Adutoras: Transporte de Água

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CAPITULO 7.1 – ADUTORAS 
 
➢ Tubulação de adução é toda a tubulação responsável em transportar a água pelas 
unidades do sistema de abastecimento de água antes da unidade de distribuição. 
➢ As adutoras são classificadas de duas formas: 
• Quanto à natureza da água transportada, se subdivide em duas: 
✓ Adutora de água bruta – tubulação que transporta a água desde a captação 
até a ETA; 
✓ Adutora de água tratada – tubulação que transporta a água desde a ETA 
até a rede de distribuição. 
• Quanto à energia para movimentação da água, se subdivide em três: 
✓ Adutora por gravidade – transporta a água de uma cota mais elevada para 
uma inferior, onde pode ser de duas formas: em condutos forçado, onde 
apresenta uma pressão maior que a pressão atmosférica. Em conduto 
livre, onde a pressão é a atmosférica nesse caso há a necessidade de a 
tubulação ser reta; 
✓ Adutora por recalque – transporta à água de uma cota inferior para uma 
mais elevada, através de um conjunto motor-bomba, as EEA. Podendo 
ser do tipo simples ou dupla dependendo da quantidade necessária de 
EEA; 
✓ Adutora mista – é quando se tem os dois casos anteriores, dependendo 
da topografia do terreno vai ter trechos por gravidade e outros por 
recalque. 
➢ A adutora toda a canalização do SAA que atende a unidade de distribuição. Como visto 
cada unidade do SAA tem vazões diferentes, isso devido ao consumo. Então para 
realizar o dimensionamento das tubulações de adução é necessário conhecer o horizonte 
de projeto, a vazão e período de funcionamento da adução, sendo que depende de vários 
fatores, como: 
• Vida útil da obra; 
• Evolução da demanda de água, ou seja, crescimento populacional, 
desenvolvimento econômico da comunidade; 
• Custo da obra; 
• Flexibilidade na ampliação do sistema; 
• Custo de energia elétrica. 
➢ Normalmente o horizonte de projeto é para 20 a 30 anos. 
➢ As vazões de adução são: 
• Vazão de captação até a ETA (𝑄1): 
𝑄1 = (
𝐾1 ∗ 𝑃 ∗ 𝑞
86400
+ 𝑄𝑒𝑠𝑝) ∗ 𝐶𝐸𝑇𝐴 
• Vazão da ETA até o reservatório (𝑄2) 
 
𝑄2 = (
𝐾1 ∗ 𝑃 ∗ 𝑞
86400
+ 𝑄𝑒𝑠𝑝) 
• Vazão do reservatório até a rede de distribuição (𝑄3) 
 
𝑄3 = (
𝐾1 ∗ 𝐾2 ∗ 𝑃 ∗ 𝑞
86400
+ 𝑄𝑒𝑠𝑝) 
• Nota-se que todas essas vazões são em função de: 
✓ Da população a ser atendida; 
✓ Cota per capita; 
✓ Coeficiente 𝐾1 𝑒 𝐾2; 
✓ Horas de funcionamento. 
➢ Bombeamento contínuo ocorre em adução por gravidade, t = 24 horas; 
➢ Bombeamento descontínuo ocorre em adução por recalque, o bombeamento não ocorre 
por 24 horas, normalmente dura em torno de 16 a 20 horas/dia, pois as bombas e 
equipamentos passam por manutenção. 
➢ No dimensionamento das adutoras adota-se que o regime é permanente e uniforme 
• Regime permanente – quando não há variação das características hidráulicas no 
tempo; 
• Regime não-permanente ou variável – há variações das características 
hidráulicas no tempo; 
• Escoamento uniforme – se todas as seções transversais do conduto forem iguais 
e a velocidade media em todas as seções em um tempo (t) for a mesma, 
𝜕V⃗⃗ 
𝜕S
= 0 
➢ Na hidráulica das adutoras tem-se dois casos para aplicação do Teorema de Bernoulli: 
• 1º caso: Regime permanente, onde a variação da pressão é relativamente 
pequena, não influenciando a massa especifica, ou seja, fluído incompressível 
𝛾 = 𝑝𝑔= constante. Aplicando o Teorema de Bernoulli para fluidos perfeitos e 
regime permanente, tem-se: 
 
 
 Portanto, a carga total (H) é constante ao longo de cada trajetória. 
• 2° caso: Regime não permanente e entre dois pontos diferente, tem-se uma 
perda de carga ∆H. Portanto, 
𝐻1 = 𝐻2+ ∆𝐻12 
 
 
➢ Já em relação a potência hidráulica, tem-se: 
• As turbinas têm a função de extrair energia do escoamento; 
• As bombas têm a função de fornecer energia ao escoamento. 
➢ Para determinar a energia de um equipamento (bomba ou turbina), tem-se: 
He + Emáq = Hs 
Emáq = Hs − He 
 Onde, 
 𝐻𝑒 – Carga de escoamento de entrada; 
 𝐻𝑠 – Carga de escoamento de saída. 
➢ Para se determinar a potência dessas bombas ou turbinas utilizar-se a equação abaixo: 
 
 
 Se o fluido for a água γ = 9,8 x 10³ N/m³, tem-se: 
H =
P
γ
+ z +
v2
2g
= cte. 
P1
γ
+ z1 +
v1
2
2g
 = 
P2
γ
+ z2 +
v2
2
2g
+ ∆H12 
Pot =
γ. Q. H 
η
 
Pot =
10³. Q. H 
75. η
 (𝑐𝑣) 
➢ As perdas de cargas são classificadas em perdas de cargas distribuídas e perdas de 
cargas localizadas. 
➢ Para o efeito de dimensionamento das perdas de cargas de cargas distribuídas, pode se 
aplicar o Teorema de Bernoulli ou algumas equações encontradas na literatura, que 
depende do tipo de conduto, como: 
• Conduto forçado 
✓ Fórmula universal – fórmula para a perda de carga por atrito em condutos 
para qualquer líquido, 
∆𝐻 = 𝑓. 
𝐿
𝐷
.
𝑣2
2𝑔
 
Em função da vazão, tem-se: 
∆𝐻 = 0,0827𝑓. 
𝐿. 𝑄2
𝐷5
 
✓ Fórmula de Hazen-Willians 
𝐽 = 10,65. 𝑄1,85. 𝐶−1,85. 𝐷−4,87 
• Conduto livre 
✓ Equação de Chezy – depende da natureza, estado e forma das paredes do 
conduto, 
𝑣 = 𝐶.√𝑅ℎ. 𝐼 
✓ Equação de Manning 
𝐶 =
(𝑅ℎ)
1/6
𝑛
 
➢ O traçado das adutoras depende de: 
• Topografia do local; 
• Cota dos reservatórios, onde a captação da água e para onde vai ser transportado. 
➢ No caso das adutoras que funcionam por gravidade o traçado pode variar de três formas, 
isso por causa da topografia do terreno. 
• 1º forma – abaixo do plano de carga ou da linha piezométrica, ocorre em conduto 
forçado, situação ideal pois o traçado está abaixo da linha piezométrica as 
pressões serão positivas em todas as seções e a perda de carga é o desnível entre 
as superfícies livres do reservatório; 
• 2º forma – Coincide com o plano de carga ou linha piezométrica ocorre em 
condutos livres; 
• 3º forma – acima do plano de carga ou linha piezométrica, a pressão nesse caso 
é negativa, essa forma possibilita a entrada de ar e contaminação na sucção. 
➢ Recomendações para o traçado das adutoras, diminuindo o custo de implantação: 
• Em ruas e terrenos públicos; 
• Evitar terrenos rochosos, pantanosos ou inadequados; 
• Compostos de trechos ascendentes (>0,2%), descendentes (> 0,3%) mesmo em 
terrenos planos; 
• Blocos de ancoragem quando i > 25%; 
• Trechos ascendentes longos com declividades pequenas seguidos de trechos 
descendentes curtos com maior declividade. 
➢ Recomendações para definir o traçado da adutora: 
• Inspeção do local; 
• Levantamento topográfico; 
• Sondagens das informações dos subsolos; 
• Estaqueamento de 20 em 20 metros; 
• Elaboração do perfil do terreno e adutora; 
• Evitar que algum trecho da adutora corte a linha piezométrica. 
➢ No dimensionamento de adutoras por gravidade em condutos forçados, onde o 
escoamento ocorre de um nível mais elevado para um mais baixo, se utiliza 
normalmente a fórmula universal para calcular a perda de carga. 
➢ A velocidade adotada deve estar dentro dos parâmetros normativos, pois se tiver uma 
velocidade pequena favorece o acumulo de sedimentos na tubulação e dificultam a 
remoção hidráulica de ar. Se tiver uma velocidade elevada aumenta a perda de carga e 
o aparecimento de transientes hidráulicos, Sendo que a escolha da velocidade depende 
de alguns fatores, como: 
• Condições econômicas; 
• Possibilidades de ocorrência de transientes; 
• Limitação da perda de carga; 
• Desgaste das tubulações e peças acessórias; 
• Controle de corrosão; 
• Ruídos desagradáveis. 
➢ Nos condutos livres (canais) tem a função de transporta à água de um nível mais elevado 
para um mais baixo e recomenda-se que o traçado da adutora coincida com a linha 
piezométrica. O dimensionamento ocorre pela equação de chézy e de manning. Onde se 
tem: 
• Velocidade: 
𝑉 =
1
𝑛
 𝑅ℎ
2/3. 𝐼1/2 
• Vazão: 
𝑄 =
1
𝑛
. 𝑆. 𝑅ℎ
2/3. 𝐼1/2 
• Deve-se atentar a forma geométrica do canal, sendo que suas dimensões 
dependem da vazão, declividade e rugosidade. 
➢ No dimensionamento de adutoras de recalqueo escoamento ocorre de um ponto mais 
baixo para um mais elevado, através de bombas. Geralmente se conhece a vazão de 
adução (Q), comprimento da adutora (L), desnível (𝐻𝑔) e material da adutora, sendo que 
para esse caso o diâmetro da adutora é indeterminado, assim, existe vários pares 
diâmetro – potência encontrada no mercado. 
➢ Na escolha do diâmetro da adutora se tem como base o critério econômico, pois se tem 
dois casos e algumas recomendações: 
• 1º caso: Um diâmetro menor para a tubulação ocasiona uma perda de carga 
maior, maior altura manométrica, maior potência do conjunto motor-bomba, 
preço do conjunto elevatório é maior e as despesas com energia também; 
• 2º caso: Um diâmetro maior mais gasto com tubulação, menor perda de carga, 
potência reduzida e menor custo de aquisição e operação dos conjuntos 
elevatórios. 
➢ As recomendações são: 
• Realizar um pré-dimensionamento do diâmetro, através de duas fórmulas que 
depende se a adução é contínua ou descontínua. 
✓ Contínua – Fórmula de Bresse aceitável para adutora de até 6”; 
𝐷𝑟 = 𝐾√𝑄 = 1,2√𝑄 
✓ Descontínua – Fórmula de Forchheimer 
𝐷𝑟 = 1,3. √
𝑥
24
4
. √𝑄 
➢ A análise econômica é feita pelo valor presente, com taxa de 12% a.a. 
 
CAPÍTULO 7.2 – ADUTORAS 
 
➢ Os acessórios e dispositivos instalados nas adutoras é para se ter controle da adutora, 
afim de evitar problemas que venha danificar as adutoras. Eles têm a função de controlar 
as vazões, pressão na tubulação, velocidade do escoamento, bloqueio do fluído, dentre 
outras. 
➢ A maioria desses dispositivos são ventosas ou válvulas. 
➢ As ventosas são instaladas no enchimento, afim de expulsar o ar que está dentro da 
tubulação. Esse ar que fica na tubulação causa alguns transtornos como aumento de 
pressão, podendo ocasionar rompimento da tubulação da adutora e diminuir a 
velocidade de escoamento do fluído. 
➢ A água tem na sua composição 2% de ar dissolvido, assim em regiões de baixa pressão 
esse ar tende a ser liberado formando bolhas que devem ser expulsos das tubulações, 
pois as mesmas ocupam espaço diminuindo o fluxo ou até mesmo interrompendo. 
➢ A retirada do ar é feita por meio de dois processos, remoção hidráulicas de ar e remoção 
mecânica de ar. 
• Remoção hidráulica de ar – o ar é arrastado pelo o escoamento até o fim da 
tubulação. Isso só é possível se a velocidade do escoamento (V) é igual ou maior 
que a velocidade crítica (Vc). 
𝑉𝑐 = 1,36.√𝑔. 𝐷. 𝑠𝑒𝑛𝜃 
• Remoção mecânica de ar – O ar é removido através das ventosas, o 
dimensionamento das mesmas é feito para vazão lenta de enchimento com a 
velocidade de 0,3 m/s. A vazão de entrada da água deve ser igual à saída de ar 
pela ventosa. 
➢ As ventosas são aparelhos dotados de flutuantes, que acompanham o nível da água, 
quando o nível da água desce a descarga abre permitindo a entrada de ar, se o nível de 
água aumenta o flutuador sobre vedando o orifício de descarga. 
➢ A quantidade de câmaras de uma ventosa depende da vazão do ar, uma ventosa pode ter 
até duas câmaras. 
➢ As ventosas são implantadas em diferentes pontos da adutora, a sua forma de 
funcionamento altera de acordo com o ponto onde é instalada e a fase de adução. 
• Se é durante o enchimento à medida que o volume de água vai aumentando o ar 
vai sendo expulso da canalização; 
• Se é durante a operação o ar que se acumula na canalização é eliminado; 
• Se é durante o esvaziamento o flutuador desce e libera a entrada de ar. 
➢ As ventosas devem ser instaladas, em pontos estratégicos, como: 
• Todos os pontos altos; 
• Pontos de mudança acentuada de inclinação em trechos ascendentes; 
• Pontos de mudança acentuada de inclinação em trechos descendentes; 
• Pontos intermediários de trechos ascendentes muito longos; 
• Pontos intermediários de trechos horizontais muito longos; 
• Pontos intermediários de trechos descendentes muito longos; 
• Pontos iniciais e finais de trechos horizontais; 
• Pontos iniciais e finais de trechos paralelos à L.P. 
➢ As válvulas de descargas são colocadas nos pontos mais baixos, afim de permitir a 
retirada de água quando necessário. 
➢ Nas adutoras por gravidade em conduto forçado além dos dispositivos já mencionado 
têm a aplicação de algumas peças especiais, como: 
• Registros de parada – responsável por interromper o fluxo de água quando 
necessários. Normalmente é instalado: 
✓ No começo e no fim da adutora; 
✓ Ao longo da tubulação afim de permitir o isolamento dos trechos quando 
necessários e regular a vazão na operação. 
• Válvulas redutoras de pressão – regula a pressão, usadas em adutoras por 
gravidades ou em rede de distribuição; 
• Válvulas anti-golpe - reduzem a pressão interna, utilizadas em adutoras por 
recalque; 
• Válvulas de retenção - impede que quando a bomba é paralisada a água volte; 
• Ancoragens – são blocos de concreto colocados nas conexões, curvas e tes, têm 
a funcionalidade de suportar os componentes de esforço não equilibrados; 
• Stand – pipes – dispositivos instalados entre trechos de adutoras por recalque e 
por gravidade. Funciona como um reservatório, sendo sua função evitar que a 
linha piezométrica intercepte a tubulação. 
➢ Em alguns casos são necessárias algumas obras complementares, como: 
• Pontes, pontilhões, pilares, treliças metálicas, berços - estruturas com a função 
de suportar trechos que têm que transpor vãos livres; 
• Túneis - transpor elevações, vencendo dificuldades hidráulicas. 
• Proteção contra corrosão - É utilizado a proteção catódica, que consiste na 
injeção de uma corrente contínua na estrutura a ser protegida. 
➢ Os blocos de ancoragem podem ser de concreto simples ou armado, utilizados em: 
• Redes de distribuição de água; 
• Adutoras; 
• Pontos de deflexão e mudança de diâmetro; 
• Instalações de aparelhos, peças especiais e conexões com juntas elásticas; 
• Terminais de linha; 
• Trechos inclinados sujeitos a deslizamento. 
➢ Os blocos têm a função de absorver os esforços resultantes da pressão exercida pela 
água e transferi-los ao solo. Esforços esses que são provocados por: 
• Transientes; 
• Fechamento ou acionamento de válvulas; 
• Curvas; 
• Reduções; 
• Derivações. 
➢ As tubulações devem ter uma declividade adequada. Assim se ancora uma tubulação 
quando a declividade for maio que: 
• 20% para tubulação aérea; 
• 25% para tubulação enterrada. 
➢ No dimensionamento dos blocos de ancoragem é necessário conhecer alguns dados, 
como: 
• Resultante das forças, direção e intensidade; 
• Tensão máxima admissível na parede lateral da vala; 
• Coesão do solo; 
• Ângulo de atrito interno do solo; 
• Peso específico do solo; 
• Especificações do concreto a ser utilizado; 
• Atrito concreto-solo. 
➢ Há duas formas de dimensionar os blocos de ancoragem: 
• Por atrito entre os blocos e o solo (ancoragem por atrito), 
𝐹𝑎 = 𝜇. (𝑀𝑐 + 𝑀𝑎 + 𝑀𝑡 + 𝑀𝑠)𝑔 
• Por reação de apoio da parede da vala – essa forma de dimensionamento é 
composta por 5 etapa: 
✓ 1º etapa: Selecione os eixos; 
✓ 2º etapa: Determine as pressões, velocidades e vazões em um ponto 
específico; 
✓ 3º etapa: Determine as forças usando as equações fundamentais; 
✓ 4º etapa: Determine a condição do solo; 
✓ 5º etapa: Calcule a dimensão do bloco de ancoragem.