Reservatórios de Distribuição de Água

Prévia do material em texto

Aula 10 – Reservação e distribuição 
 145
10. Reservação (QUERIDO, J.G., et al.; GANDUR, D.N.) 
 
10.1 - Introdução 
 
 As finalidades dos reservatórios de distribuição são: 
 
 a) Atender às variações de consumo. 
 b) Atender às demandas para extinção de incêndios. 
 c) Atender ao consumo em situações de emergências que produzem interrupção no 
abastecimento. 
 d) Melhoria das condições de pressão: pressão estável, em picos. 
 
 
10.2 - Tipos de reservatórios 
 
a) Quanto a sua posição relativa na rede: 
 
 - Reservatório de montante: são aqueles pelos quais passa, antes de atingir a rede, 
toda água destinada ao consumo. Para tanto possuem uma tubulação de entrada de água e 
outra de saída. Como geralmente precedem a rede, levam o nome de reservatório de 
montante. Figura 10.2 (a). 
 - Reservatório de jusante: somente recebem água nos períodos em que a vazão de 
alimentação da rede supera a de consumo. Neles uma só tubulação, que parte do fundo serve 
de entrada e saída da água. Por ficarem além do ponto em que a adutora se conecta à rede e, 
até mesmo, no extremo oposto, levam o nome de reservatórios de jusante. Figura 10.2 (b). 
 - Reservatórios intermediários. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 10.2 (a) – Reservatório à montante Figura 10. 2(b) – Reservatório à jusante 
 
 
 
b) Quanto a sua posição relativa ao terreno: 
 - Reservatórios enterrados. 
 - Reservatórios semi-enterrados. 
 - Reservatórios “Stand-pipes” 
 - Reservatórios elevados. 
 
 Os enterrados podem ser paralelepipedais ou troncopiramidais invertidos, conforme 
indica a Figura 10.2 (c ). 
 Os semi-enterrados obedecem às mesmas especificações dos enterrados. 
 Nos reservatórios elevados, o fundo situa-se acima do terreno, mercê de uma estrutura 
de sustentação, Figura 10.2 (d). 
 Os stand-pipes são geralmente de aço, concreto ou madeira, se apóiam no solo, como 
indica a Figura 10.2 (d). Constituem uma alternativa do reservatório elevado, em sua 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 146
funcionalidade, embora tenham o aspecto de reservatório apoiado de grande altura. Os mais 
econômicos obedecem à relação D = 2h. 
 
 Os elevados são geralmente estruturas suspensas construídas com aço ou concreto 
armado, de várias formas, principalmente cilíndrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10.2 (c) – Dimensões econômicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10.2 (d) – Reservatório elevado (1) e stand-pipe (2) 
 
 
 
c) Quanto ao material de construção 
 - Reservatório de alvenaria. 
 - Reservatório de concreto: armado, protendido. 
 - Reservatório de aço. 
 - Reservatório de madeira. 
 - Reservatório de fibras sintéticas. 
 - Reservatório em terra com paredes revestidas. 
 
 
d) Quanto a sua forma 
 
 - Reservatório de secção retangular. 
 - Reservatório de secção circular. 
 
 
2 1 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 147
10.3 - Capacidades dos reservatórios 
 
 
10.3.1 - Volume mínimo 
 
Método analítico: 
 
a) Método do engenheiro Toledo Malta, da curva de consumo de água assimilada a uma 
senóide. 
C = xVk

12  ..................................para adução contínua 
 
b) Método do engenheiro Yassuda. 
 
 
C = xVV
100
100 1 ...............................para adução intermitente 
 
Onde: 
 
C = capacidade do reservatório. 
K2 = coeficiente da hora de maior consumo. 
V1 = volume consumido na cidade durante as T horas em que funciona a adução, em % de V. 
Q1 = vazão média horária no dia de maior consumo. 
 
V = 24Q1 = volume de água consumido no dia de máximo consumo. 
T = intervalo de tempo de funcionamento da adução em horas. 
 
 
T
Q
T
V 124 = vazão horária de adução. 
 
 
 
10.3.2 - Volume acrescido 
 
 
a) Volume acrescido para atender a demanda de emergência, como por exemplo, durante 
uma interrupção no sistema captação-adução-tratamento, é determinada pela expressão: 
 
Ca = QT 
 
Onde: 
Ca= volume a ser acrescido. 
Q = vazão média de consumo normal (vazão de adução). 
T = intervalo de tempo correspondente ao período de interrupção. 
 
b) Volume acrescido devido a consumo da população flutuante. 
 
 Deve-se estudar os acréscimos populacionais sofridos periodicamente e prever 
baseados neles. 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 148
 
c) Volume acrescido devido ao consumo especial. 
 
 Consumo de água para irrigação de jardins, grandes parques públicos, e outros 
equipamentos de resfriamento ou de condicionamento de ar. 
 
 
d) Volume acrescido devido ao consumo para demanda de incêndio. 
 
CI = (Q1i – Q2) t 
 
Onde: 
 
CI = capacidade disponível para combate a incêndios. 
Q1i = vazão necessária para combate ao incêndio crítico. 
Q2 = vazão auxiliar de emergência durante o incêndio, obtida de uma origem diferente da que 
 fornece água para a rede de distribuição. 
 
 Quando são utilizados exclusivamente os recursos da rede de distribuição, a vazão Q2 é 
nula. 
 
t = duração do incêndio crítico. 
 
Q1i para edifícios: - pequenos 10 L/s 
 - médios 20/30 L/s 
 - grandes 40/50/ L/s 
t = 6 horas (em São Paulo). 
 
 
 
10.4 - Dimensões econômicas 
 
 Fixado o tipo, a forma e a capacidade do reservatório é possível estudar dimensões que 
o tornem de mínimo custo, particularmente para os reservatórios de concreto armado. 
 Um reservatório enterrado para o qual foram fixados a capacidade e a altura terá o 
menor comprimento das paredes em planta, inclusive a parede divisória, se for de seção 
horizontal circular. 
 Um reservatório retangular em planta terá o menor comprimento de paredes se as suas 
dimensões, Figura 10.4 (a), estiverem na relação: 
 
4
3

y
x 
 
 
 
 
 
 
 Figura 10.4 (a) – Dimensões econômicas 
 
 
 
x 
y 
2x 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 149
Um reservatório elevado será mais econômico se sua seção horizontal for circular. As 
torres com forma cilíndrica têm dimensões econômicas quando a relação entre altura do 
reservatório propriamente dito e o seu diâmetro estiveram na relação 1.2. 
 
 Com relação a este item cabem diversas observações: 
 
a) O custo dos reservatórios pode depender de: 
 
 - tipo de solo local. 
 - forma do reservatório. 
 - tipo de estrutura adotada, etc. 
 
b) Em reservatório enterrado quanto menor a altura, maior a área de terreno necessária. A 
dificuldade de construção poderá aumentar quando se tem reservatório de maior altura. 
 
c) O custo da construção poderá aumentar quando se adotam reservatório em que se pretende 
tirar partido estético da obra realizando um empreendimento que contribua para embelezar a 
cidade. 
 
 
 
10.5 – Redes de distribuição de água 
 
10.5.1 - Definição 
 
 A distribuição de água é efetuada por intermédio de um conjunto de canalizações 
destinadas a conduzir a água para os pontos de consumo particular e público. Esse conjunto 
de condutor constitui a rede de distribuição. 
 
 
10.5.2 - Tipos de condutos (canalizações) 
 
 - Canalizações principais (troncos ou mestres): são as canalizações de maior 
diâmetro, responsáveis pela alimentação dos condutos secundários, ou seja, pela alimentação 
da rede. 
 
 - Canalizações secundárias: de menor diâmetro, são responsáveis pelo abastecimento 
direto. 
 
 
10.5.3 - Considerações para o traçado das canalizações principais: 
 
Dar preferências : 
 
- Ruas sem pavimentação. 
- Ruas com pavimentação menos onerosa. 
- Ruas de menor intensidade de grandes consumidores. 
- Proximidades de grandes consumidores. 
- Proximidades das áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndios. 
 
 
 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 150
10.5-4 –Tipos de redes conforme a disposição dos seus condutos principais: 
 
 a) Rede em “espinha de peixe”, em que os condutos principais são traçados a partir 
de um conduto central, com uma disposição ramificada. Nas tubulações das redes 
ramificadas, a água desloca-se invariavelmente em um único sentido, isto é, da tubulação-
tronco para a extremidade morta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 10.5 (a) – Rede ramificada 
 
 
 b) Redes “malhadas”: os condutos principais formam “circuitos”ou anéis lembrando 
a disposição de malhas, possibilitando uma melhor circulação da água, na eventualidade de 
interrupção de um trecho. 
Neste tipo de rede a água se desloca ora num sentido, ora em outro, em função das 
solicitações de consumo. Essa reversibilidade de movimento é vantajosa, permitindo inclusive 
que uma tubulação seja reparada sem prejudicar o abastecimento de maior número de prédios. 
 Ao invés de possuir uma única tubulação-tronco, como só acontecem com as redes 
ramificadas, as redes malhadas geralmente constituem-se de vários condutos principais, 
formando um ou vários anéis, Fig. 10.5 (c ), a depender da conformação e sobretudo do 
tamanho da cidade. 
 
 
 
Fig. 10.5 (b) – Rede malhada Fig. 10.5 (c) – Rede malhada c/ um anel. 
 
 
10.5.5 - Dimensionamento de rede malhada através do método de Hardy-Cross 
 
10.5.5.1 – Fundamentos hidráulicos do método. 
 
 O método de Hardy Cross simplifica, sobremaneira, o cálculo das redes malhadas. 
 
 a) Em um nó qualquer da rede a soma algébrica das vazões é nula (considerando-se (+) 
as vazões afluentes e (-) as efluentes. 
 
 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 151
 
No nó P na Figura 10.5 (d): 
 
Q = + Q1 + Q4 – Q2 - Q3 - Qd = 0 
 
Sendo Qd a vazão de distribuição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 10.5 (d) – distribuição de vazão em um nó 
 
 
 
b) Em um circuito fechado (ou anel) qualquer da rede, a soma algébrica das perdas de 
carga é nula. Para um sentido pré-fixado, perdas de carga coincidentes (+), perda de carga 
contrária (-). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 10.5 (e) – Distribuição das vazões em anéis 
 
 
 
Sentido de encaminhamento prefixado = sentido horário 
 
 
 Anel I: 
 
   04321 hhhhh 
 
 
 Anel II: 
 
   07652 hhhhh 
 
 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 152
c) Para uma dada rede com diâmetros conhecidos (pré-fixados), as condições necessárias 
e suficientes são: 
 
  0Q em cada nó 
 
  0h em cada circuito 
 
para que a distribuição de vazões (e, assim, das perdas de carga) prevista no cálculo coincida 
com a distribuição de vazão (e, assim, das perdas de carga) que realmente se verificará 
quando a mesma for posta em funcionamento. 
 
 
 e) A perda de carga total, ao longo de um trecho de comprimento L e diâmetro D, por 
uma vazão uniforme Q, pode ser determinada, usando a fórmula de Hazen e Williams: 
 
 - Definem-se os diâmetros dos diversos trechos com base nos limites de velocidade ou 
na limitação das cargas disponíveis. 
 
 - Levando-se em conta a extensão, vazão, diâmetro e material da canalização, calcula-
se a perda de carga fh para cada trecho, considerando-a com o mesmo sinal de vazão. 
A perda de carga total, ao longo de um trecho de comprimento L e diâmetro D, por 
uma vazão uniforme Q, pode ser expressa pela fórmula geral: 
 
 nrxQh  
 
 h = Perda de carga no trecho. 
 r = Constante obtida para o trecho, em função do seu diâmetro, da sua extensão e da 
fórmula adotada. 
 Q = Vazão no trecho. 
 n = Potência que depende da fórmula usada. 
 
 Para a fórmula de Hazen-Williams, por exemplo, temos: 
 
 
r = 87,485,1)2785,0(
1
D
Lx
xC
 
 
 Onde: n = 1,85 
 L = comprimento do trecho 
 C = valor tabelado 
 
 h= 85,187,485,1)2785,0(
1 xQ
D
Lx
xC
 
 
 
 A determinação das perdas de carga é obtida facilmente através de ábacos. 
 
 
 
 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 153
 
f) Somam-se as perdas de carga calculadas para todos os trechos do anel: 
 
 
   nrxQh 
 
 Se a distribuição inicial de vazões no anel, por mera coincidência, corresponder à 
definitiva, a somatória das perdas de carga seria nula, indicando a dispensa de qualquer 
correção. Então, teríamos: 
 
   0h 
 
 A verdade é que na primeira tentativa, a somatória geralmente difere de zero: 
 
   0h 
 
 Vê-se, pois que deve ser introduzida uma correção nos valores preestabelecidos para as 
vazões, a fim de ser obtida a somatória nula. 
 
 Se chamamos de  essa correção, podemos escrever de acordo com as expressões, 
  nrxQh e   0h : 
 
 
   0noQr 
 
Onde oQ é a vazão inicialmente adotada. 
 
Desenvolvendo o binômio, vem: 
 
    .....)
21
1 221 




   xQ
x
nnxnQQrQr no
n
o
n
o
n
o 
 
Como o valor de  é pequeno, comparado a Qo, todos os termos que contenham , elevados a 
uma potência igual ou superior à 2, podem ser desprezados. 
 
 
Então: 
 
     01nonon nQQrrQ 
 
 
e conseqüentemente: 
 
 




 1n
o
n
o
nxrxQ
rxQ
 
 
 
Aula 10 – Reservação e distribuição 
 154
 
Mas   norxQh 
 



 1n
orxQn
h
 
 
g) Recalculam-se as perdas de carga em cada circuito, determina-se a nova correção para as 
vazões. 
 
h) Repete-se o processo até que seja obtida a precisão desejada.