Aula 9 a 12_PSan_Water distribution

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SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 1
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
AULA 9 / SUMÁRIO
AULA 9
REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
(WATER DISTRIBUTION NETWORKS)
�Funções e tipos de redes de distribuição;
�Topologia da rede;
�Formulação das condições de equilíbrio hidráulico: equações dos
troços, equações dos nós e equações das malhas.
�Apresentação do EPANET: Potencialidades do software;
Redes.1
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 2
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
Funções e tipos de redes de distribuição
Functions and types OF water supply networks
Redes.2
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 3
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
Rede de distribuição de água: um sistema de tubagens 
e elementos acessórios instalados na via pública, em 
terrenos da entidade distribuidora ou em outros sob 
concessão especial, cuja utilização interessa ao 
serviço público de abastecimento de água potável.
Ramal domiciliário: tubagem que 
assegura o abastecimento predial 
de água, desde a rede geral 
pública até ao limite da 
propriedade a servir.
Household connection branch
A rede geral de distribuição
alimenta, através de ramais
domiciliários, os diversos edifícios
ou instalações a servir.
Redes.3
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 4
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / TRAÇADO EM PLANTA
Redes.4
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 5
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / CLASSIFICAÇÃO
Redes ramificadas | branched networks
� só há um percurso possível entre o 
reservatório e qualquer ponto da rede
Vantagens | advantages
� requer menor número de acessórios (lower number of appurtenances)
�permite que se adoptem os diâmetros económicos (smaller diameters)
�dimensionamento hidráulico simples (simpler design calculations)
Inconvenientes | inconvenients
�acumulação de sedimentos nos pontos terminais (accumulation of 
sediments at the ends)
�no caso de avaria, todo o abastecimento é interrompido para jusante (in 
case of break the entire supply downstream is interrupted)
�pressão insuficiente no caso de aumento (ou variação) das solicitações de 
consumo (insufficient pressure in case of increase or variations in 
consumptios)
Redes.5
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 6
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA / CLASSIFICAÇÃO
Redes emalhadas (ou malhadas) | looped networks
� as condutas fecham-se sobre si mesmas
constituindo malhas (circuitos fechados)
Vantagens | advantages
�permite escoamento bidireccional
(allow flow in both directions)
�no caso de avaria numa tubagem, não se interrompe o escoamento para 
jusante (during breaks part of the network is still in service)
�efeitos pouco significativos, em termos de pressão, quando ocorrem 
grandes variações de consumos (lower pressure variations when significant 
consumption variations occur)
Inconvenientes | inconvenients
�exige uma maior quantidade de tubagens e acessórios (need for more 
pipes and appurtenances)
�o cálculo hidráulico é mais complexo (more complex hydraulic calculations)
Redes.6
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 7
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / TOPOLOGIA
Components
Reservatório (tank) ponto de alimentação ou de consumo pontual que se caracteriza
por condicionar as cotas piezométricas na rede de distribuição;
Nó (node) : ponto de alimentação ou de consumo pontual, ou de ligação de dois
ou mais trechos;
Trecho (pipe) : segmento de conduta que ligam dois ou mais nós (de cota
piezométrica fixa ou condicionada) e que se caracteriza por ter um
caudal constante ou uniformemente distribuído;
Malha (loop) : conjunto de trechos que forma um circuito fechado.
Redes.7
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 8
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / CLASSIFICAÇÃO
Redes ramificadas Redes emalhadas Redes mistas
Branched networks Looped networks Mixed networks
T = M + N + F -1
T = 21 + 4 + 2 -1 = 26
Trechos (T)…………………………… = 26
Nós de junção (N) ……………………. = 21
Reservatórios (F)……………………… = 2
Malhas naturais (M) ………………….. = 4
Malhas imaginárias…………………… = 1
T = 10 + 4 + 2 -1 = 15
Trechos (T)……………………………. = 15
Nós de junção (N) ……………………. = 10
Reservatórios (F)……………………… = 2
Malhas naturais (M) ………………….. = 4
Malhas imaginárias…………………… = 1
T = 8 + 1 -1 = 8
Trechos (T)…………………………… = 8
Nós de junção (N) …………………… = 8
Reservatórios (F)……………………. = 1
Malhas naturais (M) …………………. = 0
Malhas imaginárias…………………… = 0
Redes.8
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 9
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
Equações para descrever o equilíbrio hidráulico
Equations to describe the hydralic equilibrium
Redes.9
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 10
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações dos Troços | Pipe equations (number of unknown variables)
Os caudais em cada troço são as incógnitas (T incógnitas)
Flows are the unknow variables
Equações dos Nós | Node equations
As cotas piezométricas em cada nó são as incógnitas (N incógnitas)
Piezometric heads are the unknow variables
Equações das Malhas | Loop equations
As correcções de caudal em cada malha são as incógnitas (M+F-1 incógnitas)
Flow corrections are the unknow variables
T = M + N + F -1
Redes.10
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 11
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações dos Troços | Pipe equations
Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)
ou
Equação da conservação da Energia (lei das malhas)
T = M + N + F -1
( ) ( )



<
>
=−
=
∑∑
∑
=
0
0
1
j
j
jdivijconvij
j
NC
i
ij
C
C
CQQ
CQ
Saída de caudal
Entrada de caudal
N equações lineares da 
continuidade
∑∑
∑∑
∑∑
−+−+
==
==
==
∆=∆∆=∆
=∆=∆
=∆=∆
)FM()FM(
MM
NT
i
n
ii
NT
i
i
NT
i
n
ii
NT
i
i
NT
i
n
ii
NT
i
i
ZQCZH
...
QCH
...
QCH
11
11
11
11
11
00
00 Malha 1
…
Malha M
…
Malha (M+F-1)
M+F-1 equações não 
lineares da conservação 
da energia
Redes.11
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 12
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações dos Troços - Exemplos
Os caudais em cada troço são as 
incógnitas (neste caso, 4 incógnitas)
Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1
0 + Q12 + 0 - Q23 = C2
0 + 0 + Q13 + Q23 = C3
0 + K12 ( Q12 ) n - K13( Q13 ) n + K23( Q23 ) n = 0
Q23
N
(0) (1)
(2)
(3)
Q01 Q13
Q12
C1
C2
C3
1 equação não linear da 
conservação da energia
3 equações lineares da 
continuidade lineares
Redes.12
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 13
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações dos Nós | Node equations
Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)
Para a fórmula de Manning tem-se:
Substituindo nas equações da continuidade tem-se:
( ) ( ) jdivijconvij CQQ =∑−∑
2/1
2/1
3/22/13/2







 −
=







 −
××=×××=
ij
ji
ij
ij
ji
ijijijijijijijij
C
HH
Q
L
HH
RSKJRSKQ
N equações não linearesj
div
n
ij
ji
conv
n
ij
ji C
C
HH
C
HH
=








∑ 






 −
−








∑ 






 −
/1/1
Redes.13
SANEAMENTO /FEVEREIRO DE 2012 14
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações dos Nós - Exemplo
As cotas piezométricas em cada nó 
são as incógnitas (3 incógnitas)
Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1
0 + Q12 + 0 - Q23 = C2
0 + 0 + Q13 + Q23 = C3
3 equações da continuidade não lineares
Q23
N
(0) (1)
(2)
(3)
Q01
Q13
Q12
C1
C2
C3
3
/1
23
32
/1
13
31
2
/1
23
32
/1
12
21
1
/1
13
31
/1
12
21
/1
01
1
C
C
HH
C
HH
C
C
HH
C
HH
C
C
HH
C
HH
C
HN
nn
nn
nnn
=






 −
+





 −
=




 −
−




 −
=






 −
−




 −
−






 −
Redes.14
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 15
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações das Malhas | Loop equations
Considera-se que Qoi são os caudais arbitrados, de forma a obedecer às
equações da continuidade. nos diferentes trechos da rede (i=1,2,…,T), em
que T é o número de trechos (assume flow in pipes as Qoi )
1
1 1
1
1 1
1 1
)1(
1
...
0
...
0
−
= =
= =
= =
∆=∑ 





∑∆+
∑ =





∑∆+
=∑ 





∑∆+
−+
F
NT
i
nM
J
joi
NT
i
nM
J
joii
NT
i
nM
J
joii
ZQQC
QQC
QQC
FM
M
M+F-1 equações não 
lineares
Malha 1
…
Malha M
…
Malha (M+F-1)
Redes.15
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 16
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / FORMULAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIDRÁULICO
Equações das Malhas - Exemplo
K12 (Q012 + ∆Q1 )n + K23 (Q023 +∆Q1 )n + K13 ( -Q013 + ∆Q1 - ∆Q2 )n = 0
K13(Q013 + ∆Q2 - ∆Q1 )n + K43 ( -Q043 + ∆Q2 )n + K14 ( -Q014 + ∆Q2 )n = 0
2 equações não lineares
Q43
N
(0)
(1)
(2)
(3)
Q01
Q13
Q12C1
C2
C3
(4) C4
Q23
Q14
∆Q1
∆Q2
As correcções de caudal cada 
malha são as incógnitas
(M + F - 1 incógnitas)
Redes.16
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 17
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO / EPANET 2.0
ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY
É um programa de computador que permite 
executar simulações estáticas e dinâmicas do 
comportamento hidráulico e de qualidade da 
água de sistemas de distribuição em pressão
Permite obter:
� caudal em cada tubagem;
� pressão em cada nó;
� altura em cada reservatório de nível variável;
� concentração de substâncias na rede;
� idade da água;
� rastreio da origem da água.
Links: 
EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html#Description
LNEC: http://www.dha.lnec.pt/nes/epanet/#Downloads
Redes.17
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 18
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
AULA 10 / SUMÁRIO
AULA 10
REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
� Traçado em Planta.
� Traçado em Planta no AutoCAD e importações para EPANET
� Procedimentos de conversão de ficheiros DXF para ficheiros INP
(utilização do DXF2EPA).
� Imputação de consumos.
Redes.18
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 19
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
Aspectos de traçado da rede
water supply network MAP – General aspects
Redes.19
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 20
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / IMPLANTAÇÃO
Plant layout 
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 24º | Plant view layout 
1.A implantação das condutas da rede de distribuição em
arruamentos deve fazer-se em articulação com as restantes infra-
estruturas e, sempre que possível, fora das faixas de rodagem;
(outside roads)
2.As condutas da rede de distribuição devem ser implantadas em
ambos os lados dos arruamentos, podendo reduzir-se a um
quando as condições técnico-económicas o aconselhem, e nunca
a uma distância inferior a 0,80 m dos limites das propriedades;
(both sides of the street and >0.8 m from property limits)
3.A implantação das condutas deve ser feita num plano superior
ao dos colectores de águas residuais e a uma distância não
inferior a 1 m, de forma a garantir protecção eficaz contra possível
contaminação, devendo ser adoptadas protecções especiais em
caso de impossibilidade daquela disposição. (>1m above
wastewater pipes)
Redes.20
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 21
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / PROFUNDIDADE
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 25º | Depth
1.A profundidade de assentamento das condutas não deve ser inferior a 0,80
m, medida entre a geratriz exterior superior da conduta e o nível do
pavimento (>0.8 m from the pavement to the uper part of the pipe)
2.Pode aceitar-se um valor inferior ao indicado desde que se protejam
convenientemente as condutas para resistir a sobrecargas ou a temperaturas
extremas (lower values are accepted as long as pipes are protected)
3.Em situações excepcionais, admitem-se condutas exteriores ao pavimento
desde que sejam convenientemente protegidas mecânica, térmica e
sanitariamente (surface pipes are accepted in speciall circumstances as long
as pipes are protected)
Redes.21
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 22
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / CADASTRO
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 9º
Records
1.Na elaboração de estudos de sistemas de distribuição
de água deve ter-se em consideração os elementos
constantes dos respectivos cadastros.
2.Os cadastros devem estar permanentemente
actualizados e conter, no mínimo (records should be up
to date and contain a minimum information of):
a)A localização em planta das condutas, acessórios e instalações complementares, sobre carta 
topográfica a escala compreendida entre 1:500 e 1:2 000, com implantação 
de todas as edificações e pontos importantes; (plant view location)
b)As secções, profundidades, materiais e tipos de junta das condutas (section, depth, materials
and types of joints)
c)A natureza do terreno e condições de assentamento (type of soil and placement conditions)
d)O estado de conservação das condutas e acessórios (condition of pipes and appurtenences)
e)A ficha individual para os ramais de ligação e outras instalações do sistema (household
connections description)
3.Os cadastros podem existir sob a forma gráfica tradicional ou informatizados (records can be 
on paper or digital formats) Redes.22
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 23
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA
Web
Desktop
Mobile
SIG
A10.6
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 24
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
ASPECTOS GERAIS DE TRAÇADO – apoio ao trabalho prático
1. O traçado da rede em planta deve garantir que todas as habitações são servidas 
simplificação académica: uma conduta em cada rua, excepto para avenidas muito 
largas;
2. Localizar o reservatório e traçar a rede a partir daí;
3. Traçar um rede mista, com pelo menos duas malhas
4. Implantação no passeio, a 80 cm das habitações
5. Definir nós de cálculo:
1. Nos cruzamentos ou entroncamentos;
2. Em condutas muito extensas, considerar nós intermédios.
3. Entre nós consecutivos utilizar polylines distintas
Redes.24
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 25
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
INTRODUÇÃO DO TRAÇADO EM PLANTA E TOPOLOGIA DA REDE NO EPANET
Notas: Recomendações para o trabalho prático
O EPANET permite diversas formas de introdução de dados, nomeadamente:
1. A introdução de uma rede esquemática directamente através da interface do EPANET
(seguir manualdo EPANET);
2. A introdução de uma rede desenhada no próprio EPANET (seguir manual
do EPANET), utilizando como imagem de fundo um ficheiro do tipo metafile (seguir
Capítulo 7 do manual do EPANET);
3. Introduzir um ficheiro de AutoCAD com lines (e polylines) 
à escala adequada e transformá-lo, com o utilitário 
DXF2EPA, num ficheiro tipo *.INP (ficheiro ASCII 
que pode ser lido pelo EPANET);
4. Introduzir um ficheiro de Excel com o formato dos 
ficheiros *.INP e exportá-lo para um ficheiro TXT 
com a extensão *.INP.
Redes.25
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 26
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
TRAÇADO EM PLANTA NO AUTOCAD E IMPORTAÇÕES PARA EPANET
Nota: Recomendações para o Trabalho Prático
� Geração de dados no EPANET a partir do CAD
� Software DXF2EPA (disponível na web) permite a conversão de 
desenhos de CAD gravados em formato .dxf em formato .net (ficheiro 
ASCII lido pelo EPANET).
� Só é possível converter o traçado em termos de condutas e nós; os 
outros elementos têm de ser introduzidos usando o EPANET.
� É necessário ter alguns cuidados no traçado do sistema em CAD e na 
utilização do DXF2EPA, nomeadamente a utilização de alguns dos 
Regional Settings dos EUA:
• no Control Panel > Regional Settings usar;
– o ponto “.” como separador decimal;
– a vírgula “,” como “digit grouping symbol”;
– a vírgula “,” como “list separator”;
• no traçado da rede em CAD cada trecho tem
que ser uma polyline diferente. 
Traçado correcto 
(polylines diferentes para cada trecho)
Redes.26
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 27
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
TRAÇADO EM PLANTA NO AUTOCAD E IMPORTAÇÕES PARA EPANET
Nota: Recomendações para o Trabalho Prático
Passos Recomendados para o traçado em CAD:
1.Verificar se está a trabalhar na escala certa;
2.Desenhar a rede em AutoCAD com a escala certa usando polylines;
3.Garantir, no traçado da rede, que dois nós consecutivos estão interligados 
por uma polyline e que a trechos diferentes correspondem polylines
diferentes; 
4.Garantir que as camadas (layers) seleccionadas para o traçado da rede 
não incluem outro tipo de informação. 
Traçado correcto 
(polylines diferentes para trechos diferentes)
Traçado incorrecto
(a mesma polyline para dois trechos diferentes)
Redes.27
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 28
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
TRAÇADO EM PLANTA NO AUTOCAD E IMPORTAÇÕES PARA EPANET
Nota: Recomendações para o Trabalho Prático
5. Exportar o ficheiro de AutoCAD para um ficheiro *.DXF no formato
AUTOCAD R12;
6. Exportar o ficheiro DXF para ficheiro de extensão NET, a utilizar no
EPANET.
Utilização do software DXF2EPA.
Redes.28
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 29
Aula Prática da Semana:
� Preparação Prévia:
� Colocação de acessórios no perfil longitudinal;
� Terminar o Projecto 1.
� Objectivos da Semana:
� Distribuição e dos Enunciados e das Plantas.
� Implantação da rede de distribuição.
� Instalar EPANET nos computadores.
� Descarregar o manual do utilizador do EPANET.
� Aprender a utilizar o EPANET com a ajuda da “Visita Guiada” do 
capítulo introdutório do Manual.
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
PROJECTO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR (SEMANA 7)
Redes.29
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 30
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
AULA 11 / SUMÁRIO
AULA 11
REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
� Imputação de consumos (design flow)
� Critérios de dimensionamento de redes de distribuição de água.
Diâmetros mínimos. (design criteria and minimum diameters)
� Verificação ao Incêndio. (Fire fighting verification)
Redes.30
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 31
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
Caudais de dimensionamento
Design flows
Redes.31
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 32
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSUMOS E CAUDAIS DE PROJECTO
A rede de distribuição é dimensionada para o caudal de ponta instantâneo 
(Qp ) | instant peak flow
Qp = fp x Qm [L3/T-1]
em que
(instant peak factor)
Pop
f p
702+=
População f p
500 5,13
1.000 4,21
2.000 3,57
5.000 2,99
10.000 2,70
50.000 2,31
100.000 2,22
500.000 2,10
Redes.32
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 33
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
AFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO
Para a distribuição dos caudais consumidos pela rede, deve atender-se aos:
� consumos domésticos;
� consumos comerciais;
� consumos industriais. (só se forem importantes)
A distribuição dos consumos domésticos pode ser efectuada:
� áreas consumidoras - imputando a cada nó 
a população correspondente à sua área de 
influência, tendo em conta a densidade de 
população nas diferentes áreas;
� comprimentos fictícios - utilizando o conceito 
de consumo de percurso e considerando que 
o consumo do trecho é directamente proporcional
ao comprimento fictício desse trecho (quanto maior
o consumo do trecho maior o comprimento fictício 
do trecho).
Redes.33
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 34
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
AFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO
O comprimento fictício que é obtido da seguinte forma:
� o comprimento fictício é igual ao comprimento real do troço vezes o
número de pisos (Lf = L x N), nas condutas com serviço de percurso de
ambos os lados (k =1);
� o comprimento fictício é metade do comprimento real do troço vezes o
número de pisos (Lf = 0,5 L x N), nas condutas com serviço de percurso
dum só lado (k =0,5);
� o comprimento fictício é nulo para condutas sem
serviço de percurso (Lf = 0) (k =0). 
A partir da definição dos comprimentos fictícios os
troços, é possível determinar o caudal de percurso 
unitário (Qup), 
sendo:
Qup - caudal de percurso unitário [L/(s.m)]
Qtotal - caudal de ponta instantâneo total a distribuir pelos trechos (L/s)
Lfi - comprimento fictício no troço de tubagem i (m)
i - número do trecho de tubagem na rede de distribuição (-)
∑
=
i
total
up Lf
QQ
k=1,0k =0,5
k=0
Redes.34
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 35
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
AFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO
Caudal consumido em cada trecho de tubagem i:
Para imputar o caudal aos nós poder-se-á concentrar, por exemplo:
� 1/2 do consumo do trecho no nó de montante;
� 1/2 do consumo do trecho no nó de jusante.
∑
=
i
total
up Lf
QQ
iupi LfQQ .=
totaliupi QLfQQ ==∑∑
nó i
Redes.35
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 36
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
AFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO
Nota: Recomendações para o Trabalho Prático
1. Determinar os comprimentos fictícios de cada troço, o Caudal unitário de
percurso Qup, o Caudal consumido em cada trecho Qtrechoij;
2. Imputar o caudal médio consumido em cada trecho aos nós de montante
e de jusante pode ser efectuado recorrendo a uma matriz (Nº trechos x
Nº Nós) em Excel do tipo da indicada de seguida;
Redes.36
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 37
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
AFECTAÇÃO DOS CONSUMOS A NÓS DE CÁLCULO
Nota: Recomendações para o Trabalho Prático
3. O dimensionamento da rede é efectuado para o caudal de ponta
instantâneo mas no EPANET é mais fácil e flexível considerar que o
caudal imputado a cada nó é o caudal médio. Para simular o caudal de
ponta o EPANET permite a aplicação de um factor (factor de ponta
instantâneo) que afecta os caudais imputados a cada nó.
(este procedimento facilita a posterior verificação da rede ao caudal de
incêndio)
Redes.37
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 38
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 21º / Critérios de velocidade
Velocity criteria
1.No dimensionamentohidráulico deve ter-se em consideração a
minimização dos custos, que deve ser conseguida através de uma
combinação criteriosa de diâmetros, observando-se as seguintes regras:
a)A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no horizonte de
projecto não deve exceder o valor calculado pela expressão: (maximum
speed for design period)
V = 0,127 D0,4
onde V é a velocidade limite (m/s) e D o diâmetro interno da tubagem (mm);
b)A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no ano de início de
exploração do sistema não deve ser inferior a 0,30 m/s e nas condutas onde
não seja possível verificar este limite devem prever-se dispositivos
adequados para descarga periódica;
minimum speed for year zero is 0.3 m/s and in pipes were this constraint
cannot be met periodic discharges should be made.
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 39
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 21º / Critérios de pressões
Pressure criteria
c) A pressão máxima, estática ou de serviço, em qualquer ponto de utilização
não deve ultrapassar os 600 kPa medida ao nível do solo; (maximum
pressure at ground level)
d)Não é aceitável grande flutuação de pressões em cada nó do sistema,
impondo-se uma variação máxima ao longo do dia de 300 kPa; (maximum
pressure fluctuations in each day)
e)A pressão de serviço em qualquer dispositivo de utilização predial para o
caudal de ponta não deve ser, em regra, inferior a 100 kPa, o que, na rede
pública e ao nível do arruamento, corresponde aproximadamente a:
H = 100 + 40 n 
onde H é a pressão mínima (kPa) e n o número de pisos acima do solo,
incluindo o piso térreo; em casos especiais, é aceitável uma redução daquela
pressão mínima, a definir, caso a caso, em função das características do
equipamento. (minimum service/dynamic pressure where H is minimum
pressureand n the number of floors above ground level)
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 40
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 23º / Diâmetros mínimos
Minimum diameters
1.Os diâmetros nominais mínimos das condutas de distribuição são os
seguintes: (minimum nominal diameters according to population size)
a) 60 mm em aglomerados com menos de 20 000 habitantes;
b) 80 mm em aglomerados com mais de 20 000 habitantes.
2.Quando o serviço de combate a incêndios tenha de ser assegurado pela
mesma rede pública, os diâmetros nominais mínimos das condutas são em
função do risco da zona e devem ser: minimum nominal diameters when fire
fighting is also to be considered depend on the risk level
a)80 mm - grau 1;
b)90 mm - grau 2;
c)100 mm - grau 3;
d)125 mm - grau 4;
e)≥ 150 mm - grau 5.
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 41
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 22º / Situações de incêndio
Fire fight situations
Nas situações de incêndio:
�não é exigível qualquer limitação de velocidades nas condutas e (no 
velocity limits)
�admitem-se alturas piezométricas inferiores a 100 kPa. (piezometric heads 
can be lower than 100 kPa, but not negative)
Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 18º / Volumes de água incêndio
Fire fight flows to consider
2 - O caudal instantâneo a garantir para combate a incêndios, em função do 
grau de risco, é de:
a) 15 L/s - grau 1; 
b) 22,5 L/s - grau 2; 
c) 30 L/s - grau 3; 
d) 45 L/s - grau 4; 
e) a definir… - grau 5.
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 42
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DEFINIÇÃO DE PATAMARES DE PRESSÃO
� No traçado da rede deve-se ter em atenção os desníveis topográficos:
� se os desníveis na zona edificada forem superiores a 40 m e
reservatório localizado dentro desta zona, deve-se dividir a rede em
duas zonas (ou mais) independentes, interligadas, mas cada uma com
um ou dois pontos de alimentação.
If the elevation difference is >40m with the tank inside this zone, the
network should be divided into two or more independent zones, connect
between themselves, but with one or two entering points each
� Na transição entre zonas colocar Válvulas Redutoras de Pressão.
In the transition between zones should be instaled Pressure Reduction
Valves
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 43
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA / VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO (VRP)
Pressure Reduction Valves
Modo de funcionamento
1. Estado activo: sempre que a pressão a jusante for demasiado
elevada é accionado o dispositivo de obturação da válvula, 
reduzindo o valor da pressão a jusante até ao HVRP (carga de 
definição da válvula redutora de pressão), caso contrário abre;
2. Estado passivo: se a pressão a montante for insuficiente e inferior à carga de
definição da VRP, a válvula abre totalmente, mantendo a montante e a jusante a
mesma pressão;
3. Válvula fechada – se a pressão a jusante for superior à pressão a montante, a válvula
fecha totalmente funcionando como uma válvula de retenção (não permite a inversão
do escoamento).
HVRP
Hm
VRP
L.E.
Q
Hj
Hm
HVRP
Hm Hj
Estado activo Estado passivo Válvula fechada
Activo state Passive state Valve closed
Hj
VRP VRP
Q Q = 0
HVRP
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 44
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
DISPOSITIVOS DE PERDA DE CARGA / VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO (VRP)
� Tipos de Funcionamento
� VRP com carga constante - mantém a pressão constante e igual a 
um determinado valor;
� VRP com queda constante - introduz uma perda de carga localizada 
constante independente da pressão a montante;
� VRP com carga constante variável no tempo - análoga à VRP com 
carga constante a jusante, mas variando de intervalo para intervalo; 
� VRP com carga ajustável automaticamente em função da variação 
dos consumos.
Hji+1
Hmi+1
HmiL.E.
L.E.
Hji
∆H
∆H
VRP
L.E.
HVRP
Hmi
Hmi+1
VRPVRP
Hmi+1
Hji+1(ti+1)
HmiL.E.
Hmi+1L.E. Hji(ti)
VRP
Hji+1(Qi+1)
HmiL.E.
Hmi+1L.E.
Hji(Qi))
VRP
Hji+2(Qi+2)
Hmi+2L.E.
Redes.44
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 45
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
AULA 12 / SUMÁRIO
AULA 12
� Aula de Tutorial do EPANET
� Building the Model
Redes.45
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 46
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDES DE DISTRIBUIÇÃO / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO / EPANET 2.0
ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY
É um programa de computador que permite 
executar simulações estáticas e dinâmicas do 
comportamento hidráulico e de qualidade da 
água de sistemas de distribuição em pressão
Permite obter:
� caudal em cada tubagem;
� pressão em cada nó;
� altura em cada reservatório de nível variável;
� concentração de substâncias na rede;
� idade da água;
� rastreio da origem da água.
Links: 
EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html#Description
LNEC: http://www.dha.lnec.pt/nes/epanet/#Downloads
Redes.46
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 47
DISCIPLINA DE SANEAMENTO
AULA 13 / SUMÁRIO
CONSTRUÇÃO DO MODELO
BUILDING THE MODEL
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 48
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / EPANET – CONFIGURAÇÕES INICIAIS
Alternativa 1 – Traçado em CAD e importação para EPANET
� Abertura do ficheiro .NET criado a partir do DXF 
– Ficheiro→ Importar→ rede→ “Nome.net”
� Configuração do projecto
– Hidráulica 
� Unidades de caudal (L/s)
� Fórmula de perda de carga (H-W)
� Factor de consumo = fp
� Visualização dos rótulos e símbolos
– Ver → Opções… 
(verificar todos os valores por defeito)
� Notação: Mostrar ID dos nós e troços
� SímbolosSANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 49
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / EPANET – CONFIGURAÇÕES INICIAIS
Alternativa 2 – Traçado directo no EPANET
� Criação de um novo projecto
– Ficheiro → Novo
� Configuração do projecto
– Projecto → Valores por defeito
– Rótulos do elementos
– Propriedades: 
� Diâmetros e rugosidade das tubagens
– Hidráulica 
� Unidades de caudal (l/s)
� Formula de perda de carga (H-W)
� Factor de consumo = fp
� Visualização dos rótulos e símbolos
– Ver → Opções… 
(verificar todos os valores por defeito)
� Notação: Mostrar ID dos nós e troços
� Símbolos
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 50
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / ELEMENTOS DO MODELO DO SISTEMA HIDRÁULICO
(i) Componentes físicos
– Traçado
– Nós
� Junções (elemento nó)
� Reservatórios de nível fixo - RNF 
� Reservatórios de nível variável - RNV 
– Trechos (troços)
� Condutas 
� Bombas 
� Válvulas
(ii) Componentes não físicos
– Parâmetros operacionais do sistema
� Curvas
� Padrões temporais
� Controlos
(iii) Solicitações do sistema (consumos e caudais)
– Consumos médios nos nós
– Padrões de consumo 
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 51
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS
Traçado do sistema e características dos elementos
� Mostrar a barra de ferramentas (se não visível)
– Ver → Barra de Ferramentas → Mapa → Principal e Mapa
– da esquerda para a direita
•Seleccionar objecto
•Seleccionar vértice
•Seleccionar Zona
•Mover
•Aumentar/diminuir
•Restituir tamanho original
• Nó
• Reservatórios de Nível Fixo (RNF)
• Reservatórios de Nível Variável (RNV)
• Tubagem
• Bomba
• Válvula
• Rotulo
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 52
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS
Traçado do sistema e características dos elementos
� Traçado no EPANET | Drawing the network in EPANET 
� Começar pelos reservatórios de nível fixo RNF e/ou de nível variável RNV 
(equivalem a nós) (start by ading tanks)
� Adicionar o(s) nó(s) que delimitam as condutas (add nodes)
� Adicionar as condutas (trechos rectos entre nós ou polylines) (add pipes linking 
nodes)
� Adicionar as bombas e as válvulas (add pumps and valves)
� Definição das características de cada elemento | defining the properties of 
each component
� Clicar no botão seleccionar objecto (select object tool) 
� Clicar duas vezes em cima de cada objecto e definir as características uma a 
uma (double click on the objecct to change properties)
� Para todos os elementos acima introduzidos
� Os campos com * são obrigatórios
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 53
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO NÓ)
Reservatórios de nível fixo
RNF | reservoir
Nível da água | water level – total head
•Cota da superfície livre
•Considera-se que o reservatório é 
apoiado com 2-3 m de altura de água
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 54
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO NÓ)
Nó de junção
Nó | node
Consumo base | Base demand
Valor médio do consumo da categoria 
principal 
Valor negativo = existência de uma 
origem externa de caudal 
Se for deixado em branco, assume-
se consumo nulo. 
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 55
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO TRECHO)
Tubagem
Tubagem | pipes
Fórmula da Perda de Carga | head loss formulas
•Hazen-Williams: 
∆H= 4.727*(Q/C)1.852 / D4.841* L
•Darcy-Weisbach: 
∆H= f * V2/2gD * L 
•Chezy_Manning: 
∆H= 4.66*(nQ)2 / D5.33* L
Rugosidades (Guia Técnico nº 5 ou ManualPT, p.26)
•Hazen-Williams: C = 110 – 150 m0,37s-1
•Darcy-Weisbach: ε = 0,001 – 3 mm 
•Chezy_Manning: n = 1/Ks (m-1/3 s)
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 56
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / COMPONENTES FÍSICOS (DO TIPO TRECHO)
Válvula
Válvulas | Valves
Tipos
* PRV (VRP) Pressure Reducing Valve 
(V.Red.PressãoJus.)
* PSV (VA ) Pressure Sustaining Valve (V. de 
alívio)
PBV (VPCF) Pressure Breaker Valve (V.Perda de 
Carga Fixa)
* FCV (VRC) Flow Control Valve (V.Reg.Caudal) 
TCV (VB) Throttle Control Valve (V. de 
Borboleta)
GPV (VG) General Purpose Valve (V.Genérica)
Parâmetro de Controlo | Contol parameter
•Parâmetro necessário para descrever as condições de operação da válvula.
Tipo de Válvula Parâmetro de Controlo
PRV (VRP) Pressão (m ou psi)
PSV (VA ) Pressão (m ou psi)
PBV (VPCF) Pressão (m ou psi)
FCV (VRC) Caudal (unidades de caudal)
TCV (VB) Coef. de Perda Carga Singular (adim.)
GPV (VG) ID da curva de perda de carga
Coef. de perda de carga singular
•Coeficiente de perda de carga singular quando a válvula está completamente aberta. 
* Não podem ser ligadas em série, nem 
ligadas a reservatório (usar uma 
tubagem curta para os separar)
*PRV, PSV, PBV cannot be connected in series nor to a 
tank or reservoir (use a short pipe)
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 57
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
CONSTRUÇÃO DO MODELO / RESULTADOS
� Executar a simulação
Run simulation
� Resultados – Gráfico | Graphical results
– Série temporal Isolinhas
� Resultados - Tabela (tem filtros) 
e exportação para Excel
Table results
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 58
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE REDES
Calculation steps
1) Introduce base demand in each node;
2) Introduce localized consumptions (schools, industries) to specific nodes;
3) Define Hydraulic parameters:
a) Flow units= LPS;
b) Head-loss formula = C-M;
c) Demand multiplier = instant peak factor for Qdim or 1,0 for fire fight simulation;
4) Define default Properties;
a) Auto-lenght = ON;
b) Diameters = D interior minimum;
c) Rugosity = n = 1/Ks (Manning-Strickler);
d) Save;
5) Open EPANET and import INP file;
6) If new pipes will be introduced directly in EPANET Auto-length should be on
7) Introduce node data:
a) Elevation;
b) Base demand = Q average for that node;
 
SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 59
8) Insert reservoir and connect to the network
9) Run simulation and check errors. Negative pressures are expected due to
minimum D.
10)Change Legend colors and range values for a better interpretation of
results.
11)Change diameters iteratively until all pipes comply with máximum velocity
criteria
12)Change water level in the reservoir until minimum pressure is achieved for
all nodes
13)Check maximum pressure, using Demand Multiplier = 0.01;
14)Introduce PRV if some nodes have pressures higher than maximum
15)Check fire fight condition:
a) Add que fire fight flow to critical nodes (one at the time) and run simulation to
detect negative pressures
b) Where negative pressures occur increase D.
16) Check minimum velocity for year 0 flow.
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE REDES