Aula 04 - Adução - Parte I

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ADUÇÃO
Fortaleza - 2020
Curso de Engenharia Civil
Disciplina: Abastecimento de Água
Profª. Dra. Jéssyca de Freitas Lima Brito
06/04/2020 22:15:11
Profª. Me. Jéssyca Brito
Adutoras
• São canalizações dos sistemas de abastecimento de água que
conduzem a água para as unidades que precedem a rede de
distribuição.
• Interligam captação, ETA e reservatórios.
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• Quando as adutoras são derivadas de outras, sem distribuição de
água para os consumidores, são chamadas de subadutoras.
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Adutoras
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Adutoras
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Adutoras
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Adutoras
Quanto à natureza da água transportada:
-Adutoras de água bruta
-Adutoras de água tratada
Quanto à energia para movimentação da água:
-Adutoras por gravidade (conduto livre ou forçado)
-Adutoras por recalque
-Adutoras mistas
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• O traçado das adutoras geralmente é definido com base em
critérios técnicos e econômicos.
• Concepção: Auxílio de levantamentos topográficos, geotécnicos e
inspeções de campo, evitando-se regiões que dificultem os
trabalhos de implantação, operação e manutenção (áreas
pantanosas, declividades elevadas e vias de tráfego intenso).
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Traçado das Adutoras
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• As áreas de instalação das adutoras devem ser, preferencialmente,
de domínio público.
• Não sendo possível, devem ser desapropriadas ou deve ser
estabelecido um contrato de servidão.
• Tendo em vista a topografia e as condições de operação em regime
permanente, adutoras podem apresentar cinco tipos de perfil,
como mostra a figura a seguir:
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Traçado das Adutoras
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Traçado das Adutoras
No perfil (1) a tubulação está totalmente abaixo da linha piezométrica efetiva,
assim, a carga de pressão reinante na tubulação, correspondente ao segmento AB,
é superior à pressão atmosférica em todo o seu perfil, tratando-se, portanto, de
um escoamento forçado;
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Traçado das Adutoras
O perfil (2) coincide com a linha piezométrica efetiva; por conseguinte, o conduto
tem escoamento livre, com pressão na superfície igual à atmosférica;
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Traçado das Adutoras
No perfil (3) o conduto corta a linha piezométrica efetiva; consequentemente, o
trecho da tubulação situado acima dessa linha fica sujeito a pressões inferiores à
atmosférica, podendo ocasionar a entrada de ar e a contaminação da água, pela
possibilidade de sucção;
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Traçado das Adutoras
No perfil (4) o conduto corta o plano de carga estático, além de cortar a linha
piezométrica efetiva. Neste caso, a água não atinge naturalmente o trecho situado
acima do nível de água no reservatório R1 e o escoamento só é possível após o
enchimento da tubulação. O trecho situado acima da linha piezométrica efetiva
denomina-se sifão;
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Traçado das Adutoras
No perfil (5) o conduto corta a linha piezométrica absoluta, sendo, portanto,
impossível o escoamento por gravidade.
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Traçado das Adutoras
Situações ideais (sanitárias e estabilidade): 1 (escoamento forçado) e 2
(escoamento livre);
Situações desfavoráveis (acúmulo de ar, sucção, contaminação): 3 e 4
(escoamento só é possível após o enchimento da tubulação - sifão);
Situações críticas (não é possível escoamento por gravidade): 5
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Adutoras por Gravidade
Por uma questão de segurança sanitária e estabilidade
do funcionamento hidráulico, as adutoras são projetadas
para operarem totalmente abaixo das linhas
piezométricas efetivas do escoamento permanente, ou
coincidentes com estas.
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Adutoras por Gravidade
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Adutoras por Gravidade
• Quando as condições topográficas locais indicarem um perfil (3), uma das
soluções normalmente adotadas é a construção de uma caixa de transição no
ponto mais alto da tubulação, de maneira a alterar a posição da linha
piezométrica. Assim, a tubulação fica totalmente abaixo desta e, portanto,
sujeita a pressões positivas, como no perfil (1).
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Adutoras por Recalque
Os perfis (4) e (5) têm parte do seu traçado situado acima do plano de carga
estático e, por isso, têm o funcionamento limitado às condições de um sifão
tradicional. A solução a se adotar para uma operação mais segura é a
instalação de uma elevatória para impulsionar o líquido e, assim, obter
pressões superiores à pressão atmosférica em toda a tubulação.
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Adutoras por Recalque
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Adutoras por Recalque
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Adutoras por Recalque e Gravidade (Mista)
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Vazão de Adução
• A vazão é um dado essencial ao
dimensionamento.
• No caso das adutoras a vazão
transportada é condicionada
pelo consumo de água da
população, pela posição dos
reservatórios em relação à
adutora considerada, bem como
pelo tempo de funcionamento e
capacidade das unidades do
sistema.
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Vazão de Adução
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Vazão de Adução
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Período de Funcionamento da Adução
• Adutoras por Gravidade: podem funcionar durante 24 horas;
• Adutoras por Recalque: funcionamento de 16 a 20 horas
(manutenção de equipamentos e consumo de energia – fora dos
horários de pico).
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– Vazão (Q)
– Velocidade (V)
– Perda de Carga Unitária (J)
– Diâmetro (D)
– Material (C)
– Comprimento (L) do conduto
– Diferença entre as cotas piezométricas (∆h)
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Dimensionamento hidráulico
Adutora por Gravidade
Parâmetro conhecido
Fixa-se V ou J para determinar D
Parâmetro a determinar
0,6 m/s
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Parâmetro conhecido
Parâmetro conhecido
• Valores conhecidos:
– Vazão (Q)
– Comprimento do conduto (L)
– Material (C)
– Desnível vencido = Diferença entre as cotas piezométricas (∆h)
• Valores a determinar:
– Diâmetro (D): quanto menor o diâmetro, maior a potência do
equipamento de recalque.
Velocidade (V) econômica em adutoras por recalque: 1,0 a 1,5 m/s
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Dimensionamento hidráulico
Adutora por Recalque
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• Equações hidráulicas fundamentais
– Equação da continuidade
A v Q =
Q: vazão (m3/s);
v: velocidade média do escoamento (m/s);
A: área da seção transversal do escoamento (m2).
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Dimensionamento hidráulico
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• Equações hidráulicas fundamentais
– Equação da energia – Bernoulli
h
2g
vp
z 
2g
vp
z
2
22
2
2
11
1 ++

+=+

+
z: carga de posição (m);
p/: carga de pressão (m);
v2/2g: carga de velocidade (m);
h: perda de carga total (m).
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Dimensionamento hidráulico
Linha piezométrica
Linha de cargaou energia
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Dimensionamento hidráulico
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– Geralmente, nas adutoras, a parcela relativa à energia cinética
(v2/2g) é muito pequena (1%) em relação à carga de pressão (p/) e,
então, é desprezada.
– Perdas de carga:
• Contínua (equação universal ou equação de Hazen-Williams).
• Localizadas (geralmente, pouco significantes).
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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– Equação universal
L
2g
v
D
f
 h'
2
= h': perda de carga total (m);
f: coeficiente de perda de carga;
v: velocidade média do escoamento (m/s);
D: diâmetro do conduto (m);
L: comprimento do conduto (m);
g: aceleração da gravidade (m/s2).
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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– Equação de Hazen-Williams
4,87-85,1 D)
C
Q
(10,643 h' = L
h': perda de carga total (m);
Q: vazão (m3/s);
C: coeficiente de rugosidade;
D: diâmetro do conduto (m);
L: comprimento do conduto (m).
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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Material C Material C
Aço corrugado (chapa ondulada) 60 Concreto com acabamento comum 120
Aço galvanizado 125 Ferro fundido novo 130
Aço rebitado novo 110 Ferro fundido de 15 a 20 anos de uso 100
Aço rebitado em uso 85 Ferro fundido usado 90
Aço soldado novo 130 Ferro fundido revestido de cimento 130
Aço soldado em uso 90 Latão 130
Aço soldado com revestimento especial 130 Manilha cerâmica vidrada 110
Chumbo 130 Plástico 140
Cimento amianto 140 Tijolos bem executados 100
Cobre 130 Vidro 140
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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– Equação de perda de carga localizada
2g
v
K h"
2
=
h": perda de carga localizada (m);
K: coeficiente de perda de carga localizada;
v: velocidade média do escoamento (m/s);
g: aceleração da gravidade (m/s2).
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
Δh = (
fxL
D
+k) x
v2
2g
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Peça K Peça K Peça K
Ampliação gradual 0,30 Joelho de 45° 0,40 Tê de saída bilateral 1,80
Comporta aberta 1,00 Joelho de 90° 0,90 Tê de saída de lado 1,30
Controlador de vazão 2,50 Junção 0,40 Válvula borboleta aberta 0,30
Crivo 0,75 Medidor Venturi 2,50 Válvula de ângulo aberta 5,00
Curva de 22,5° 0,10 Pequena derivação 0,03 Válvula de gaveta aberta 0,20
Curva de 45° 0,20 Redução gradual 0,15 Válvula de pé 1,75
Curva de 90° 0,40 Saída de canalização 1,00 Válvula de retenção 2,50
Entrada de borda 1,00 Tê de passagem direta 0,60 Válvula globo aberta 10,00
Entrada normal 0,50
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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– Adutora por gravidade
• A capacidade máxima ocorre quando toda a carga hidráulica
disponível é utilizada na perda de carga ao longo do conduto.
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Dimensionamento hidráulico
Condutos forçados
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A figura a seguir mostra os reservatórios R1, e R2, com níveis médios de água
nas cotas 810,0 m e 784,0 m, interligados por uma adutora de 1.200 m de
comprimento, para conduzir 60 l/s de água.
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Dimensionamento – Adutora por Gravidade
EXEMPLO 01:
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Supondo que as perdas de carga localizadas sejam devidas a: 3 curvas de 90°, 6
tês de passagem direta, 1 entrada normal e 1 saída de canalização e 1 válvula
de gaveta aberta, pede-se:
a. dimensionar o diâmetro desta tubulação, admitindo ser de PVC (C=140);
b. velocidade; adotar: f = 0,0156 | Somatório de K = 6,50
c. calcular a vazão efetiva que poderá ser conduzida na adutora dimensionada;
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Dimensionamento – Adutora por Gravidade
EXEMPLO 01:
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Os reservatórios R1 e R2 com níveis médios de água nas cotas 960,0 m e 840,0
m, interligados por uma adutora de 2.100 m de comprimento, para conduzir
105 l/s de água, pede-se:
a. dimensionar o diâmetro desta tubulação, admitindo ser de ferro fundido novo
(C=130);
b. velocidade; adotar: f = 0,0156 | Somatório de K = 10,50
c. calcular a vazão efetiva que poderá ser conduzida na adutora dimensionada;
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Dimensionamento – Adutora por Gravidade
EXEMPLO 02:
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