relatóriofinal

Prévia do material em texto

Universidade Estadual do Norte Fluminense
Professor Jonas Alexandre
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE ÁGUA FRIA DE UM PRÉDIO MULTIFAMILIAR
Luana Ribeiro Hespanhol
Guilherme Soares Mendonça
Campos dos Goytacazes, 13 de abril de 2018
Introdução
Ao longo de toda a história, as populações humanas procuraram se instalar em locais próximos a cursos d’água imprescindíveis para a manutenção da vida. Além do abastecimento, a garantia de água própria para consumo sempre foi uma preocupação da população, muitos sistemas sofisticados de abastecimento de água potável datam da época de Cristo. Na sociedade moderna, essas premissas não mudaram, e ainda é de suma importância que o abastecimento de agua seja de qualidade e contínuo. Visando esses objetivos, neste trabalho será projetada a instalação hidráulica de um edifício residencial.
Objetivos
O trabalho teve como objetivo realizar a instalação hidráulica de um prédio de 20 andares, com quatro apartamentos por andar e cada apartamento com dois quartos. A instalação foi baseada na norma NBR 5626, que determina que um projeto de instalação hidráulica deve-se fornecer quantidade água potável suficientee de forma continua para os usuários, além de reduzir custos e problemas decorrentes da interrupção do sistema público. O projeto ainda deve determinar as pressões e as velocidades a fim de evitar vazamentos e golpesde ariete no sistema hidráulico.
Etapas do Projeto
3.1 Concepção:
3.1.1 Partes constituintes de uma instalação de água
De acordo com a NBR-5626 são definidas as partes constituintes de umainstalação predial de água fria:
- ALIMENTADOR PREDIAL: tubulação compreendida entre o ramal predial e aprimeira derivação ou válvula de flutuador de reservatório;
- AUTOMÁTICO DE BÓIA: dispositivo instalado no interior de um reservatório parapermitir o funcionamento automático da instalação elevatória entre seus níveisoperacionais extremos;
- BARRILETE: conjunto de tubulações que se origina no reservatório e do qual sederivam as colunas de distribuição;
- COLUNA DE DISTRIBUIÇÃO: tubulação derivada do barrilete e destinada aalimentar ramais;
- EXTRAVASOR: tubulação destinada a escoar os eventuais excessos de água dosreservatórios e das caixas de descarga;
- INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA: conjunto de tubulações, equipamentos e dispositivosdestinados a elevar a água para o reservatório de distribuição;
- LIGAÇÃO DE APARELHO SANITÁRIO: tubulação compreendida entre o ponto deutilização e o dispositivo de entrada no aparelho sanitário;
- PEÇA DE UTILIZAÇÃO: dispositivo ligado a um sub-ramal para permitir autilização da água;
- PONTO DE UTILIZAÇÃO: extremidade de jusante do sub-ramal;
- RAMAL: tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais;
- RAMAL PREDIAL: tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento ea instalação predial;
- REDE PREDIAL DE DISTRIBUIÇÃO: conjunto de tubulações constituído debarriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais, ou de alguns destes elementos;
- RESERVATÓRIO INFERIOR: reservatório intercalado entre o alimentador predial ea instalação elevatória, destinada a reservar água e a funcionar como de sucção dainstalação elevatória;
- RESERVATÓRIO SUPERIOR: reservatório ligado ao alimentador predial ou atubulação de recalque, destinado a alimentar a rede predial de distribuição;
- SUB-RAMAL: tubulação que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação doaparelho sanitário;
- TRECHO: comprimento de tubulação entre duas derivações ou entre uma derivação ea última conexão da coluna de distribuição;
- TUBULAÇÃO DE RECALQUE: tubulação compreendida entre o orifício de saída dabomba e o ponto de descarga no reservatório de distribuição;
- TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO: tubulação compreendida entre o ponto de tomada noreservatório inferior e o orifício de entrada da bomba;
- VÁLVULA DE DESCARGA: válvula de acionamento manual ou automático,
3.1.2 Consumo Predial
A rede de distribuição predial será alimentada pelo Consumo predial: O edifício foi projetado para receber 6 habitantes por apartamento, totalizando 20 andares de apartamentos. No térreo há hall de entrada com acesso ao elevador e as escadas, dependências de serviço para o zelador, além da entrada da garagem que será no primeiro andar.
4 apartamentos por andar x 20 andares = 480 pessoas
Sabendo-se que se totalizam 4 pessoas para os serviços gerais, teremos um total de 484 pessoas circulando diariamente no prédio.
O consumo médio diário de água é de 200L per capita, logo:
484 pessoas x 200 L = 96800 L por dia
Para a garagem, a média de consumo diário de água é de 50L por automóvel. Definindo um carro por apartamento, a garagem deve receber 80 carros, portanto, o consumo de água será:
80 carros x 50 L = 4000 L por dia, logo, o consumo diário será:
96800 + 4000 = 61400L
De acordo com a NBR 11715, é necessário reservar 20% a mais do consumo diário de água para ocasionais incêndios, dessa forma, o consumo total diário de água + reserva de incêndio será:
61400+ 0,2x (61400) = 100.800L por dia
Foram projetados dois reservatórios de água, um superior, em cima da edificação, e outro inferior, subterrâneo.
3/5 do consumo diário, além de um acréscimo da reserva técnica será para o reservatório inferior = 161.280L
2/5 do consumo diário + reserva de incêndio será para a caixa d’água = 40.320L+ 15.120L= 55.440L
3.2 Dimensionamento 
 3.2.1 Dimensionamento da caixa d’água e do reservatório inferior:
O volume a ser comportado pela caixa d’água (reservatório superior) é de 55.440L, portanto, partindo da altura média de água de 1,60m (com 0,20m na borda sem água) e de uma base quadrada, temos:
B²x1,60m = 55,44m³, B= 5,8 m
Logo, a caixa d’água terá dimensões 5,8 x 5,8 x 1,80m.
O reservatório inferior foi dimensionado para receber 161.280L de água. Partindo de uma altura de manutenção de 2m, dimensionamos as outras medidas, além da calha para sucção de limpeza:
Calha de limpeza: 0,5X0,3x B
Reservatório total: 1,80x B²
0,5X0,3x B + 1,80x B² = 98,240m³
B = 9,5m (aproximadamente)
Deste modo, o reservatório receberá a quantidade de água necessária para o abastecimento do edifício.
Durante a execução, será necessária a confecção de uma elevação no piso do lado esquerdo do reservatório correspondente a 1cm para que haja escoamento de água para a calha de limpeza à esquerda.
 Figura 1: Representação esquemática da caixa d’água
3.2.2 Dimensionamento dos Ramais
Partindo do número de peças de utilização de cada apartamento, calculamos o peso dos aparelhos:
Figura 2: Tabela de pesos das peças de utilização.
Em cada apartamento:
	2 Chuveiros
	1
	3 Lavatórios
	1,5
	3 Bacia Sanitária
	0,9
	3 Bidês
	0,3
	Pia Cozinha
	0,7
	Bebedouro
	0,1
	Lava-Louças
	1
	Tanque
	1
	Lava-Roupas
	1
	
	
 Total: 7,5
Cada coluna abastecerá 2 apartamentos por andar, logo o peso total para dimensionar o diâmetro do ramal que sai da coluna para os apartamentos será 2x7,5 = 15. Utilizando o ábaco que relaciona peso e diâmetro das tubulações, conseguimos dimensionar este ramal (1). . 
Figura 3: Instalações de água fria. Ábaco para cálculo de tubulações.
Do ábaco é possível inferir que o diâmetro será de 25mm (1”). Este ramal que sai da coluna irá se ramificar e se dividir indo exclusivamente para cada apartamento, o peso de um apartamento é de 7,5, portanto o diâmetro do ramal (2) continuará sendo de 25mm (1”). Ao chegar no apartamento a tubulação se ramificará novamente. Um ramal (3) irá abastecer o lavabo, a cozinha e a área de serviço, com peso total de 4,7. Com isso o ramal (3) ainda terá 25mm (1”). Porém ao chegar na área de serviço com peso total 2, ocorre uma redução onde o diâmetro do tubo vai para 20mm (3/4). O outro ramal (4) irá abastecer dois banheiros, com peso total de 2,8, sendo assim uma tubulação de 20mm (3/4”). Cada cômodo terá seuregistro, de modo que os demais não interfiram na utilização do primeiro, e vice-versa.
3.2.3 Dimensionamento das Colunas
	Para este procedimento utilizamos o método de Hunter. As colunas foram dimensionadas trecho por trecho com as peças que serão atendidas em cada coluna. A NBR-5626 sugere uma planilha de cálculo das colunas, onde constatamos se a velocidade, vazão máxima e pressão a jusante estão de acordo com o esperado.
Seguimos a marcha de cálculo:
Numerar as colunas;
Marcar os trechos em que haverá derivações para os ramais;
Somar os pesos de todas as peças de utilização (Figura 2);
Juntar os pesos acumulados no trecho
Determinar a vazão, em litros por segundo, usando o ábaco (Figura 3)
Arbitrar um diâmetro;
Obter os outros parâmetros hidráulicos, velocidade V e perda de carga
J, a partir dos valores de diâmetro e vazão, consultando o ábaco (Figura 4);
 h) Para saber o comprimento real da tubulação, basta medir na planta, indicando o comprimento em m;
 i) o comprimento equivalente é resultante das perdas localizadas nas conexões, nos registros, nas válvulas, etc, e representam um acréscimo no comprimento real;
 j) o comprimento total Lt é a soma do comprimento real com o equivalente;
 l) a pressão disponível no ponto considerado representa a diferença de nível entre o meio do reservatório e esse ponto. É medida em m.c.a.;
 m) a perda de carga unitária, em m.c.a., é obtida de modo indicado no item g;
 n) a perda de carga total, em m.c.a., é obtida, multiplicando-se o comprimento total (item j), pela perda de carga unitária (item m), ou seja:
Hp = J x Lt
 o) de posse da pressão disponível (item l), subtraindo a perda de carga total (item n), temos a pressão dinâmica a jusante, em m.c.a., essa pressão deve ser verificada para cada peça, para ver se está dentro dos limites especificados.
Figura 4: Ábaco para encanamento de cobre e PVC (NBR5626)
Abaixo está representada a marcha de cálculo em tabela, com os valores para a Coluna 1. A linha indicada em cor vermelha representa o andar no qual a pressão se tornou superior a 40 m.c.a, portanto, onde foi necessária a colocação da válvula redutora de pressão. A pressão a jusante foi testada no último andar, de modo que, no chuveiro, esta pressão seja de, no mínimo, 2 m.c.a. Assim, para testar a pressão, o ramal do apartamento foi imaginado como uma coluna, com pressão disponível de 3, 74 m.c.a. e peso unitário de 0,5 (peso do chuveiro). Desse modo, o comprimento equivalente foi calculado pelas perdas do ramal que chega até o chuveiro, e essas perdas foram somadas às perdas reais. No fim, o valor da pressão disponível foi diminuído das perdas totais, e a pressão que chega ao chuveiro foi de 2,20 m.c.a.
Planilhas semelhantes à da Figura 5 foram construídas para as outras 3 colunas, e todas necessitaram de válvula redutora no 5° andar residencial, assim como as pressões foram testadas nos chuveiros, e todas superaram os 2 m.c.a.
Figura 5: Planilha da marcha de cálculo das colunas do edifício.
3.2.4 Dimensionamento do Barrilete 
O método de dimensionamento utilizado foi o Hunter. Neste método, é fixada a perda de carga como 8% e considera-se que metade da caixa abastece metade das colunas. Deste modo, J = 0,08.
Todas as colunas possuem diâmetro de 50mm (2”), e as vazões são:
Qc1 = 3,02 L/s ; Qc2 = 2,91 L/s ; Qc3 = 2,91 L/s ; Qc4 = 2,91 L/s 
Dividindo duas colunas para cada extremidade do barrilete, teremos a extremidade esquerda A com uma vazão igual a 5,93 L/s, referente às colunas 1 e 3. De modo análogo, a extremidade B terá uma vazão de 5,82 L/s, referente às colunas 2 e 4.
Assim, partindo do ábaco (Figura 4), utilizamos J fixado e a vazão Q encontrada para determinar os diâmetros do barrilete. Foi constatado que o barrilete terá diâmetro de 2 ½”.
3.2.5 Dimensionamento de Encanamentos de Recalque
Definindo capacidade horária como 20% do consumo diário, utilizamos a fórmula que define os diâmetros das tubulações de recalque e sucção abaixo:
D= 1,3 . , onde:
D = diâmetro da tubulação 
Q = vazão em m³/s
X= (horas de funcionamento)/ (24 horas)
Como o consumo diário do edifício é de 73680 L/dia, temos que a vazão dos encanamentos de recalque será:
Q = 20%. 73,68m³ = 14,736[m³/h] / 3600[s/h] = 0,0041m³/s
Por tanto:
D = 1,3 . 
D = 0,056m ou 56mm
Logo, o diâmetro será de 2 ½”
Como o diâmetro da tubulação de sucção deve ser um diâmetro comercial maior que a tubulação de recalque, Dsucção = 3” 
3.2.6 Dimensionamento do Ramal Predial (de Entrada)
De acordo com a NBR5626, a velocidade máxima aceitável nas tubulações é de 1m/s, portanto, esta é fixada. Partindo da fórmula abaixo	
Q = C/86400
onde Q é a vazão e C, o consumo diário em litros, foi possível encontrar o valor da vazão no ramal predial: 
Q = 73680/86400 = 0,853 L/s
Utilizando a vazão encontrada e a velocidade de 1m/s, no ábaco gerado pela fórmula de Fair-Whipple-Hsiao (Figura 4 ), encontramos o diâmetro do ramal predial será 1 ½”.
3.2.7 Escolha da Bomba de Recalque de Água
Para especificar um conjunto motor-bomba centrífuga de recalque de água, para este edifício de 20 pavimentos com os seguintes dados:
	Consumo diário do prédio (m³)
	73,68
	Altura estática da sucção (m)
	0,73
	Comprimento desenvolvido da sucção (m)
	1,98
	Altura estática de recalque (m)
	75,91
	Comprimento desenvolvido no recalque (m)
	102,71
O comprimento equivalente na sucção é a soma de todos os comprimentos equivalentes das peças de sucção mais o comprimento desenvolvido. Como mostrado da tabela abaixo:
	Peças de Sucção
	Comp. Equivalente
	1 Válvula de pé
	26,8
	1 Curva de 90
	1,68
	1 Registro
	0,5
	Comp. Desenvolvido
	1,98
	total
	30,96
Tendo no tópico acima que a tubulação de sucção é de 3” , inferimos através do ábaco da figura 4 que a perda unitária (J) é de 0.024mm. Com isso, calculamos a altura devida as perdas na sucção.
O valor de J será utilizado para encontrar a altura devida às perdas (Hp) dado pela multiplicação da perda unitária (J) pelo comprimento desenvolvido na sucção (L). 
Hp = J x L = 0.024 x 30,96= 0,743
A altura representativa da velocidade é fixa, uma vez que a velocidade máxima de acordo com a NBR5626 é de 1m/s², e os outros parâmetros são constantes. Então o resultado da fómula abaixo é de 0,05m.
	
A altura manométrica de sucção é então a soma de todas as alturas como na tabela abaixo.
	Altura estática de sucção
	0,73m
	Altura representativa da velocidade
	0,05m
	Altura manométrica na sucção
	0,743m
	Total Hmsucção
	1,523m
O comprimento equivalente para o recalque é a soma dos comprimentos equivalentes das conexões, como mostra abaixo:
	
	Peças de recalque
	Comp. Equivalente
	2 Válvulas de retenção
	10,4
	5 joelhos (1,1/2)
	16
	1 Registro
	0,4
	Comp. Desenvolvido
	75,91
	total
	102,71
	
	
O cálculo do J no recalque é dado da mesma forma do de sucção, olhando no ábaco da figura 4. Com uma velocidade máxima dada pela norma agora de 1,5m/s². Tem então uma perda unitária de 0,052m/m.
A altura devido às perdas no recalque também é dada da mesma maneira das de sucção. 
Hp = J x L = 0,052 x 102,71 = 5,34 m
A altura manométrica no recalque é a soma da altura estática de recalque mais a altura devido as perdas.
Hmrecalque= 75,91 + 5,34 =81,25m
Por fim somam-se as alturas manométricas de sucção e de recalque para determinar a altura manométrica total e assim calcular a potência do motor pela fórmula logo abaixo.
Hmt = Hsucção + Hrecalque =1,523+81,25 =82,773m
Relembrando que a vazão Q é de 14,76 m³/h, a altura manométrica total é de 82,076m e η corresponde ao rendimento do conjunto motor-bomba que é de 50%, temos uma potência de 9,04CV. Então escolheremos o conjunto motor-bomba de 10CV, que é o tipo comercial acima de 9,04CV.