Baixe Sistemas Prediais de Agua Fria e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! Texto Técnico Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia de Construção Civil TT/PCC/08 Sistemas Prediais de Agua Fria Marina Sangoi de Oliveira Ilha Orestes Marraccini Gonçalves Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Construção Civil Texto Técnico - Série TT/PCC Diretor: Prof. Dr. Francisco Romeu Landi Vice-Diretor: Prof. Dr. Antonio M. A. Massola Chefe do Departamento: Prof. Dr. Vahan Agopyan Suplente: Prof. Dr. Alex Kenya Abiko O Texto Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/Departamento de Engenharia de Construção Civil, destinada a alunos dos cursos de Graduação Ilha, Marina Sangoi de Oliveira Sistemas prediais de água fria / M.S. de O. Ilha, O.M. Gonçalves. -—- São Paulo : EPUSP, 1994, 106p. -- (Texto Técnico/Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Cívil, TI/PCC/08) 1. Instalações hidráulicas e sanitárias 1. Con- calves, Orestes Marraccini II, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica. Departamento Je Engenha- ria de Construção Civil III. Título IV. Série CDU 628.6 7.2.5 Perda de Carga ............... eeremerereemeremereremme 7.2.6 Verificação das Pressões Mínimas Necessárias 8. MATERIAIS E COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA ...59 8.1 TUBOS E CONEXÕES ...................... 8.1.1 Cloreto de Polivinila (PVC rígido) 8.1.2 Aço Carbono .............cirees 8.1.3 Cobre ........ 8.1.4 Comentários 8.2 VALVULAS........... 8.2.1 Válvula de Gaveta 8.2.2 Válvula Globo ... 8.2.3 Vávula de Retenção 8.2.4 Válvula Redutora de Pressão 8.2.5 Válvula Bóia ............ 8.3 APARELHOS SANITÁRIOS 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............. siena 73 10. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA AGRADECIMENTOS ................... ANEXOS: ANEXO 1 - PROJETO DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA - SIMBOLOGIA E ELEMENTOS BÁSICOS ................ ir rereereremeerereeeeremeeeeeereerarereneerenearereerarerenrerenearerenseres 75 ANEXO 2 - FUNDAMENTOS DE MECÂNICA DOS FLUIDOS APLICADOS AO DIMENSIONAMENTO DE CONDUTOS FORÇADOS ..................... is itesmeenereeness 83 ANEXO 3 - PLANILHAS PARA O DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE AGUA FRIA ..............rereremerereemeremeerereeeenemeerereeeenemee care neenareeneanere 103 ANEXO 4 - ALTURAS DOS PONTOS DE ALIMENTAÇÃO DOS APARELHOS SANITÁRIOS.............eerrerermeremmerereereremeerereeeerenereeeee cone nencarer ease nenrarerensere 105 1 OS SISTEMAS SANITÁRIOS PREDIAIS Segundo conclusões da comissão de trabalho do CIB, o edifício é constituído de subsistemas inter-relacionados, classificados de acordo com suas funções, conforme ilustra a tabela 1. Tabela 1 - Classificação dos subsistemas do edifício segundo norma ISSO/DP6241 (extraído de CIB - Publication 64). SUBSISTEMAS ESTRUTURA: * FUNDAÇÕES *» SUPERESTRUTURA ENVOLTÓRIA EXTERNA: * SOBNÍVEL DO SOLO e SOBRENÍVEL DO SOLO DIVISÕES DE ESPAÇOS EXTERNOS: » VERTICAIS » HORIZONTAIS e ESCADAS DIVISORES DE ESPAÇOS INTERNOS: e VERTICAIS e HORIZONTAIS * ESCADAS SERVIÇOS: * SUPRIMENTO E DISPOSIÇÃO DE ÁGUA * CONTROLE TÉRMICO E VENTILAÇÃO * SUPRIMENTO DE GÁS * SUPRIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA e TELECOMUNICAÇÕES e TRANSPORTE MECÂNICO * TRANSPORTE PNEUMÁTICO E POR GRAVIDADE * SEGURANÇA E PROTEÇÃO Ao projetar cada subsistema é indispensável considerar as diversas interações com os demais subsistemas, de tal forma que o produto final apresente a harmonia funcional solicitada pelo usuário. Segundo GRAÇA (1985), a harmonia funcional é a inter-relação entre os subsistemas visando o adequado relacionamento Homem - Edifício - Meio Ambiente. Os sistemas sanitários prediais, conforme vê - se na figura 1, podem ser divididos em: * sistema de suprimento: * água fria; * água quente; * sistema de equipamento/aparelho sanitário * sistema de esgotos sanitários ORIGEM DESTINO DA ÁGUA ÁGUA PARA CONSUMO € ÁGUA UTILIZADA - EFLUENTE Figura 1 - Sistemas sanitários prediais. SISTEMA DE SUPRIMENTO SISTEMA DE EQUIPAMENTO SANITÁRIO SISTEMA DE Esgotos SANITÁRIOS 3 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 3.1 Sistema Direto No sistema direto, as peças de utilização do edifício estão ligadas diretamente aos elementos que constituem o abastecimento, ou seja, a instalação é a própria rede de distribuição. Conforme as condições de pressão e vazão da rede pública, tendo em vista as solicitações do sistema predial, o sistema direto pode ser sem bombeamento ou com bombeamento. 3.1.1 Sistema Direto sem Bombeamento Neste caso, é o sistema de abastecimento que deve oferecer condições de vazão, pressão e continuidade suficientes para o esperado desempenho da instalação. Este sistema encontra-se detalhado na figura 3. DISTRIBUIDOR PÚBLICO Figura 3 - Sistema direto sem bombeamento 3.1.2 Sistema Direto com Bombeamento Neste caso, à rede de distribuição é acoplado um sistema de bombeamento direto, conforme a figura 4. A água é recalcada diretamente do sistema de abastecimento até as peças de utilização. Esta tipologia de sistema direto é empregada quando a rede pública não oferece água com pressão suficiente para que a mesma seja elevada aos pavimentos superiores do edifício. DISTRIBLIDOR PÚBLICO Figura 4 - Sistema direto com bombeamento. 3.1.3 Comentários O sistema direto apresenta, basicamente, as seguintes vantagens: * dispensa reservatórios; * proporciona um menor custo da estrutura, pois uma vez que dispensa a construção de reservatórios (superior e inferior), há uma diminuição da carga depositada sobre a mesma; * possibilita a disposição de uma maior área útil, já que o espaço destinado aos reservatórios poderá ser utilizado para outros fins; * garante uma mehor qualidade da água, tendo em vista que o reservatório pode se constituir numa fonte de contaminação (limpeza inadequada ou inexistente, possibilidade de entrada de elementos estranhos, etc). Porém, o sistema direto apresenta também algumas desvantagens, tais como: * fica inoperante quando falta água na rede pública, pois não é provido de reservatório; * necessita de dispositivos anti-retorno, para impedir que a água retorne e possa contaminar a rede pública; * solicita continuamente a rede pública, com pressões e vazões adequadas ao sistema predial; * tem-se um aumento da reserva de água no sistema público, uma vez que este terá que atender aos picos de consumo do edifício; * pode ocorrer contaminação da rede pública devido a um funcionamento inadequado do dispositivo anti-retorno, que é um componente mecânico. No caso do sistema direto ser pressurizado por bomba, existem outros fatores a serem considerados, quais sejam: 3.2.1.2 Sistema - Indireto com Bombeamento No caso do sistema indireto com bombeamento, tem-se um alimentador predial equipado com válvula de.bóia, a instalação elevatória, o reservatório superior e a rede de distribuição. Esta solução é adotada quando não forem oferecidas, pelo sistema de abastecimento, condições hidráulicas suficientes para elevação da água ao reservatório superior. Desta forma, a finalidade do sistema de recalque é elevar a água diretamente do sistema de abastecimento ao reservatório superior, sendo o suprimento feito conforme o controle imposto pela válvula de bóia. Na figura 6 é apresentado um esquema do sistema indireto com bombeamento. DISTRIBUIDOR PÚBLICO Figura 6 - Sistema indireto com bombeamento. 3.2.1.3 Sistema Indireto RI-RS Este sistema é composto por um alimentador predial com válvula de bóia, reservatório inferior, instalação elevatória, reservatório superior e rede de distribuição. O inicio do ciclo de funcionamento deste sistema ocorre quando o reservatório superior estiver no nível máximo e a instalação elevatória desligada. O reservatório superior possui uma chave elétrica de nível, a qual aciona a instalação elevatória num nível mínimo e desliga a mesma num nível máximo. Desta forma, havendo consumo na rede de distribuição, o nível da água no reservatório superior desce até atingir o nível de ligação, acionando a instalação elevatória, a qual será novamente desligada quando a água voltar a atingir o nível máximo, encerrando assim o ciclo. Paralelamente, quando do acionamento da instalação elevatória, a válvula de bóia do alimentador predial abre-se parcial ou totalmente, e o reservatório inferior passa a ser alimentado pela rede de abastecimento. Vale salientar que o reservatório inferior também é equipado de uma chave elétrica de nível, a qual impossibilitará o acionamento da instalação elevatória quando o referido reservatório estiver vazio. A figura 7 apresenta um esquema deste sistema . (O) DisTRIBUIDOR PÚBLICO Figura 7 - Sistema indireto RI-RS Convém salientar que as características de funcionamento do sistema em questão, evidenciam que as condições hidráulicas exigidas ao sistema de abastecimento referem-se apenas ao reservatório inferior. 3.2.1.4 Comentários Os sistemas indiretos por gravidade apresentam as seguintes vantagens: * rede predial menos exposta às falhas da rede pública, uma vez que com o(s) reservatório(s) se garante, dentro do possível, a continuidade da vazão e pressão nacesscirias para o sistema predial; * economia de energia elétrica, pois não se utiliza de bombas para elevar a água aos reservatórios superiores; no caso de sistemas indiretos por gravidade, aumentado diretamente pela rede pública e no caso de sistemas indiretos por gravidade através de um reservatório inferior com bombeamento de água ao reservatório superior, o conjunto motorbomba é utilizado apenas durante determinados periodos de tempo, economizando assim energia elétrica. Em contrapartida, os sistemas indiretos por gravidade apresentam as seguintes desvantagens: * possibilidade de contaminação da água nos reservatórios; * maior custo, devido ao acréscimo de carga na estrutura, decorrente da existência de um reservatório superior; * maior tempo de execução da obra, pois a existência do reservatório implica numa estrutura mais complexa e a tubulação tem, na maioria das vezes, um percurso maior, uma vez que não mais alimenta diretamente os aparelhos sanitários; * maior área de construção, com o acréscimo decorrente das áreas dos reservatórios, acarretando uma menor área útil. Desta forma, quando há consumo na rede de distribuição, o nível de água no reservatório começa a diminuir progressivamente. O colchão de ar expande-se e a pressão no interior do tanque diminui até atingir a pressão mínima. Nesta situação, o pressostato aciona o sistema de recalque elevando, simultaneamente, o nível de água e a pressão no interior do tanque aos respectivos valores máximos. À pressão máxima, o pressostato desliga o sistema de recalque, propiciando o inicio de um novo ciclo. Quanto ao reservatório inferior, o mesmo comporta-se identicamente ao reservatório inferior do sistema indireto RI-RS. Na figura 10 é apresentado um esquema, do sistema hidropneumíático. DISTRIBNOOR PÚBLICO Figura 10 - Sistema hidropneumático. 4 ESCOLHA DO SISTEMA A SER UTILIZADO 4.1 Condições Gerais Quanto a escolha do sistema a ser utilizado, é importante observar as condições de disponibilidade de suprimento oferecidas pela rede de pública, assim como as condições de demanda. As condições de disponibilidade de suprimento da rede pública podem ser sintetizadas em três situações: A suprimento continuamente disponível e confiável: nesta forma de suprimento, o abastecimento de água feito pela rede pública não está sujeito a interrupções sistemáticas; as eventuais interrupções são, em quantidade e duração, compatíveis com a confiabilidade esperada da instalação. B. suprimento continuamente disponivel e não confiável: nesta forma de suprimento, o abastecimento de água feito pela rede pública não está sujeito a interrupções sistemáticas, porém, quando ocorrem, estas interrupções são incompatíveis com a confiabilidade esperada do sistema predial. Cc. suprimento com disponibilidade intermitente: nesta forma de suprimento, o abastecimento de água está sujeito a interrupções sistemáticas. As condições de demanda referem-se às relações entre as solicitações mínimas, em termos de vazão e pressão do sistema de distribuição, e as condições mínimas oferecidas pelo sistema público. 4.2 Escolha do Sistema Se o suprimento for continuamente disponível e confiável, o sistema predial de água fria a ser adotado poderá ser direto ou indireto, dependendo das condições de demanda. Todavia, sendo o suprimento continuamente disponível e não confiável, ou de disponibilidade intermitente, recomenda-se a utilização do sistema indireto. Quando o sistema público tiver vazão (Qea) maior ou igual à vazão de pico do sistema de distribuição (Qpsa), e a pressão disponível no ponto terminal (Psa) também for maior ou igual à pressão mínima necessária nos pontos de consumo (Ppc), poderá ser escolhido tanto o sistema direto como o sistema indireto com reservatório superior, ou seja: Qu 2 Qpso SISTEMA DIRETO Pos > Poe SISTEMA INDIRETO (RS) Por outro lado, se o sistema público tiver vazio (Qsa) maior ou igual a vazão de pico do sistema de distribuição (Qpsa), porém a pressão disponível no ponto terminal (Psa) for menor que a pressão mínima necessária nos pontos de consumo (Pp), as altemativas de escolha para o sistema predial de água fria são: sistema direto com bombeamento, ou indireto com bombeamento com reservatório superior e inferior, ou ainda, indireto com bombeamento com reservatório inferior e tanque de pressão, (indireto hidropneumático com bombeamento). Então: Qsa > Qeso SISTEMA DIRETO (C/BOMBA) = SISTEMA INDIRETO C/ BOMBA(RI + RS) Po < Po SISTEMA INDIRETO C/ BOMBA(RI + TP) º No item 5.2.2.1. “...À adoção do tipo direto para alguns pontos de utilização e do indireto para outros, explorando-se as vantagens de cada tipo..." . No item 5.2.2.2.: "... Nos lugares onde a pressão disponível na rede pública é insuficiente... pode ser introduzido um equipamento para elevação da pressão da água (evidentemente sem utilização de reservatório), desde que haja autorização da concessionária..." . No item 5.2.9.1.: “...O caso de instalação elevatória do tipo bombeamento direto da rede pública deve ser evitado porque provoca pertubações na pressão da rede pública..." — Código Sanitário de São Paulo Decreto nº 12342 — 27/03/78 Basicamente, dois artigos referenciam os tipos de sistemas prediais de água fria a serem adotados: Art. 10 - "Sempre que o abastecimento de água não puder ser feito com continuidade e sempre que for necessário para o bom funcionamento das instalações prediais, será obrigatória a existência de reservatórios prediais" Art. 12 — “Não será permitida: |- A instalação de dispositivos para a sucção da água diretamente da rede”. — Companhia de Saneamento BAsico do Estado de SP - SABESP Refere-se ao, sistema predial de água fria nos seguintes artigos: Art. 28 - "... deverão ser providos de reservatório ...... :" Item 1 - Prédios com mais de 3 pavimentos deverão ter Reservatório inferior e Superior Art. 29 - Veta qualquer dispositivo de sucção ligado diretamente à rede pública. 5 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA COM REDUÇÃO DE PRESSÃO A limitação das pressões e velocidades de escoamento máximas nas redes de distribuição é feita com vistas aos problemas de ruído, corrosão e do golpe de ariete. Em edifícios de grande altura, a limitação da pressão estática máxima pode ser obtida pelo uso de válvulas redutoras de pressão ou pela construção de um reservatório intermediário (caixa de quebra-pressão). Algumas vezes, devido ao fato do reservatório intermediário tomar um espaço útil muito importante no interior do edifício, e devido à dificuidade de se executar um barrilete intermediário para a distribuição da água, a solução mais comumente, adotada tem sido a de empregar valvulas redutoras de pressão. A válvula redutora é um dispositivo que é instalado nas redes de distribuição com o objetivo de introduzir uma grande perda de carga localizada, reduzindo, assim, a pressão dinâmica a jusante de si, sendo totalmente ineficiente na condição estática. A válvula redutora pode ser instalada numa posição intermediária, conforme vê-se na figura 11 ou, o que é mais comum, ser instalada no subsolo, como mostra a figura 12. Dentro do projeto do sistema predial de água fria, os elementos gráficos e documentos a serem apresentados variam conforme a complexidade do referido sistema e/ou da edificação para a qual foi projetado. De qualquer forma, alguns elementos básicos devem ser apresentados, quais sejam: . planta da cobertura, barrilete, andar(res) tipo, térreo, subsolo(s), com a indicação das colunas de distribuição de água fria e desvios; . esquema vertical (ou fluxograma geral) de todo o sistema, sem escala, incluindo reservatórios e sistema de recalque; . detalhe dos reservatórios e sistema de recalque; desenhos isométricos dos ambientes sanitários, com a indicação das colunas de distribuição, ramais e sub-ramais; . memorial descritivo e especificações técnicas; De posse dos elementos acima, podem ser procedidas as etapas de quantificação e orgamentação dos componentes do sistema, para a posterior execução. No ANEXO 1 são apresentados alguns exemplos dos elementos básicos e a simbologia comumente empregada no projeto do sistema predial de água fria. 7 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA Em função das condicionantes apresentadas anteriormente, serão abordados neste item os componentes dos seguintes sistemas: direto sem bombeamento, indireto com reservatório superior e indireto com reservatórios inferior e superior. 7.1 Sistema de Abastecimento/Reservação O sistema de abastecimento/reservação é constituído pelos elementos situados entre a rede pública e a rede de distribuição, tendo como função receber a água do sistema urbano em condições por ele impostas e garantir o funcionamento adequado do sistema predial. 7.1.1 Sistema Direto No sistema direto, como visto no item 3.1., a instalação se resume a uma rede de distribuição, inexistindo o elemento de reservação. A forma de dimensionamento deste sistema é apresentada dentro do item 7.2. 7.1.2 Sistema Indireto 7.1.2.1 Sistema Indireto com RS Neste caso, tem-se um alimentador predial com a extremidade de jusante equipada com uma válvula de bóia e um reservatório superior. A energia necessária para o funcionamento do sistema é fornecida pela rede pública. A medida em que ocorre o consumo através da rede de distribuição, a válvula de bóia é total ou parcialmente aberta, ficando a ocorrência de suprimento dependendo apenas da rede pública. Tradicionalmente, os elementos constituintes do sistema de abastecimento/reservação são dimensionados a partir da determinação dos seguintes itens: a. Estimativa do Consumo Diário de Água O consumo diário de água é estimado, tendo em vista o tipo de edificio, pela seguinte fórmula: Co=C+P onde: C, = consumo diário total (lídia); € = consumo diário “per capita” (ldia); P = popuiação do edifício (pessoas); Na tabeia 1 são indicados alguns valores do consumo diário "per capita" C. onde: Qup - vazão mínima a ser considerada no alimentador predial (m?s); Cp - consumo diário (dia). onde: Que 2 Co 24h 6Omin 60s D,p = diâmetro do alimentador predial, m; V,p =velocidade no alimentador predial (0,6<Vaps1,0 m/s). A tabela 4 apresenta os diâmetros de alimentador predial em função da velocidade e do consumo diário. Diâmeiro Nominal (mm) Velocidade] 20 | 25 | 32 40 50 0 75 | 100 125 150 (m/s) Consumo Diário (m”) 02,6 16,3 /25,4 |41,7 |65,1 101,8 |146,6/229,0/407,2/6362 916,1 1,0 27,1 |424 |69,5 |108,6 (169,6 |244,3/381,7|678,5]1060,2 | 1526,8 c. Dimensionamento do Sistema de Reservação No caso do sistema indireto com reservatório superior (RS), a reservação tem função apenas de suprir o edificio quando da falta de água na rede pública. O diâmetro do alimentador predial é dado, por sua vez, por: Assim, o volume do reservatório pode ser estabelecido a partir de: Va = (1 +No) Co onde: Va - volume útil do reservatório (mº), No - número de dias que se supõe que ocorra falta de água. A reserva para o sistema de combate a incêndio e outros, quando for o caso , deve ser adicionada ao volume útil a ser reservado, respeitando-se as condições exigidas de potabilidade. Ainda, o volume útil do reservatório deve ser, para fins de consumo, no mínimo igual a 500 litros, segundo o Código Sanitário de São Paulo. Na figura 13 apresenta-se o esquema de um reservatório, cujas dimensões características estão relacionadas na tabela 5. RESPIRO é 60 mm MN = TT] INSPEÇÃO o W [==T til tcp Test » GE | RESPIRO, é Ex | Ex É ' 1 na t . 7 . ] == CONSUMO I CONSUMO Va I v= ! A Ea a INCÊNDIO N INCÊNDIO V= v= . DISPOSITIVO ANTI-=VÓRTICE À 8 . ES”. 3 + T— = FE - . « a To É CONSUMO INCENDIO CORTE ESQUEMÁTICO — RESERVATÓRIO SUPERICR SEM ESCALA |, COTAS EM MILIMETROS VOLUME CONSUMO VOLUME INCÊNDIO VOLUME TOTAL = Figura 13 - Reservatório Superior. Tabeia 5 - Reservatório superior - dimensões características. dimensões corte esquemático (mm) Consumo diâmetro diário extravasor PVC Galvanizado até e limpeza REC | extravasor REC extravasor (môídia) tmm) k Ulm k I m 9,2 20 20 E 25 21 63 27 16,3 25 25 75 32 27 a 34 25,4 32 32 96 40 34 102 42 447 40 40 120 50 42 126 48 65,1 50 50 150 60 48 144 so 101,8 so so 180 75 0 180 76 146,6 75 75 225 85 76 228 as 229,0 100 85 255 | 110 88 264 114 407,2 125 110 | 330) 140 114 342 140 636,2 150 140 | 420 | 180 140 420 165 916,1 200 160 | 480 | 215 165 495 218 Foi apresentado anteriormente o esquema de um reservatório superior, na figura 13. Na figura 14 apresenta-se um corte esquemático do reservatório inferior, cujas dimensões características encontram-se relacionadas na tabeia 6. ALIM PREDIAL + CONSUMO EXTRAVASOR E + . 1010) Bio o A . TE GRC BB Sa e -altura útil para consumo f -altura útil para q sistema de ar-condicionado g -altura útil para combata a incêndio Figura 14 - Reservatório inferior. Tabela 6 - Reservatório inferior- dimensões características dimensões corte esquemático (mm) Consumo | diâmetro diário extravasor PVC Galvanizado até e limpeza AP extravasor AP extravasor (métdia) (mm) blela b c d 92 20 20 so 25 21 63 27 16,3 25 25 75 32 27 8 3 254 32 32 96 40 34 102 42 41,7 40 40 129 50 42 123 48 65,1 50 50 150 so 48 144 so 101,8 E 6 [180] 75 E 180 76 146,6 75 75 225 85 76 228 88 229,0 100 ES 255 ; 110 88 264 114 407,2 125 40 |330/ 140 114 342 140 636,2 150 140 | 420 | 160 | 140 420 163 916,1 200 160 / 480 | 215 165 495 218 Existem ainda algumas distâncias a serem respeitadas no reservatório inferior, conforme a figura 15, para as seguintes finalidades: e evitar a entrada de ar na tubulação de sucção da bomba: Vel mesmo + 0,20 (Mm) 29 2,5D+0,10 (m) onde: D - diâmetro interno da tubulação de sucção (m); V- velocidade média na tubulação de sucção (m/s). * evitar arraste do material de fundo: 0,50D ho > 0,80 m Í sucção 3 mM . CONTROLE NÍVEL DE MERCÚRIO +2m — Y , N a x = e . CONSUMO Toi mm VÁLVULA DE PÉ o a INCI -—— CRIVO (FILTROI RESERVA DE INCÊNDIO td “a | Água AGUA P/ COMBATE CONSUMO À INCÊNDIO Figura 15 - Reservatórios do sistema predial de água fria. d. Dimensionamento do Sistema de Recalque e Tubulações de recalque e sucção O diâmetro da tubulação de recalque pode ser determinado a partir da Fórmula de Forchheimmer: Drec = L3yDrecy x onde: Drec - diâmetro da tubulação de recalque (m); Quec - vazão de recalque (m/s). A vazão de recalque é dada por: Cp Quep = mens REC Ne sendo: Ng - número de horas de funcionamento da bomba no período de 24 horas; X - relação entre o número de horas de funcionamento da bomba e o número de horas do dia, ou seja: X=—+ 24 Assim, podemos determinar Drc em função do consumo diário (Ca) e de N, cujos valores são apresentados na tabela 7. A seguir, parte-se para, um gráfico que contém as curvas características da bomba selecionada. Com os valores da vazão de recalque e da altura manométrica total da instalação, determina-se o diâmetro, do rotor e o rendimento. Com o diâmetro do rotor e a vazão de recalque, pode ser definida a potência da bomba. Na figura 17 apresenta-se um exemplo do gráfico referido acima. A potência requerida pela bomba também pode ser determinada pela seguinte expressão: P= 1000 Qrec Han 75n onde: P - potência da bomba, em CV; Qrec - vazão requerida, em m/s; n- rendimento da bomba; Huan - altura manométrica, em m. n= 1750 mi v20-20. ; 186.49 NV 2000 130 2€ Nioo-28 i T ies20hi coz 3! A i 17 “02 6.7 BOSS Nida 3 ' Wu Ss Qmim Figura 16 - Exemplo de gráfico para seleção de bombas. 2 3 +. to 20 mw «o sa seo 200 300 400 500 “900 2505 2200 o Es55 a qr snA "a Figura 17 - Curvas características de bombas. ETA 50-33/2 1710/1120 D 93912 93913 Dados para água ye] recaleutar sempre os pontos de aplicação para a rotação efetiva P34606 P4s386C | P36167 P22176B Largura mm s16 Simm 316 2034 Rotor maxi. max mio. 260-1604 F Uma vez feito o cálculo do sistema de recalque, deve ser verificado se a altura de sucção, hs, é adequada para evitar a ocorrência de cavitação, fenômeno este capaz de danificar a bomba. Ou seja, deve ser verificada a seguinte desigualdade: NPSHaeo < NPSHpise onde: NPSHreg - energia mínima requerida pela bomba para evitar a cavitação; NPSHopisp - energia do líquido na entrada da bomba. O valor de NPSHpea é fornecido pelos fabricantes das bombas. O valor de NPSHoisp pode ser obtido pela seguinte expressão: NPSHoise = Ha - (hs + AHisuc + hh,) onde: H.- altura representativa da pressão atmosférica (10,33 mca); h, - altura representativa da pressão de vapor líquido, a uma dada temperatura. Neste equacionamento, fica evidenciado que o NPSHoisp é função das características da instalação elevatória. Desta forma, se a desigualdade não se verificar, deve-se reduzir o valor de hs. A determinação do ponto de trabalho da bomba, quando instalada no sistema, passa pela confrontação das curvas características da bomba selecionada e da tubulação do sistema elevatório. A curva da tubulação permite a caracterização do escoamento na mesma, uma vez que representa a variação da altura manométrica total requerida pelo sistema em função da variação da vazão. Para efetuar o traçado da curva da tubulação, a cada vazão de escoamento, devem ser determinadas as perdas de carga correspondentes. Estas perdas de carga, somadas ao desnível geométrico resultam em pontos de coordenadas (Qi, Huan,) . através dos quais será traçada a curva. Na figura 18 exemplifica-se o procedimento descrito acima. Ainda, o ponto de trabalho pode se modificar em função de alterações no sistema, tais como envelhecimento das tubulações, variações nos níveis de tomada de recalque e sucção, entre outros, podendo se verificar um afastamento das condições de maior rendimento, conforme vê-se na figura 20. Hnan | CURVA CARACTERÍSTICA DA £ TUBULAÇÃO ENVELHECIDA 4 4” CURVA CARACTERISTKA DA TUBULAÇÃO NOVA HMA > > >> 0 — 0. — Huanzi Dn — Qreci QRECR Qrec Eigura 20 - Deslocamento da curva caracteristica do sistema elevatório. 7.2 Sistema de Distribuição O sistema de distribuição é constituído, no caso do sistema indireto, pelos elementos e componentes situados entre o reservatório superior e os pontos de consumo; no caso do sistema direto, a distribuição compreende todos os elementos entre a rede pública e os pontos de consumo. Na figura 21 apresentase um esquema do sistema de distribuição a partir de um reservatório superior. Figura 21 - Sistema de distribuição. O dimensionamento do sistema de distribuição de água fria é feito tendo por base o princípio da conservação de energia. Considera-se escoamento permanente em conduto forçado, onde faz-se um balanceamento entre o diâmetro da tubulação, a vazão de projeto esperada e as pressões necessárias para o funcionamento adequado dos aparelhos e equipamentos sanitários, tendo em vista a, carga disponível. Assim, é necessário que fiquem bem definidos os seguintes parâmetros hidráulicos: vazão, velocidade, pressão e perda de carga. 7.2.1 Vazão Um dos principais requisitos de desempenho dos sistemas prediais de água fria é a existência de água na quantidade adequada, em todos os pontos de utilização, sempre que necessário, o que deve ser garantido tendo-se em vista uma minimização dos custos envolvidos. A partir disso, para se determinar a vazão de projeto, dois encaminhamentos podem ser adotados: . supor o funcionamento simultâneo de todos os pontos que compõem o sistema (vazão máxima de projeto), o que se constitui, na maioria dos casos, numa abordagem inadequada, uma vez que a probabilidade de que isto ocorra é bastante reduzida, conduzindo a sistemas anti-econômicos; . incorporar à vazão máxima de projeto fatores que representern a probabilidade de ocorrência de uso simultâneo de diferentes pontos do sistema (vazão máxima provável) . O dimensionamento da rede de distribuição, no primeiro caso, se reduz à aplicação da Mecânica dos Fluídos porém, é bastante improvável que todos os pontos de consumo estejam sendo utilizados simultaneamente. Assim, as estatísticas relativas à utilização da água constituem - se em valiosas fontes de informação para os projetistas dos sistemas hidráulicos prediais, no que diz respeito ao dimensionamento de componentes de tais sistemas. Os métodos para a determinação da vazão máxima provável podem ser divididos em: * métodos empíricos * métodos probabilísticos No primeiro grupo de métodos incluem-se aqueles cuja técnica de determinação das vazões de projeto baseia-se na utilização de tabelas, gráficos e expressões matemáticas, estabelecidos a partir da experiência e julgamento de seus propositores. Entre eles incluem-se os seguintes métodos: * Timmis (1922); * Dawson e Kalinske (1932); * Dawson e Bowman (1933); ble 8 são apresentados os pesos dos aparelhos sanitários, determinados a partir da expressão acima. Tabela 8 - Pesos atribuídos aos pontos de utilização (NBR - 5626/95). Aparelho Sanitário Peça de utilização Peso Relativo Bacia Sanitária Caixa de descarga 0,3 Válvula de descarga 32 Banheira Misturador (água fria) 1,0 Bebedouro Registro de pressão 0,1 Bidê Misturador (água fria) 0,1 Chuveiro ou ducha Misturador (água fria) 0,4 Chuveiro elétrico Registro de pressão 0,1 Lavadora de pratos ou de roupas | Registro de pressão 1,0 Lavatório Torneira ou misturador (água fria) 0,3 Mictório | com sifão integrado | Válvula de descarga 2,8 cerâmico | sem sifão integrado | Caixa de descarga, registro de 0,3 pressão ou válvula de descarga Mictório tipo calha Caixa de descarga ou registro de 0,3 pressão Pia Torneira ou misturador (água fria) 07 Torneira elétrica 01 Tanque Tomeira 0,7 Torneira de jardim ou lavagem Torneira 0,4 em geral Para o caso de ramais, a determinação da vazão de projeto pode ser feita, assim como nas colunas e barriletes, através de duas formas: * soma das vazões de todos os aparelhos ligados ao ramal (vazão máxima possível); * incorporação de fatores de simultaneidade à vazão máxima possível, obtendo-se a vazão máxima provável ou então, simplesmente, soma das vazões dos aparelhos ligados ao ramal e que se julga estarem em funcionamento simultâneo. An table 9 são apresentadas as vazões unitárias, recomendadas na NBR-5626 [ABNT, 1995], para os diferentes pontos de utilização. Tabela 9: Vazões unitárias dos pontos de utilização (NBR - 5626 /95). Vazão de Projeto (Lis) Apareiho Sanitário Peça de utilização Bacia Sanitária Caixa de descarga 0,15 Válvula de descarga 1,70 Banheira Misturador (água fria) 0,30 Bebedouro Registro de pressão 0,10 Bidê Misturador (água fria) 0,10 Chuveiro ou ducha Misturador (água fria) 0,20 Chuveiro elétrico Registro de pressão 0,10 Lavadora de pratos ou de roupas | Registro de pressão 0,30 Lavatório Torneira ou misturador (água fria) 0,15 Mictório | com sifão integrado | Válvula de descarga 0,50 cerâmico | sem sifão integrado | Caixa de descarga, registro de 0,15 pressão ou válvula de descarga Mictório tipo calha Caixa de descarga ou registro de | 0,15 porm pressão de calha Pia Torneira ou misturador (água fria) 0,25 Tomeira elétrica 040 Tanque Tomeira 0,25 Torneira de jardim ou lavagem Torneira 0,20 em geral 7.2.2 Velocidade A velocidade do escoamento é limitada em função do ruído, da possibilidade de corrosão e também para controlar o golpe de aríete. A NBR-5626 [ABNT, 1995] recomenda que a velocidade da água, em qualquer trecho de tubulação, não atinja valores superiores a 3 m/s. Vuáx = 3,0 m/s onde: Vuax- Velocidade máxima na tubulação. 7.2.3 Pressão A NBR-5626 [ABNT, 1995] recomenda os seguintes valores máximos e mínimos para a pressão em qualquer ponto da rede: PRESSÃO ESTÁTICA MÁXIMA: 400 KPa (40 mca) PRESSÃO DINÂMICA MÍNIMA: 5 KPa (0,5 mca) Observa-se também que a pressão dinâmica nos pontos de utilização, em qualquer caso, não deve ser inferior a 10 KPa, exceto para o ponto da caixa de descarga que poderá atingir até um mínimo de 5 KPa e do ponto de válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 KPa. Ainda, as sobrepressões devidas a transientes hidráulicos, como por exemplo o provocado pelo fechamento da válvula de descarga, são admitidas, desde que não superem o valor de 200 KPa. 7.2.5 Perda de Carga Para a determinação da pressão disponível nos vários trechos do necessário estimar a perda de energia que o líquido irá despender para escoar, ou seja, a perda de carga. No ANEXO 2 apresentam-se os conceitos fundamentais e a formulação para a determinação da perda de carga. 7.2.6 Verificação das pressões mínimas necessárias Na segiência, passa-se à verificação das PRESSÕES MÍNIMAS NECESSÁRIAS ao longo do sistema predial de água fria, em especial aquelas referentes aos pontos de utilização. Evidentemente, a geometria da instalação determina a(s) configuração(ões) crítica(s) a ser(em) verificada(s). A pressão dinâmica disponível a jusante em um trecho qualquer é obtida através da seguinte expressão: Pousante = Prontante | Desnível - Perda de carga onde: P,usante - Pressão dinâmica disponível a jusante do trecho considerado; Puontante - Pressão dinâmica disponível a montante do trecho considerado, Desnível - diferença de cotas geométricas dos pontos que definem o trecho: y DESNÍVEL positivo ft DESNÍVEL negativo No ANEXO 3 são apresentadas planilhas para o cálculo dos trechos do sistema de distribuição. 8. MATERIAIS E COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA É grande a diversidade dos componentes empregados no sistema predial de água fria, em função disso, serão comentados neste item apenas os mais importantes, quais sejam: * tubos e conexões; * válvulas; Também serão abordados neste itens alguns aspectos referentes aos aparelhos/equipamentos sanitários. 8.1 Tubos e Conexões 8.1.1 Cloreto de Polivinila (PVC Rígido) Os tubos e conexões de PVC rígido para instalações prediais de água fria são fabricados no Brasil de acordo com as especificações contidas na NBR 5648 (EB892), nas dimensões padronizadas pela NBR-5680 (PB 277), abrangendo as séries soldável e roscável. Para a série soldável, os diâmetros nominais externos variam de 16mm a 1imm, e para a série roscável, de 17mm a 113mm. No caso dos tubos soldáveis, a junta é do tipo ponta-e-bolsa lisa ou ponta e bolsa lisa e luva, executada com adesivo especial a frio e por processo recomendado pelo fabricante; a junta roscável, por sua vez, é feita com roscas externas (padrão BSP, NBR 6414) nas pontas e luva, por processo e material de vedação recomendados pelo fabricante. Para a classe 15, mais utilizada em sistemas prediais de água fria, a pressão. de serviço é 750 kPa (75 mca.). Na tabela 12 são apresentados os tubos de PVC rígido soldável, mais comumente utilizados no sistema predial de água fria. Tabela 12 - Tubos de PVC rígido - tinha soldável. DREF | ON | DE | DI e (po | gmm) | gmm | mm | mm 412 [20 1 20 1170 [15 34 125 | 25 | 2141 18 1 32 [32 [278] 21 11/44 40 40 35,2 24 112 50 50 440 3,0 2 [e] so 53,0 3,5 2112 75 75 66,6 42 3 85 8s 756 47 4 110 [Jao [978 [764 O REF - diâmetro de referência DN - diâmetro nominal DE - diâmetro extemo Di - diâmetro intemo e - espessura da parede do tubo As conexões são fabricadas por processo descontinuo em máquinas de injeção. à mistura plástica é forçada por um pistão a preencher as cavidades de um molde que é, em seguida, resfriado para se conseguir a solidificação da peça. Existe uma grande variedade de tipos de conexões, por isso as mesmas não serão abordadas em detalhe neste trabalho. Informações podem ser obitdas diretamente nos catálogos dos fabricantes. 8.1.2 Aço Carbono Para dar resistência à corrosão, os tubos de aço-carbono são galvanizados pelo processo de imersão a quente em zinco fundido. Neste processo de galvanização o zinco reage com a superfície do aço, formando uma camada protetora aderente e de difícil remoção. e obedecendo aos requisistos gerais estabelecidos na NBR 5020. Os tubos leves e extra-leves são os mais empregados, compreendendo as classes A, E e |, com diâmetros nominais externos entre 15 mm e 104 mm, com pressões de serviço de 20,0 Kgf/cm? até 88 Kgf/cm?, dependendo da bitola e da classe do tubo. Na tabela 14 são apresentados os tubos de cobre classe E, mais comumente empregados em sistemas prediais. Tabela 14 - Tubos de cobre - classe E D REF DN DE Di e (po) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) 12 15 15.0 14,0 0,5 3/4 22 22,0 20,8 0,6 1 28 28,0 26.8 0,6 414 35 35,0 33,6 07 tir 42 42.0 40,4 0,8 2 54 54.0 52,2 0,9 212 se 56,7 64,3 1,2 3 78 79,4 tro 1,2 4 104 104,8 | 102,4 1,2 D REF - diâmetro dereferência DN - diâmetro nominal DE - diâmetro extemo Dt - diâmetro intemo e - espessura da parede do tubo As conexões de cobre, fabricadas de acordo com a EB 366, podem apresentar pontas e/ou bolsas lisas e/ou roscadas, em função direta da sua finalidade. Para unir pontas e bolsas lisas, as juntas são efetuadas, em geral, através de soldagem capilar, utilizando metal de enchimento composto basicamente de 50% de estanho e 50% de chumbo (NBR 5883). No caso de roscas macho e fêmea, estas seguem o padrão BSP. 8.1.4 Comentários As principais vantagens e desvantagens dos tubos plásticos são apresentadas a seguir [KAVASSAKI, 1987]: VANTAGENS: material leve e de fácil manuseio; * alta resistência à corrosão; * baixa condutividade térmica e elétrica; * | pouca acumulação de depósitos * eliminação do perigo de incêndio, durante a construção (não usa maçarico, soldagem elétrica); * baixa transmissão acústica ao longo dos tubos, em função da pouca rigidez; * flexibilidade; * perda de carga menor (em geral), * menor custo, com tendência a diminuir comparativamente (em geral). DESVANTAGENS: * baixa resistência ao caior; * degradação por exposição aos raios ultra-violeta; * baixa resistência mecânica; * maior insegurança quanto aos dados de desempenho dos tubos, face ao menor tempo de uso na prática; *— produção de fumaça e gases tóxicos em combustão; Os tubos metálicos, por sua vez, apresentam as seguintes vantagens e desvantagens: VANTAGENS: * estabilidade dimensional; *— incombustibilidade às temperaturas usuais de incêndio em edificações; * — aterramento dos aparelhos elétricos através do próprio tubo; * | maior confiabifidade nos dados de desempenho. DESVANTAGENS: . susceptibilidade à corrosão; . dificuldade na montagem de tubos e conexões; . acumulação de depósitos por corrosão, suspensões e precipitação química; . contaminação da água através da solda de chumbo, da corrosão e outros resíduos; . alta transmissão acústica ao longo dos tubos; . maior perda de carga (em geral); . maior custo. 8.2 Válvulas As válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper o fornecimento de água nas tubulações e nos aparelhos sanitários. As principais válvulas empregadas no sistema predial de água fria são: misturadores, torneiras de bóia, válvulas de gaveta, válvulas globo ou de pressão, válvulas de retenção e válvulas redutoras de pressão, as quais serão comentadas a seguir. 8.2.1 Válvula de Gaveta A válvula de gaveta, apresentada na figura 22, é um dipositivo com o qual o fluxo de água é permitido ou impedido de escoar. Esta válvula deve ser usada apenas nas posições totalmente aberta ou totalmente fechada. Se, eventuaimente, ela for utilizada numa posição intermediária, o disco (A) fica sujeito a vibrações que acabam por comprometer a vida útil do sistema. 8.2.3 Válvula de Retenção A válvula de retenção permite o escoamento em uma única direção. Possui dispositivos que possibilitam o fechamento automático quando ocorrem diferenças de pressão provocadas pelo próprio escoamento do liquido. A válvulas de retenção pode ser do tipo 'portinhola" (horizontal) ou tipo "pistão, sendo esta última utilizada na posição vertical e também horizontal. Na válvula de retenção tipo portinhola, apresentada na figura 24, com o fluxo no sentido normal, a portinhola (A) mantém-se aberta girando em torno do pino (B); quando ocorre uma inversão no sentido do escoamento, a própria pressão da água fará com que a portinhola permaneça fechada. A válvula tipo portinhola apresenta menor perda de carga do que a tipo pistão. EZZ; É 7 Figura 24 - Válvula de retenção tipo portinhola. Na válvula de retenção tipo pistão, apresentada na figura 25, com o fluxo, ocorre o deslocamento do pistão (A) e, analogamente ao caso anterior, a tendência à inversão do escoamento provoca o seu bloqueio. NS Figura 25: Válvula de retenção tipo pistão. Na tubulação de sucção do reservatório utiliza-se uma válvula de retenção dotada de um crivo de modo a evitar a entrada de corpos estranhos que possam danificar os equipamentos do sistema. 8.2.4 Válvula Redutora de Pressão Conforme visto anteriormente, em determinadas situações de projeto existe a necessidade de reduzir a pressão disponível, tendo em vista problemas de ruído, corrosão e golpe de ariete. O esquema típico de um sistema com redução de pressão, conforme mostra a figura 26, consiste de dois manômetros (pressão de entrada e de saída), uma válvula redutora, válvulas gaveta para regulagem e um filtro "Y” colocado a montante da válvula redutora de pressão - VRP. Deve ser previsto ainda um desvio ("by-pass", utilizado em caso de manutenção, e uma segurança. e ENTRADA c [| A - MANÔMETRO .EFENVO Ed! = B- VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃC — si Ú ; C-FILTRO RG - REGISTRO DE GAVETA Ra RESERVA | - - MR UV o dl Figura 26 - Estação redutora de pressão. Na figura 27 apresenta-se o esquema de uma válvula redutora de pressão (VRP) com filtro acoplado. Quando o parafuso (A) está solto, não existe carga sobre a mola (B) e a válvula (C) permanece fechada. Por sua vez, estando o parafuso apertado, a carga atuante sobre a mola transmite-se ao diafragma (D) abrindo a válvula e a pressão de saída age sobre o diafragma até que se dê o equilibrio, o qual é mantido enquanto houver fluxo, garantindo uma pressão constante, Na ausência | de escoamento, a válvula se fecha. 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Instalações prediais de água fria - NBR-5626. Rio de Janeiro, 1982. BASSO, A. etal. Ambientes sanitários. São Paulo, 1987. /Seminário apresentado ao Curso de Pós Graduação - Disciplina PCC-703 - Instalações Hidráulicas Prediais — 1º parte/. BELINAZO, H. J. Manual de instalações hidráulicas e sanitárias. Santa Maria, 1993. /Notas de aula da disciplina Instalações Hidráulicas e Sanitárias/. GRAÇA, M. E. A. Formulação de Modelo para Avaliação das Condições Determinantes da Necessidade de Ventilação Secundária em Sistemas Prediais de Coleta de Esgotos Sanitários. São Paulo, 1985. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. GONÇALVES, O. M. Formulação de Modelo para a estimativa das vazões de projeto em sistemas prediais de água fria. São Paulo, 1983. Tese (Doutorado), Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. ILHA, M. S. de O. Qualidade dos sistemas hidráulicos prediais. São Paulo, EPUSP, 1993. (Texto Técnico. Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil, TT/PCC/07). KAVASSAKI, Y. Tubulações para instalações prediais de água. São Paulo, 1987. /Seminário apresentado ao Curso de Pós Graduação - Disciplina PCC708 - Instalações Hidráulicas Prediais — 1º parte/. SOUZA, P. A. Escoamento de fluídos em condutos forçados. São Paulo, s.d. /Notas de aula/. TECNOLOGIA DE SISTEMAS EM ENGENHARIA - TESIS. Detalhes de projeto. s.1,1994. 10 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA LUZ, E. B. da. Sistemas prediais de água fria. São Paulo, 1982. Dissertação (Mestrado), Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. GUIMARÃES, M. et al. Sistemas prediais de água fria. São Paulo, 1987. Seminário apresentado ao Curso de Pós Graduação - Disciplina PCC-703 Instalações Hidráulicas Prediais — 1º parte/. LANDI, F. R. Instalações prediais de água fria. São Paulo, s.d. /Apostila da disciplina PCC-463 - Instalações na construção civil |/. INSTALAÇÕES prediais de água fria. São Paulo, s.d. /Notas de aula da disciplina PCC-463 -Instalações na construção civil |/. NOGAMI, P. S. etal. BOMBAS E SISTEMAS DE RECALQUE. São Paulo, 1974, CETESB. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de manifestar o seu agradecimento ao Eng. Daniel Costa dos Santos, Eng? Lúcia Helena de Oliveira e ao estagiário Humberto Farina por suas colaborações no desenvolvimento deste trabalho. ANEXO 1 PROJETO DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA - SIMBOLOGIA E ELEMENTOS BÁSICOS SIMBOLOGIA colunas: finalidade diâmetro coluna de água fria coluna de água fria para válvula de descarga coluna de limpeza coluna de extravasão » cotuna do alimentador predial coluna de alimentação do barrilete coluna de recalque coluna de sucção coluna desviada DDD Boda coluna de alimentação de barilete inferior tubulações tubulação de água fria válvulas, registros e equipamentos e vávula de retenção ELEMENTOS BÁSICOS DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA RAMAL PREDIAL ALIMENTADOR PREDIAL t I | | t | i I I | 1 I Í I ABRIGO | CAVALETE Í i | Ta REGISTRO DE US O PASSAGEM CENTRO PIANITA DA E? KV aa HIDRÔMETRO | REGISTRO Í DE FECHO A — PRIMEIRA DERIVAÇÃO OU VÁLVULA OE FLUTUADOR DISTRIBUIDOR PÚBLICO Figura a.1.1 - Sistema de alimentação de água fria. Padrão SABESP. Figura a.1.2 - Reservatório inferior de água fria. LOS Aun- CONJUNTO MOTOR - BOMBA TUBULAÇÃO DE RECALQUE TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO QUADRO DE COMANDO ELÉTRICO VÁLVULA DE PÉ COM CRIVO VÁLVULA DE RETENÇÃO REGISTROS GAVETA CHAVE BÓIA ELÉTRICA RESERVATÓRIO INFERIOR RESERVATÓRIO SUPERIOR ENTRADA DE ENERGIA ELÉTRICA TUBULAÇÕES PARA ENERGIA ELÉTRICA & =>]. 04 [DD] 0.0 — qa) 1 | | | I | | 1 I i , I I t I t l L ESGOTAMENTO P/ LIMPEZA NAL AO PLUVIAL Figura a.1.3 - Sistema elevatório. Fonte: [BELINAZO, 1993] ELEMENTOS BÁSICOS DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA : ZÃ nt dA E E É Figura a.1.4 - Reservatório superior de água fria. Fonte: TESIS [1994] n i t Lim Figura a.1,5 - Barritete superior e colunas de distribuição de água fria. ANEXO 2 FUNDAMENTOS DE MECÂNICA DOS FLUÍDOS APLICADOS AO DIMENSIONAMENTO DE CONDUTOS FORÇADOS A2.1. PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Considere-se um liquido perfeito de peso especifico y que escoa em regime permanente, no interior de um conduto, de paredes perfeitamente lisas, mostrado na Figura a.2.1. PLANO DE CARGA velzss LINHA PIEZOMÉTRICA 2 PLANO DE REFERÊNCIA Figura a2,.1 - Teorema de Bernoulli aplicado ao escoamento de fluidos em condições ideais. Pelo princípio da conservação da energia sabe-se que a soma da energia de posição com a energia cinética é constante em qualquer ponto do liquido, ou seja: p v2 mg(z+-— +--—— ) = constante Y 29 m ou: v2 aa P =H 1 29 [2] que é a expressão do Teorema de Bernoulli, onde: V -velocidade média do fluido na seção transversal do tubo; vz — - carga cinética; 29 g - aceleração da gravidade; p - pressão; p . ae: — - carga piezométrica; Y - peso específico do fiuido; z - elevação da seção com referência a um plano arbitrário. No caso de escoamento de fluidos reais em condutos reais, deve ser incorporado um fator correspondente à energia dissipada pelo efeito da viscosidade do fluido e do atrito contra as paredes do tubo. A expressão [1] passa então a ser, da figura a2: p v2 zt-——+ q-— +4H=H Y 29 E] Onde: AH - perda de carga; a - (coeficiente de Coriolis) = 1.1 para sistemas prediais de água. O coeficiente de Coriolis permite que se represente as velocidades ocorridas na seção transversal que contém o ponto considerado, oriundas da combinação dos efeitos de atrito externo e velocidade, pela velocidade média V. E VÉrg io a AH o a Ve2o una DE ENERGIA LINHA PIEZOMÉTRICA Pas z2 [ PLANO DE REFERÊNCIA Figura a2.2 - Teorema de Bernoulli aplicado ao escoamento de fluidos em condições reais. A carga de velocidade V?/29, para o caso dos sistemas prediais de água é quase sempre da ordem de alguns centímetros de coluna d'.água e, portanto, pode ser desprezada sem que com isso se incorra em maiores imprecisões. Tabela a2.1 - Viscosidade dinâmica da água. temperatura (ºC) viscosidade cinemática (x 108 m?/s) 0 1,794 4 1,558 20 1,011 40 0,559 50 0,478 70 0,415 a. Regime Laminar Para valores de Re < 2500, o regime é laminar e o fator f depende apenas da viscosidade do fluído, podendo ser determinado pela equação de Hagen-Poiseuille: Re [6] b. Regime Turbulento Para valores de Re > 4000, o regime é turbulento. Na tabela a2.2 apresenta-se os valores limites inferiores para a ocorrência de regime turbulento para os diâmetros comerciais. Tabela a2.2 - Valores limites para ocorrência de regime turbulento Diâmetro velocidade Vazão REF (pol) | intemo (mis) tus) (mm) 12 12,70 0,1575 0,020 3/4 19,05 0,1050 0,030 1 25,04 0,0787 0,040 1us 31,75 0,0530 0,050 ita 38/10 02,0525 0,050 2 50,80 0,0394 0,080 212 53,50 0,0315 0,100 3 75.20 0,0252 0,120 4 101,50 0,0197 0,150 Neste caso, o fator de atrito f pode ser determinado através de fórmulas explícitas, desenvolvidas para cada faixa de escoamento. b.1. Regime turbulento hidraulicamente liso Reos Para -—— <3 Dik [7], o regime é hidraulicamente liso onde: k - rugosidade equivalente (altura média das irregularidades) do tubo; Re,D - já definidos. A relação k/D é denominada rugosidade relativa. Neste caso, o fator de atrito f é função do Número de Reynolds e não depende da rugosidade do tubo, podendo ser determinado a partir de: f=[-2109 (ama? =[-2 log (mp Re9s [8] b.2. Regime turbulento hidraulicamente misto [9], o regime é hidraulicamente misto o] b.3. Regime turbulento hidraulicamente rugoso Reos -—— > 448 Dk Se [9] o regime é hidraulicamente rugoso eo fator de atrito f pode ser determinado a partir de: k =[-2 log (---— — op? f= [2108 ( [2 Na Figura a2.3. apresenta-se o fluxograma para a determinação da perda de carga a partir das fórmulas acima. A2.2.1..2 Fórmulas Empíricas A despeito da aparente simplicidade de manuseio, as fórmulas empíricas dever ser utilizadas apenas em faixas restritas de diâmetro. Além disso, nem sempre os coeficientes numéricos associados se apresentam compatíveis com a temperatura e com o regime de escoamento estabelecido, correndo-se o risco de cometer erros graves de natureza conceitual. Existem diversas fórmulas empíricas para o cálculo da perda de carga ao longo das tubulações, podendo ser destacadas as seguintes: « Fórmula de Hazen-Willians « Fórmula de Flamant « Fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao onde: D,JeVjá definidos; b = 0,00023 (tubos de aço e ferro fundido usados); b= 0,000185 (tubos de aço e ferro fundido novos); b = 0,000135 (tubos de PVC). Sendo D em metros, J em m/m e V em m/s. Fórmulas de Fair Whipple-Hsiao As Fórmulas de Fair Whipple-Hsiao, recomendadas para tubulações de pequeno diâmetro, variando entre 15mm e 50mm, são.dadas por: Para tubo de aço galvanizado, água a 20ºC Q=27113 J052 D 258 [15] ou: Qes J= 0,002021 ao De r16] Sendo Q em m?/s, J em m/m e D em metros. Para tubo de cobre, água a 20ºC Q=55,934 Jos? D274 7 ou: Qua J = 0,00085 —=—-——— Das [18] sendo Q em m?/s, J em m/m e D em metros. * Paratubo de cobre ou latão, água quente Q=63,281 Jos Daria 9) ou: Quit J=0,0007 -—— Ds Sendo Q em m?/s, J em m/m e D em metros. A2.2.2 Perda de Carga Localizada De maneira semelhante a que ocorre ao longo dos condutos, a presença de uma singularidade qualquer na linha dá lugar a uma degradação de energia. Devido ao fato de a singularidade, isto é, o elemento causador da perturbação encontrar-se usualmente confinado a um comprimento muito pequeno, constitui prática corrente designar a correspondente dissipação de energia de perda de carga localizada, perda de carga singular, acidental ou secundária. a. O coeficiente K A evidência experimental de que as perdas de carga localizadas são diretamente proporcionais à carga de velocidade média V/2g, nos escoamentos altamente turbulentos, tornou comum e particularmente útil na resolução de problemas práticos, o hábito de expressá-las através de coeficientes apropriados, na forma 29 21 ou: º AH v2 28 22] onde: AH - perda de carga localizada (metros de coluna de liquido); K - coeficiente global de perda de carga localizada (adimensional); V, g - já definidos; Sendo V em m/s e g em M/S2. O coeficiente K depende da forma geométrica da singularidade no escoamento, da rugosidade da parede interna, da estrutura do escoamento a montante e a jusante e do número de Reynolds, apresentando, contudo, nítida constância nas escalas mais aitas de turbulência. Na tabela a2A apresenta-se alguns valores típicos do coeficiente K. A2.2.2 Perda de Carga Localizada A21.2.2.1. Comprimentos Equivalentes A fórmula [15] apresentada para a determinação do coeficiente K, também pode ser expressa da seguinte forma: D 29 [23] ou: