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Instalações hidráulicas PROF. Sérgio Ricardo Rodrigues de Medeiros DISCIPLINA: Construção Civil e Obras Hidráulicas - ENR 5611 Universidade Federal de Santa Catarina Centro de Ciências Agrárias Departamento de Engenharia Rural Instalações Hidráulicas Captação Armazenamento Distribuição Processo de captação da água: Fontes de águas naturais: Rios, barragens, poços artesianos e poços comuns. Fontes de águas artificiais: Concessionária (Ex.:CASAN) CONCEITOS FUNDAMENTAIS (RECORDAR) PERDA DE CARGA A Força que aplica sobre uma área é igual a pressão (P=F/A) - Qual dos recipientes possui maior pressão sobre o fundo? PRINCÍPIO DOS VASOS COMUNICANTES A pressão que água exerce sobre uma superfície qualquer (no nosso caso, o fundo e as paredes do copo) só depende da altura do nível da água até essa superfície. É o mesmo que dizer: A pressão não depende do volume de água contido em um tubo, e sim da altura. CONCLUSÃO •Kgf/cm²; •Pa = N/m²; •M.c.a= metro de coluna d’água RELAÇÃO • 1 Kgf/cm²; • 100.000 Pa = N/m²; • 10 M.c.a. MEDIDAS DE PRESSÃO MEDIDAS DE PRESSÃO PRESSÃO ESTÁTICA; PRESSÃO DINÂMICA; PRESSÃO DE SERVIÇO. TIPOS DE PRESSÕES A SEREM COSIDERADAS NAS INSTALAÇÕES PREDIAIS Pressão da água quando ela está parada dentro da tubulação. O seu valor é medido pela altura que existe entre, por exemplo, o chuveiro e o nível da água no reservatório superior. PRESSÃO ESTÁTICA: NBR 5626 - 1998: Pressão estática deve ser menor que 40m.c.a. 1. PRESSÃO; • Sobrepressão < 20m.c.a (200KPa); • Pressão estática < 40m.c.a (400KPa); • Pressão mínima de serviço > 0,5m.c.a (5KPa). 2. VELOCIDADE; • Velocidade máxima: 14√D ou 2,5m/s; (Evitar Ruídos) • Velocidade mínima: Nada se recomenda. CONSIDERAÇÕES GERAIS CONSIDERAÇÕES GERAIS PRESSÃO DINÂMICA: É a pressão verificada quando a água está em movimento, que pode ser medida também através de um manômetro. Esta pressão depende do traçado da tubulação e os diâmetros adotados para os tubos. O seu valor é a pressão estática menos as perdas de carga distribuída e localizada. PRESSÃO DE SERVIÇO: Esta representa a pressão máxima que podemos aplicar a um tubo, conexão, válvula ou outro dispositivo, quando em uso normal. O fechamento de qualquer peça de utilização não pode provocar sobrepressão em qualquer ponto da instalação que seja maior que 20 m.c.a. acima da pressão estática nesse ponto. Isto quer dizer que a pressão de serviço não deve ultrapassar a 60 m.c.a. pois é o resultado da máxima pressão estática (40 m.c.a.) somada a máxima sobrepressão (20 m.c.a.). Norma - NBR5626 Thiago Destacar Thiago Destacar Thiago Destacar Thiago Destacar As colisões entre as partículas com as paredes dos tubos, dificultam o escoamento da água, o que gera a perda de energia. Podemos dizer então que o líquido perde pressão, ou seja: houve perda de carga. PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA: É aquela que ocorre ao longo da tubulação, pelo atrito da água com as paredes do tubo. Quanto maior o comprimento do tubo, maior será a perda de carga. Quanto menor o diâmetro, maior também será a perda de carga. PERDA DE CARGA LOCALIZADA - Nos casos em que a água sofre mudanças de direção como por exemplo nos joelhos, reduções, tês, ocorre ali uma perda de carga chamada de localizada. Isto é fácil de entender se pensarmos que nestes locais, há uma grande turbulência concentrada, a qual aumenta os choques entre as partículas da água. PERDA DE CARGA MATERIAIS E COMPONENTES 1. AÇO CARBONO GALVANIZADO; 2. COBRE; 3. FERRO FUNDIDO GALVANIZADO; 4. LIGA DE COBRE; MATERIAIS E COMPONENTES 5. POLIETER REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO; 6. POLIETILENO; MATERIAIS E COMPONENTES 7. PVC RÍGIDO; 8. FIBROCIMENTO; MATERIAIS E COMPONENTES 9. CONCRETO; 10. IMPERMEABILIZANTES; MATERIAIS E COMPONENTES Instalação hidráulica - Sistema composto por tubos, reservatórios, peças de utilização, equipamentos e outros componentes, destinado a conduzir água fria da fonte de abastecimento aos pontos de utilização. DEFINIÇÃO As instalações hidráulicas devem ser projetadas e construídas de modo a: 1) “garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade suficiente, com pressões e velocidades adequadas ao perfeito funcionamento das peças de utilização e dos sistemas de tubulações” 2) “preservar rigorosamente a qualidade da água do sistema de abastecimento” 3) “preservar o máximo conforto aos usuários, incluindo-se a redução dos níveis de ruídos”. NBR-5626/82 Informações complementares para as Instalações Hidráulicas SISTEMA DIRETO - Abastecimento é feito diretamente com água da rede de distribuição sem reservação. Thiago Destacar • As vantagens são : água de melhor qualidade; maior pressão disponível; menor custo de instalação. • As desvantagens são : falta de água no caso de interrupção; grande variação de pressão ao longo do dia; limitação de vazão; maior consumo. SISTEMA DIRETO SISTEMA INDIRETO Abastecimento é feito através de reservatório de armazenamento da edificação. Com ou sem bombeamento. Thiago Destacar As vantagens são : fornecimento de água contínuo; pequena variação de pressão nos aparelhos; golpe de aríete desprezível; permite a instalação de válvula de descarga; menor consumo de água. As desvantagens são : possibilidade de contaminação da água reservada; menores pressões; maior custo de instalação SISTEMA INDIRETO Algumas peças de utilização são ligadas com águas provenientes da rede e outras do reservatório ou de ambos. As vantagens são : água de melhor qualidade; fornecimento contínuo de água; permite a instalação de válvula de descarga. A desvantagem : maior custo de instalação. SISTEMA MISTO PARTES CONSTITUINTES DE UMA INSTALAÇÃO HIDRÁULICA Sub-sistema de alimentação: - Ramal predial; - Cavalete / hidrômetro; - Alimentador predial. Sub-sistema de reservação: - Reservatório superior e inferior; - Estação elevatória; Sub-sistema de distirbuição interna: - Barrilete; - Coluna; - Ramal e sub-ramais. Tipos de conexões ETAPAS DE UM PROJETO DE INSTALAÇÃO HIDRÁULICA • Concepção do projeto; • Determinação das vazões; • Dimensionamento; • Detalhamento. CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES Dimensionamento do alimentador predial (ramal predial interno e cavalete) No sistema indireto admite-se abastecimento continuo durante 24 horas e que a vazão atenda o consumo de água. • Qap (m3 /s) Cd / 86.400 • ϕ (m) (4. Q / 3,1416 .V)1/2 onde: Qap= Vazão do alimentador predial em m3/s; Cd= Consumo diário em l/s; ϕ ou D=Diâmetro da tubulação; V= Velocidade da água – 0,6 a 1,0 m/s Thiago Destacar RAMAL PREDIAL E CAVALETE Características: Diâmetro mínimo da ligação é 3/4"(20mm) para residências e pequenos edifícios; A velocidade média da água no alimentador predial deverá estar entre 0,60 m/s e 1.0 m/s, segundo a norma NBR 5626. RAMAL PREDIAL E CAVALETE Thiago Destacar Thiago Destacar Tabela - Consumo específico em função do tipo de prédio segundo O Código de Obras e Edificações de Florianópolis. Tabela - Consumo específico em função do tipo de prédio segundo O Código de Obras e Edificações de Florianópolis. (Continuação) Exercício – Baseando-se nas informações anteriores, vamos calcular o Cd de um laboratório, de médio porte, de criação de microalgas para a produção de biodiesel com 12 tanques de 1m³. Calcular também o diâmetro do ramal de alimentação predial e a capacidade de reservação do laboratório. Considerar: V = 0,60 m/s Aplicando os dados do exercício, temos: O hidrômetro e o cavalete serão do mesmo diâmetro do alimentador predial.𝑑 1m³/dia ---------- 1000 l/dia 12m³/dia ---------- 12000 l/dia 0,1388 l/s Aplicando a equação da continuidade (Q=V.A),o diâmetro poderá ser calculado então por: ϕ = mm 0,1388 l/s -------- 0,00013888m³/s ou seja, l/s para m³/s, divide-se por 1.000 OBS.: O hidrômetro e o cavalete serão do mesmo diâmetro do alimentador predial. 0,01716 m 17mm Se considerarmos uma velocidade de 1,0 m/s. Aplicando a equação da continuidade (Q=V.A),o diâmetro poderá ser calculado então por: ϕ = mm 0,1388 l/s -------- 0,00013888m³/s ou seja, l/s para m³/s, divide-se por 1.000 OBS.: O hidrômetro e o cavalete serão do mesmo diâmetro do alimentador predial. 0,0133 m 13mm Tabela – Diâmetros de alimentador predial em função da velocidade do consumo diário (Cd). Se considerarmos um consumo diário de 24m³, com tanques de 2m³ e a V= 0,6 m/s. Utilizando os dados do exemplo, tem-se: O hidrômetro e o cavalete serão do mesmo diâmetro do alimentador predial. 𝑑 1m³/dia ---------- 1000 l/dia 24m³/dia ---------- 24.000 l/dia 0,2777 l/s Aplicando a equação da continuidade (Q=V.A),o diâmetro poderá ser calculado então por: ϕ = mm 0,2777 l/s -------- 0,0002777m³/s ou seja, l/s para m³/s, divide-se por 1.000 OBS.: O hidrômetro e o cavalete serão do mesmo diâmetro do alimentador predial. 0,024 m 24,27mm Tabela – Diâmetros de alimentador predial em função da velocidade do consumo diário (Cd). Para cada compartimento do reservatório, devem ser previstas as seguintes tubulações: alimentação (Ri e Rs); saída para barrilete de distribuição da água de consumo (Rs); saída para barrilete de incêndio (Rs); extravasor ou ladrão (Ri e Rs); limpeza ou dreno (Ri e Rs); suspiro (Ri e Rs); sucção para o conjunto moto-bomba de recalque para o Rs (Ri); sucção para o conjunto moto-bomba de incêndio (Ri).55 RESERVATÓRIO A NBR 5626/98 recomenda que a reservação total a ser acumulada nos reservatórios inferiores e superiores não deve ser inferior ao consumo diário e não deve ultrapassar a três vezes o mesmo. Essa divisão é válida quando o volume total a ser armazenado for igual ao Cd. Quando se pretender armazenar um volume maior que o Cd, ele deve ser feito no R.I. 56 RESERVATÓRIO Thiago Linha CAPACIDADE DOS RESERVATÓRIOS Prever reservatórios com capacidade suficiente para dois dias de consumo e mais a reserva de incêndio que é de 15% a 20% do consumo diário.(segundo a NBR-5626/98) • Res. Superior = 2/5 da capacidade de reservação; • Res. Inferior = 3/5 da capacidade de reservação. Thiago Destacar 58 Capacidade dos Reservatórios Segundo a NBR 5626/98 a reservação total, a ser acumulada nos reservatórios inferiores e superiores, não pode ser inferior ao consumo diário (Cd). Então recomenda-se a referida norma para os casos comuns a seguinte distribuição: - reservatório inferior deve armazenar 3/5 do Cd (60%). - reservatório superior deve armazenar 2/5 do Cd (40%). 59 Capacidade dos Reservatórios É ainda necessário prever uma reserva nos reservatórios para combate a incêndio. Em muitos municípios = 20% do Cd. Tendo em vista a intermitência do abastecimento da rede pública é de norma prever reservatórios para 2 a 3 dias de consumo. - 1Cd <VT < 3Cd, VT=Volume Total para consumo 60 ESQUEMA DO RESERVATÓRIO INFERIOR É armazenar uma parte da água destinada ao abastecimento e deve existir quando: O reservatório superior não puder ser abastecido diretamente pelo ramal alimentador. O volume total a ser armazenado no reservatório superior for muito grande (principalmente em prédios de apartamentos). 61 A função do reservatório inferior: Thiago Retângulo Para Cd = 12.000 l, armazenando 1,5 .Cd, tem-se VT= 1,5 x 12.000 = 18.000 l Reserva Técnica de Incêndio (20% do consumo diário) VT = 18.000 x 0,20 = 3.600 l, ou seja, 21.600 l ( Cd + reserva de incêndio). Este volume dividido nos reservatórios, obtém-se: Rs = 2/5 x 21.600 = 8.640 l Ri = 3/5 x 21.600 = 12.960 l 62 DIMENSIONAMENTO DOS RESERVATÓRIOS Para Cd = 12.000 l, armazenando 1,5 .Cd, tem-se VT= 1,5 x 12.000 = 18.000 l A reserva técnica de incêndio (20% do consumo diário) poderá ser calculada para cada reservatório: Este volume dividido nos reservatórios, obtém-se: Rs = 2/5 x 18.000 = 7.200 l x 0,20 = 1.440, ou seja, 7.200+1.440 = 8.640 Ri = 3/5 x 18.000 = 10.800 l x 0,20 = 2.160, ou seja, 10.800 + 2.160 = 12.960l 63 DIMENSIONAMENTO DOS RESERVATÓRIOS Respeitando as áreas previstas ou livres no projeto arquitetônico da edificação, pode-se calcular: Volume por compartimento: 12.960/2 = 6.480 l. Pode-se adotar no caso as seguintes dimensões: Largura = 2,95 m e comprimento = 2,50 m Altura útil do reservatório, = = = 0,88m Adotando uma altura de limpeza para acumulo de lodo de Hlimp= 0,12 m para evitar a entrada de impurezas do reservatório no sistema de distribuição. 64 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO INFERIOR 65 Planta Baixa - RI 66 CORTE - RI No dimensionamento do reservatório superior deve-se levar em conta as restrições: arquitetônica e estrutural da edificação. Normalmente o arquiteto reserva uma área específica para localização do reservatório. Das plantas e dos cortes da edificação pode-se dimensionar o RS. Como exemplo, o cálculo da altura útil de armazenamento, hútil, para um volume de 4,32 m3 por câmara e dimensões de 2,50 m de comprimento por 1,40 m de largura, tem-se: hútil= = = = 1,23m 67 RESERVATÓRIO SUPERIOR Considerando todo volume de reserva de incêndio armazenada somente no RS, estimado em torno de 15.000 l, tem-se altura da reserva de incêndio, hinc: R.S. = 15.000/2 = 7.500 l = 7,5m³ hinc = = = 2,14m Adotado hinc = 2,14 m 68 RESERVATÓRIO SUPERIOR 69 PLANTA BAIXA - RS 70 CORTE - RS 71 RECOMENDAÇÕES CONSTRUTIVAS 72 RECOMENDAÇÕES CONSTRUTIVAS A tubulação de drenagem dos reservatórios devem ser calculados levando em consideração o tempo máximo de esvaziamento de 2 horas, através das seguintes equações: DRENO • A = área superficial de cada compartimento do reservatório; • h = altura da lâmina d’água acima da saída • S = área da tubulação do dreno; • D = diâmetro do dreno. DIMENSIONAMENTO DO DRENO R.I. -4 m² -4. 0,030m D = 0,030 m, adotar diâmetro comercial D=32 mm ou maior. DIMENSIONAMENTO DO DRENO R.S. -4 m² -4. 0,029m D = 0,030 m, adotar diâmetro comercial D=32 mm ou maior. Thiago Retângulo Thiago Máquina de escrever UATAFOK Thiago Máquina de escrever 3,25 m bronull Normalmente adota-se um diâmetro comercial acima dos alimentadores dos reservatórios. 76 EXTRAVASOR FATORES DETERMINANTES NUMA OBRA HIDRÁULICA Planejamento das ações e etapas de implantação do empreendimento: Avaliação e seleção das áreas (escolha do local) Uso eficiente dos recursos hídricos. Características dos solos. Topografia do terreno (relevo). PLANEJAMENTO DA CRIAÇÃO – PRINCIPAIS ITENS A SEREM LEVANTADOS Disponibilidade de água (vazão) e área disponíveis. Período do ciclo de produção da espécie escolhida. Período de limpeza (drenagem). Intervalo de safra por tanque (período de comercialização). Densidade de estocagem. Um bom planejamento e a construção das estruturas hidráulicas representam o sucesso do investimento na atividade aquícola: Otimização do uso da água. Minimização dos custos de implantação e manutenção. As instalações oferecem melhores condições para um bom manejo. PLANEJAMENTO – CONSTRUÇÕES PLANEJAMENTO – CONSTRUÇÕES As preocupações com a facilidade operacional e a longevidade das instalações devem ser uma constante no planejamento e construção de uma obra hidráulica, por exemplo:um viveiro. 1. ESCOLHA DO LOCAL Topografia da área: terrenos planos ou com suave declividade 2-3%. Tipo de solo: solos argilosos e baixa permeabilidade. Qualidade e disponibilidade de água. TOPOGRAFIA (RELEVO) Ideal: não maiores que 3%. A forma e tamanho da área são informações importantes para futura expansão da atividade. Escolha de vales para construção de reservatórios (açudes, barragens). Importante: um local que possibilite o abastecimento de água e drenagem por gravidade. Caso a água seja captada em rios, riachos ou represas e que, nestes locais, possam haver peixes predadores ou indesejáveis a criação, será necessário a construção, junto ao canal de abastecimento, de filtros ou anteparos de proteção que impeçam que ovos, larvas, alevinos ou mesmo peixes maiores venham a ter acesso aos tanques de cultivo evitando, desta forma, a ocorrência de predação ou competição com os peixes ali estocados. ABASTECIMENTO- Deverá se feito por tubulação, captando a água do canal de abastecimento e conduzindo-a até o viveiro. Este tubo deverá avançar pelo menos 1,0 metro para dentro do viveiro, evitando que a água caia sobre os taludes, provocando desta forma erosões. Também é importante que esta tubulação fique pelo menos 0,3 a 0,5 metros acima do nível máximo da água do viveiro, provocando queda e, consequentemente, aumentando o nível de oxigênio dissolvido. ABASTECIMENTO- CANAL DE ABASTECIMENTO Calcular a vazão para abastecimento do tanque. Uso do filtro, instalado no início do canal de abastecimento dos tanques ou na entrada de cada tanque (uso de material drenante). O suprimento e a distribuição de água são feitos por gravidade, por bombeamento, ou combinando essas duas possibilidades. •Abastecimento por gravidade - usado em locais onde a fonte de água, geralmente uma represa, uma nascente ou um canal, por exemplo, está numa cota ou nível acima da cota da água dos viveiros. A distribuição por canais abertos ou por tubulação. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO •Abastecimento por bombeamento - empregado quando a fonte de água está numa cota ou nível abaixo da cota ou nível da água dos viveiros. Esse sistema de abastecimento é muito comum quando se utiliza água de poços, de rios ou de represas com nível abaixo do nível da água nos viveiros. A distribuição da água é por tubulação mais a pressurização por bomba até a entrada dos viveiros. OS COMPONENTES DOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO Os canais podem ser revestidos de alvenaria, lona plástica, placas de cimento pré-fabricadas, entre outros tipos de revestimento. Canaletas e tubos de cimento pré- fabricados também são muito utilizados na distribuição de água. Figura - Canal de abastecimento construído com canaletas de cimento do tipo “meia cana”. CANAL DE ABASTECIMENTO Canal de abastecimento construído com canaletas de cimento do tipo “meia cana”. Instalação da tubulação de abastecimento sobre o dique principal ainda em construção. RESERVATÓRIO DE ABASTECIMENTO – CONSTRUÇAO TALUDE/DIQUE Construção da trincheira no base do talude CAPACIDADE DE ESCOAMENTO NOS CANAIS Os canais construídos com ou sem revestimento têm uma capacidade de escoamento que varia em função: a) da declividade, calculada pela diferença de nível do fundo do canal em relação ao seu comprimento, expresso em porcentagem; b) da área da seção transversal molhada, calculado usando a largura e a altura molhada do canal e a inclinação do talude (canais trapezoidais); CAPACIDADE DE ESCOAMENTO NOS CANAIS c) do coeficiente de rugosidade, valor que indica a resistência da parede do canal ao escoamento de água. Por exemplo, canais revestidos em concreto ou lona plástica criam menor resistência à passagem da água, comparados aos canais revestidos com grama ou cascalho. Alguns exemplos das vazões em canais trapezoidais revestidos em concreto com diferentes dimensões e declividades são apresentados a seguir. Para os canais de terra (sem revestimento) ou revestidos com gramado, é recomendado que a velocidade da água não ultrapasse 0,5 a 1,0m/s e 1,0 a 2,0m/s, respectivamente. TUBULAÇÃO DE ABASTECIMENTO Diversos tipos de tubos estão disponíveis no mercado, sendo os tubos de PVC rígido ou de Polietileno de Alta Densidade, os mais adequados, devido à grande resistência à corrosão e o fácil manuseio, instalação e manutenção. Os tubos de PVC comuns têm baixa resistência mecânica e são sensíveis à ação dos raios ultravioletas. A escolha do material e das dimensões dos tubos do sistema de abastecimento deve ser compatível com o tamanho e as necessidades operacionais dos viveiros. A partir do estudo preliminar sobre a disponibilidade de água é possível determinar a máxima vazão que o sistema de abastecimento poderá atingir. Com base nesta informação e no conhecimento da demanda total de água para o enchimento dos viveiros e para reposição das perdas por evaporação, infiltração e drenagem, é possível calcular a área total de viveiros que poderá ser abastecida com a água disponível. DISPONIBILIDADE DE ÁGUA - -A vazão é proporcional à velocidade da água dentro do canal ou do tubo. -Tanto nos canais como nos tubos (pressurizados ou não) ocorre uma redução na velocidade da água e, portanto, na vazão. Essa redução é provocada pelo atrito da água com as paredes do canal ou do tubo, com as conexões, registros, válvulas e outras estruturas que impõem resistência à passagem da água. Esta redução na velocidade e, portanto, na vazão, é conhecida como “perda de carga”. RELEMBRANDO O CONCEITO DE PERDA DE CARGA Nas tubulações pressurizadas a perda de carga é geralmente expressa em termos da redução na pressão original do sistema e é computada no cálculo da vazão final da adutora. Por exemplo, um tubo de PVC, quanto menor o diâmetro, maior o comprimento da linha de abastecimento e maior o número de conexões, registros e válvulas instaladas, maior será a resistência à passagem da água e, portanto, maior a perda de carga e a redução na vazão final no sistema. Nos Gráficos 1, 2 e 3 pode ser observado como a perda de carga ao longo de uma tubulação de abastecimento afeta a vazão. Foram calculadas as vazões de saída de tubos de PVC de diferentes diâmetros e comprimentos, considerando a fonte de água como sendo um reservatório com nível de água 5, 15 ou 25 metros acima do nível da entrada do viveiro. Gráfico 1. Vazões de abastecimento em função do aumento no comprimento da linha de abastecimento para tubos de PVC de diferentes diâmetros, considerando um desnível de 5m entre a fonte de água e a entrada da tubulação nos viveiros. Gráfico 2. Vazões de abastecimento em função do aumento no comprimento da linha de abastecimento para tubos de PVC de diferentes diâmetros, considerando um desnível de 15m entre a fonte de água e a entrada da tubulação nos viveiros. Gráfico 3. Vazões de abastecimento em função do aumento no comprimento da linha de abastecimento para tubos de PVC de diferentes diâmetros, considerando um desnível de 25m entre a fonte de água e a entrada da tubulação nos viveiros. A determinação do diâmetro mínimo da tubulação de abastecimento deve ser feita com base no tempo máximo desejado para o enchimento do viveiro. Também deve ser considerado se haverá a necessidade de abastecimento simultâneo de diferentes viveiros ou do uso de água nas caixas de manejo (até e simultaneamente ao enchimento de outros viveiros). Por exemplo, supondo que em uma piscicultura com 24 viveiros de 800m2 (1.000m3), 7 viveiros de 4.000m2 (5.100m3) e 12 viveiros de 6.000m2 (8.000m3), a adutora principal terá cerca de 540m de comprimento e deverá ser capaz de encher até 1 viveiro de 8.000m3 e 1 viveiro de 5.100m3 simultaneamente em um tempo de enchimento não superior a 4 dias(96 horas). Desse modo, a vazão máxima na adutora principal será de (1 x 8.000 + 1 x 5.100)/96 = 136m3/h. Se ainda for necessário, ao mesmo tempo, operar uma caixa de manejo do viveiro maior (mais 60m3/hora, com uso de aeração) e encher dois viveiros menores em até dois dias (48 horas), a vazão adicional será de: (2 x 1.000m3 / 48h) + 60m3/h = 102m3/h. Assim, a adutora principal deverá prover uma vazão de 136 + 102 = 238m3/h, ou seja, próximo a quase 250m3/h. EXERCÍCIO Nos Gráficos 1, 2 e 3 localizamos o ponto de encontro desta vazão com o comprimento da tubulação (cerca de 550m). Desta forma pode ser verificado que o diâmetro da tubulação da adutora principal poderá ser 250mm, 200mm e 200mm para um desnível de 5m, 15m ou 25m entre a fonte de água e a entrada do viveiro, respectivamente. Existem vários sistemas de drenagem dos viveiros. O importante é que a retirada da água seja feita sempre pelo fundo e não pela superfície. No aspecto de praticidade de manejo, o escoamento deverá ser construído de tal forma que retire as águas do fundo, facilitando a drenagem do viveiro, que poderá ser realizado sem o uso de bombas e sim por gravidade. ESCOAMENTO - DRENAGEM TUBULAÇÃO DE DRENAGEM Dar escoamento à vazão exigida durante o cultivo. Drenagem total do viveiro de acordo com o manejo adotado. Deve ser construído sempre no lado oposto ao sistema de abastecimento. Desta forma a água que abastecerá o viveiro circulará ao longo deste até o escoamento, evitando “cantos mortos”, com água estagnada. Os sistemas de escoamento poderão estar localizados dentro e fora do viveiro. Na medida do possível, recomenda-se a construção das caixas de escoamento fora da área do viveiro. Assim, evita-se que estas prejudiquem ou atrapalhem operações de despesca com redes de arrasto. LOCALIZAÇÃO DO SISTEMA DE ESCOAMENTO Dentre vários modelos de sistemas de escoamento, existem os “monges”, com suas variações; cotovelos móveis ou articulados e sistemas de comportas e registros. O importante, como já mencionado, é que as águas sejam retiradas do fundo dos viveiros. Existem varias estruturas de esvaziamento do viveiro, de alvenaria, de tubo de PVC, por sifonagem de mangueira, registro de gaveta e outros sistemas. O modelo do tipo em "U" tem muitas vantagens na sua utilização: SISTEMA DE ESCOAMENTO NO VIVEIRO - MONGE 1. Pode ser esgotado total e rapidamente. 2. Retira primeiramente a água de pior qualidade, com baixo teor de oxigênio dissolvido. 3. Facilita a retirada do lodo de fundo, pois toda argila concentra-se próximo ao tubo de saída. 4. Pode ser utilizado para retirada de água de fundo ou da água da superfície do viveiro. 5. Permiti a renovação de água durante o cultivo, quando necessário. 6. Possibilita a regulagem da altura da coluna de água. 7. Faz um drenagem rápida e prática. MONGE O monge apresenta uma secção horizontal em forma de “U”com abertura voltada para dentro do viveiro, sua altura deve corresponder a altura do talude com 0,3 a 0,5 m acima do nível máximo da lâmina de água. O tubo de drenagem deve ser maior do que o tubo de abastecimento, geralmente de 30 cm de diâmetro, a base do monge deve ser construída em terreno firme, no ponto mais profundo do viveiro. Sua base construída deverá está sob brocas ou fundações bem dimensionadas. Geralmente as brocas de fundação com 1m de profundidade, concreto ciclópico 3:1, e ferro de amarração no piso. A instalação da base deve ser no ponto mais baixo do piso do viveiro para escoamento total da água e peixes. A estrutura possui dois frisos de ferro para escoamento Detalhes construtivos do Monge: SISTEMA DE ESCOAMENTO - MONGE Monge interno Monge externo Caixa de nível ou monge SISTEMA DE ESCOAMENTO - CACHIMBO Detalhe construtivo de sistema cachimbo. SISTEMA DE ESCOAMENTO Sifonagem Registro de fundo ASPECTOS QUANTITATIVOS – VAZÃO Conhecimento das vazões da fontes de água a serem utilizadas. Medir a vazão em duas épocas distintas do ano, inverno e verão. DEMANDA HÍDRICA (ÁGUA NECESSÁRIA) VARIA COM: Perdas por evaporação e infiltração (reposição de 10 a 15 l/s/ha). Número de vezes que os tanques são drenados no ano. Renovação de água durante o cultivo. Estratégias de reaproveitamento de água. Precipitação (chuva) anual. IMPORTANTE: USO ADEQUADO DA ÁGUA DISPONÍVEL •O desperdício e mau uso da água são comuns na maioria das atividades aquícolas. • Problema acentuado, no início dos ciclos (fase) de cultivo, há excessiva renovação de água. • Prejudica a eficiência da calagem e adubação (pobre em nutrientes). POSICIONAMENTO DAS LINHAS E TUBOS DE ABASTECIMENTO A disposição dos viveiros no terreno é determinante na locação da linha principal de abastecimento. Viveiros que possuem diques em comum podem compartilhar a mesma adutora ou canal de abastecimento, otimizando o uso da rede de distribuição. Se houver tráfego pesado sobre os diques, a profundidade mínima para enterrar a tubulação deve ser 50cm. Se os tubos forem de PVC, estes devem ser enterrados a pelo menos 80cm do topo do dique (Figura 2). Neste caso o tubo de abastecimento pode chegar “afogado” ao viveiro quando este já está cheio (Figura 2), o que não causa grandes problemas ao manejo. No entanto, se o projetista preferir que o tubo chegue ao viveiro acima da linha de água, os tubos devem sair do dique com uma ligeira inclinação (Figura 3). Figura 1 - Instalação da tubulação de abastecimento sobre o dique principal ainda em construção. A tubulação foi posicionada na margem do dique, de forma a ficar fora do tráfego de veículos pesados sobre o dique. Observe a cruzeta na linha principal, da qual serão derivados os tubos de cada viveiro. (CODEVASF - EPI - Porto Real do Colégio, AL). Figura 2. Corte longitudinal de um viveiro. Observe o tubo de abastecimento sobre a caixa de manejo, suprindo água limpa no momento da concentração dos peixes para depuração, classificação ou colheita. No abastecimento a água cai dentro da caixa de manejo, evitando erosão no viveiro. Os peixes podem ser estocados na caixa de manejo, mesmo com o viveiro no início do enchimento. A adutora principal e os tubos de abastecimento devem ficar soterrados a pelo menos 0,50m do topo do dique. A adutora pode ainda ser deslocada do centro do dique, ficando ainda mais protegida do tráfego. Note que o tubo de abastecimento pode chegar “afogado” ao viveiro. Caso isso não seja desejado, o tubo pode ser ligeiramente inclinado, ficando com a extremidade fora da água. Tubos pesados ou muito compridos podem necessitar um suporte para ficarem na posição correta. Figura 3 - Observe a inclinação do tubo de abastecimento que chega ao viveiro. Note a cobertura vegetal na borda livre do dique e a presença de veículos pesados trafegando sobre o mesmo. Tradicionalmente, o tubo de abastecimento tem sido posicionado no lado oposto ao dreno dos viveiros, sob a premissa de obter uma melhor eficiência na troca de água e na oxigenação. Quando a renovação de água nos viveiros é baixa, a posição do tubo de abastecimento deve levar em consideração outros fatores, por exemplo, a necessidade de contar com água limpa nas áreas de concentração dos peixes na colheita (geralmente nas áreas mais profundas ou na caixa de manejo ou coleta dos peixes). A instalação do tubo de abastecimento na área mais funda do viveiro, próximo ao dreno (Figura 2 e Figura 4), traz muitas vantagens operacionais quando comparado ao posicionamento tradicional: • Disponibiliza água limpa no momento em que os peixes estão concentrados nas caixas de manejo ou mesmo na parte mais funda do viveiro. Isso evita correrias durante a despesca e o risco dos peixes ficarem no lodo ou muito tempo expostos a uma água com baixo oxigênio,com temperatura elevada e carregada de partículas em suspensão; Figura 4 - Viveiro em reforma com o tubo de abastecimento posicionado na caixa de manejo. Observe à direita da foto a escada de acesso à caixa de manejo e ao monge (CODEVASF - EPI - Porto Real do Colégio, AL). • Possibilita a utilização das caixas de manejo em outras operações auxiliares do manejo, como a classificação e a depuração dos peixes antes do transporte ou da transferência dos mesmos para outros viveiros; • Elimina a erosão no fundo do viveiro causada pela água durante seu percurso da parte rasa para a parte mais funda do viveiro, quer seja durante o abastecimento, quer seja durante a drenagem, na necessidade de prover água nova para manter os peixes em melhor condição; • Quando o abastecimento de água é feito sobre a caixa de manejo, não há erosão do talude do viveiro, nem tampouco no seu fundo durante o enchimento. ESTRUTURAS PARA O CONTROLE DE VAZÃO Tanto no sistema de abastecimento como no de drenagem é necessário o uso de válvulas, registros ou comportas para os controles individual e coletivo da vazão de água. Como estas estruturas podem onerar demasiadamente a implantação dos sistemas hidráulicos, é fundamental avaliar todas as alternativas para a escolha dos componentes mais econômicos e funcionais. ESTRUTURAS PARA O CONTROLE DE VAZÃO Em canais, o uso de comportas é o mais comum por se tratarem de mecanismos bastante simples e de menor custo, principalmente por não operarem sob elevada pressão de água. Em condutos fechados (sistemas pressurizados) são usados válvulas e registros para o controle da vazão. SISTEMA DE DRENAGEM A drenagem dos viveiros geralmente é feita por gravidade, apesar de ser comum encontrar em algumas pisciculturas viveiros que somente drenam com bombeamento. Tubos de PVC e manilhas de concreto são comumente usados como dreno dos viveiros. A água dos viveiros geralmente é drenada para dentro de um canal de escoamento adjacente ao dique (Figura 5-B). Em alguns casos a drenagem é toda feita por uma tubulação subterrânea que serve a todos os viveiros Figura 5. Exemplos de dois sistemas de drenagem. O desenho (A) ilustra uma tubulação de drenagem compartilhada por todos os viveiros e enterrada sob o dique. As vantagens deste design são tanto o melhor aproveitamento da área e a redução no movimento de terra (não se perde espaço com a construção de canais e possibilita que os viveiros compartilhem o mesmo dique), como o compartilhamento do sistema de abastecimento. A desvantagem é a dificuldade de reparo caso ocorra algum vazamento nesta tubulação. No desenho (B) os viveiros compartilham o mesmo canal de drenagem. Além da necessidade de manutenção do canal limpo, outras desvantagens deste sistema são o baixo aproveitamento da área na construção do canal e de mais um dique e a necessidade de implantar duas linhas de abastecimento. No entanto, o risco de problemas de vazamento e comprometimento dos diques é menor. O canal de drenagem comum também pode auxiliar no reaproveitamento da água de drenagem dos viveiros. Figura 6 - Vala aberta e instalação da tubulação de drenagem.. Não é recomendado o uso de manilhas de concreto nos sistemas de escoamento caso estes tenham que operar sob pressão. Por melhor que seja o serviço do pedreiro, é muito fácil haver uma acomodação do terreno ou um esforço durante a construção que acabe por provocar trincas nas manilhas e em suas junções. O tempo necessário para esvaziar o viveiro depende, dentre muitos fatores: do diâmetro, da rugosidade e das conexões acopladas nos tubos e manilhas usados na drenagem. No Quadro 3 são apresentados os diâmetros mínimos de drenos tubulares para o escoamento de água de viveiros de diferentes dimensões, considerando uma linha de drenagem de 12m e outra de 300m de comprimento. Foi considerado o uso de tubo de PVC para dutos com diâmetro de até 300mm e manilhas de concreto para dutos com diâmetro superior a 300mm. Quadro 3 - Diâmetro mínimo (em milímetros) de dutos usados para a drenagem de viveiros de diferentes áreas e com talude de 2,5:1, com a parte mais rasa medindo 1,4m de altura d’água e a parte mais funda com 1,8m. O tempo de drenagem foi definido como 12, 24, 36 e 48 horas. Os dutos com diâmetro de até 300mm são de PVC. Os dutos maiores que 300mm são manilhas de concreto (áreas marcadas em cinza). O tubo a ser adquirido deverá ser aquele comercialmente disponível com um diâmetro igual ou imediatamente superior ao valor indicado neste quadro. Área do viveiro (m2) Comprimento da linha de drenagem 12 metros 300 metros 12 horas 24 horas 36 horas 48 horas 12 horas 24 horas 36 horas 48 horas 40.000 577 443 380 292 1.116 857 735 659 20.000 440 290 249 223 852 654 561 503 10.000 288 221 190 170 650 500 428 384 5.000 218 168 144 129 493 379 278 250 3.000 178 137 117 105 402 264 227 203 1.000 113 87 75 67 219 168 144 129 Neste exemplo, pode se observar que para drenar um viveiro de 5.000m2 em 36 horas, um tubo de PVC de 150mm de diâmetro seria suficiente se fosse usada uma tubulação com 12 metros de comprimento despejando a água num canal de drenagem anexo ao dique (ver Figura 5 B), ao passo que seria necessário um tubo de PVC com 300mm de diâmetro para drená-lo no mesmo tempo se a linha tivesse 300m de comprimento (por exemplo, com a tubulação de drenagem enterrada ao longo do dique principal (Figura 5 A)). Figura 7. Monge interno e monge externo. As setas indicam o caminho da água. Uma comporta tipo guilhotina controla a drenagem. Note as guias da haste e as guias da guilhotina. Uma escada de acesso facilita o acesso ao monge para acionar a comporta. O monge externo pode ficar parcialmente embutido no talude, facilitando o acesso à comporta e dando melhor apoio às suas paredes. Existem diversas maneiras de implementar o reaproveitamento da água de drenagem em uma piscicultura. A escolha de uma delas depende das características do local e de uma minuciosa avaliação dos custos e facilidades para a implantação e operação do sistema de reaproveitamento de água. Também é imprescindível dimensionar adequadamente as estruturas hidráulicas e minimizar as distâncias e a altura de bombeamento. Com o reuso da água de drenagem, a reciclagem da matéria orgânica e dos nutrientes ocorre dentro dos viveiros, canais e reservatórios. As Figuras a seguir ilustram modelos de sistemas hidráulicos que possibilitam o reaproveitamento da água. APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE DRENAGEM Figura 1. Neste sistema a água de drenagem dos viveiros é drenada por gravidade para um coletor comum (dreno coletor). No dreno está instalada uma estação de bombeamento que envia a água para um reservatório elevado de maior volume. Deste reservatório, a água pode ser direcionada por gravidade para o enchimento do viveiro que foi drenado ou para repor as perdas de água de outros viveiros. Figura 2. A água de drenagem dos viveiros é direcionada para um viveiro coletor, que possui a cota de fundo mais baixa do que a cota dos demais viveiros. O tamanho do viveiro coletor e o rebaixamento do seu fundo devem ser definidos em função do volume total de água que será drenado de um ou mais viveiros simultaneamente. Em geral, o viveiro coletor é dimensionado de modo a acomodar a água do maior viveiro da piscicultura, possibilitando ainda a drenagem simultânea de um segundo viveiro. A drenagem dos viveiros é feita por gravidade para o viveiro receptor. Neste existe uma estação de bombeamento que está interligada ao sistema de abastecimento de água e possibilita o retorno de água para encher novamente os viveiros drenados e para repor as perdas de água dos demais viveiros. Figura 3. Os viveiros possuem bordas livres maiores que o convencional, possibilitando acomodar um volume extra de água. Assim, quando um viveiro é drenado,sua água escoa por gravidade para um dreno coletor comum, de onde é simultaneamente bombeada para os viveiros que estão em uso. O volume extra de água acomodado por esses viveiros é reutilizado para o enchimento do viveiro que foi drenado. O retorno da água armazenada pode ser feito através da rede de abastecimento (devendo esta trabalhar afogada), por sifonamento, por bombeamento direto de um viveiro a outro (demandando bombas móveis), ou ainda através da descarga da água dos viveiros para o dreno coletor e bombeamento de toda a água para o viveiro que se pretende encher. APLICAÇÃO 1 - Cálculo de Demanda d’água do Projeto (Operação + Ampliação) Área total dos viveiros = 1.789.200m² Profundidade média dos viveiros = 1,20m Pluviosidade no período = 1.000mm/ano Taxa de evaporação = 2.000mm/ano e 5,5mm/dia Taxa de infiltração = 1 mm/dia Taxa de renovação = 1%/dia (0,01 x 1,20m x 1.789.200m² = 2.147m³/dia) Taxa de recirculação = 90% do Volume drenado O balanço hídrico para viveiros de aquicultura é analisado pela seguinte equação: Vd = Vrv + Vev + Vinf + Vre – Vp Onde: Vd = volume de demanda total Vrv = volume de repleção do viveiro = área x profundidade média x 3 ciclos Vp = volume pluviométrico = área x pluviosidade no período Vev = volume de evaporação = área x evaporação no período Vinf = volume de infiltração = área x infiltração no período Vre = volume de renovação = taxa de renovação x 365 dias Vrv = 1.789.200m²x 1,20m x 3 = 6.441.120m³/ano Vp = 1.789.200m² x 1.000mm/ano = 1.789.200m³/ano Vev = 1.789.200m² x 0,0055mm x 365 dias = 3.591.819 m³/ano Vinf = 1.789.200m² x 0,001mm x 365 dias = 653.058m³/ano Vre = 2.147m³/dia x 365 dias = 783.655m³/ano Vd = 6.441.120m³/ano + 3.591.819 m³/ano + 653.058m³/ano + 783.655m³/ano – 1.789.200m³/ano Vd = 9.680.452m³/ano = 26.521,8 m³/dia Para calcular o volume drenado apresentamos a seguinte equação: Vdr = Vrv + Vp + Vre – (Vev + Vinf) Onde: Vdr = volume drenado Vdr = 6.441.120m³/ano + 1.789.200m³/ano + 783.655m³/ano – (3.591.819 m³/ano + 653.058m³/ano) Vdr = 4.766.098m³/ano = 13.057,8m³/dia Para o processo de recirculação, 90% do volume drenado será utilizado. Esse valor corresponde a 11,752m³/dia. Os 10% (1.305,8m³/dia) também sofrerão perdas por evaporação e infiltração e o restante retornará ao canal de recirculação, após o tempo previsto de permanência no canal de drenagem ou bacia de sedimentação. Obrigado pela atenção!!! Velocidade máxima drenagem dos reservatórios PRESSÃO DE SERVIÇO PRESSÃO DINÂMICA sobrepressão DISTRIBUÍDA LOCALIZADA SISTEMA DIRETO SISTEMA INDIRETO SISTEMA MISTO alimentador predial Exercício RESERVATÓRIO Altura útil do reservatório reserva de incêndio Capacidade reservatório inferior DIMENSIONAMENTO DRENO EXTRAVASOR Tipo de solo CAPACIDADE DE ESCOAMENTO velocidade EXERCÍCIO Demanda d’água do Projeto balanço hídrico
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