Relatório Final Instalações

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Universidade Estadual do Norte Fluminense
Professor Jonas Alexandre
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE ÁGUA FRIA DE UM EDIFÍCIO MULTIFAMILIAR DE 22 PAVIMENTOS.
Guilherme Soares Mendonça
Luana Ribeiro Hespanhol
Campos dos Goytacazes, 13 de abril de 2018
Introdução
Ao fazermos uma reflexão histórica, constatamos que a humanidade sempre procurou se instalar em locais próximos a fluxos d’água (rios, lagos, lagoas), e isso sempre ocorreu uma vez que esta é um bem imprescindível para a manutenção da vida. Além das atividades econômicas e de subsistência como a pesca e agricultura que são apenas possíveis nestes locais, a necessidade de água própria para o consumo da população sempre foi uma preocupação. Muitos sistemas sofisticados de abastecimento de água potável datam da época de Cristo e, mesmo hoje em dia, essa questão continua presente, sendo de extrema importância que a logística da água seja projetada e realizada de maneira correta, para que todos possuam acesso a mesma. Com esses objetivos em mente, neste trabalho será projetado a instalação hidráulica de água fria de um edifício residencial de grande porte.
Objetivos
Este trabalho teve como objetivo projetar a instalação hidráulica de um prédio de 20 andares com quatro apartamentos por andar e cada apartamento com três quartos. A instalação foi baseada na norma NBR 5626, que determina que “um projeto de instalação hidráulica deve-se fornecer quantidade água potável suficiente e de forma continua para os usuários, além de reduzir custos e problemas decorrentes da interrupção do sistema público.” O projeto também deve determinar as velocidades e as pressões a fim de evitar golpes de aríete e vazamentos no sistema hidráulico.
Etapas do Projeto
3.1 Concepção: 
3.1.1 Componentes constituintes de uma instalação de água fria
De acordo com a NBR-5626 são definidas as partes constituintes de uma instalação predial de água fria:
- Barrilete: conjunto de tubulações que se origina no reservatório e do qual se derivam as colunas de distribuição;
-Coluna De Distribuição: tubulação derivada do barrilete e destinada a alimentar ramais;
- Alimentador Predial: tubulação compreendida entre o ramal predial e a primeira derivação ou válvula de flutuador de reservatório;
- Automático De Boia: dispositivo instalado no interior de um reservatório para permitir o funcionamento automático da instalação elevatória entre seus níveis operacionais extremos;
- Instalação Elevatória: conjunto de tubulações, equipamentos e dispositivos destinados a elevar a água para o reservatório de distribuição;
- Ligação De Aparelho Sanitário: tubulação compreendida entre o ponto de utilização e o dispositivo de entrada no aparelho sanitário;
- Válvula De Descarga: válvula de acionamento manual ou automático,
- Peça De Utilização: dispositivo ligado a um sub-ramal para permitir a utilização da água;
- Ponto De Utilização: extremidade de jusante do sub-ramal;
- Extravasor: tubulação destinada a escoar os eventuais excessos de água dos reservatórios e das caixas de descarga;
- Ramal: tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub-ramais;
- Sub-Ramal: tubulação que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação do aparelho sanitário;
- Ramal Predial: tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento e a instalação predial;
- Rede Predial De Distribuição: conjunto de tubulações constituído de barriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais, ou de alguns destes elementos;
- Reservatório Superior: reservatório ligado ao alimentador predial ou a tubulação de recalque, destinado a alimentar a rede predial de distribuição;
- Reservatório Inferior: reservatório intercalado entre o alimentador predial e a instalação elevatória, destinada a reservar água e a funcionar como de sucção da instalação elevatória;
- Tubulação De Sucção: tubulação compreendida entre o ponto de tomada no reservatório inferior e o orifício de entrada da bomba;
-Tubulação De Recalque: tubulação compreendida entre o orifício de saída da bomba e o ponto de descarga no reservatório de distribuição;
- Trecho: comprimento de tubulação entre duas derivações ou entre uma derivação e a última conexão da coluna de distribuição;
3.1.2 O Consumo Predial
A rede de distribuição predial será toda dimensionada a partir do cálculo do Consumo predial. O edifício possui apartamentos de 3 quartos, onde consideramos duas pessoas por quarto, resultando em 6 pessoas por apartamento, e 4 apartamentos por andar, totalizando 20 andares. No térreo há um hall de entrada com acesso ao elevador e as escadas, dependências de serviço para o zelador, e a garagem.
-Cálculo do consumo de água proveniente dos habitantes do prédio:
6 pessoas por apartamento x 4 apartamentos por andar x 20 andares = 480 pessoas. Com um acréscimo de 4 zeladores/porteiros, chegamos ao total de 484 pessoas. O consumo médio diário de água é de 200L per capita, logo: 484 pessoas x 200 L = 96.800 L de água por dia.
Cálculo do consumo de água devido a garagem:
Para a garagem, consideramos uma média de consumo diário de água equivalente a 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:
96.800+4.000 = 100.800L
-Cálculo do consumo de água devido a reserva de incêndio:
Segundo a NBR 11715, é preciso reservar 20% a mais do consumo diário de água para ocasionais incêndios, dessa forma, o consumo total diário de água + reserva de incêndio será:
100800 + 0,2 x (100800) = 120.960L 
Foram projetados dois reservatórios de água, um superior, em cima da cobertura do edifício, e outro inferior, subterrâneo no térreo. 
3/5 do consumo diário, além de um acréscimo da reserva técnica de (1 dia de consumo) será para o reservatório inferior:
 60480 (3/5) + 100800 (reserva técnica) = 161.280L
2/5 do consumo diário + reserva de incêndio será para a caixa d’água: 40.320(2/5) + 20.160(incêndio) = 60.480L
3.1.3 Dimensionamento do reservatório inferior e da caixa d’água:
-Reservatório Inferior:
O reservatório inferior foi dimensionado para receber 161.280L de água. Partindo de uma altura de manutenção de 2m, e o nível d’água com 0,2m de folga, dimensionamos as outras medidas, considerando também a calha para sucção de limpeza:
Calha de limpeza: 0,5 x 0,3 x B
Reservatório total: 1,80x B²
Então temos a equação: (0,5 x 0,3 x B) + (1,80 x B²) = 161,280 m³
Resolvendo a equação, obtemos um reservatório com as seguintes medidas: 9,5m de base, 9,5m de lado e 2m de altura.
Deste modo, o reservatório receberá a quantidade de água necessária para o abastecimento do edifício. Durante a execução, deixar um desnível de 1 cm no piso para que haja escoamento em direção a calha de limpeza à esquerda.
-Caixa d’água:
Como calculamos no item anterior, o volume total a ser comportado pela caixa d’água (reservatório superior) é de 60.480L, o que equivale a 60,48m³, partindo de uma altura de 1,80, e nível de água de 1,60m (com uma margem de 0,20m na borda sem água) e de uma base quadrada, temos:
L² x 1,60m = 60,48m³, portanto L= 6,15m, onde L é o comprimento da Base da caixa d’água. Logo, a caixa d’água terá dimensões 6,15m x 6,15m x 1,80m.
Figura 1: Representação esquemática da caixa d’água
Os canos do barrilete adentram a caixa d’água 50cm devido ao reservatório de incêndio de 20%. A boia automática deverá ser regulada para sempre que o nível da água estiver em 1m seja ativada, pois assim a bomba precisará ser acionada no máximo 3 vezes ao dia para atender ao consumo diário, economizando energia elétrica. Cada uma das 4 colunas de alimentação para os apartamentos possui registros gerais. Cada lado do reservatório também possui um registro geral para casos de limpeza de um dos lado do reservatório. O barrilete de incêndio desce paralelo as colunas de agua fria.
3.2.2 Dimensionamento dos RamaisPartindo do número de peças de utilização de cada apartamento, calculamos o peso dos aparelhos:
Figura 2: Tabela de pesos das peças.
 Em cada apartamento:
	2x Chuveiros
	1
	3x Lavatórios
	1,5
	3x Bacia Sanitária
	0,9
	3x Bidês
	0,3
	Pia Cozinha
	0,7
	Bebedouro
	0,1
	Lava-Louças
	1
	Tanque
	1
	Lava-Roupas
	1
Realizando o somatório total, obtemos o peso de 7,5 para cada apartamento. Cada coluna abastecerá um apartamento por andar. Utilizando o ábaco que relaciona peso e diâmetro das tubulações, conseguimos dimensionar o diâmetro do cano que sairá da coluna para abastecer cada apartamento. 
 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 1 que sai da coluna irá para o apartamento. Ao chegar no apartamento a tubulação se ramificará novamente com um “T”. Um ramal (2) irá abastecer o lavabo, a cozinha e a área de serviço, com peso total de 4,7. Com isso o ramal (2) 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 (3) irá abastecer dois banheiros, com peso total de 2,8, sendo assim uma tubulação de 20mm (3/4”). Cada cômodo terá seu registro, 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)
Figura 5: Planilha da marcha de cálculo da Coluna 1 do edifício.
Figura 6: Planilha da marcha de cálculo da Colunas 2,3,4 do edifício.
Nas tabelas acima estão representadas a marcha de cálculo detalhado utilizado para o dimensionamento das colunas d’água do edifício. Nota-se que a Coluna 1 é mais extensa pois abrange o Térreo, enquanto que as Colunas 2,3,4 alimentam apenas até o 1º andar. Os valores em cor vermelha representam o andar no qual a pressão se tornou superior a 40 m.c.a, e, portanto, foi necessário a colocação da válvula redutora de pressão no 8º andar, regulando a mesma para uma pressão de saída de 0,5 bar ou 5,1 m.c.a. A pressão a jusante foi calculada no último andar (20º) de modo que no chuveiro, esta pressão fosse de no mínimo, 2 m.c.a como indica a norma, considerando o comprimento real desde a caixa d’água, e o comprimento equivalente, somando todas as perdas em todo o trecho percorrido até chegar ao chuveiro. No fim, o valor da pressão disponível no andar foi diminuído das perdas totais calculadas, e a pressão que chega ao chuveiro foi de 2,08 m.c.a., valor acima do indicado. Planilhas semelhantes à da Figura 5 foram construídas para as outras 3 colunas, e todas necessitaram de válvula redutora no 8° andar residencial, assim como as pressões foram testadas nos chuveiros, e todas superaram os 2 m.c.a.
3.2.4 Dimensionamento do Barrilete 
Para dimensionar o barrilete foi utilizado o método Hunter. Este método, resumidamente, consiste em considerar que metade da caixa d’agua abastece metade das colunas e que a perda de carga J seja igual a 0,08. Todas as colunas possuem o primeiro diâmetro inicial de 50mm (2”), e a vazão máxima de todas as colunas são as mesmas. 
Qc= 3,75 L/s;
Cada extremidade do barrilete abastece duas colunas, fazendo com que a vazão que necessita ir para cada extremidade seja de 7,5 l/s.  Com esses valores (J=0,08 e Q=7,5 L/s) conseguimos traçar a reta a partir do ábaco da figura 4 e constatar que o barrilete terá diâmetro de 2 ½”. 
3.2.5 Dimensionamento de Encanamentos de Recalque e sucção
Para calcular o recalque, pressupõe-se que a capacidade horária do consumo diário é de 20%. Ou seja, o prédio tem um consumo diário de 100.800 L/dia, então sua capacidade horária será de 20.160 L/h ou 0,0056 m³/s. adotamos 5 horas de funcionamento diário. Sendo assim, para definir os diâmetros das tubulações de recalque e sucção, utiliza-se a equação abaixo:
D= 1,3 . 
Onde: D = diâmetro da tubulação; Q = vazão (capacidade horária) em m³/s e X= (horas de funcionamento) / (24 horas); ao substituir os valores temos:
D = 1,3 . 
Realizando os cálculos, chegamos a Drecalque = 0,065m ou 65mm ou 2 1/2”. Para efeitos práticos o diâmetro do encanamento de sucção será um diâmetro comercial maior que o do recalque, sendo assim, será de 3”.
3.2.6 Dimensionamento do Ramal Predial (de Entrada)
O sistema de distribuição de água do edifício é indireta, sendo assim para dimensionar o ramal predial, precisamos achar a vazão mínima, pela fórmula:
Q = C/86400
No qual, C é o consumo diário de 96.800 L, achamos uma vazão mínima (Q) de 1,1204 L/s. De acordo com a NBR5626, a velocidade máxima aceitável nas tubulações é de 1m/s. Utilizando a vazão encontrada e a velocidade de 1m/s, no ábaco (Figura 4), encontramos o diâmetro do ramal predial será 2”.
3.2.7 Escolha da Bomba de Recalque de Água
Para escolher um motor-bomba centrífuga para recalcar a água deste edifício de 22 pavimentos com:
	Consumo diário do prédio (m³)
	100,8
	Altura estática da sucção (m)
	2,4
	Comprimento desenvolvido da sucção (m)
	3,31
	Altura estática de recalque (m)
	67,96
	Comprimento desenvolvido no recalque (m)
	83,40
3.2.7.1 Calcular altura manométrica da sucção
Para saber o comprimento equivalente na sucção, soma-se todos os comprimentos equivalentes referentes das peças de sucção abaixo com o comprimento desenvolvido. Totalizando assim um comprimento equivalente de sucção de 114,36m (83.40 + 30.96)
	Peças de Sucção
	Comp. Equivalente
	1 Válvula de pé
	26,8
	1 Curva de 90
	1,68
	1 Registro
	0,5
	Comp. Desenvolvido
	3,31
	total
	32,29
Para dimensionar a bomba, devemos primeiramente achar a altura devido as perdas (Hp) dada pela equação abaixo:
Hp = J x L
No tópico acima a tubulação de sucção foi dimensionada pra 3”, considerando uma vazão horária de 5,6l/s. Inferimos através do ábaco da figura 4 que a perda de carga (J) é de 0,019m. Com isso obtemos uma altura devido as perdas (Hp) de 0,613m. 
A altura representativa da velocidade é fixa, uma vez que a velocidade máxima de acordo com a NBR5626 é de 1m/s², e outro parâmetro é a gravidade que é constante. Logo, o resultado da fórmula acima é igual a 0,05m. A altura manométrica de sucçãoé então a soma de todas as alturas como na tabela abaixo. 
	Altura estática de sucção
	2,4m
	Altura manométrica na sucção
	0,613m
	Altura representativa da velocidade
	0,05m
	Total Hmsucção
	3,063m
3.2.7.2. Calcular a altura manométrica do recalque.
O comprimento equivalente para o recalque se faz da mesma forma que o da sucção, somando os comprimentos equivalentes das conexões com o comprimento desenvolvido. 	
	Peças de recalque
	Comprimento Equivalente
	5 joelhos (2 ½")
	16
	1 Registro
	0,4
	2 Válvulas de Retenção
	10,4
	Comprimento Desenvolvido
	83,40
	total
	110,2m
A determinação do J no recalque é obtida da mesma forma da sucção, olhando no ábaco da figura 4. Através da velocidade máxima estipulada pela norma agora de 1,5m/s². Constatamos então uma perda unitária de 0,035m/m. A altura devido às perdas no recalque também é dada da mesma maneira das de sucção. 
Hp = J x L = 0,035 x 110,2 = 3,86 m
A altura manométrica no recalque é a soma da altura estática de recalque mais a altura devido as perdas do trecho de recalque. Somam-se então as alturas manométricas de sucção e de recalque para determinar a altura manométrica total e assim calcular a potência do motor.
Hmrecalque= 67,96 + 3,86 = 71,82m
Hmt = Hsucção + Hrecalque = 3,063 + 71,82 = 74,883m
Para calcularmos a potência do motor da bomba que será utilizado usamos a fórmula:
Relembrando que a vazão Q é de 0.0056m³/s, η corresponde ao rendimento da bomba que é de 50% e a altura manométrica total é de 74,883m , calculando obtemos a potência de 11.18 CV. Com isso a bomba escolhida será a de 12CV, que é a bomba comercialmente vendida que atende os 11.18 CV.