Sistemas Urbanos de Água e Esgoto

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SISTEMAS URBANOS
DE ÁGUA E ESGOTO
Professora
Kalline Pinheiro da Câmara/ 2018.1
15/05/2018
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Objetivos
Da aula
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OBJETIVOS:
 Conceituar e dimensionar rede de distribuição de água.
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Rede de distribuição
De água
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INTRODUÇÃO
A parte do sistema de abastecimento formada de tubulações e órgãos acessórios, destinados a colocar água potável à disposição do consumidor, de forma contínua, em quantidade, em qualidade e pressão adequada.
Componente de maior custo do sistema: 50 a 75% do custo total de uma sistema.
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TIPOS DE REDE
Principal (tronco ou mestra): abastece as tubulações secundárias.
Secundária: abastece os pontos de consumo e limita-se seu comprimento em 600m.
Ramificada
Malhada
mista
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Ramificada: conhece o sentido da vazão. Recomendada somente em casos em que a topografia e os pontos a serem abastecidos não permitam o traçado da rede malhada.
Nós
Trechos
Pontas secas
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Malhada: formada por anéis ou blocos, de modo que abastece qualquer ponto do sistema por mais de um caminho.
Anéis
Blocos
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Para a determinação da vazão concentrada nos pontos selecionados (nós do sistema), deve-se multiplicar o valor da área a que corresponde cada ponto pela vazão específica dessa área;
As áreas de expansão devem ser levadas em consideração;
Devem ser identificados os consumidores singulares e os respectivos consumos;
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VAZÃO DE COMBATE A INCÊNDIO
O dimensionamento da rede pode considerar um vazão para combate a incêndio estabelecido por acordo entre o projetista e o órgão contratante.
Se demanda do sistema for < 50 l/s  pode-se dispensar a instalação de hidrantes na rede, devendo existir um ponto de tomada junto ao reservatório para alimentar carros-pipa para combate a incêndio.
Se demanda total > 50 l/s, devem-se definir pontos significativos para combate a incêndio, mediante consulta ao corpo de bombeiros, e localizar as áreas de maior risco de incêndio.
Os hidrantes devem ser separados pela distância máxima de 600 m, contada ao longo dos eixos das ruas.
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VAZÃO DE COMBATE A INCÊNDIO
Os hidrantes devem ser de 10 l/s de capacidade nas áreas residenciais e de menor risco de incêndio, e de 20 l/s de capacidade em áreas comerciais, industriais, com edifícios públicos e de uso público, e com edifícios cuja preservação é de interesse da comunidade.
Os hidrantes devem ser ligados à tubulação da rede de diâmetro mínimo de 150 mm (100mm RN), podendo ser de coluna ou subterrâneo com orifício de entrada de 100 mm, para as áreas de maior risco, ou do tipo subterrâneo com orifício de entrada de 75 mm, para áreas de menor risco.
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Análise hidráulica: 
	Para a análise hidráulica das redes utiliza-se a equação da continuidade, que estabelece na condição de equilíbrio, ser nula a soma algébrica das vazões em cada nó
	Como objetivo, deve-se determinar as vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós, a partir do conhecimento da vazão de distribuição para o sistema. Normalmente, as cargas cinéticas e as perdas localizadas são negligenciadas no cálculo da rede (Porto, 1998).
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
	Para o cálculo das perdas de carga distribuídas são usadas normalmente as equações da fórmula Universal e Hazen-Willlians.
	O cálculo da perda de carga deve ser feito preferencialmente pela fórmula Universal, considerando também, o efeito do envelhecimento na tubulação.
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Dois tipos de problemas podem ser analisados:
Verificação da capacidade máxima da rede existente.
	Consiste em determinar as vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós, para uma rede de diâmetros e comprimentos conhecidos. Este problema é determinado e tem solução única.
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Dimensionamento de rede
	Neste caso, deve-se determina os diâmetros, vazões nos trechos e cotas piezométricas nos nós, com condicionantes nas velocidades e pressões. Este problema admite várias soluções, podendo procurar-se a solução de custo mínimo.
Fixam-se os limites de pressão e velocidade para o bom funcionamento;
Admitem-se vários diâmetros de vários trechos em função das velocidades limites (vazões conhecidas);
Verificam-se as condições de pressão estão sendo atendidas, caso contrário, altera-se os diâmetros admitidos e repete-se os cálculos até achar pressões satisfatórias.
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Pressões mínimas e máximas na rede
	Para atender as condições de pressão impostas pela NBR 12218/94, a rede deve ser subdividida em zonas de pressão (alta, média e baixa), sendo cada zona abastecida por um reservatório de distribuição.
A pressão estática máxima permitida é 50 m.c.a. 
Pressão dinâmica mínima será de 10 m.c.a.
	A área abrangida pelo reservatório de distribuição é conhecida como setor de abastecimento.
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Pressões mínimas e máximas na rede
Esquema para atender várias zonas de pressão
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Pressões mínimas e máximas na rede
	As exceções de pressão descritas podem ocorrer desde que atendam as seguintes condições:
 Área abastecida com pressões estáticas superiores a 50 m.c.a: 
até 10% da área da zona de pressão, desde que não sejam ultrapassadas uma pressão de 60 m.c.a.;
até 5% da área da zona de pressão desde que não seja ultrapassada uma pressão de 70 m.c.a..
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Pressões mínimas e máximas na rede
Pressões estáticas de dinâmicas inferiores ao que define a norma, podem ser aceitas, desde que devidamente justificada, porém, devem ser evitadas.
Para núcleos urbanos com população de projeto inferior a 5.000 habitantes, poderão ser adotadas pressões mínimas de 6 m.c.a..
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Velocidades mínimas e máximas na rede
	As limitações servem para garantir segurança e durabilidade das tubulações, como ao custo de implantação e operação.
	Baixas velocidades favorecem a durabilidade, sob o aspecto de abrasão das peças mas por outro lado facilitam depósito de matérias existente na água.
	Velocidades muito altas diminuem o diâmetro das tubulações e consequentemente os custos de implantação, por outro lado aumenta perdas de carga, custos de operação, causam ruídos e aumentam desgastes, aumentando o custo de manutenção
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Velocidades máximas e mínimas
	Segundo a NBR 12218/1994:
Velocidade mínima: 0,6 m/s
Velocidade máxima: 3,5 m/s
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Diâmetros mínimos
	Deve ser levado em consideração a perda de carga e as vazões disponíveis ao usuário. A NBR 12218/1994 recomenda para tubulações secundárias
Diâmetro mínimo: 50 mm
Para as tubulações principais, a NBR 12218/1994, não faz recomendações.
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Diâmetros mínimos
	Já a norma anterior (PNB 594/77 da ABNT) recomendava para tubulação primária de rede malhada, os seguintes valores:
150 mm quando abastecendo zonas comerciais ou zonas residenciais com densidade igual ou superior a 150 hab/ha;
100 mm quando abastecendo as demais zonas de núcleos urbanos, cuja população de projetoé superior a 5.000 habitantes; 
Igual a 75mm para núcleo urbano cuja população de projeto é igual ou inferior a 5.000 habitantes.
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DIMENSIONAMENTO DAS REDES
Métodos de dimensionamento das redes
	Redes Ramificadas
	Conhecido o valor das vazões e o sentido do fluxo, estabelecem os diâmetros com base na tabela de diâmetros visto anteriormente.
	Tendo-se, assim, as vazões, os diâmetros e os coeficientes de rugosidade, pode-se calcular as perdas de carga nos vários trechos e consequentemente as pressões nos nós, partindo-se de um ponto de pressão conhecida que normalmente é o N.A. do reservatório que alimenta a rede.
	
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Métodos de dimensionamento das redes
	Redes Ramificadas
	 Se as pressões obtidas forem satisfatórias, o dimensionamento da rede está completo. Caso não sejam, ou altera-se a cota NA, ou estabelecem-se novos diâmetros para a rede e recalculam-se as pressões até torna-las satisfatórias.
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Determinação dos trechos
Estabelecem limites de velocidade para cada diâmetro;
Estabelecem limites de pressão para o funcionamento adequado da rede;
Admitem-se os diâmetros de cada trecho e determinam-se as pressões disponíveis;
Calculam-se as perdas de carga em cada trecho em função das vazões de dimensionamento e das velocidades limites.
Faz-se as verificações, caso as pressões resultantes não estejam conforme, muda-se algo, ou o NA ou o traçado ou os diâmetros até que se obtenha uma perfeita distribuições de pressões.
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Exercício 01: dimensionar a rede ramificada da figura, sendo conhecidos:
População atendida: 5.000 habitantes;
Consumo per capita: 200l/hab.dia;
K1 = 1,20
K2 = 1,5;
Cota do terreno;
Comprimento dos trechos da rede.
Determinar: 
Diâmetro da rede;
Pressões;
Cotas piezométricas;
Cota no nível mínimo do reservatório de modo que a pressão dinâmica mínima seja de 10 mca e a pressão estática máxima de 50 mca.
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Exercício 01
Local do
reservatório
85,00
450m
150m
100m
120m
80m
200m
150m
100m
74,00
78,20
76,00
81,00
60,20
72,50
72,00
70,00
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Obrigada
15/05/2018
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