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CCE0226 Instalações Prediais - Hidráulicas Profa. M.Sc. Maria Letícia C. L. Beinichis Curso – Arquitetura e Urbanismo Instalações Prediais - Hidráulicas Conteúdo Programático Unidade 1 – Normas Técnicas Brasileiras pertinentes ao tema. 1.1 Normas para instalações de água fria. 1.2 Normas para instalações de água quente. 1.3 Normas para instalação de águas servidas. 1.4 Normas para instalações de combate à incêndio. 1.5 Normas para instalações de gás encanado. Unidade 2 – Noções básicas de nomenclatura e materiais para instalações hidráulicas. 2.1 Nomenclatura dos diversos elementos e componentes das redes de instalações hidráulicas em geral. 2.2 Principais materiais constituintes das tubulações e conexões das redes de instalações hidráulicas. Conteúdo Programático Unidade 3 – Dimensionamento de Redes de Água Potável (fria e quente). 3.1 Dimensionamento de redes de Água Fria 3.2 Dimensionamento de redes de Água Quente. 3.3 Dimensionamento de aquecedores de passagem, de acumulação e solar. Unidade 4 – Dimensionamento de Águas Servidas (esgoto sanitário). 4.1 Dimensionamento de redes de Esgotamento Sanitário. Unidade 5 – Fundamentos Teóricos para Reaproveitamento de ÁguasPluviais / Servidas. 5.1 Instalações de redes de reaproveitamento de Águas Pluviais. 5.2 Instalações de redes de reaproveitamento de Águas Servidas (esgoto sanitário). Instalações Prediais - Hidráulicas Desenho das Instalações O desenho das instalações de água fria seguirão o padrão estabelecido no projeto arquitetônico. Por isso é tão importante a existência de uma arquitetura bem desenvolvida em termos de layout e de informações. Por um projeto bem desenvolvido no âmbito das instalações deve conter: • Peças sanitárias e os equipamentos corretamente definidos e localizados; e • Pontos de água devidamente cotados, com a utilização do sistema de eixos longitudinais e transversais, ao longo das parede e/ou pilares . O projeto de instalações seguirá os padrões de desenho técnico, dentro das normas brasileiras vigentes e especificidades de cada projeto – água quente, fria, pluviais, esgoto, incêndio e gás. Desenho das Instalações Perspectiva Isométrica – detalhes isométricos Perspectiva isométrica é representação gráfica de um objeto em suas três dimensões projetadas sobre um único plano. Ela transmite a idéia de profundidade e relevo. Em instalações prediais, a perspectiva isométrica é utilizada para detalhar os compartimentos sanitários e com isso melhor visualizar a rede de distribuição. Os detalhes isométricos são normalmente desenhados em escalas 1:20 ou 1:25, desenhando-se com traços finos os contornos das paredes e as posições de janelas e portas. As cotas são dispensáveis. Os aparelhos sanitários são representados conforme suas convenções, assim como as tubulações, registros e demais detalhes. Desenho das Instalações Perspectiva Isométrica – detalhes isométricos Roteiro de desenho isométrico: 1. Traça-se a planta cega do compartimento com esquadro de 60o graus; 2. Locam-se os eixos dos pontos de consumo de água (lavatório, bacia sanitária, ducha higiênica, chuveiro, etc.) 3. Traça-se uma linha pontilhada do eixo das peças até a altura dos pontos de consumo; 4. Traçam-se os ramais internos, unindo os pontos de consumo; 5. Indicam-se, nos ramais e sub-ramais, os diâmetros correspondentes. Desenho das Instalações Perspectiva Isométrica – detalhes isométricos Altura dos pontos de entrada de água e posição dos registros e demais elementos Elemento Sigla Alturas (H) Bacia sanitária com válvula BS 33 cm Bacia sanitária com caixa acoplada BCA 20 cm Ducha higiênica DC 50 cm Bidê BI 20 cm Banheira de hidromassagem 30 cm Chuveiro ou ducha CH 220 cm Lavatório LV 60 cm Mictório MIC 105 cm Máquina de lavar roupa MLR 90 cm Máquina de lavar louça MLL 60 cm Pia 110 cm Tanque TQ 115 cm Torneira de limpeza TL 60 cm Torneira de jardim TJ 60 cm Registro de pressão RP 110 cm Registro de gaveta RG 180 cm Válvula de descarga VD 110 cm Desenho das Instalações Isométrico banheiro Desenho das Instalações Isométrico cozinha Desenho das Instalações Isométrico área de serviço Desenho das Instalações Isométrico barrilete Dimensionamento Dimensionamento das canalizações Dimensionar as canalizações significa atribuir ordem de grandeza aos elementos da rede de distribuição, ou seja, diâmetro da tubulação e conexões do barrilete, colunas, ramais e sub-ramais que alimentam as peças de utilização, trecho a trecho da instalação de água fria. Como as tubulações são dimensionadas como condutos forçados, torna-se necessária a definição dos quatro parâmetros hidráulicos de escoamento – vazão, velocidade, perda de carga e pressão. Parâmetros hidráulicos do escoamento (NBR 5626) Dimensionamento Dimensionar as tubulações é identificar os valores necessários de diâmetro e comprimento das canalizações, dos reservatórios até os pontos de consumo. Para o dimensionamento é importante alguns conceitos: a. Consumo predial: é o consumo diário de água de acordo com o tipo de edificação. Esse consumo é baseado no número de pessoas (população) e no consumo per capita (de cada pessoa). Consumo diário de água de uma edificação Cd = P x q onde, Cd é o consumo diário em l/dia P é a população q é o consumo per capita (l/dia) CR = 2 x Cd onde, CR é a Capacidade total do Reservatório (em litros) Cd é o consumo diário (litros/dia) Dimensionamento b. Vazão das peças de utilização: é o primeiro dos quatro parâmetros hidráulicos necessários ao dimensionamento (vazão, pressão, velocidade e perda de carga). Cada aparelho sanitário corresponde a uma ou mais peças de utilização e necessitará de um valor mínimo de vazão para seu perfeito funcionamento. Da mesma forma, cada peça terá um determinado peso de ação na tubulação. A tabela a seguir contém dados da NBR 5626:1998 que trata das Instalações de Água Fria. Dimensionamento c. Vazão das peças de utilização Aparelho sanitário Peça de utilização Vazão (l/s) Peso Bacia sanitária Caixa de descarga 0,15 0,30 Válvula de descarga 1,70 32 Banheira Misturador (água fria) 0,30 1,00 Bebedouro/Filtro Registro de pressão 0,10 0,10 Bidê Misturador (água fria) 0,10 0,10 Chuveiro ou ducha Misturador (água fria) 0,20 0,40 Chuveiro elétrico Registro de pressão 0,10 0,10 Ducha Higiênica Ducha 0,20 0,40 Lavatório Torneira ou Misturador (água fria) 0,15 0,30 Máquina de lavar prato ou roupa Registro de pressão 0,30 1,00 Mictório cerâmico Com sifão integrado Válvula de descarga 0,50 2,80 Sem sifão integrado Caixa de descarga, registro de pressão ou válvula de descarga para mictório 0,15 0,30 Mictório tipo calha Caixa de descarga ou registro de pressão 0,15 por metro de calha 0,30 Pia Torneira ou misturador (água fria) 0,25 0,70 Torneira elétrica 0,10 0,10 Tanque de lavar roupa Torneira 0,25 0,70 Torneira de jardim ou lavagem em geral Torneira 0,20 0,40 Dimensionamento c. Vazão das peças de utilização Apesar de ser impossível a utilização simultânea de todos os pontos de utilização, é necessário definir a vazão provável das tubulações tomando como parâmetro o uso. Para esse cálculo tem-se: Q = C.(Σ p)1/2, sendo C o coeficiente de descarga igual a 0,3 l/s e Σp é o somatório peso de cada peça de utilização da instalação. Q = 0,3.(Σ p)1/2 Com os pesos e a vazão define-se o diâmetro da tubulação utilizando um ábaco. Exemplo: Para dimensionarum encanamento que alimenta um banheiro, utilizou-se os seguintes aparelhos: Vaso sanitário com válvula 32,0 Lavatório 0,3 Bidê 0,1 Total Peso 32,4 Q = 0,3x(32,40)1/2 = 1,71l/s A vazão para o encanamento que abastecerá esse banheiro será Q = 1,71 l/s com um diâmetro de 1 ¼” (40mm), conforme ábaco de pesos e vazões. Dimensionamento c. Vazão das peças de utilização Ábaco com relação entre Vazão e Peso das peças hidráulicas. Dimensionamento c. Vazão das peças de utilização Ábaco com relação entre Vazão e Peso das peças hidráulicas. Dimensionamento d. Pressão de serviço: é a soma da pressão estática e pressão dinâmica. A norma NBR 5626 define como valor máximo de pressão estática da instalação 40 mca, independente do tipo de tubulação utilizada (tubos metálicos ou PVC). Quando uma peça hidráulica for fechada, a pressão estática nesse ponto não pode ultrapassar 20 mca. Caso isso ocorra, deverá ser instalada válvula redutora de pressão ou reservatório intermediário, de forma a aumentar a perda de carga. A pressão dinâmica nos pontos de utilização conforme a NBR 5626 não deverá ser inferior a 1,0 mca, exceto o ponto da caixa de descarga, que não poderá ser inferior a 0,50 mca. Os fabricantes das peças devem definir os valores limites da pressão dinâmica que cada um suporta. Pressão estática – quando não há fluxo de água; Pressão dinâmica – quando a água está em movimento. Dimensionamento e. Velocidade máxima: conforme a NBR 5626-1998 a velocidade de escoamento nas tubulações não pode ultrapassar 3,0 m/s, nem os valores de V = 14.D (diâmetro em metro). FONTE: Tabela 1.7, Creder (2006) Dimensionamento f. Perda de Carga (J) é a energia que a água irá despender para escoar pela tubulação. A perda de carga ocorre ao longo dos tubos (Ju) e pelas conexões que ligam os tubos (comprimentos equivalentes - L). Ambas precisam ser somadas para a identificação da Perda de Carga Total (Jtotal). 1. Para a perda de carga ao longo dos tubos a NBR 5626 recomenda o cálculo da perda de carga por meio da Fórmula Universal. Porém, quando não houver informações suficientes, pode-se utilizar os ábacos de Fair-Whipple-Hsiao, conforme o tipo de tubulação e conhecidos o diâmetro e a vazão. J – perda de carga (kPa) Q – vazão estimada na seção (l/s) d – diâmetro interno do tubo (mm) Dimensionamento f. Perda de Carga no tubo (Ju) – Leitura do ábaco Fair-Whipple- Hsiao. Os valores da perda de carga unitária (Ju) são obtidos no ábaco por leitura direta. Para isso cria-se uma linha ligando o diâmetro da tubulação (D) e sua vazão (Q), no ponto considerado (coluna, trecho do ramal ou subramal). A continuação dessa linha em direção à perda de carga dará o seu valor. O mesmo se dá com a velocidade. Exemplo: Para um diâmetro de 20mm e vazão de 0,3 l/s, temos pela leitura direta do ábaco J = 0,072 m.c.a/m e a velocidade 0,97 m/s. Dimensionamento f. Perda de Carga nas Conexões A perda de carga decorrente da passagem da água pelas conexões é definida pela tabela A.3 da NBR 5626:1998, que converte essa perda em comprimento equivalente (L). Dimensionamento f. Perda de Carga nas Conexões (Comprimentos equivalentes - L) Dimensionamento f. Perda de Carga Total (Jtotal) Jtotal = JU . Ltotal (m/m) JU = 8,69 . 10 6.Q1,75.D-4,75 (kPa/m) ou leitura do Ábaco Fair-Whipple-Hsiao. 1 kPa/m = 0,1 m.c.a/m, ou seja, 1 m.c.a. = 10kPa Ltotal = Lreal + Lequivamente Jtotal = Perda de carga total Ju = Perda de carga unitária (fórmula universal ou ábaco) Ltotal = Comprimento total da tubulação Lreal = Comprimento real, medido em planta, da tubulação (trecho ramal, subramal ou coluna) Lequivamente = Comprimento equivalente (devido às peças especiais da tubulação - conexões) – tabela de comprimentos equivalentes. Sendo: Q (vazão) em l/s e D (diâmetro interno) em mm. Dimensionamento f. Perda de Carga Total (Jtotal) Exemplo: Seja a tubulação em PVC com 11 metros de comprimento e com os parâmetros abaixo. Dimensione a perda de carga total.: Q = 0,95l/s Ju = 0,05m/m V = 1,2l/s D= 40mm RG = Registro de Gaveta Joelho de 90º Solução : Jtotal = Ju x Ltotal Ltotal = Lreal + Lequivalente Lreal = 11m Lequivalente = Joelho 90º 40mm + RG 40mm Lequivalente = 2,0 + 0,4 = 2,4m Ltotal = 11 + 2,4 → Ltotal = 13,4m Jtotal = 0,05 x 13,4 Jtotal = 0,67mca Dimensionamento g. Separação atmosférica: deve haver uma diferença de altura entre a saída de água da peça hidráulica e o nível de transbordamento dos aparelhos sanitários, caixa de descarga, lavatórios e reservatórios. Para que não ocorra retrossifonagem da água usada, essa altura deve ser, no mínimo igual a 2.D (diâmetro). Dimensionamento O dimensionamento tem início a partir dos sub-ramais, em seguida ramais, coluna de distribuição e barrilete. 1. Sub-ramais: seu dimensionamento se dá de acordo com as peças sanitárias que serão utilizadas. FONTE: Tabela 1.8, Creder (2006) Diâmetros dos Sub-Ramais (mínimos) Peça de utilização Diâmetro (mm) Diâmetro (pol) Aquecedor de baixa pressão 20 ¾ Aquecedor de alta pressão 15 ½ Bacia sanitária com caixa de descarga 15 ½ Bacia sanitária com válvula de descarga 32 1 ¼ Banheira 15 ½ Bebedouro 15 ½ Bidê 15 ½ Chuveiro 15 ½ Lavatório 15 ½ Máquina de lavar pratos ou roupa 20 ¾ Pia de cozinha 15 ½ Tanque de lavar roupa 20 ¾ Dimensionamento 2. Ramal: utiliza-se, comumente, o método do consumo máximo possível para o dimensionamento dos ramais. Nesse método soma-se os diâmetros mínimos de cada peça sanitária do ambiente e, por meio de tabela de equivalência, obtêm-se o diâmetro da tubulação do ramal. FONTE: Tabela 1.9, Creder (2006) Diâmetro nominal (mm) 15 20 25 32 40 50 60 75 100 Diâmetro externo (mm) 20 25 32 40 50 60 75 85 110 Diâmetro dos canos (polegadas) ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3 4 Seções equivalentes (Σ diâmetros) 1 2,9 6,2 10,9 17,4 37,8 65,5 110,5 189 Dimensionamento 2. Ramal Exemplo: Dimensionar um ramal para atender às seguintes peças, imaginando que são de uso simultâneo, em instalação de serviço de residência – pia de cozinha (½”), vaso sanitário (1 ¼”), lavatório (½”) e tanque (¾”). Seção equivalente = 1 + 10,9 + 1 + 2,9 = 15,8 Pela tabela de seções equivalentes encontramos que o diâmetro mais próximo de 15,8 é 1 ½”. Pia cozinha ½ ” Vaso sanitário 1 ¼ ” Lavatório ½ ” Tanque ¾“ Diâmetro do ramal Diâmetro nominal (mm) 15 20 25 32 40 50 60 75 100 Diâmetro dos canos (polegadas) ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3 4 Seções equivalentes (Σ diâmetros) 1 2,9 6,2 10,9 17,4 37,8 65,5 110,5 189 Dimensionamento 3. Colunas: o dimensionamento das colunas ocorre trecho a trecho. Portanto, é necessário o esquema vertical da instalação com as peças sanitárias que serão atendidas pela coluna e as peças hidráulicas necessárias à instalação. Recomenda-se: • Não criar ramais muito longos, mas novas colunas; • Separar as válvulas de descarga em coluna específica. Para o cálculo da coluna devem ser seguidos os seguintes passos: a. Numerar as colunas; b. Marcar com letras os trechos em que haverá derivação para os ramais; c. Somar os pesos das peças de utilização; d. Juntar os pesos acumulados no trecho; e. Determinar a vazão (l/s) com o ábaco de vazões e diâmetros em função dos pesos; f. Arbitrar um diâmetro D (mm). g. Conhecidos o diâmetro e a vazão, obter a velocidade de escoamento (m/s) e a perda de carga unitária (Ju, em m/m)utilizando os ábacos de Fair-Whipple- Hsaio. Caso a velocidade seja superior a 3,0 m/s escolher um diâmetro maior. Dimensionamento 3. Colunas h. Obter o comprimento real da tubulação (Lreal), conforme medida em planta; i. Obter os comprimentos equivalentes resultantes das perdas localizadas nas conexões, registros, válvulas, etc, conforme as peças de utilização selecionadas (Lequivalente). Utiliza-se a tabela de perda de carga localizada e os comprimentos equivalentes; j. Obter o comprimento total – Ltotal = Lreal + Lequivalente l. Calcular a pressão disponível (Pdisponível) no ponto de utilização (ponto de consumo). Ela é medida em mca (metros de coluna de água) e é a diferença de nível entre a saída do reservatório e o ponto de utilização; m. Calcular a perda de carga unitária, em mca, conforme o item g. n. Calcular a perda de carga total, em mca, mutiplicando-se o comprimento total (Ltotal) pela perda de carga unitária (Ju) – Htotal = J x Ltotal o. Calcular a pressão dinâmica a jusante, em mca. Ela é pressão disponível (Pdisponível) menos a perda de carga total (Htotal). Deve-se verificar se os valores estão dentro da previsão conforme as pressões mínimas e máximas para os pontos de utilização. Dimensionamento Exemplo: considere o seguinte ambiente hidráulico. Corte longitudinal Perspectiva isométrica Dimensionamento Exemplo AF1 A B C D E Dimensionamento por trecho: AB – Chuveiro. AC – Bacia sanitária com caixa de descarga e lavatório. CD – Bacia sanitária com caixa de descarga e lavatório. DE – Bacia sanitária com caixa de descarga. Pesos e diâmetro (ábaco): AB – 0,4 – 20mm AC – 0,3 + 0,3 = 0,6 – 25mm CD – 0,3 + 0,3 = 0,6 – 25mm DE – 0,3 – 20mm O diâmetro da coluna AF1, com peso total igual á 1 (0,4+0,3+0,3 – peso das peças hidráulicas abastecidas pela coluna) será 25mm e a vazão da coluna Q = 0,3 l/s. Dimensionamento Analisando o trecho AB, ramal e sub-ramal do chuveiro, tem-se: Peso do sub-ramal chuveiro – 0,40 Diâmetro (ábaco) – 20mm Q = 0,3x(0,4) ½ = 0,19 l/s Seção equivalente ramal – 1 Diâmetro (tabela) – 20mm Q = 0,3x(0,4) ½ = 0,19 l/s Dimensionamento Para o cálculo da vazão e perda de carga unitária utiliza-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao Ju trecho AB = 0,04 m/m V trecho AB = 0,67 m/s. Ju coluna = 0,025 m/m V coluna = 0,62 m/s RAMAL CHUVEIRO = SUB-RAMAL CHUVEIRO COLUNA Dimensionamento Perda de carga localizada e distribuída Exemplo: Para o trecho AB temos a perda de carga proveniente da coluna até a entrada do trecho e a perda de carga do trecho em si. Para a coluna que abastece o banheiro, tem-se: Para o trecho AB em si: Peça Qtd Comp. equivalente (CE) Saída de canalização 1 0,80 Joelho de 90º 1 1,10 Registro gaveta aberto 2 0,10x2 Tê de saída lateral 1 2,30 Total Coluna 4,40 Joelho de 90º 2 1,10x2 Registro globo aberto (registro de pressão) 1 11,40 Total Trecho AB 13,60 Dimensionamento Perda de carga localizada e distribuída Exemplo: O comprimento real da coluna (CR) será: CR = 0,25 + 0,25 + 0,10 + 0,40 + 1,10 = 2,10m O comprimento real do trecho AB será: CR = 1,00 + 1,10 = 2,10m Trecho CR CE Compr. Total (CT) Perda de carga unitária (Ju) Perda de carga total (Jtotal) AF1 2,10 4,40 6,50 0,04 0,26 AB 2,10 13,60 15,70 0,025 0,39 TOTAL 0,65 Dimensionamento Pressão A pressão dinâmica no ponto de consumo é a diferença entre a pressão estática e a perda de carga total. Pd = Pe – Jtotal. Pela Lei de Stevin, a Pressão estática (Pe) é a diferença de altura entre a saída do reservatório e o ponto de consumo. Para o trecho AB a perda de carga total é 0,65 (coluna até o ponto AB e o trecho AB em si). Pd = Pe – Jtotal Pd = 0,75 – 0,65 Pd = 0,10 mca Pe = 0,25 + 0,10 + 0,40 Pe = 0,75 mca Pd < 1 mca → a peça não funcionará! Dimensionamento Pressão: Caso a pressão dinâmica do trecho seja menor que a pressão mínima de serviço para a peça hidráulica envolvida ou inferior ao que o menor valor que a norma define (1mca), tem-se algumas alternativas para solução do problema: a) Aumentar a altura do reservatório, de forma a aumentar a pressão estática do trecho; b) Para o trecho ou peça hidráulica com maior perda de carga, aumenta-se o diâmetro da tubulação. Dessa forma tem-se nova perda de carga unitária (Ju) e nova perda de carga localizada, pois o comprimento equivalente varia conforme o diâmetro da conexão/tubulação (CE). Esses procedimentos – aumentar altura do reservatório e/ou diâmetro da tubulação – deve ser repetido até se obter um diâmetro de tubulação que corresponda à pressão dinâmica compatível com a pressão mínima de serviço da peça(s) hidráulica(s) envolvidas. A D B C E F G H I J Dimensionamento 4. Barrilete O diâmetro do barrilete corresponde à soma dos pesos das colunas que esse barrilete abastece, sendo também dividido por trechos, conforme a distribuição das colunas. A perda de carga unitária (Ju) admissível é de 8%, ou seja, Ju = 0,08. Na figura ao lado, temos 4 colunas. Dividindo o barrilete em trechos teremos: AB, AC, DE e DF correspondendo à saída da ramificação. BG, CH, EI e FJ a ligação final para a descida das colunas. A D B C E F G H I J Dimensionamento 4. Barrilete A vazão dos trechos AB e AC é igual à vazão dos trechos DE e DF QAB = QAC = QDE = QDF = Q saída Qsaída = 0,3.(Σ pesos das colunas AF1, AF2, AF3 e AF4)½ Quando tivermos dois reservatórios, esse valor de vazão deverá ser dividido por 2. QBG = 0,3.(Σ pesos das colunas AF1)½ QCH = 0,3.(Σ pesos das colunas AF2)½ E assim por diante. Dimensionamento 5. Ramal predial O ramal predial é a tubulação que liga o fornecimento de água da edificação à rede pública, ou seja, do hidrômetro até o distribuidor. O responsável por essa ligação é a Concessionária de Água, que fornece os dados referentes ao hidrômetro, cavalete e abrigo. Dimensionamento 6. Alimentador predial O alimentador predial é a tubulação que liga o hidrômetro e o reservatório superior. Para uma residência com até 3 pavimentos, tem-se a seguinte tabela: A velocidade do alimentador deve estar em 0,6 e 1,0m/s. O dimensionamento é feito em função da estimativa do consumo diário (m3) Dimensionamento 6. Alimentador predial Para um edifício com mais de 3 pavimentos, o alimentador predial deve ser dimensionado com base no sistema de recalque, ou seja, tubulação de aspiração e recalque das bombas. O dimensionamento da tubulação de recalque, a NBR 5626 recomenda o uso da fórmula de Forchheimmer: Dr é o diâmetro nominal do tubo de recalque Q é a vazão da bomba em m3/s X = h/24, onde h é o número de horas de funcionamento da bomba em um período de 24h. Conforme a NBR5626 a vazão mínima da bomba deve ser 15% do Consumo Diário. Um dado usual é o funcionamento da bomba. Em média de 4,5 até 6 horas de funcionamento em um período de 24h. Dimensionamento 6. Alimentador predial O valor obtido de h (horas de funcionamento da bom a cada 24 horas) e Vazão (Q, em m3/h), aplica-se no gráfico de Forchheimmer para determinação do diâmetro do encanamento de recalque.
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