Adutoras por gravidade

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ADUTORAS ADUTORAS 
POR POR 
GRAVIDADE
DEFINIÇÃO DE ADUTORASDEFINIÇÃO DE ADUTORAS
ADUTORAS são canalizações que
t t á d d l l dtransportam água desde o local de
captação até o ponto de utilização
di t ib i ãsem que ocorra distribuição no
trajeto.
Possuem poucas ou mesmo
nenhuma ramificação (a vazão queç ( q
circula é constante).
ADUTORA POR GRAVIDADEADUTORA POR GRAVIDADE
Açude em cota alta
Adutora por 
gravidade
Pi i ltPiscicultura
Utiliza-se apenas o desnível para promover o p p p
escoamento da água.
ADUTORA POR RECALQUEADUTORA POR RECALQUE
Estação de 
bombeamento
Utiliza se a energia fornecida por um sistema de Utiliza-se a energia fornecida por um sistema de 
bombeamento para promover o escoamento da água.
ADUTORA MISTAADUTORA MISTA
Adutora por 
Adutora por 
recalque
Reservatório 
elevado u p
gravidade
recalque
Estação deEstação de 
bombeamento
Bebedouro
Num trecho da canalização
Córrego
Num trecho da canalização
utilizamos energia de sistema
de bombeamento e noutro o
desnível.
PROJETO DE ADUTORASPROJETO DE ADUTORAS
Para elaborar o projeto de uma adutora
em que não ocorram problemas durante oq p
escoamento, é necessário conhecer o perfil
da canalização.ç
Perfil é a representação em corte
longitudinal da canalização em um eixolongitudinal da canalização em um eixo
cartesiano.(*1)
Este perfil deve ser obtido através deEste perfil deve ser obtido através de
levantamento altimétrico no local onde será
instalada a canalizaçãoinstalada a canalização.
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADE ROTEIROADUTORAS POR GRAVIDADE - ROTEIRO
1) Representar o perfil do terreno.) p p
Utili ft áfi ( l ilhUtilizar software gráfico (planilha
Excel ou similar) ou papel milimetrado e
definir um Plano de Referência (próprio
eixo X););
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADE(*2)ADUTORAS POR GRAVIDADE(*2)
Distância Cota do 
(m) terreno (m)
0 32
20 30,5
40 27,9
Perfil da adutora
,
60 25,6
80 24
100 22,4
120 18,2
140 16 4 25
30
35
)140 16,4
160 12,6
165 8,2
180 9,6
200 10,1
10
15
20
25
C
ot
as
 (m
)
220 11,3
240 12,2
260 12,8
280 17,6
292 17,9
0
5
10
0 100 200 300 400
C
,
300 17,8
320 15,2
340 14,6
360 14,1
380 12 4
0 100 200 300 400
Distâncias (m) - plano de referência
380 12,4
400 12,9
418 14,5
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADE ROTEIROADUTORAS POR GRAVIDADE - ROTEIRO
2) Representar o Plano de Energia Efetiva (em
õ l ti )pressões relativas);
O Plano de Energia Efetiva (PEE) representa a
energia total para que se dê o escoamentoenergia total para que se dê o escoamento,
considerando pressões relativas.
É uma linha horizontal que começa no nível 
da água no ponto de captação da água no ponto de captação .
O QUE É O PLANO DE ENERGIA 
EFETIVA?EFETIVA?
A linha horizontal representa a
energia total disponível para que on rg a tota spon para qu o
escoamento ocorra.
Plano de energia efetiva
Energia 
disponível Δhp
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADEADUTORAS POR GRAVIDADE
PLANO DE ENERGIA EFETIVA
NÍVEL DA ÁGUA
Δh
PERFIL DA ADUTORA
PLANO DE REFERÊNCIA
0
PLANO DE REFERÊNCIA
A diferença de altura Δh entre o PEE e o final da
canalização representa a energia disponível para ocanalização representa a energia disponível para o
escoamento por gravidade.
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADE ROTEIROADUTORAS POR GRAVIDADE - ROTEIRO
3) Representar a Linha de Energia
Ef ti (p ssõ s l ti s);Efetiva (pressões relativas);
O que é a linha de energia efetiva???O que é a linha de energia efetiva???
É a linha cuja altura representa em
d i l idcada ponto a energia total contida no
encanamento.
POSIÇÕES DA LINHA QUE A LINHA DE 
ENERGIA EFETIVA PODE ASSUMIRENERGIA EFETIVA PODE ASSUMIR
) R ist t t lm nt f h d
P.E.E
a) Registro totalmente fechado
Linha de Energia 
Efetiva p/γ pressão medida
P.ref.
Linha de 
E Ef
P.E.E
Hf = energia perdida 
no escoamentoEnergia Efetiva
P.ref.
p/γ
no escoamento
pressão medida
b) Registro parcialmente aberto
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADE ROTEIROADUTORAS POR GRAVIDADE - ROTEIRO
P.E.E
Linha de Energia 
Efetiva
Hf = energia perdida 
no escoamento
P.ref.
Pressão restante = zeroPressão restante = zero
ADUTORAS POR GRAVIDADE – POSIÇÕES DA 
LINHA DE ENERGIA EFETIVALINHA DE ENERGIA EFETIVA
3 1) Canalização adutora descarrega livremente na3.1) Canalização adutora descarrega livremente na
atmosfera.
O final da LEE coincide com o final da
li ã T d i d si ã (dif dcanalização. Todo a energia de posição (diferença de
cota ΔH) é dissipada (perda de energia Hf).
LINHA DE ENERGIA EFETIVA
PLANO DE ENERGIA EFETIVO
Hf
0 PLANO DE REFERÊNCIA
ADUTORAS POR GRAVIDADE – POSIÇÕES DA 
LINHA DE ENERGIA EFETIVA
3 2) A adutora não descarrega livremente na
LINHA DE ENERGIA EFETIVA
3.2) A adutora não descarrega livremente na
atmosfera.
A LEE termina acima do final da tubulação de
uma altura h = p/γ.
PLANO DE ENERGIA EFETIVO
p/γ
LINHA DE ENERGIA EFETIVA
Hf
p/γ
ASPERSOR
PLANO DE REFERÊNCIA0 PLANO DE REFERÊNCIA0
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE 
ADUTORAS POR GRAVIDADEADUTORAS POR GRAVIDADE
A altura h = p/γ representada nap γ p
figura anterior indica que a água ainda
possui energia de pressão depois dopossui energia de pressão depois do
escoamento na adutora.
A i di i d Hf áA energia dissipada Hf será menor,
visto que somente parte da energia de
posição (diferença de nível ΔH) é usada
para promover o escoamento.para promover o escoamento.
ANÁLISE DA POSIÇÃO DA CANALIZAÇÃO EM 
RELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVARELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVA
4) V ifi i ã d t b l ã l ã4) Verificar a posição da tubulação em relação ao
PEE e a LEE.
4.1) Posição favorável
Canalização assentada abaixo da linha de energiaCanalização assentada abaixo da linha de energia
efetiva em toda a sua extensão.
Recomendação prática: manter a linha deRecomendação prática: manter a linha de
energia efetiva 4 metros acima da canalização o
maior trecho possível.p
Benefícios: Escoamento normal e vazão
correspondente aos cálculos.
ANÁLISE DA POSIÇÃO DA CANALIZAÇÃO EM 
RELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVARELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVA
Peças necessárias:
Registros no início e no final da canalização;
Válvula de descarga para permitir oVálvula de descarga para permitir o
esvaziamento e a limpeza da canalização nos
pontos baixos;pontos baixos;
Ventosas para permitir a expulsão do ar da
canalização durante seu enchimento e acanalização durante seu enchimento e a
operação normal diária.
ANÁLISE DA POSIÇÃO DA CANALIZAÇÃO EM 
RELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVARELAÇÃO À LINHA DE ENERGIA EFETIVA
PLANO DE ENERGIA EFETIVO
p/γ
LINHA DE ENERGIA EFETIVA
Hf
p γ
ASPERSOR
VENTOSA SAÍDA PARA ESVAZIAMENTO
PLANO DE REFERÊNCIA0
VENTOSA SAÍDA PARA ESVAZIAMENTO
REGISTROS
ADUTORAS POR GRAVIDADE – EXERCÍCIO
Dimensionar uma canalização para 
escoar uma vazão Q = 22 l/s, sabendo que:
ΔH = 30m (diferença de cota entre a ( ç
captação da água e o final da canalização);
L = 500m (comprimento da canalização);L 500m (comprimento da canalização);
Coeficiente de rugosidade C = 100 (canos de 
ferro fundido com 10 anos de utilização);ferro fundido com 10 anos de utilização);
Q = 22l/s = 0,022 m3/s.
ADUTORAS POR GRAVIDADE – EXERCÍCIO
Hf = J.L ⇒ No problema, ΔH = Hf ,p
Portanto, J = ΔH /L = 30/500 = 0,06
380 38,0
54,0 .
.587,3
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛=
CJ
QD
D = 118 mm (Não existe este diâmetro 
no comércio para ser adquirido)
⎠⎝
no comércio para ser adquirido)
SOLUÇÃO ?
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
ÂENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
Alternativas:
M li ã 125Montar uma canalização com 125 mm 
de diâmetro. Teremos Q = 0,257 Q
m3/s ≈ 26 l/s;
Comprar alguns canos de 125 mm e oComprar alguns canos de 125 mm e o 
restante de 100 mm (solução 
ô i ) t ã d 22econômica) para termos a vazão de 22 
l/s.
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
ÂENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
Para resolver o problema, sabemos que:
1. A soma das perdas de energia nos trechos
de 100mm e de 125mm não pode ultrapassarde100mm e de 125mm não pode ultrapassar
30mH2O.
Hf100 Hf125 30 H OHf100 + Hf125 = 30 mH2O
ou
J100. L100 + J125.L125 = 30 mH2O
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
ÂENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
2. A soma dos comprimentos dos dois p
trechos da canalização tem que ser 
igual a 500migual a 500m.
L100 + L125 = 500m
ADUTORAS POR GRAVIDADE –
ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROSENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
Então:
J100 L100 + J125 L125 = 30J100.L100 + J125.L125 = 30
L100 + L125 = 500 ⇒ L100 = 500 – L125
J100 (500 L125) + J125 L125 = 30J100.(500 – L125) + J125.L125 = 30
(TRÊS INCÓGNITAS, DUAS PODEM 
SER CONHECIDAS ⇒ J100 E J125)
ADUTORAS POR GRAVIDADE –
ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROSENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
J100 = 0,133 mH2O/m linear
J125 = 0,045 mH2O/m linear
0,133.500 – 0,133.L125 + 0,045.L125 = 30
L125 = 414,7 ≈ 415 m
L100 = 500 – 415 = 85 mL100 = 500 415 = 85 m
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROSENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS
PLANO DE ENERGIA EFETIVOPLANO DE ENERGIA EFETIVO
Hf125
Hf100LINHAS DE ENERGIA EFETIVA
PLANO DE REFERÊNCIA0
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTOPOSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
P e r f i l d a a d u t o r a
5 0 0
5 1 0
Plano de energia efetiva
4 7 0
4 8 0
4 9 0
5 0 0
as
 (m
)
Linha de energia efetiva
4 3 0
4 4 0
4 5 0
4 6 0
C
ot
Plano de referência (eixo X)4 3 0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0
D is t â n c ia s ( m )
Analisar a posição da adutora em 
l ã à li h d i f tirelação à linha de energia efetiva
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTOPOSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
Como se pode observar na figurap g
anterior, a linha de energia efetiva corta
o perfil da canalização o que constituio perfil da canalização, o que constitui
uma posição desfavorável ao escoamento,
pois no trecho que ficará abaixo da linhapois no trecho que ficará abaixo da linha
de energia, haverá pressão negativa.
ADUTORAS POR GRAVIDADE:
POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTOPOSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
As conseqüências desfavoráveis
esperadas são:esperadas são
formação de bolsas de ar no ponto
mais alto;mais alto;
entrada de ar em juntas mal vedadas.
A solução para a situação
apresentada consiste na instalação dep ç
uma caixa de passagem no ponto mais
alto do trecho onde ocorre o problema.p
SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES 
DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTODESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
P e r f i l d a a d u t o r a
4 9 0
5 0 0
5 1 0
) P.E.E. 2L E E 1
P.E.E. 1
4 4 0
4 5 0
4 6 0
4 7 0
4 8 0
4 9 0
C
ot
as
 (m
) L.E.E. 1
L.E.E. 2
Caixa de passagem
4 3 0
4 4 0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0
D is t â n c ia s ( m )
A figura acima mostra a posição da caixa de
i d i t h di ti t b dpassagem, que cria dois trechos distintos, ambos escoando
por gravidade. Pode-se observar que agora os dois trechos
situam-se abaixo da linha de energia efetiva, o quesituam se abaixo da linha de energia efetiva, o que
significa que não haverá pressão negativa.
SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES 
DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTODESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
Trata-se de um pequeno tanquep q q
aberto à atmosfera, que interrompe a
adutora e cria duas canalizaçõesadutora e cria duas canalizações
distintas.
A caixa recebe a vazão conduzidaA caixa recebe a vazão conduzida
no primeiro trecho e abastece o
d t h t té isegundo trecho, que tem seu término no
ponto de utilização da água.p g
SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES 
DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTODESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO
Para efeito de dimensionamento,
teremos duas canalizações distintas
transportando a mesma vazão Qtransportando a mesma vazão Q.
A energia disponível (ΔH) para o
t id d á btidescoamento por gravidade será obtida a
partir da diferença entre as cotas do
início e do final de cada canalização.
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
VAZÃO EXEMPLOVAZÃO - EXEMPLO 
TRECHO 1 – DADOS CONHECIDOS:
Vazão que será transportada: 15 m3/h = 4,167 xq p
10-3 m3/s;
Cota do início = 500 m (cota do nível da água no( g
açude);
Cota do final = 492,5 m (cota do nível da água, ( g
na caixa de passagem);
Comprimento L = 460 m (distância do início damp m m (
canalização até a caixa de passagem).
ΔH1 = 500 – 492,5 = 7,5 m L1 = 460 mH1 500 492,5 7,5 m L1 460 m
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
VAZÃO EXEMPLOVAZÃO - EXEMPLO
A energia máxima dissipada parag p p
condução da água em cada metro de
canalização (J1) será dada por:ç ( ) p
J1 = = 7 5 / 460 = 0 015 mH O/m linearJ1 = = 7,5 / 460 = 0,015 mH2O/m linear
( ã d di i d(pressão que pode ser dissipada por metro 
linear de canalização)
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
VAZÃO EXEMPLOVAZÃO - EXEMPLO
Pergunta: Que diâmetro deverá ter a
canalização para que seja capaz dep q j p
transportar a vazão necessária com o valor de
J disponível?
Q = 4,167x10-3 m3/s
C = 1403805873 .)*,( QD = J1 = 0,015540 . )*
(
CJ
D =
D1 = 0,0733 m = 73,3 mm ≈ 75 mm (diâmetro
comercial))
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
ÃVAZÃO - EXEMPLO
TRECHO 2 – DADOS CONHECIDOS:
V ã á d 15 3/h 4 167Vazão que será transportada: 15 m3/h = 4,167 x
10-3 m3/s;
C t d i í i 492 5 m ( t d í l d áCota do início = 492,5 m (cota do nível da água
na caixa de passagem);
Cota do final = 467 5 m (cota do nível da águaCota do final = 467,5 m (cota do nível da água
no ponto final de utilização);
Comprimento L = 240 m (distância do início daComprimento L = 240 m (distância do início da
canalização até a caixa de passagem).
ΔH2 = 492,5 – 467,5 = 25 m L2 = 240 m9 , , m m
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
VAZÃO EXEMPLOVAZÃO - EXEMPLO
A energia máxima dissipada parag p p
condução da água em cada metro de
canalização (J2) será dada por:ç ( ) p
J2 = = 25 / 240 = 0 104 mH O/m linearJ2 = = 25 / 240 = 0,104 mH2O/m linear
( ã d di i d(pressão que pode ser dissipada por metro 
linear de canalização)
CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA 
VAZÃO EXEMPLOVAZÃO - EXEMPLO
Pergunta: Que diâmetro deverá ter a
canalização para que seja capaz dep q j p
transportar a vazão necessária com o valor de
J2 disponível?
Q = 4,167x10-3 m3/s
C = 1403805873 .)*,( QD = J2 = 0,104540 . )*
(
CJ
D =
D1 = 0,0493 m = 49,3 mm ≈ 50 mm (diâmetro
comercial))