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Márcio Ferreira de Araujo Mendes Isabela Labarrère Vieira Pereira Aloysio Portugal Maia Saliba Fundamentos de Instalações Hidráulicas Prediais Belo Horizonte Agosto de 2017 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Eng. Civil Márcio Ferreira de Araujo Mendes Professor Assistente IV do Departamento de Engenharia Civil da PUC Minas Mestre em Ciências em Engenharia Civil (Recursos Hídricos) – COOPE/UFRJ Enga. Civil Isabela Labarrère Vieira Pereira Professora do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos – UFMG Eng. Civil Aloysio Portugal Maia Saliba Professor do Departamento de Engenharia Civil da UFMG Doutor em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos – UFMG _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1 2 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS DE ÁGUA FRIA ................................... 2 2.1 Definições ......................................................................................................... 2 2.1.1 Tipos de Alimentação Predial .................................................................. 3 2.2 Critérios de Projeto ........................................................................................... 4 2.2.1 Ligações Prediais .................................................................................... 4 2.2.2 Consumo Diário ....................................................................................... 5 2.2.3 Vazões dos Ramais e Sub-Ramais ......................................................... 7 2.2.4 Vazões das Colunas e Barriletes ............................................................. 8 2.2.5 Vazão do Alimentador Predial ................................................................. 8 2.2.6 Vazão da Instalação Elevatória ............................................................... 8 2.2.7 Velocidade Máxima ................................................................................. 9 2.2.8 Pressões Máxima e Mínima ..................................................................... 9 2.2.9 Perdas de Carga ...................................................................................... 9 2.3 Dimensionamento das Tubulações ................................................................. 11 2.3.1 Tubulações de Recalque e Sucção ....................................................... 12 2.3.2 Tubulações de Limpeza e de Extravasão do Reservatório.................... 13 2.3.3 Capacidade dos Reservatórios .............................................................. 14 2.4 VERIFICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO ..................................................... 15 2.5 DETALHE DE PRESERVAÇÃO SANITÁRIA ................................................. 15 2.6 MATERIAIS UTILIZADOS NOS TUBOS, CONEXÕES E JUNTAS ................ 16 2.7 ALTURA DOS PONTOS DE UTILIZAÇÃO ..................................................... 16 2.8 Exercícios ........................................................................................................ 18 2.9 Trabalho 1 ....................................................................................................... 22 3 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE .......................... 23 3.1 Definições ....................................................................................................... 24 3.1.1 Tipos de Sistemas de Aquecimento ...................................................... 24 3.1.2 Tipos de Aquecedores ........................................................................... 24 3.2 Critérios de Projeto ......................................................................................... 24 3.2.1 Temperatura da Água para o Uso ......................................................... 25 3.2.2 Consumo Diário de Água Quente (morna) ............................................ 25 3.2.3 Vazões de Dimensionamento das Tubulações ...................................... 25 3.2.4 Velocidade Máxima ............................................................................... 26 3.2.5 Pressões Máxima e Mínima ................................................................... 26 3.2.6 Perdas de Carga .................................................................................... 26 3.3 Dimensionamento das Tubulações ................................................................. 27 3.3.1 Capacidade dos Reservatórios .............................................................. 27 3.4 Verificação do Dimensionamento ................................................................... 28 3.5 Materiais Utilizados nos Tubos, Conexões e Juntas ....................................... 28 3.6 Exercícios ........................................................................................................ 29 3.7 Trabalho 2 ....................................................................................................... 30 4 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO SANITÁRIO .......................................... 31 4.1 Definições ....................................................................................................... 31 4.2 Critérios de Projeto ......................................................................................... 32 4.2.1 Terminologia das Tubulações de Esgoto............................................... 34 4.3 Dimensionamento das Tubulações ................................................................. 35 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 4.3.1 Dimensionamento dos Ramais de Descarga e de Esgoto..................... 35 4.3.2 Dimensionamento do Tubo de Queda ................................................... 35 4.3.3 Dimensionamento do Coletor e Subcoletor Predial ............................... 36 4.3.4 Dimensionamento da Ventilação ........................................................... 37 4.3.5 Dimensionamento da Caixa ou Ralo Sifonado (CS) .............................. 39 4.3.6 Dimensionamento da Caixa Retentora de Gordura (CG) ...................... 40 4.3.7 Dimensionamento da Caixa de Inspeção (CI) ....................................... 40 4.3.8 Dimensionamento da Caixa de Passagem (CP).................................... 41 4.4 Exercícios ........................................................................................................ 42 5 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS DE ÁGUAS PLUVIAIS ........................................ 43 5.1 Definições ....................................................................................................... 43 5.2 Critérios de Projeto ......................................................................................... 44 5.2.1 Intensidade Pluviométrica ...................................................................... 44 5.2.2 Área de Contribuição ............................................................................. 45 5.2.3 Características de Impermeabilização do Local .................................... 45 5.2.4 Vazão de Projeto ................................................................................... 46 5.3 Dimensionamento ...........................................................................................46 5.3.1 Dimensionamento das Calhas ............................................................... 46 5.3.2 Dimensionamento das Condutores Verticais ......................................... 48 5.3.4 Dimensionamento das Caixas de Areia ou de Inspeção ....................... 50 5.4 Exercícios ........................................................................................................ 51 5.5 Trabalho 3 ....................................................................................................... 52 6 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS DE PREVENÇÃO E COMBATE A INCÊNDIOS . 53 6.1 Definições ....................................................................................................... 54 6.2 Tipos de Sistema de Prevenção e Combate a Incêndio ................................. 54 6.3 Instalações Sob Comando .............................................................................. 54 6.3.1 Dimensionamento dos Hidrantes ........................................................... 55 6.3.2 Dimensionamento das Tubulações ........................................................ 57 6.4 Instalação Automática ..................................................................................... 58 6.5 Reserva de Água para Combate a Incêndio ................................................... 58 6.6 Exercícios ........................................................................................................ 65 6.7 Trabalho 4 ....................................................................................................... 65 7 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS DE GLP ............................................. 66 7.1 Introdução ....................................................................................................... 66 7.2 Distribuição de GLP ........................................................................................ 66 7.3 Instalações de GLP ......................................................................................... 66 7.3.1 Residência de Porte Pequeno e Médio ................................................. 66 7.3.2 Residência de Grande Porte ................................................................. 67 7.3.3 Prédios de Apartamentos ...................................................................... 67 7.4 Exigências Quanto às Instalações de GLP ..................................................... 67 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 68 1 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 1 INTRODUÇÃO A história nos mostra que os primeiros homens procuravam viver próximo às fontes de água e já estudavam meios de trazê-la às povoações, cada vez maiores. A água sempre teve um papel de grande importância na sobrevivência e na evolução do homem. Na sobrevivência, porque sem ela não existiria vida animal. Na evolução, porque ela é elemento fundamental para o desenvolvimento da qualidade de vida do homem. Ela é responsável pela higiene e limpeza de cada um; tem larga aplicação na indústria; é utilizada para irrigação dos campos; é o principal meio para combate a incêndios; enfim, é parte vital, em todos os sentidos, no nosso meio de vida. A Organização Mundial de Saúde (OMS) define saúde como sendo: “um estado de completo bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doenças ou enfermidades”. Desta forma, os edifícios normalmente são dotados de instalações destinadas ao conforto, à higiene e à segurança dos seus usuários. Logo, uma instalação sanitária mal projetada ou mal executada poderá oferecer riscos à saúde, através da contaminação ou introdução de materiais indesejáveis na água de abastecimento, além de causar desconforto e/ou mal-estar aos usuários do empreendimento. 2 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS DE ÁGUA FRIA A instalação predial de água fria tem por objetivo distribuir por toda a edificação água para uso e consumo humano, garantindo qualidade, potabilidade e quantidade. A norma brasileira que regulamenta os projetos de instalações hidráulicas prediais é a NBR 5626/1998, editada pela ABNT. O projeto de instalações hidráulicas prediais de água fria deve ser elaborado, supervisionado e de responsabilidade de profissional de nível superior legalmente habilitado pelas leis do país. As instalações hidráulicas prediais de água fria devem ser projetadas e construídas de modo a: garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade suficiente, com pressões e velocidades adequadas ao perfeito funcionamento das peças de utilização e do sistema de tubulações; preservar rigorosamente a qualidade de água do sistema de abastecimento; preservar o máximo conforto dos usuários, incluindo-se a redução dos níveis de ruídos. O projeto das instalações prediais de água fria deve ser desenvolvido em 3 etapas: a) concepção do projeto; b) determinação das vazões distribuídas; c) dimensionamento de suas estruturas componentes. O desenvolvimento do projeto das instalações de água fria deve ser conduzido concomitantemente, e em conjunto (ou em equipe de projeto), com os projetos de arquitetura, estruturas e de fundações do empreendimento, de modo que se consiga a mais perfeita harmonia entre todas as exigências técnico- econômicas envolvidas. Os equipamentos e reservatórios devem ser adequadamente localizados tendo em vista as suas características funcionais, a saber: espaço; iluminação; ventilação; proteção sanitária; operação e manutenção. Só é permitida a localização de tubulações solidária à estrutura se não forem prejudicadas pelos esforços ou deformações próprias dessa estrutura. As passagens através da estrutura devem ser previstas e aprovadas por seu projetista. Tais passagens devem ser projetadas de modo a permitir a montagem e a desmontagem das tubulações em qualquer ocasião. Indica-se, como a melhor solução para a localização das tubulações, a sua total independência das estruturas e das alvenarias. 2.1 Definições Peças de Utilização: São dispositivos ligados aos sub-ramais para permitirem a utilização da água. Alimentador Predial: Tubulação compreendida entre o ramal predial e a primeira derivação ou registro de boia do reservatório. 3 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Barrilete: Conjunto de tubulações que se origina no reservatório e do qual se derivam as colunas de distribuição. Coluna de Distribuição: Tubulação derivada do barrilete e destinada a alimentar ramais. Consumo Diário: Valor médio de água consumida num período de 24 horas em decorrência de todos os usos do edifício no período. Ponto de Utilização: Extremidade a jusante do sub-ramal. Rede predial de distribuição: Conjunto de tubulações, compreendido pelos barriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais, ou de alguns destes elementos. Ramal: Tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais. Ramal Predial: Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento e a instalação predial. Retro-sifonagem: Refluxo de águas servidas, poluídas ou contaminadas, para o sistema de consumo, em decorrência de pressões negativas. Sub-ramal: Tubulação que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação do aparelho sanitário. Figura 2.1 – Definições em Instalações Hidráulicas Prediais de Água Fria 2.1.1 Tipos de Alimentação PredialSistema de Distribuição Direta: A alimentação da rede predial de distribuição é feita diretamente da rede pública de abastecimento (sem reservação). Sistema de Distribuição Indireta por Gravidade: A alimentação da rede predial de distribuição é feita através de reservatório superior. Sistema de Distribuição Indireta com Bombeamento: A alimentação da rede predial de distribuição é feita a partir de reservatório superior, o qual é alimentado por bombeamento, através de um reservatório inferior. Recomenda-se que se dispense a existência de reservatório inferior sempre que for possível alimentar continuamente o reservatório superior diretamente pelo alimentador predial. 4 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Figura 2.2 – Sistemas Prediais de Distribuição de Água 2.2 Critérios de Projeto Um projeto de instalação hidráulica predial de água fria se desenvolve, normalmente, em quatro fases. Na primeira delas são definidos os pontos de utilização da água fria, o tipo de sistema de distribuição, a localização dos reservatórios, equipamentos e tubulações. Na fase seguinte é realizada a determinação e capacidades dos equipamentos. Na terceira fase é feito o dimensionamento, e por fim as verificações das condições de funcionamento de toda a instalação. 2.2.1 Ligações Prediais A Tabela 2.1, a seguir, apresenta os diâmetros dos ramais prediais exigidos pela COPASA MG, conforme padrões apresentados na Figura 2.3. Tabela 2.1 – Diâmetro do Ramal Predial (COPASA MG) Número de Economias1 Diâmetro do Ramal Predial Residencial Comercial 1 a 25 26 a 35 36 a 50 51 a 100 acima de 100 1 a 126 127 a 180 181 a 360 361 a 540 acima de 540 ½” – 15 mm ¾” – 20 mm 1” – 25 mm 2” – 50 mm a ser estudado pela COPASA MG 1 Economia é cada uma das unidades residenciais ou comerciais R I R S R S Rede Pública Bomba Sistema de Distribuição Direta Sistema de Distribuição Indireta por Gravidade Rede Pública Rede Pública Sistema de Distribuição Indireta por Bombeamento 5 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais a) Modelo Cavalete (sobre o piso) b) Modelo Embutido (no muro ou mureta) Figura 2.3 – Padrão COPASA MG Fonte: Companhia de Saneamento de Minas Gerais, 2016a Recomenda-se que o projetista consulte sempre as normas da concessionária de água local para detalhar a ligação predial. 2.2.2 Consumo Diário O consumo diário de uma edificação deve ser calculado através da equação: qPCd (1) na qual Cd é o consumo diário da edificação (l/dia); P é a população de ocupação da edificação; e q é o consumo “per capita” (l/dia). A população abastecida em uma edificação e o consumo “per capita” pode ser estimada através do tipo e natureza do imóvel, conforme apresentado nas Tabelas 2.2 e 2.3, respectivamente. Tabela 2.2 – Taxa de Ocupação de Acordo com a Natureza do Local Natureza do Local Taxa de Ocupação Residências unifamiliares Prédio de apartamentos Prédio de Escritórios: - uma só entidade locadora - mais de uma entidade locadora Restaurantes Teatros e cinemas Lojas (pavimentos térreos) Lojas (pavimentos superiores) Supermercados Shopping centers Salões de hotéis Museus 2 pessoas por quarto e 1 por quarto de empregada 2 pessoas por quarto 1 pessoa por 7,0 m² de área 1 pessoa por 5,0 m² de área 1 pessoa por 1,5 m² de área 1 cadeira para cada 0,7 m² de área 1 pessoa por 2,5 m² de área 1 pessoa por 5,0 m² de área 1 pessoa por 2,5 m² de área 1 pessoa por 5,0 m² de área 1 pessoa por 6,0 m² de área 1 pessoa por 8,0 m² de área Fonte: Macintyre, 1996. 6 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 2.3 – Estimativa do Consumo Diário “Per Capita” Tipo de Edificação Unidade Consumo (l/dia) 1. Serviços Domésticos Apartamentos Apartamentos de Luxo Residência de Luxo Residência de Médio Valor Residência Popular Alojamentos Provisórios de Obras Apartamento do Zelador “per capita” por dormitórios por quarto de empregada “per capita” “per capita” “per capita” “per capita” “per capita” 200 300 a 400 200 300 a 400 150 120 a 150 80 600 a 1.000 2. Serviços Públicos Edifícios de Escritórios Escolas, Internatos Escolas, Externatos Escolas, Semi-Internatos Hospitais e Casas de Saúde Hotéis com Cozinha e Lavanderia Hotéis sem Cozinha e Lavanderia Lavanderias Quartéis Cavalarias Restaurantes Mercados Garagens e Postos de Serviços para Automóveis Rega de Jardins Cinemas, Teatros Igrejas Ambulatórios Creches por ocupante efetivo “per capita” por aluno por aluno por leito por hóspede por hóspede por kg de roupa seca por soldado por cavalo por refeição por m2 de área por automóvel por m2 de área por lugar por lugar “per capita” “per capita” 50 a 80 150 50 50 250 250 a 350 120 30 150 100 25 5 100 1,5 2 2 25 50 3. Serviços Industriais Fábricas (uso pessoal) Fábricas com restaurante Usinas de Leite Matadouros Matadouros de Pequeno Porte por operário por operário por litro de leite por animal abatido por animal abatido 70 a 80 100 5 300 150 Fonte: Macintyre, 1996. 7 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.2.3 Vazões dos Ramais e Sub-Ramais O dimensionamento dos ramais e sub-ramais deve ser feito a partir da vazão mínima necessária para o ponto de utilização da instalação hidráulica predial. Para tanto, são apresentados na Tabela 2.4, a seguir, os valores de vazão mínima necessária para o funcionamento de diversas peças e pontos de utilização. Além disso, nesta mesma tabela, são apresentados os pesos (valores de ponderação) para as diversas peças e pontos de utilização de água. Tabela 2.4 – Vazões e Pesos Relativos aos Pontos de Utilização Aparelho Sanitário Peça de utilização Vazão de Projeto (L/s) Peso relativo Bacia Sanitária Caixa de descarga 0,15 0,3 Válvula de descarga 1,70 32 Banheira Misturador (água fria) 0,30 1,0 Bebedouro Registro de pressão 0,10 0,1 Bidê Misturador (água fria) 0,10 0,1 Chuveiro ou ducha Misturador (água fria) 0,20 0,4 Chuveiro elétrico Registro de pressão 0,10 0,1 Lavadora de pratos ou de roupas Registro de pressão 0,30 1,0 Lavatório Torneira ou misturador (água fria) 0,15 0,3 Mictório cerâmico Com sifão integrado Válvula de descarga 0,50 2,8 Sem sifão integrado Caixa de descarga, registro de pressão ou válvula de descarga para mictório 0,15 0,3 Mictório tipo calha Caixa de descarga ou registro de pressão 0,15 Por metro de calha 0,3 Pia Torneira ou misturador (água fria) 0,25 0,7 Torneira elétrica 0,10 0,1 Tanque Torneira 0,25 0,7 Torneira de jardim ou lavagem geral Torneira 0,20 0,4 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1998 8 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.2.4 Vazões dasColunas e Barriletes As vazões de dimensionamento das colunas e barriletes devem levar em conta a possibilidade de uso dos pontos de utilização, ou seja, deve-se considerar o uso simultâneo das peças (internatos, clubes, quartéis) e o uso não simultâneo das peças (possibilidade menor que 100%). Para a primeira situação (uso simultâneo) a vazão de cada trecho deve ser a soma das vazões dos pontos que estão sendo utilizados. Para a situação de uso não simultâneo considera-se o método da vazão máxima provável, pois, esse 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. Desta forma, o método adotado pela norma utiliza a fórmula apresentada a seguir: P30,0Q (2) na qual Q é a vazão (l/s) e P são os pesos das diversas peças ligadas ao trecho analisado. 2.2.5 Vazão do Alimentador Predial A vazão do alimentador predial é definida conforme o sistema de abastecimento: Abastecimento Direto: a vazão do alimentador predial é calculada utilizando-se a equação (2); Abastecimento Indireto por Gravidade: a vazão do alimentador predial deve ser suficiente para atender o consumo diário do prédio no período de 24 horas; Abastecimento Indireto por Bombeamento: a vazão do alimentador predial deve ser igual àquela determinada para a instalação elevatória. 2.2.6 Vazão da Instalação Elevatória Conforme orientação da norma, o sistema elevatório deverá ter uma vazão mínima horária igual a 15% do consumo diário, ou seja, o sistema deverá funcionar durante 6,66 horas por dia (a bomba permanecerá operando no máximo 6,66 h/dia). Baseado na experiência pode-se adotar: a) prédios de apartamentos e hotéis: 3 períodos de 1,5 horas (= 4,5 h); b) prédios de escritórios: 2 períodos de 2 horas (= 4 h); c) hospitais: 3 períodos de 2 horas (= 6 h). 9 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.2.7 Velocidade Máxima Segundo a norma, a velocidade máxima do escoamento não pode ultrapassar a 3,0 m/s, pois, acima desse valor provoca ruído desagradável, desgastes excessivos da tubulação e a possibilidade de ocorrência de golpe de aríete em caso de fechamento rápido de válvulas. 2.2.8 Pressões Máxima e Mínima Conforme a norma, as pressões máximas e mínimas admitidas no interior das tubulações do sistema de distribuição de água fria são: a) Pressão Estática Máxima: 400 kPa ( 40,8 mca); b) Pressão Dinâmica Mínima: 5 kPa ( 0,5 mca). A pressão estática é ocorre quando não há escoamento e a pressão dinâmica é aquela associada à ocorrência de escoamento. Além disso, devem-se levar em conta as pressões máximas e mínimas exigidas nos pontos de utilização, conforme apresentado na Tabela 2.5. Tabela 2.5 – Pressão nos Pontos de Utilização Pontos de Utilização Pressão Dinâmica (kPa) Pressão Estática (kPa) Mín Máx Mín Máx Aquecedor elétrico de alta pressão Aquecedor elétrico de baixa pressão Bebedouro Chuveiro de DN = 15 mm Chuveiro de DN = 20 mm Torneira Torneira de boia para caixa de descarga DN = 15 mm Torneira de boia para caixa de descarga DN = 20 mm Torneira de boia para reservatórios Válvula de descarga de baixa pressão 5 5 20 20 10 5 15 5 5 12 400 40 400 400 400 400 400 40 400 - 10 10 - - - - - - - 20 400 50 - - - - - - - - 2.2.9 Perdas de Carga A perda de carga ao longo de um tubo depende do seu comprimento e diâmetro interno, da rugosidade da sua superfície interna e da vazão. Para calcular o valor da perda de carga nas tubulações, a norma indica o uso das fórmulas de Fair Whipple-Hsiao, indicadas a seguir, em função do material Além disso, a norma 10 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais indica o uso do método dos comprimentos equivalentes para se considerar a perda de carga localizada: L D Q 000859,0h 75,4 75,1 (para PVC ou cobre) (3) L D Q 00202,0h 88,4 88,1 (para aço ou ferro fundido) (4) nas quais h é perda de carga (m); Q é a vazão escoada (m³/s); D é o diâmetro do conduto (m); e L é a soma do comprimento total do conduto e dos comprimentos equivalentes de cada peça (m). As Tabelas 2.6 e 2.7, a seguir, apresentam os valores dos comprimentos equivalentes para diversas peças conforme o valor do diâmetro. Tabela 2.6 – Comprimentos Equivalentes (Leq) em Metros de Canalização de PVC Rígido ou Cobre Tabela 2.7 – Comprimentos Equivalentes (Leq), em Metros de Canalização de Aço Galvanizado ou Ferro Fundido 11 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.3 Dimensionamento das Tubulações As tubulações de instalações prediais de água fria devem ser dimensionadas para trabalhar como condutos forçados, cujos diâmetros devem ser definidos para cada trecho, com o cuidado de serem sempre iguais ou superiores aos de trechos de jusante. O critério para a definição dos diâmetros é baseado na velocidade máxima permitida para o escoamento, conforme apresentado no item 2.2.7. A Tabela 2.8, a seguir, apresenta as vazões máximas admissíveis para diversos tipos de tubulações, considerando o critério de velocidade máxima (3 m/s) e o valor do diâmetro nominal da tubulação. Tabela 2.8 – Vazões Máximas em Função do Diâmetro Nominal Diâmetros Vel. Máxima Vazão Máxima (mm) (pol) (m/s) (l/s) (m³/dia) 15 20 25 32 40 50 60 75 100 125 150 ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3 4 5 6 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 0,53 0,94 1,47 2,41 3,77 5,89 8,48 13,3 23,6 36,8 53,0 45 81 127 208 326 509 733 1149 2039 3180 4579 Cabe destacar, entretanto, que é importante avaliar considerando o diâmetro interno (Di) das tubulações, que deve ser adotado no cálculo das vazões máximas permitidas. O diâmetro interno (Di) das tubulações nem sempre corresponde ao diâmetro nominal (DN), que é o diâmetro pelo qual a tubulação é denominada. O diâmetro interno varia conforme o material da tubulação segundo normas da ABNT. . 12 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Além disso, devem-se considerar diâmetros mínimos para cada peça de utilização conforme apresentado na Tabela 2.9, a seguir. Tabela 2.9 – Diâmetro Mínimo por Peça de Utilização (Sub-Ramal) Ponto de Utilização Diâmetro Mínimo (mm) (pol) Aquecedor de alta pressão Aquecedor de baixa pressão Banheira Bebedouro Bidê Caixa de descarga Chuveiro Filtro de pressão Lavatório Máquina de lavar roupa ou prato Mictório autoaspirante Mictório não aspirante Pia de cozinha Tanque de despejo ou de lavar roupa Válvula de descarga 15 20 15 15 15 15 15 15 15 20 25 15 15 20 321 ½ ¾ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ¾ 1 ½ ½ ¾ 1 ¼ 1 Para pressão estática disponível inferior a 30 kPa recomenda-seo diâmetro de 40 mm (1 ½ pol) Fonte: Macintyre, 1996 2.3.1 Tubulações de Recalque e Sucção No dimensionamento da tubulação de recalque, quando existir, indica-se a utilização da fórmula de Forschheimmer: 4 r 24 X Q3,1D (5) na qual Dr é o diâmetro de referência (m); X é o número de horas de funcionamento da bomba por dia; e Q é a vazão da bomba (m³/s) O diâmetro da tubulação de sucção deve ser no mínimo, um diâmetro comercial superior ao diâmetro de referência, enquanto o diâmetro de recalque deve ser igual ao diâmetro comercial igual ou inferior ao diâmetro de referência, ou seja: DSucção > Dr e DRecalque ≤ Dr. 13 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.3.2 Tubulações de Limpeza e de Extravasão do Reservatório A tubulação de limpeza do reservatório deve ser dimensionada em função do tempo em que se deseja que o mesmo seja esvaziado. Considerando um reservatório de forma prismática, pode se utilizar a equação a seguir para o dimensionamento da tubulação de limpeza. L d h g2AC S2 t (6) na qual t é o tempo desejado para o esvaziamento do reservatório (s); S é a área da superfície de água do reservatório (m²); A é a área da seção a tubulação de limpeza (m²); Cd é o coeficiente de descarga do orifício (Cd 0,6); e hL é a altura de água sobre o eixo da saída da tubulação de limpeza (m), conforme apresentado na Figura 2.4. Figura 2.4 – Tubulações de Limpeza e Extravazão do Reservatório A tubulação de extravazão do reservatório é utilizada para evitar um possível transbordamento quando ocorrem defeitos em seu sistema de enchimento. O dimensionamento depende da carga hidráulica acima do eixo de entrada na tubulação e o seu funcionamento pode se dar como vertedouros, orifícios, bocais e, até mesmo, como condutos forçados. A expressão (7), a seguir, é utilizada para orifícios, bocais e tubos curtos, o que permite o cálculo da área da seção transversal necessária ao extravasor, quando este não for muito longo, ou seja, seu comprimento for inferior a 60 vezes o seu diâmetro: Ed hg2ACQ (7) em que Q é a vazão que alimenta o reservatório (m³/s) Cd é o coeficiente de descarga do orifício (Cd 0,6); A é a área da seção transversal do extravasor (m²); e hE é a altura de água sobre o eixo da tubulação do extravasor (m), conforme apresentado na Figura 2.4. Recomenda-se que o diâmetro da tubulação de extravazão deve ser superior ao da tubulação prevista para a alimentação do reservatório. Além disso, Tubulação de Alimentação Tubulação de Limpeza Tubulação de Extravazão NA normal NA máximo hE hL 14 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais recomenda-se que o seu deságue seja feito livremente em local de fácil visualização, para que sejam tomadas providências quando ocorrer alguma anormalidade. Caso o lançamento das águas extravasadas e/ou de limpeza seja feito no sistema de esgotamento sanitário, exige-se que haja uma separação atmosférica (distância vertical, sem obstáculos e através da atmosfera, entre a saída da tubulação e o nível de transbordamento) correspondente a 2 vezes o diâmetro interno do tubo extravasor e nunca menor que 30 cm. 2.3.3 Capacidade dos Reservatórios O volume acumulado no(s) reservatório(s) das edificações não pode(m) ser inferior(es) ao volume consumido diariamente no prédio. Além disso, recomenda-se que o volume armazenado não ultrapasse a 3 vezes o consumo diário. A determinação do consumo diário deve ser efetuada através da Tabela 2.3 e da equação (1). Logo, o cálculo do volume de armazenamento total pode ser feito considerando a equação a seguir. t 1000 C V dt (8) em que Vt é o volume total armazenado (m³); C é o consumo diário (l/dia); e t é o tempo de armazenamento (dia). Desta forma, o volume de cada reservatório dependerá do tipo de sistema de distribuição. Distribuição Indireta por gravidade: tRS VV Distribuição Indireta por Bombeamento: ttRI ttRS V60% V60,0V V40% V40,0V Os reservatórios devem ser construídos de tal forma que satisfaçam as seguintes condições: a) preservem os padrões de higiene e segurança; b) sejam perfeitamente estanques; c) possuam paredes lisas, executadas com materiais que resistam ao ataque da água; d) sempre providos de dispositivo do tipo tampa que impeça a entrada de animais e corpos estranhos; e) devem ser providos de abertura, convenientemente localizada, que permita o fácil acesso ao seu interior para inspeção e limpeza; f) sejam dotados de extravasor; g) tenham canalização para esgotamento e, quando a área do fundo for superior a 2 m², este deverá ser inclinado a fim de permitir o seu perfeito esvaziamento; 15 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais h) devem ser construídos de tal forma a manter uma folga mínima de 0,60 m entre as suas paredes e qualquer obstáculo lateral, e entre o fundo e o local onde se apoia, para permitir inspeções. 2.4 VERIFICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO Após o dimensionamento do diâmetro de cada trecho da tubulação, faz-se necessário a verificação das pressões máximas estáticas e das pressões mínimas dinâmicas, a partir dos dados de projeto e dos cálculos das perdas de carga ao longo do escoamento, conforme item 2.2.9. A Tabela 2.10, a seguir, é sugerida para a verificação supracitada. Tabela 2.10 – Planilha de Cálculo para Instalações Prediais de Água Fria Trecho Pesos Q (l/s) D (mm) v (m/s) Comprimentos Piezom. Mont. (mca) h (m) Piezom. Jusante (mca) Elev. Jus. (m) Pressão Disp. (mca) Unit. Acum. Tubul. Peças Total 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 - Identificação do trecho; 2 - Valores dos pesos dos pontos de utilização ligados ao ramal; 3 - Soma dos pesos dos pontos de utilização ligados ao ramal com os pesos dos trechos de jusante; 4 - Vazão no trecho; 5 - Diâmetro do trecho, a partir da vazão; 6 - Velocidade média no trecho, a partir do diâmetro adotado; 7 - Comprimento da tubulação do trecho; 8 - Soma dos comprimentos equivalentes de cada peça do trecho; 9 - Soma dos comprimentos (8) e (9); 10 - Pressão Piezométrica disponível a montante do trecho analisado; 11 - Perda de carga do escoamento ao longo do trecho analisado; 12 - Pressão piezométrica disponível a jusante do trecho analisado [(10) – (11)]; 13 - Elevação a jusante do trecho analisado; 14 - Pressão disponível a jusante [(12) – (13)]. 2.5 DETALHE DE PRESERVAÇÃO SANITÁRIA A norma brasileira exige que as colunas de distribuição devam ser ventiladas, de tal forma a garantir que não haja: a) a contaminação da instalação devido ao fenômeno chamado retro- sifonagem (pressões negativas na rede) que causam a entrada de corpos poluidores através do sub-ramal do vaso sanitário, bidê ou banheira. b) o estrangulamento das seções de passagem da água devido ao acúmulo de bolhas de ar, que normalmente acompanham o fluxo de água. 16 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Desta forma, conforme exigência de norma, a ventilação deve: a) ser ligada à coluna de distribuição após o registro de passagem existente; b) ter sua extremidade superior livre, acima do nível máximo d’águado reservatório superior; c) ter o diâmetro igual ou superior ao da coluna de distribuição. 2.6 MATERIAIS UTILIZADOS NOS TUBOS, CONEXÕES E JUNTAS Os tubos e conexões utilizadas nas instalações hidráulicas prediais de água fria podem ser construídos dos seguintes materiais: aço galvanizado, cobre, ferro fundido, PVC rígido, ferro maleável, latão, bronze ou outro material tal que: a) sejam próprio para condução de água potável, não alterando sua qualidade; b) sejam adequados para o acoplamento entre si; c) sejam adequados para as condições de temperatura e de pressão que serão submetidos. 2.7 ALTURA DOS PONTOS DE UTILIZAÇÃO Para a distribuição da água na edificação, é fundamental que as saídas de alimentação de cada aparelho estejam de acordo com a pressão necessária ao bom funcionamento do mesmo. O posicionamento dos pontos de utilização de água pode variar de acordo com a necessidade de pressão, distâncias mínimas entre os aparelhos, conforto dos usuários, modelo dos aparelhos entre outros. As alturas sugeridas para diversos tipos de aparelho estão apresentadas na Tabela 2.11, a seguir. 17 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 2.11 – Alturas dos pontos de utilização Aparelho Altura (cm) Bacia Sanitária com válvula 33 Bacia sanitária com caixa acoplada 20 Ducha higiênica 50 Bidê 20 Banheira de hidromassagem 30 Chuveiro ou ducha 220 Lavatório 60 Mictório 105 Máquina de lavar roupa 90 Máquina de lavar louça 60 Pia 110 Tanque 115 Torneira de limpeza 60 Torneira de jardim 60 Registro de pressão 110 Registro de gaveta 180 Válvula de descarga 110 Fonte: Carvalho Júnior, 2014. 18 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.8 Exercícios 1) Calcular a capacidade do reservatório de uma residência de dois pavimentos com quatro quartos, sendo uma suíte e um quarto de hóspedes. A residência possui ainda uma dependência completa de empregada, para ser ocupada por duas pessoas. Indique o tipo de distribuição. 2) Calcular a capacidade do(s) reservatório(s) de um edifício de 16 pavimentos tipos, com 2 apartamentos por pavimento sendo que cada apartamento possui 2 quartos e dependência de empregada. A área construída é de 5200 m² e o abastecimento é contínuo. Indique o tipo de distribuição. 3) Determine o diâmetro do alimentador predial, das tubulações de sucção e recalque, das tubulações de extravasão e de limpeza do reservatório (superior) do edifício do exercício 2, considerando todos os tipos de distribuição possíveis. Considere o reservatório superior com área de base igual a 5,0 m², e distância vertical entre a borda superior e o extravasor igual a 20 cm. (obs.: neste exercício não foi considerado o volume para combate a incêndio, que será alvo de estudo em capítulo posterior). 4) Dimensione, as tubulações de PVC rígido de um banheiro conforme apresentado no Desenho B, a seguir. Em seguida, faça a verificação considerando que a pressão piezométrica disponível no ponto A é igual a 15,5 m e sua elevação é 12,0 m. 5 3 4 2 1 19 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 5) Pede-se dimensionar a coluna 1 de distribuição de água e verificar as pressões dinâmicas para o banheiro mais alto do prédio apresentado no esquema geral da figura abaixo. A coluna 1 está interligada a 4 (quatro) banheiros do tipo apresentado no desenho isométrico, também mostrado abaixo, conectando o ponto 8 deste aos pontos D, E, F e G do esquema geral. Considere que serão utilizadas tubulações de PVC rígido. (adaptado de Baptista e Coelho, 2014) 20 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 6) Determine a pressão em mca., kPa e kgf/cm² nos pontos apresentados na figura a seguir (sem escala), sabendo-se que o registro RG está completamente fechado e a tubulação está completamente cheia. 7) No problema anterior, as pressões nos pontos A, B até F devem aumentar, permanecer inalterada ou reduzir caso o registro RG seja aberto? Justifique sua resposta. 8) Sabendo que a vazão é igual a 0,36 m³/h e a tubulação tem diâmetro 20 mm em PVC, calcule a pressão nos pontos A a F, desprezando as perdas de carga localizadas e a carga cinética. 75,1 75,1 D Q 00086,0J LJh 9) Em um Tê passam as vazões indicadas na figura a seguir. Determine as velocidades de escoamento em cada extremidade, sabendo que o diâmetro principal é igual a ¾” e o lateral é igual a ½”. As velocidades estão adequadas às recomendações da NBR 5626/1998? 10) Calcular a capacidade do reservatório de uma residência de dois pavimentos com quatro quartos, sendo uma suíte e um quarto de hóspedes. A residência possui ainda uma dependência completa de empregada, para ser ocupada por duas pessoas. Indique o tipo de distribuição. 11) Uma bomba, cuja curva é igual a 75,1 man Q50H , está interligada a um sistema cuja curva é igual a 75,1 man Q9486820H . Determine o ponto de operação da bomba. 21 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 12) Pré-dimensione os diâmetros de um sistema que deverá bombear a vazão de 1,0 m³/h de água, sabendo de que a bomba deverá operar por até 6 horas por dia. (adaptado de Vianna, 2004) 12) Verifique o ramal que alimenta cinco chuveiros e cinco lavatórios de um vestiário, apresentado na figura a seguir, para situação de funcionamento simultâneo e funcionamento alternado (NBR 5626/98). A pressão em A é igual a 20 mca. 13) Você faz parte da equipe de projeto de um prédio de 12 pavimentos (pilotis mais 11 andares tipo) com 4 apartamentos por andar. Em cada apartamento terá 3 quartos e uma dependência completa de empregada. No pilotis terá um apartamento para o zelador além de 6 salas comerciais. Na área de lazer do edifício existirá uma piscina com as seguintes dimensões em planta: 12,0 m X 6,0 m. Sob sua responsabilidade ficou a tarefa de determinar o diâmetro da ligação predial e o(s) volume(s) do(s) reservatório(s), desconsiderando a reserva para combate à incêndio. (adaptado de Vianna, 2004) 22 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 2.9 Trabalho 1 O trabalho deve ser entregue em grupo e com todas as respostas detalhadas. 1) Considere um edifício residencial de luxo com apenas 4 andares com 1 apartamento por andar, o qual possui; varanda; 2 salas; 4 quartos sendo duas suítes; 4 vagas de garagem; 2 banheiros sociais; e dependência completa de empregada. O prédio ainda possui: salão de festas; piscina; quadra de esportes; sauna; e área de lazer com 250 m2 de jardins. Pede-se determinar o(s) volume(s) do(s) reservatório(s) considerando os sistemas de distribuição indireta por gravidade e por bombeamento. Observação: a sua resposta deve conter todas as possibilidades de sistema de abastecimento. 2) Determine os volumes mais adequados do(s) reservatório(s) a ser(em) construído(s) para abastecer um hotel de luxo com capacidade para 500 hóspedes, o qual possui, em anexo, um centro de convenções com capacidade para 2.000 pessoas e um jardim cuja área ocupa 50 m2. Sabe-se que a concessionária de abastecimentonão possui pressão, na sua rede, suficiente para alcançar o topo do prédio do hotel em questão. 3) O desenho isométrico apresentado no Desenho A, a seguir, corresponde a uma instalação hidráulica destinada a alimentar uma bateria de chuveiros de uma instalação militar. Pede-se dimensionar todos os trechos dessa instalação. (adaptado de Vianna, 2004) 23 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 3 INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE Instalações hidráulicas prediais de água quente é qualquer instalação hidráulica predial de água para uso humano, cuja temperatura da água esteja entre 40oC e 70oC cujo projeto deve ser regido pela norma NBR 7198 da ABNT. O uso de água quente é comum em quase todas as atividades humanas e as instalações hidráulicas para a sua condução podem ser específicas para indústrias, hospitais, hotéis e residências. O projeto de instalações hidráulicas prediais de água quente deve ser elaborado, supervisionado e de responsabilidade de profissional de nível superior legalmente habilitado pelas leis do país. As instalações hidráulicas prediais de água quente devem ser projetadas e construídas de modo a: a) garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade suficiente, com pressões e velocidades adequadas ao perfeito funcionamento das peças de utilização e do sistema de tubulações; b) preservar rigorosamente a qualidade de água do sistema de abastecimento; c) preservar o máximo conforto dos usuários, incluindo-se a redução dos níveis de ruídos. O projeto das instalações prediais de água quente deve ser desenvolvido em 3 etapas: a) concepção do projeto; b) determinação das vazões; c) dimensionamento. O desenvolvimento do projeto das instalações de água quente deve ser conduzido concomitantemente, e em conjunto (ou em equipe de projeto), com os projetos de arquitetura, estruturas e de fundações do empreendimento, de modo que se consiga a mais perfeita harmonia entre todas as exigências técnico- econômicas envolvidas. Os equipamentos e reservatórios devem ser adequadamente localizados tendo em vista as suas características funcionais, a saber: espaço; iluminação; ventilação; proteção sanitária; operação e manutenção. Só é permitida a localização de tubulações solidária à estrutura se não forem prejudicadas pelos esforços ou deformações próprias dessa estrutura. As passagens através da estrutura devem ser previstas e aprovadas por seu projetista. Tais passagens devem ser projetadas de modo a permitir a montagem e a desmontagem das tubulações em qualquer ocasião. Indica-se, como a melhor solução para a localização das tubulações, a sua total independência das estruturas e das alvenarias. 24 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 3.1 Definições Aquecedor: Aparelho destinado a aquecer a água. Isolamento Térmico: Procedimento para reduzir as perdas de calor nas instalações hidráulicas prediais de água quente. Misturador: Dispositivo que possibilita a mistura de água quente e água fria para o uso doméstico, somente após o ponto de utilização. Respiro: Dispositivo destinado a permitir a saída de ar e/ou vapor de uma instalação hidráulica predial de água quente. 3.1.1 Tipos de Sistemas de Aquecimento Individual: Sistema de aquecimento que alimenta apenas uma peça de utilização. Ex.: chuveiro e torneiras. Central Privado: Sistema de aquecimento que alimenta mais de uma peça de utilização em um mesmo domicílio. Ex.: aquecedores de acumulação residencial. Central Coletivo: Sistema de aquecimento que alimenta várias peças de utilização em mais de um domicílio. Ex.: prédios de apartamentos, hotéis e hospitais. 3.1.2 Tipos de Aquecedores Aquecedor de Acumulação: Aparelho composto de um reservatório dentro do qual a água é acumulada e aquecida. Ex.: Boiler. Aquecedor Instantâneo: Aparelho que não exige reservatório, aquecendo a água quando de sua passagem por ele. Ex.: Chuveiro, serpentina e aquecimento solar. Além disso, os aquecedores podem ainda se caracterizar pela fonte de energia térmica, sendo as mais frequentes as seguintes: a) energia elétrica; b) queima de material orgânico (lenha, carvão vegetal e álcool); c) queima de combustível fóssil (gasolina, óleo e GLP); d) energia solar. 3.2 Critérios de Projeto Um projeto de instalação hidráulica predial de água quente se desenvolve, normalmente, em quatro fases. Na primeira delas são definidos os pontos de utilização da água quente, o tipo de sistema de aquecimento, a localização dos reservatórios, equipamentos e tubulações. Na fase seguinte é realizada a determinação e capacidades dos equipamentos. Na terceira fase é feito o 25 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais dimensionamento, e por fim as verificações das condições de funcionamento de toda a instalação. 3.2.1 Temperatura da Água para o Uso A temperatura da água para uso humano não deve ultrapassar 40C. Desta forma, como há possibilidade de fornecimento de água com temperatura acima desse valor nos pontos de utilização, faz-se necessário a mistura de água quente e fria, através de misturadores, para o uso da chamada água morna. 3.2.2 Consumo Diário de Água Quente (morna) O consumo diário de água quente (morna) é função do tipo e ocupação da edificação. Desta forma, conhecidas a população e a característica da edificação, a estimativa do consumo de água quente (morna) pode ser feita através da Tabela 3.1 apresenta a seguir. Tabela 3.1 – Estimativa do Consumo Diário de Água Quente (morna) Tipo da Edificação Unidade Consumo (l/dia) Alojamento provisório Casa popular ou rural Residência Apartamento Quartel Escola (internato) Hotel (sem incluir cozinha e lavanderia) Hospital Restaurantes e similares Lavanderia “per capita” “per capita” “per capita” “per capita” “per capita” “per capita” por hóspede por leito por refeição por quilo de roupa seca 24 36 45 60 45 45 36 125 12 15 Fonte: Vianna, 2004. 3.2.3 Vazões de Dimensionamento das Tubulações Os valores de vazão mínima de funcionamento e pesos das diversas peças e pontos de utilização de água quente são conforme apresentados na Tabela 3.2, a seguir. 26 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 3.2 – Vazões e Pesos Relativos aos Pontos de Utilização Peça ou Ponto de Utilização Vazão (l/s) Peso (P) Banheira Bidê Chuveiro ou ducha Lavatório Pia de cozinha Pia de despejo ou tanque de lavar roupa Máquina de lavar roupa ou prato 0,30 0,1 0,2 0,15 0,25 0,25 0,30 1 0,1 0,4 0,3 0,7 0,7 1 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1998 As vazões de funcionamento das colunas e barriletes devem levar em conta a possibilidade de uso dos pontos de utilização, ou seja, deve-se considerar o uso simultâneo das peças (internatos, clubes, quartéis) e o uso não simultâneo das peças (possibilidade menor que 100%). Desta forma, o método adotado para a determinação das vazões de funcionamento para as instalações de água quente é o mesmo adotado para as instalações de água fria, conforme apresentado no item 2.2.4. 3.2.4 Velocidade Máxima Segundoa norma, assim como nas instalações de água fria, a velocidade máxima do escoamento não pode ultrapassar a 3,0 m/s, pois, acima desse valor provoca ruído desagradável, desgastes excessivos da tubulação e golpe de aríete. 3.2.5 Pressões Máxima e Mínima Conforme a norma, as pressões máximas e mínimas admitidas no interior das tubulações do sistema de distribuição de água quente são as mesmas adotadas para o sistema de distribuição de água fria. 3.2.6 Perdas de Carga Embora a perda de carga que ocorre ao longo do escoamento de água quente seja menor do que aquela que ocorre ao longo do escoamento de água fria, os projetistas, em geral, adotam as mesmas fórmulas apresentadas para o cálculo da perda de carga para o escoamento de água fria. Tal procedimento garante que os resultados obtidos deixem os cálculos a favor da segurança. 27 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 3.3 Dimensionamento das Tubulações As tubulações de instalações prediais de água quente devem ser dimensionadas para trabalharem como condutos forçado, cujos diâmetros devem ser definidos para cada trecho, com o cuidado de serem sempre iguais ou superiores aos de trechos de jusante. O critério para a definição dos diâmetros é baseado nas vazões e pesos relativos de cada peça de utilização conforme apresentado no item 3.2.3. Além disso, as vazões máximas admissíveis para cada diâmetro e os diâmetros mínimos para cada peça de utilização são conforme apresentado nas Tabelas 2.8 e 2.9, respectivamente. 3.3.1 Capacidade dos Reservatórios O consumo diário de água quente deve ser estimado através da relação apresentada a seguir: ffqqmm TCTCTC (9) em que C é o consumo diário (l/dia); T é a temperatura (C); m é o índice indicativo de água morna; q é o índice indicativo de água quente; e f é o índice indicativo de água fria. Logo, explicitando o termo relativo ao consumo diário de água quente em (10) e considerando que Cm = Cq + Cf, tem-se: fq fmm q TT TTC C (10) Além disso, observa-se que, usualmente, tem-se: Tf 20oC; Tq 70oC; Tm 40oC. Com base no valor estimado do consumo diário de água quente, pode-se determinar a capacidade do aquecedor conforme apresentado na Tabela 3.3. 28 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 3.3 – Capacidade dos Aquecedores Consumo Diário a 70oC (l/dia) Capacidade do Aquecedor (l) Consumo Diário a 70oC (l/dia) Capacidade do Aquecedor (l) 90 95 130 200 260 330 430 570 700 50 75 100 150 200 250 300 400 500 850 1.150 1.500 1.900 2.300 2.900 3.300 4.200 5.000 600 750 1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.500 3.000 Fonte: Macintyre, 1996. Os reservatórios de água quente devem ser constituídos de dois reservatórios: um interno, de aço ou cobre, no qual a água é acumulada e/ou aquecida; outro externo, de aço, criando assim uma camada de ar entre os dois tambores, necessária para o isolamento térmico do sistema. 3.4 Verificação do Dimensionamento Após o dimensionamento do diâmetro de cada trecho da tubulação, faz-se necessário a verificação das pressões, a partir dos dados de projeto e dos cálculos das perdas de carga ao longo do escoamento. Esta verificação é semelhante aquela apresentada no item 2.4 para o sistema de água fria. 3.5 Materiais Utilizados nos Tubos, Conexões e Juntas Os tubos e conexões utilizadas nas instalações hidráulicas prediais de água quente devem ser constituídos de materiais com características que garantam sua resistência a temperatura da água, tais como: aço galvanizado, cobre, CPVC e PEX. Além disso, é preciso que se preveja a utilização de juntas de expansão ou traçados tipo “loop” para que sejam absorvidas as dilatações decorrentes das dilatações térmicas. 29 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 3.6 Exercícios 1) Determinar o volume de um aquecedor de acumulação para atender a uma residência de 5 pessoas. 2) Calcular o volume do reservatório de água quente para um sistema de aquecimento solar de um edifício residencial, com oito apartamentos de dois quartos e dependência completa de empregada. 3) Determinar o volume do reservatório de água quente do sistema de aquecimento solar, para atender a um hospital com capacidade de cinquenta leitos. Adote a temperatura máxima da água aquecida igual a 60oC para este caso. 4) Dimensione o volume do aquecedor de acumulação e as tubulações para alimentação de um banheiro de uma residência destinada a atender 5 pessoas, conforme mostrado na figura a seguir. Sabe-se que a tubulação de água fria a ser utilizada é de PVC e a tubulação de água quente é de aço galvanizado. Despreze a parda de carga no interior do aquecedor. (Adaptado de Baptista e Coelho, 2014) 30 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 3.7 Trabalho 2 O trabalho deve ser entregue em grupo e com todas as respostas detalhadas. 1) Determine a capacidade de um aquecedor de acumulação elétrico para um dos apartamentos de um edifício residencial de luxo com apenas 4 andares com 1 apartamento por andar, o qual possui; varanda; 2 salas; 4 quartos sendo duas suítes; 4 vagas de garagem; 2 banheiros sociais; e dependência completa de empregada. O prédio ainda possui: salão de festas; piscina; quadra de esportes; sauna; e área de lazer com 250 m2 de jardins. 2) Determine a capacidade do reservatório de água quente de um sistema de aquecimento solar a ser implantado em um hotel de luxo com capacidade para 500 hóspedes, o qual possui, em anexo, um centro de convenções com capacidade para 2.000 pessoas. Adote a temperatura máxima da água aquecida igual a 60C para este caso. (Admitir o consumo diário de 4,0 kg de roupa seca por hóspede) 3) Dimensionar a instalação de água quente para um chuveiro situa em um banheiro do último pavimento de um prédio de 10 andares, como mostrado na figura a seguir. Considere a ocupação média de 4 pessoas por apartamento, tubulação de PVC para a água fria, tubulação de aço galvanizado para a água quente e a altura do pé direito de cada andar igual a 3 m. (adaptado de Vianna, 2004) 31 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 4 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO SANITÁRIO As instalações hidráulicas prediais de esgotos sanitários visam atender às exigências mínimas de habitação no que se relacionam à higiene, segurança, economia e conforto dos usuários. A matéria é regulada pela NBR-8160/99, que estabelece critérios para o sistema projetado e executado, de tal modo que: a) Possibilitar rápido escoamento; b) Facilitar manutenção; c) Vedar passagem de gases e insetos para o interior das edificações; d) Impedir a contaminação da água potável. 4.1 Definições Aparelho Sanitário: Aparelho ligado à instalação hidráulica predial e destinado ao uso de água para fins higiênicos ou a receber dejetos de águas servidas. Caixa Retentora de Gordura: Dispositivo projetado e instalado para separar e reter substâncias indesejáveis às redes de esgoto sanitário.Caixa Sifonada: Caixa dotada de fecho hídrico destinada a receber efluentes da instalação secundária de esgoto. Desconectores: Dispositivo provido de fecho hídrico destinado a vedar a passagem de gases. Esgoto Sanitário: São os despejos provenientes do uso da água para fins higiênicos. Fecho Hídrico: Camada líquida que, em um desconector, impede a passagem de gases. Instalações Primárias de Esgoto: Conjunto de tubulações e dispositivos onde têm acesso gases provenientes do coletor público ou dos dispositivos de tratamento. Instalações Secundárias de Esgoto: Conjunto de tubulações e dispositivos onde não têm acesso gases provenientes do coletor público ou dos dispositivos de tratamento. Sifão: Desconector destinado a receber efluentes de um ou mais tubos de queda ou ramais de esgoto. Na Figura 4.1 estão apresentados os vários tipos de sifão utilizados em instalações de esgoto e na Figura 4.2, a seguir, é mostrado o fenômeno de auto-sifonagem. 32 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Figura 4.1 – Tipos de Sifão Figura 4.2 – Auto-Sifonagem 4.2 Critérios de Projeto As tubulações de instalações de esgoto sanitário devem funcionar como escoamento em canal, ou seja, livre. Porém, o dimensionamento desse tipo de escoamento é complexo devido ao fato de ocorrerem escoamentos gradualmente e bruscamente variados no interior das tubulações. Desta forma, o processo de dimensionamento das tubulações é facilitado com a utilização das chamadas Unidades Hunter de Contribuição (UHC) associadas a cada aparelho sanitário conforme apresentado na Tabela 4.1, a seguir. As UHC são números que levam em conta a probabilidade de utilização simultânea dos aparelhos sanitários, associado à vazão do escoamento em momento de contribuição máxima. 33 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 4.1 – Unidades Hunter de Contribuição por Aparelho Sanitário e Diâmetro dos Ramais de Descarga. Aparelho Sanitário UHC Diâmetro do Ramal de Descarga Bacia Sanitária Banheira de Residência Bebedouro Bidê Chuveiro de Residência Chuveiro Coletivo Lavatório de Residência Lavatório de Uso Geral Mictório – Válvula de Descarga Mictório – Caixa de Descarga Mictório – Descarga Automática Mictório – de Calha Pia de Cozinha Residencial Pia de Cozinha Industrial (Preparação) Pia de Cozinha Industrial (Lavagem de Panelas) Tanque de Lavar Roupas Máquina de Lavar Louças Máquina de Lavar Roupas 6 2 0,5 1 2 4 1 2 6 5 2 2 (2) 3 3 4 3 2 3 100 (1) 40 40 40 40 40 40 40 75 50 40 50 50 50 50 40 50 (3) 50 (3) (1) O diâmetro Nominal DN mínimo para o ramal de descarga de bacia sanitária pode ser reduzido para DN 75, caso justificado pelo cálculo de dimensionamento efetuado pelo método hidráulico apresentado no anexo B (NBR 8160) e somente depois da revisão da NBR 6452 (aparelhos sanitários de material cerâmico), pela qual os fabricantes devem confeccionar variantes das bacias sanitárias com saída própria para ponto de esgoto de DN 75, sem necessidade de peça especial de adaptação. (2) Por metro de calha – considerar como ramas de esgoto (ver tabela 4.2). (3) Devem ser consideradas as recomendações do fabricante Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 34 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 4.2.1 Terminologia das Tubulações de Esgoto Na Figura 4.3, a seguir, estão representadas as diversas tubulações utilizadas em uma instalação de esgoto sanitário conforme suas funções descritas a seguir. Ramal de Descarga: tubulação que recebe diretamente efluentes de aparelhos sanitários; Ramal de Esgoto: tubulação que recebe efluentes de ramais de descarga. Tubo de Queda: tubulação vertical que recebe efluentes de subcoletores, ramais de esgoto e ramais de descarga. Subcoletor: tubulação que recebe efluentes de um ou mais tubos de queda ou ramais de esgoto. Coletor Predial: trecho de tubulação compreendido entre a última inserção de subcoletor, ramal de esgoto ou de descarga e o coletor público ou sistema particular. Ramal de ventilação: tubo de ventilação ligado ao desconector ou ao ramal de descarga, por um lado, e à coluna de ventilação ou tubo de ventilação primário, pelo outro. Coluna de Ventilação: tubo vertical de ventilação que possui a extremidade superior aberta na atmosfera ou a tubo ventilador primário. Barrilete de Ventilação: tubo horizontal de ventilação que recebe dois ou mais tubos ventiladores, com extremidade superior aberta na atmosfera. Tubo de Ventilação: tubulação destinada à exaustão dos gases e admissão de ar no interior de instalações de esgoto primária, para proteger os fechos hídricos. Tubo Ventilador Primário: é o prolongamento do tubo de queda com a extremidade superior aberta na atmosfera. Figura 4.3 – Terminologia em Instalações de Esgoto Sanitário Fonte: Baptista e Coelho, 2014 35 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 4.3 Dimensionamento das Tubulações 4.3.1 Dimensionamento dos Ramais de Descarga e de Esgoto O dimensionamento dos ramais de descarga e de esgoto de uma instalação de esgoto sanitário é feito através das UHC conforme o aparelho sanitário ou conjunto deles e através das Tabelas 4.1 e 4.2, apresentadas a seguir. Tabela 4.2 – Dimensionamento de Ramais de Esgoto Diâmetro UHC 40 50 75 100 150 3 6 20 160 620 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 Além disso, como essas tubulações devem funcionar com escoamento em forma de canal, existe a necessidade de se estipular a declividade mínima para que não haja deposição de material. Desta forma, na Tabela 4.3 estão as declividades mínimas para as tubulações de esgoto sanitário conforme indicado na norma brasileira. Tabela 4.3 – Declividades Mínimas Diâmetro Declividade (%) Diâmetro Declividade (%) (Pol) (mm) (Pol) (mm) 1 ½ 2 3 4 5 40 50 75 100 125 2 2 2 1 1 6 8 10 12 16 150 200 250 300 400 1 1 1 1 1 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 4.3.2 Dimensionamento do Tubo de Queda O dimensionamento dos tubos de queda deverá seguir o indicado na Tabela 4.4, considerando as observações a seguir: a) O tubo de queda deverá ser o mais vertical possível e, quando necessário, empregar curvas de raio longo nas mudanças de direção juntamente com visitas; 36 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais b) O tubo de queda deverá ser prolongado até a cobertura da edificação com o mesmo diâmetro, para fins de ventilação; c) O diâmetro mínimo do tubo de queda é igual ao maior diâmetro de tubulação a ele ligado; d) O diâmetro mínimo do tubo de queda que recebe efluentes de vaso sanitário é 100 mm; e) O diâmetro mínimo do tubo de queda que recebe efluentes de pias de copa, cozinha ou despejo é 75 mm (exceto nos casos em que recebam até 6 UHC em prédios de até dois pavimentos em que o diâmetro mínimo pode ser 50 mm). Tabela 4.4 – Diâmetro Mínimo dosTubos de Queda Diâmetro (mm) Número Máximo de UHC Prédio de até 3 pavimentos Prédio com mais de 3 pavimentos 40 50 75 100 150 200 250 300 4 10 30 240 960 2.200 3.800 6.000 8 24 70 500 1.900 3.600 5.600 8.400 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 4.3.3 Dimensionamento do Coletor e Subcoletor Predial O dimensionamento dos coletores e subcoletores prediais deverão seguir o indicado na Tabela 4.5, considerando as observações a seguir: a) Sempre que possível dever ser construído em área não edificada e, quando impossível, as caixas de inspeção deverão ser localizadas em áreas de fácil acesso; b) Deverá ter o traçado o mais retilíneo possível e, quando necessário executar mudanças de direção, utilizar caixas de inspeção; c) Deverá ter diâmetro mínimo igual a 100 mm; d) A declividade máxima a ser considerada é de 5%. 37 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 4.5 – Dimensionamento dos Coletores e Subcoletores Prediais Diâmetro (mm) Declividades Mínimas (%) 0,5 1 2 4 Número máximo de UHC 100 150 200 250 300 400 - - 1.400 2.500 3.900 7.000 180 700 1.600 2.900 4.600 8.300 216 840 1.920 3.500 5.600 10.000 250 1.000 2.300 4.200 6.700 12.000 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 4.3.4 Dimensionamento da Ventilação Segundo a norma brasileira, toda instalação predial de esgoto sanitário deverá compreender um sistema de ventilação ligado diretamente à caixa de inspeção e prolongado até acima da cobertura do prédio. Em edificações de dois ou mais pavimentos a ventilação se faz pelo prolongamento vertical dos tubos de queda até a cobertura, sendo todos os desconectores ligados por ramal de ventilação à coluna de ventilação e esta ligação deverá ter, no mínimo, 0,15 m acima do nível máximo de água do mais elevado aparelho sanitário. O tubo de ventilação deverá elevar-se, no mínimo, 0,30 m acima de telhados, lajes e coberturas, e 2,00 m acima de terraços. Além disso, se esta tubulação estiver a menos de 4,00 m de janelas e portas, ela deverá elevar-se 1,00 m acima da verga das mesmas. A coluna de ventilação deverá ser instalada de modo a possibilitar o escoamento, por gravidade, de qualquer líquido que porventura tenha acesso à mesma. Além disso, deverá ter: a) Diâmetro uniforme; b) Extremidade inferior ligada a um subcoletor ou a um tubo de queda, em ponto situado abaixo da ligação do primeiro ramal de esgoto ou descarga, ou neste ramal. Os tubos individuais de ventilação poderão ser interligados a um barrilete de ventilação, evitando um elevado número de tubulações na cobertura, sendo que suas extremidades deverão estar no mínimo 2,00 m acima desta (recomendação prática) e deverão ter diâmetro maior ou igual a 150 mm. A Tabela 4.6, a seguir, apresenta os diâmetros mínimos das colunas e barriletes de ventilação conforme a contribuição total de esgoto, além do comprimento máximo dos mesmos. 38 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 4.6 – Dimensões das Colunas e Barriletes de Ventilação Diâmetro do Tubo de Queda ou Ramal de Esgoto Total de UHC Diâmetro do Tubo de Ventilação (mm) 40 50 60 75 100 150 200 250 300 Comprimento Máximo Permitido (m) 40 40 50 50 75 75 75 75 100 100 100 100 150 150 150 150 200 200 200 200 250 250 250 250 300 300 300 300 8 10 12 20 10 21 53 102 43 140 320 530 500 1.100 2.000 2.900 1.800 3.400 5.600 7.600 4.000 7.200 11.000 15.000 7.300 13.000 20.000 26.000 46 30 23 15 13 10 8 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 61 46 46 33 29 26 11 8 7 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 110 82 70 64 26 20 17 15 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 317 24 207 189 76 61 52 46 10 8 7 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 299 229 195 177 40 31 26 23 10 7 6 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 305 238 201 183 73 57 49 43 24 18 16 14 9 7 6 5 - - - - - - - - - - - - - - - - 286 219 186 171 94 73 60 55 37 29 24 22 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 293 225 192 174 116 90 76 70 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 287 219 183 152 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 Como todo desconector deve ser ventilado, nas Tabelas 4.7 e 4.8, a seguir, estão apresentados, respectivamente, os diâmetros mínimos dos ramais de ventilação, conforme a quantidade de contribuição de esgoto, e as distâncias máximas que pode existir entre um desconector e o ramal de ventilação correspondente. 39 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais Tabela 4.7 – Dimensões Mínimas dos Ramais de Ventilação Grupo de aparelhos SEM Vaso Sanitário Grupo de aparelhos COM Vaso Sanitário UHC Diâmetro (mm) UHC Diâmetro (mm) até 12 13 a 18 19 a 36 40 50 75 até 17 18 a 60 50 75 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 Tabela 4.8 – Distância Máxima de um Desconector a um Tubo de Ventilação Diâmetro (mm) Distância Máxima (m) 40 50 75 100 1,00 1,20 1,80 2,40 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1999 4.3.5 Dimensionamento da Caixa ou Ralo Sifonado (CS) Caixa (tampa cega) ou ralo (grelha) sifonado é um dispositivo dotado de um selo hídrico (desconector) destinado a receber efluentes de uma ou mais instalações de esgoto secundário. Seu desenho geral pode ser visualizado na Figura 4.4, a seguir. Figura 4.4 – Caixa ou Ralo Sifonado Esse dispositivo é instalado normalmente em banheiros e áreas de serviço e possui as seguintes características: a) fecho hídrico com altura mínima de 0,20 m; b) cilíndricas com diâmetro mínimo de 0,30 m ou prismática com dimensões horizontais que permitam a inscrição de um cilindro de 0,30 m de diâmetro; c) diâmetro mínimo da tubulação de saída igual a 75 mm. 40 _________________________________________________________________________________ Notas de Aula – Instalações Hidráulicas Prediais 4.3.6 Dimensionamento da Caixa Retentora de Gordura (CG) Caixa retentora de gordura é um dispositivo projetado e instalado
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