Williams:
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O método
(a) Em cada anel da rede supõe-se conhecido o fator r de cada trecho. Assim, adotando-se a Fórmula de Hazen e Williams, supõem-se conhecidos os valores de C, L e D de cada trecho.
C resulta da escolha preliminar do tipo de tubos; L resulta do traçado da rede em planta; D é prefixado a critério do projetista.
(b) Supõem-se conhecidos os pontos de "carregamento" da rede, isto é:
os pontos de entrada de água na rede
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os pontos de saída de água da rede — pontos isolados distribuidores
(c) Supõem-se conhecidos os valores dos "carregamentos", isto é:
as vazões de alimentação da rede, fornecidas pelos reserva­tórios ou pelas
as vazões saídas da rede nos pontos isolados distribuidores valores resultantes do estudo da distribuição em marcha. 
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(d) Partindo-se dos pontos de alimentação da rede, atribui-se uma vazão de escoamento a
cada um dos trechos constitutivos dos anéis da rede. Faz-se essa distribuição de vazões respeitando-se em cada nó, a condição:
 
 ΣQ =0
(e) Fixa-se, para efeito de cálculo, um sentido de caminhamento nos anéis. Calcula-se a perda de carga total, hf, em cada trecho de anel. Faz-se, em cada anel, a somatória algébrica: Σh.
(f) Se, em todos os anéis, for obtido: Σh = O, então a rede, posta em funcionamento, terá realmente uma circulação de vazões, nos seus diversos trechos, coincidente com o que foi de início ima­ginado.
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(g) Geralmente, a primeira tentativa de distribuição das vazões conduz a Σh ≠0.
(h) Em cada anel, tendo-se em vista tornar Σh = O, faz-se uma compensação de vazões, somando-se algebricamente um valor de correção ΔQ, à vazão de cada trecho. Para este efeito, consi­deram-se os valores de Q dotados de sinais iguais aos dos correspon­dentes a h.
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 O valor de ΔQ é calculado pela seguinte expressão:
Usando-se a Fórmula de Hazen e Williams: n = 1,85.
Em um anel, introduzindo-se desse modo a correção de vazão, ΣQ tende a se anular, sem se alterar a condição pré-estabelecida de que ΣQ = O em cada nó.
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(i) Com as vazões compensadas assim obtidas, recalcula-se o valor de Σhf. Deste, resulta uma nova vazão de compensação , ΔQ, e consequentemente uma nova distribuição de vazões nos trechos. Repetem-se sucessivamente as tentativas até se obter um valor Σhf satisfatoriamente próximo de zero. Tem-se, então, a distribui­ção de vazões procurada.
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 (j) Conhecidos os diâmetros e vazões de cada trecho, resultam, imediatamente, as correspondentes velocidades de escoamento. Se, em algum trecho, a velocidade resultante for excessiva, faz-se uma modificação criteriosa de diâmetro na rede e recalculam-se as vazões.
(k) Conhecidas as cotas piezométricas da água nos pontos de alimentação da rede (cotas piezométricas nos reservatórios ou na che­gada das adutoras) resultam, imediatamente, as cotas piezométricas e as pressões disponíveis nos diversos pontos da rede. Se essas pres­sões forem inadequadas, modifica-se criteriosamente o sistema:
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ou alterando-se as cotas piezométricas nos pontos de ali­mentação da rede (por exemplo, a altura dos reservatórios);
ou fazendo-se alteração de diâmetro em trechos da rede. Nesta última hipótese, tem-se que recalcular a rede.
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Considerações práticas sobre a aplicação do método
(a) Em uma rede, geralmente existem vários anéis dispostos con­tiguamente, de modo que um dado trecho pode pertencer, simulta­neamente, a dois anéis. Consequentemente, a compensação das va­zões em um anel acarreta a decomposição do anel contíguo, no tre­cho que lhes é comum.
No trecho BC: Qinicial = 20,00 l/seg
1ª. compensação do anel I ΔQI = -1,52 1/s 
1ª. compensação do anel II ΔQII = 1,30 1/s
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Para que, nos nós extremos do trecho contíguo (B e C do exem­plo) a condição ΣQ = O ainda se mantenha inalterada, a correção nesse trecho é feita por superposição das correções parciais referentes aos dois anéis.
Exemplo: Primeira compensação:
Trecho BC do anel (I): QB_C= + 20,00 - 1,52 - 1,32 = 17,16 l/s
Trecho CB do anel (II): QC_B= - 20,00 + 1,30 + 1,52 = - 17,16 l/s
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(b) Para facilitar os cálculos, a rede de distribuição real é criteriosamente substituída por uma rede esquematizada, com menor número de anéis. Para isso, deixa-se de con­siderar as canalizações de pequeno diâmetro, que pouco influam no funcionamento do conjunto. Além disso, pode-se diminuir o número de anéis por meio da substituição de conjuntos complexos de canalizações por uma tubulação equivalente.
(c) O método de Hardy-Cross é particularmente indicado para o dimensionamento dos condutos principais de uma rede com traçado em circuito. É extraordinariamente prático para diversas condições de "carregamentos" (por exemplo, para diversas posições de incêndios).
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