Cálculos de Hidráulica e Captação de Água

Prévia do material em texto

MAPA – HIDRÁULICA 
 
ETAPA 1 
 
A) 
CÁLCULO DA PRESSÃO MENSAL DO BIODIGESTOR 
MÊS Jan Fev Mar Abril Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
∆h(mm) 8300 8350 8380 7200 6490 5970 4850 6040 7090 8250 9400 11550 
 
𝑷𝒓𝒆𝒔𝒔ã𝒐 = 𝑷 ∗ 𝒈 ∗ 
∆𝒉 P= massa específica do mercúrio (kg/m³) g= 
aceleração da gravidade (m/s²) 
∆h= vibração de altura (m) 
 
Considerando Pmer =13560 kg/m³ 
 
e g=10m/s² 
Janeiro Julho 
𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 8,3 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 4,85 
𝑃 = 1125480 𝑃𝑎 = 𝟏𝟏, 𝟏𝟏 𝒂𝒕𝒎 
 
 𝑃 = 657660 𝑃𝑎 = 𝟔, 𝟒𝟗 𝒂𝒕𝒎 
Fevereiro Agosto 
𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 8,35 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 6,04 
𝑃 = 1132260 𝑃𝑎 = 𝟏𝟏, 𝟏𝟕 𝒂𝒕𝒎 
 
 𝑃 = 819024 𝑃𝑎 = 𝟖, 𝟎𝟖 𝒂𝒕𝒎 
Março Setembro 
𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 8,38 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 7,09 
𝑃 = 1136328 𝑃𝑎 = 𝟏𝟏, 𝟐𝟏 𝒂𝒕𝒎 
 
 
 
 𝑃 = 961404 𝑃𝑎 = 𝟗, 𝟒𝟗 𝒂𝒕𝒎 
Abril Outubro 
𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 7,2 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 8,25 
𝑃 = 976320 𝑃𝑎 = 𝟗, 𝟔𝟒 𝒂𝒕𝒎 
 
 𝑃 = 1118700 𝑃𝑎 = 𝟏𝟏, 𝟎𝟒 𝒂𝒕𝒎 
Maio Novembro 
𝑃 = 13560 ∗ 6,49 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 9,4 
𝑃 = 880044 𝑃𝑎 = 𝟖, 𝟔𝟗 𝒂𝒕𝒎 
 
 𝑃 = 1274640 𝑃𝑎 = 𝟏𝟐, 𝟓𝟖 𝒂𝒕𝒎 
Junho Dezembro 
𝑃 = 13560 ∗ 5,97 𝑃 = 13560 ∗ 10 ∗ 11,55 
𝑃 = 809532 𝑃𝑎 = 𝟕, 𝟗𝟗 𝒂𝒕𝒎 
 
 
B) 
 𝑃 = 1566180 𝑃𝑎 = 𝟏𝟓, 𝟒𝟔 𝒂𝒕𝒎 
CÁLCULO DA PRESSÃO DE VAPOR D’ÁGUA MENSAL 
 
 
𝟏.𝟕𝟑𝟎,𝟔𝟑 
𝟖,𝟏𝟗𝟔𝟐− 
 𝑷𝑾 = 𝟏𝟎 𝑻𝒈á𝒔−𝟑𝟗,𝟕𝟐𝟒 
 
Pw= pressão do vapor de água (hPa) 
Tgás= temperatura do gás (k) 
 
 
 
 
 
 
 
1-CÁLCULO DO TGÁS 
 
 Tmín 
(°C) 
Tmáx 
(°C) 
Tméd 
(°C) 
Tgás (k) 
Janeiro 21 30 25,5 298,5 
Fevereiro 21 30 25,5 298,5 
Março 20 30 25 298 
Abril 18 28 23 296 
Maio 15 24 19,5 292,5 
Junho 14 23 18,5 291,5 
Julho 13 24 18,5 291,5 
Agosto 15 26 20,5 293,5 
Setembro 16 27 21,5 294,5 
Outubro 18 29 23,5 296,5 
Novembro 19 30 24,5 297,5 
Dezembro 20 30 25 298 
 
 
2- EQUAÇÃO DE PW 
 
MÊS Jan Fev Mar Abril Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
Pw(hPa) 32,24 32,24 31,30 27,75 22,37 21,01 21,01 23,81 25,32 28,60 30,37 31,30 
 
 
 
C) 
Cálculo do volume de biogás e GLP mensal 
 
Transformado as pressões encontradas na letra A de Pascal (Pa) para Milibar (mbar) 
 
Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
11254,8 11322,60 11363,28 9763,20 8800,44 8095,32 6576,60 8190,24 9614,04 1187,00 12746,4 15661,80 
 
Convertido para Fahrenheit em Kelvin: 
 Tf − 32 Tk − 273 32 − 32 Tk − 273 
 = = = → Tk 
= 𝟐𝟕𝟑 𝐤 
 9 5 9 5 
 
𝑽(𝑳) ∗ (𝑷𝑳 − 𝑷𝒘)(𝒎𝒃𝒂𝒓) ∗ 𝑻𝒐(𝒌) 
 
 𝑽𝒐(𝑳) = 𝑷𝒐(𝒎𝒃𝒂𝒓) ∗ 𝑻(𝒌) 
 
𝑉𝑜 = Volume de biogás padronizado 
𝑉 = Volume de acúmulo de biogás (0,05m³=50L) 
𝑃𝐿 = Pressão da medição do transdutor de pressão (indicados no item 1) 
𝑃𝑤 = Pressão de vapor d’água (encontrada na letra B) 
𝑇𝑜 = Temperatura normalizada (item 3) 
𝑃𝑜 = Pressão normalizada (101325 Pa =1013,25 mbar) 
𝑇 = Temperatura ambiente (25°C =298 k) 
 
 
Volume de biogás 
MÊS Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
Vbio 
(L) 
507,33 510,40 512,28 440,10 396,82 365,01 296,35 369,17 433,47 504,43 574,85 706,60 
 
 
Volume de GLP (Vbiogás *0,35) 
MÊS Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
Vglp(L) 177,57 178,64 179,30 154,04 138,89 127,75 103,72 129,21 151,71 176,55 201,20 247,31 
 
 
ETAPA 2 Fase 1 
 
A) 
- Área de captação do telhado = 40,23 m²; 
- Método de Rippl; 
- Dados pluviométricos do Anexo II; 
- Coeficiente de escoamento C =0,90; 
- Demanda diária de água, D = 139 L 
 
 
Mês 
Chuva 
média 
mensal 
(mm) 
Demanda 
mensal 
(m³) – D(t) 
Área de 
captação 
 (m²) 
Volume 
de 
chuva 
mensal 
(m³) – 
Q(t) 
Demanda 
de 
consumo 
mensal (L) 
– S(t) 
Demanda de 
consumo 
mensal 
acumulada 
(L) 
Janeiro 217 4,17 40,23 7,9 -3690 0 
Fevereiro 174 4,17 40,23 6,3 -2130 0 
Março 126 4,17 40,23 4,6 -390 0 
Abril 99 4,17 40,23 3,6 590 590 
Maio 115 4,17 40,23 4,2 10 590 
Junho 89 4,17 40,23 3,2 950 1540 
Julho 75 4,17 40,23 2,7 1450 2990 
Agosto 73 4,17 40,23 2,6 1530 4520 
Setembro 120 4,17 40,23 4,3 -170 4350 
Outubro 160 4,17 40,23 5,8 -1620 2720 
Novembro 158 4,17 40,23 5,7 -1550 1170 
Dezembro 177 4,17 40,23 6,4 -2240 0 
 
O volume do elevatório tipo cisterna será a máxima de diferença acumulada 
positiva, somente para valores de S(t) maior que zero. O valor calculado foi de 
4520 L. Portanto, o volume comercial do reservatório é de 5.000 L. 
 
B) 
- Área de captação do telhado = 40,23 m²; 
- Método da Simulação; 
- Dados pluviométricos do Anexo II; 
- Coeficiente de escoamento C =0,90; 
- Demanda diária de água, D = 5.139 L, sendo 5.000L para sistema hidropônico e 139 
L da demanda diária de água para consumo. Considerou-se a quantidade de dias em 
cada mês para o cálculo da demanda mensal. 
- Volume do reservatório calculado no item a V = 5.000 L. 
 
 
 
(𝐃𝐞𝐦𝐚𝐧𝐝𝐚 𝐦𝐞𝐧𝐬𝐚𝐥 − 𝐒𝐮𝐩𝐫𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐨) 
𝐃𝐞𝐦𝐚𝐧𝐝𝐚 𝐚𝐭𝐞𝐧𝐝𝐢𝐝𝐚(%) = ∗ 𝟏𝟎𝟎 
𝐃𝐞𝐦𝐚𝐧𝐝𝐚 𝐦𝐞𝐧𝐬𝐚𝐥 
O maior percentual de demanda atendida foi no mês de fevereiro, com 7,85%. Já o 
menor percentual de demanda atendida foi no mês de agosto, com 1,66%. 
 
 
Fase 2 
 
- Altura de queda (h) = 2,90 m; 
- Altura de elevação (H) para o sistema hidropônico = 3,20 m; 
- Volume (V) a ser recalcado diariamente, V = 5 m³; - Perda de carga no recalque (hf) 
= 2,6025 m. 
 
Cálculo do rendimento hidráulico 
𝑹𝒆𝒍𝒂çã𝒐 𝒉/𝑯= 𝒉 𝑯 
+𝒉𝒇 
 
A relação h/H obtida foi de 0,50 Rendimento 
(R) é de 80%. 
 
Cálculo da vazão de alimentação, em que: 
𝑸 ∗ 𝒉 ∗ 𝑹 = 𝒒 ∗ 𝑯 
- q = vazão recalcada (L/min); 
- R = rendimento do carneiro hidráulico; 
- Q = vazão de alimentação (L/min); 
- h = altura de queda (m); 
- H = Altura total de recalque (desnível + perda de carga) (m). 
𝑸 ∗ (𝟐, 𝟗𝟎) ∗ (𝟎, 𝟖𝟎) = (𝟓𝟎𝟎𝟎/(𝟔𝟎 ∗ 𝟐𝟒) ∗ (𝟓, 𝟖𝟎𝟐𝟓) 
Então a vazão de alimentação Q é igual a 8,68 L/min. 
 
Característica do Carneiro Hidráulico 
- Tubo de entrada: 1” 
- Tubo de saída: ½” 
- Tamanho: Nº 3 
 
Fase 3 
Dados para o cálculo da potência da bomba: 
- Pressão requerida (pr) = 100 kPa = 10,2 mca; 
- Desnível geométrico (h) = 3,2 m; 
- Perda de carga: não foram informados dados suficientes para a realização do cálculo, 
como diâmetro do tubo, material do tubo e cotas horizontais do sistema dede 
recalque; 
- Rendimento da bomba η = 75%; 
- Vazão Q = 60 L/min = 0,001 m³/s; 
- Peso específico γ = 1000 kgf/m³; 
- Aceleração da gravidade, g = 10 m/s² 
 
Cálculo da altura manométrica (𝑯𝒎𝒂𝒏) 
𝐇𝐦𝐚𝐧 = 𝐩𝐫 + 𝐡 = 𝟏𝟎, 𝟐 + 𝟑, 𝟐 = 𝟏𝟑, 𝟒 𝐦 
 
Cálculo da potência hidráulica em CV 
𝛄𝐐𝐇𝐦𝐚𝐧 
𝐏 = 
𝟕𝟓 
 
(𝟏𝟎𝟎𝟎) ∗ (𝟎, 𝟎𝟎𝟏) ∗ (𝟏𝟑, 𝟒) 
𝐏 = 
𝟕𝟓 
𝐏 = 𝟎, 𝟏𝟖 𝐂𝐕 
 
Cálculo da potência hidráulica em kW: 
𝐏 = 𝐠 ∗ 𝐐 ∗ 𝐇𝐦𝐚𝐧 
𝐏 = (𝟏𝟎) ∗ (𝟎, 𝟎𝟎𝟏) ∗ (𝟏𝟑, 𝟒) 
𝐏 = 𝟎, 𝟏𝟑𝟒 𝐤𝐖 = 𝟏𝟑𝟒𝐖 
 
Cálculo da potência ideal em CV: 
𝜸𝑸𝑯𝒎𝒂𝒏 
𝑷 = 
𝟕𝟓 ∗ 𝜼 
 
(𝟏𝟎𝟎𝟎) ∗ (𝟎, 𝟎𝟎𝟏) ∗ (𝟏𝟑, 𝟒) 
𝐏 = 
𝟕𝟓 ∗ (𝟎, 𝟕𝟓) 
𝑷 = 𝟎, 𝟐𝟒 𝑪𝑽 
 
Potência nominal em CV 
Precisamos de 0,24cv de potencia para o funcionamento da bomba então temos que 1/3 
cv é o ideal como essa potencia já é muito comercializada e suficiente do que 
precisamos.Fase 4 
 
A) 
163,82 L. 
163,82/1,8 = 91,01 h 91,01/30 = 3,03 h 
 
B) 
Volume de recirculação é de 1 m³/dia. 
Taxa de recirculação é de 0,33 m³ de água/hora/dia. 
 
ETAPA 3 Fase 1 
 
A) Não, se considerarmos um mês de 30 dias, teremos uma produção de biogás de 
3,03 horas/dia do consumo da bomba. 
B) 
Não. Mas atendeu 3,35% do sistema hidropônico juntamente com o consumo de água 
dos habitantes da casa. 
 
C) 
Vão ser utilizados 5.000 L para o sistema hidropônico somados a 1.000L do volume de 
recirculação, totalizando 6.000L/dia. Cada unidade de plantação de alface demanda 5 
L/dia, com tempo de produção de um mês. Portanto, a família conseguirá produzir 
1200 pés de alface por mês. 
 
D) 
A renda mensal da família será de R$2.100,00. 
 
 
Fase 2 
Caro gerente de projetos, 
Tendo em vista a construção de 50 casas populares que faremos na construtora, é 
necessário analisar a implantação de sistemas sustentáveis no empreendimento, visto 
que muitas famílias que morarão no novo conjunto habitacional passam por 
dificuldades para se manter. Por isso, gostaria de propor algumas medidas para que as 
casas sejam autossustentáveis e que também gere alguma espécie de renda para as 
famílias. Segue abaixo o modelo do projeto da casa autossustentável: 
 
O projeto apresentado acima possui alguns sistemas de economia. O primeiro deles é a 
captação de águas pluviais no telhado da casa, sendo necessária uma cisterna de 5.000 
L para o aproveitamento total dessa água. A água captada será suficiente para atender o 
consumo da família e ainda ajudará em partes a irrigação de um sistema hidropônico. 
O segundo é o aproveitamento do biogás da decomposição das matérias orgânicas, 
como resíduos de produção vegetal, de produção animal e de atividades humanas. Esse 
biogás servirá de combustível para a geração de energia elétrica. Essa energia será 
utilizada para a recirculação de água do sistema hidropônico, fazendo com que a 
bomba consiga operar cerca de 3h por dia. Além disso, o sistema hidropônico será 
responsável pela geração de renda das famílias, uma vez que poderão ser produzidos 
até 1.200 pés de alface/mês, totalizando uma renda mensal de R$2.100,00. 
A construção de um empreendimento como esse não só gerará uma transformação na 
vida das famílias, como também terá impacto na forma como nossa empresa é vista no 
mercado. O sistema ainda não perfeito, precisará de algumas melhorias na eficiência 
da captação de água de chuva, pois supre apenas 3,35 % da demanda total de água 
(consumo pessoal + sistema hidropônico). Porém esse valor é significativo, tendo em 
vista que estamos falando de famílias sem fonte de renda e que já conseguiriam 
economizar toda a água do consumo próprio e ainda parte da água utilizada para a 
plantação de alfaces. Uma alternativa para a melhoria do suprimento de água do 
sistema seria a impermeabilização de algumas áreas do terreno com lonas, aumentando 
as áreas de contribuição para captação de águas de chuva. 
Além de todas melhorias e economias supracitadas, também pode-se utilizar o 
biofertilizante produzido a partir do biodigestor para ajudar na nutrição da plantação de 
alface. Desse modo, serão produzidos alimentos mais saudáveis, com menor impacto 
ao meio ambiente. Em adição, o uso de biofertilizante proporciona o fortalecimento 
das plantas, garantindo maior resistência ao ataque de pragas e doenças. Vale ressaltar 
também que o biofertilizante poderá ser comercializado, tornando-o também uma fonte 
de renda para as famílias. 
De acordo com o que foi apresentado, nota-se que a construção de casas bio 
sustentáveis é extremamente vantajosa. É vantajoso para o meio ambiente, pois produz 
energia limpa, diminui o consumo de água e reaproveita os resíduos. É vantajoso para 
as famílias que morarão no conjunto habitacional, pois terão na casa um sistema 
econômico de água e de energia, e conseguirão obter fonte de renda. E, ainda, é 
vantajoso para nossa empresa, uma vez que ela será bem-vista no mercado e irá 
movimentar a economia local.