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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CAMPUS CATALÃO

SANEAMENTO BÁSICO Professor Ed Carlo Rosa Paiva


UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CAMPUS CATALÃO

REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA


REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

REDE DE DISTRIBUIÇÃO → é a parte do sistema de abastecimento formada de tubulações e órgãos acessórios, destinados a colocar água potável à disposição dos consumidores, de forma contínua, em quantidade, qualidade, e pressão adequadas

CUSTO DA REDE → 50 a 75% do custo total do sistema de abastecimento.


TIPOS DE REDE

 Principal: também denominada de conduto tronco ou canalização mestra são tubulações de maior diâmetro que tem por finalidade abastecer as canalizações secundárias. • Secundária: são tubulações de menor diâmetro e tem a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema de abastecimento de água.


TIPOS DE REDE Classificação de acordo com a disposição da tubulação principal e o sentido do escoamento:

 Ramificada  Malhada  Mista


TIPOS DE REDE

 Rede Ramificada  A rede é classificada como ramificada quando o abastecimento se faz a partir de uma tubulação tronco, alimentada por um reservatório ou através de uma elevatória, e a distribuição é feita diretamente para os condutos secundários, sendo conhecido o sentido da vazão em cada trecho.


TIPOS DE REDE

 Rede ramificada


TIPOS DE REDE  Rede ramificada Rede ramificada com traรงado em espinha de peixe

Rede ramificada com traรงado em grelha


TIPOS DE REDE  Rede malhada  As redes malhadas são constituídas por tubulações principais que formam anéis ou blocos, de modo que, pode-se abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um caminho, permitindo uma maior flexibilidade em satisfazer a demanda e manutenção da rede, com mínimo de interrupção possível no fornecimento de água.


TIPOS DE REDE Rede malhada


TIPOS DE REDE  Rede malhada em aneis  são as mais comuns;  apresenta bom funcionamento, desde que tenha sido criteriosamente dimensionada;  apresenta número de registros, a serem manobrados, sensivelmente maior (comparada com a rede em blocos);  medição das vazões mais trabalhosas.


TIPOS DE REDE

Rede malhada Rede malhada em blocos


TIPOS DE REDE  Rede malhada em blocos  maior facilidade na medição de vazões e no controle de perdas;  redes internas alimentadas em apenas dois pontos;  controle mais preciso da pressão e melhoria na qualidade da distribuição;  minimização da área desabastecida, nos casos de acidentes e manutenção;  melhoria da eficiência na manutenção da rede.


TIPOS DE REDE  Recomendações para dimensionamento e traçado em redes malhadas em blocos  Ligações domiciliares: executadas unicamente nas redes secundárias;

 Redes primárias: dimensionamento pelo critério tradicional. A rede principal não distribui em marcha e o espaçamento máximo é definido em função da modulação dos blocos de redes secundárias e de suas entradas;

 Redes secundárias: são formadas por blocos de redes malhadas, com cerca de 3 a 5 km de extenção em cada bloco, interligada a rede principal.


TIPOS DE REDE Rede mista


RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO DA REDE  Tubulações principais  Devem formar circuitos fechados  Devem ser direcionadas as zonas de maior demanda  Localizadas em vias ou áreas públicas  Vias sem pavimentação, sem tráfego intenso, sem interferências significativas, com solo adequado


RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO DA REDE  Tubulações secundária  Localização no passeio  Comprimento máximo de 600 m alimentada nas duas extremidades  Devem formar rede malhada  Em ruas onde exista uma tubulação principal com diâmetro prevista

uma

superior a 300 mm, deve ser tubulação

receber as ligações prediais.

secundária

para


ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE  Alimentação da rede através de reservatório elevado Reservatório a montante

Reservatório a jusante


ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Alimentação da rede através de reservatório apoiado, semi-enterrado ou enterrado

Reservatório a montante da rede

Reservatório a jusante da rede


ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Alimentação da rede através do reservatório de montante e reservatório de sobra à jusante

Alimentação direta na rede com reservatório de compensação

Alimentação direta na rede com reservatório de sobra

Alimentação direta na rede através de vários pontos


ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE Alimentação direta na rede com tanque Hidropneumático

Abastecimento de água de redes localizadas em setores distintos


ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE ÁGUA PARA A REDE

Setorização da rede de abastecimento

Distribuição escalonada


VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE onde: Q = vazão, l/s K1 = coeficiente do dia de maior consumo K2 = coeficiente da hora de maior consumo P = população final da área a ser abastecida, hab q = consumo per capita final de água, l/hab.dia  Vazão específica relativa à extensão da rede onde: qm = vazão de distribuição em marcha, l/s.m L = extensão total da rede, m  Vazão específica relativa à área Onde: qd = vazão específica de distribuição, (l/s.ha) A = área a ser abastecida, ha


VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE Análise hidráulica  Equação da continuidade Q=VA  Equação de resistência ou perda de carga  ∆H = r Qn

 Análise hidráulica:  Verificação da capacidade máxima da rede existente  Dimensionamento de rede


DIMENSIONAMENTO DE REDES

 Pressões máximas e mínimas na rede:  Pressão estática máxima → 500 kPa (50 mH2O)  Pressão dinâmica mínima → 100 kPa (10 mH2O)


ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA PARA ATENDER AS DIVERSAS ZONAS DE PRESSÃO


ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA PARA ATENDER OS LIMITES DE PRESSÃO NA REDE


DIMENSIONAMENTO DE REDES  Diâmetro mínimo → função das perdas de carga e vazões disponíveis  Segundo a NBR 12218/94: Tubulações secundárias: 50 mm  Tubulações principais: não há recomendação  Segundo a PNB 594/77 - Tubulações principais:  150 mm: zonas comerciais ou residenciais (≥ 150 hab/ha).  100 mm: núcleos urbanos (pop > 5.000 hab.)  75 mm: núcleos urbanos (pop ≤ 5.000 hab.) Recomendação da norma européia


DIMENSIONAMENTO DAS REDES Ramificadas

 Seqüência de cálculo para o dimensionamento  Determinação das vazões em cada trecho  Dimensionamento dos trechos  Verificação das pressões resultantes


DIMENSIONAMENTO DAS REDES Ramificadas  Seqüência de cálculo para o dimensionamento  Determinação das vazões em cada trecho  Determina-se a vazão total da rede: Qmax;  Mede-se o comprimento total da rede: L;  Determina-se a taxa de consumo linear:

 Partindo das pontas secas (extremidades), de jusante para montante, determina-se para cada trecho;  “Vazão fictícia”, constante ao longo do trecho:


DIMENSIONAMENTO DAS REDES - Ramificadas  Dimensionamento dos trechos  Estabelecem-se limites de velocidades para diâmetro e de pressão para o funcionamento adequado da rede;  Admitem-se os diâmetros de cada trecho e determinamse as pressões possíveis;  Calculam-se as perdas de carga em cada trecho em função das vazões de dimensionamento

e velocidades

limites.  Verificam se as pressões resultantes se situam nos limites estabelecidos.  Caso

contrário:

modificam-se

o

nivel

d’água

do

reservatório, ou traçado ou diâmetros admitidos e repetese os cálculos.


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas

 Método do seccionamento  Método de cálculos iterativos


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas

 Método do seccionamento


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas Método de cálculos iterativos - Exemplo

 Equações para os nós do circuito


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas  Métodos para solução de redes malhadas:  Método da correção de vazões (Hardy-Cross)  Método da linearização (matricial)  NBR 12218/94: o dimensionamento das redes em malha deve ser realizado por métodos iteratívos, que garantam resíduos máximos de vazão e de carga piezométrica de 0,1 l/s e 0,5 kPa, respectivamente.


DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas

 Método de Hardy-Cross

 Modalidades de aplicação do método de Hardy-Cross  Por compensação das perdas de carga  Por compensação das vazões


FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS DO MÉTODO DE HARDY-CROSS  Localização dos nós em redes malhadas


FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS (MÉTODO HARDY-CROSS)

Em um nó qualquer da rede, a soma algébrica das vazões é igual a zero

Em um circuito fechado (ou anel) qualquer da rede, a soma algébrica das perdas de carga é igual a zero


APLICAÇÃO DO MÉTODO DE HARDY-CROSS

PARA CADA ANEL:


APLICAÇÃO DO MÉTODO DE HARDY-CROSS  Traçado dos anéis  Pontos de carregamento das vazões;  Sentido de escoamento  Conhecidos os pontos de entrada e saída das vazões  Estabelece-se uma primeira distribuição de vazões  Em cada nó: ΣQ = 0;  Adota-se um diâmetro para cada trecho do anel  Se nos anéis a Σ∆H = 0 → rede equilibrada  Se nos anéis a Σ∆H ≠ 0 → a vazão deve ser corrigida

 Com as novas vazões, recalculam-se as perdas de carga  Prossegue-se os cálculos até obter ∆Q pequenos ou nulos


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA  Dimensionar a rede ramificada. Sendo dados:  População atendida: 5000 habitantes;  Consumo per capta: 200 l/hab dia;  Coeficiente do dia de maior consumo: K1= 1,20;  Coeficiente da hora de maior consumo: K2= 1,50;  Cota do terreno;  Comprimento dos trechos de rede;  Determinar: Diâmetro da rede; Pressões; Cotas piezométricas;  Cota do nível mínimo d’água do reservatório, tal que a pressão dinâmica mínima seja de 10 mca e pressão estática máxima de 50 mca.


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução:  Cálculo da vazão total na rede ( Qmax)

 Extensão da rede: L= 1.350 m;  Cálculo da taxa de consumo linear:

 Numerar os trechos de jusante para montante  Extensão medida em planta;  Vazões:    

Vazão Vazão Vazão Vazão

de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades; do trecho (Qt), qm x l a montante (Qm), Qj+Qt fictícia (Qf), Qf = (Qm+Qj)/2


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (continuação) Numerar os trechos de jusante para montante(Extensão medida em planta);  Vazões:    

Vazão Vazão Vazão Vazão

de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades; do trecho (Qt), qm x l a montante (Qm), Qj+Qt fictícia (Qf), Qf = (Qm+Qj)/2 QM3=0+qmL3

QM8=Qj8+qmL8

Qj8=QM4+QM7 QM4=Qj4+qmL4 QM7=Qj7+qmL7 Qj7=QM5+QM6

QM6=0+qmL6

Qj4=QM2+QM3

QM5=0+qmL5

QM1=0+qmL1 Qj2=QM1 QM2=Qj2+qmL2


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)  Diâmetro: numa 1a. Tentativa escolhe-se o diâmetro em função da tabela 9.1 (livro)  Velocidade: Q=V.A  Cálculo perda de carga (Hazen-Williams) – C=130  Perda de carga (∆h) no trecho = Perda de carga unitária x L  Cotas piezométricas a montante e jusante (ponto + desfavorável) (a jusante do trecho 1) admite-se pressão dinâmica de 10 mca. A cota piezométrica nesse ponto é: 10+81,00 = 91,00 mca. A cota pizométrica a montante desse trecho é 91,00 + (∆h) no trecho 1 = 91,46 mca. Prossegue-se no cáclulo das perda de carga;  Cota do terreno: preencher as cotas do terreno;  Pressão disponível a montante e a jusante: por diferenças entre as cotas do terreno tem-se as pressões a montante e a jusante de cada trecho.


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)

NBR 12218 – 0,6 < V < 3,5 m/s  Cota terreno (Reservatório) = 85,00; cota piez = 92,58 mca nível mínimo do reservatório (pressão mínima de 10 mca)


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)  Análise final  Estando o terreno, no local do reservatório, na cota 85,00 e cotas piezométrica 92,58 mca, o nível mínimo do reservatório, para manter a rede com a pressão mínima de 10 mca, deverá situar-se a:  7,58 m (92,58 – 85,00) acima do terreno

 A pressão estática máxima será de 32,38 mca  (92,58 – 60,20) Nível do reservatório – menos a cota mais baixa da rede.

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MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Exemplo 1: Método de Cross  Na rede de distribuição, cujo esquema é apresentado a seguir, determinar diâmetros, equilibrar as vazões e calcular as pressões disponíveis nos nós da rede, sendo dados:  Nível d’água no reservatório está na cota 100,00 m;  Tubulações em ferro fundido (C = 100);  Diâmteros de : 50, 75, 100 e 150 mm;


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES

 Determinação de Q0 por meio do equilíbrio de nós;  Determinação do sentido das vazões;


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Determinação das pressões disponíveis


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Exemplo 2: Método de Cross  Determinar a vazão que passa em cada trecho do anel da rede de distribuição esquematizada a seguir, sendo dados:  Coeficiente de perda de carga f = 0,02;


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES

Calcula-se os dois aneis simultaneamente

Atenção !!!!!!!


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Exemplo 9.2: Método de Cross  Determinar diâmetros e pressões para rede apresentada na Figura abaixo. Utilizar os seguintes dados:       

Densidade demográfica: 500 hab/ha; Consumo per capita de água: 200 l/hab.dia; Coeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,20; Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,50; Cota máxima do nível d’água no reservatório: 800 m; Cota mínima do nível d’água no reservatório: 796 m; Comprimentos dos trechos e nós definidos na Figura;


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução:  Delimitação da área a ser atendida; (já delimitada)  Estudo demográfico da área; (já fornecido)  Estudo da localização do reservatório, setorização e zoneamento piezométrico; ( A posição do reservatório foi fornecida. Pode-se considerar um único setor de distribuição e uma única zona piezométrica).  Traçado da rede principal; (Rede já traçada)  Localização dos nós; (Estão apresentados em planta obedecendo os critérios de 600 m, no máximo de distância entre nós)  Determinação da área de influência dos nós; (já determinada conforme Figura e tabela abaixo.


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)  Determinação da vazão específica de distribuição:

K 1. K 2.d .q 1, 20 x1, 50 x 500 x 200 qd = = 86.400 86.400 qd = 2, 0833l / sxha  Cálculo das vazões concentradas nos nós: (Multiplicar a vazão específica pela área de influência de cada nó)


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Solução: (Continuação)  Determinação das vazões nos trechos: (Utiliza-se o seguinte critério:

 Resultado Final (Figura 9.5)


 Solução: (Continuação)  Balanceamento da rede: A partir dos dados conhecidos e adotando-se os diâmetros dos trechos de acordo com a tabela 9.1 e coeficiente de rugosidade (H-W) C = 120, realiza-se o balanceamento conforme apresentado na Tabela E9.4.


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Método da Linearização  Problema genérico de circuitos em malha

 Dados  Vazões externas ao sistema: q1, q3 e q4  Incógnitas  Vazões nos tubos: Qi, j, onde i é o nó inicial e j o nó final  Cargas nos nós: Hi, onde i indica o nó


MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES  Método da Linearização  Equações para cálculo da perda de carga

sendo: h = carga total no nó; f = fator de atrito universal; L = comprimento do trecho; D = diâmetro; A = área do tubo; Q = vazão no trecho.


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO  Matrizes contendo vazões como incógnitas

 Solução dessas matrizes → iterações, até a convergência  Passos para a solução  1. Atribuem-se valores de vazão arbitrários Qi, j*  2. Monta-se a matriz  3. Resolve-se a matriz  4. Comparam-se os valores, se |Qi, j** – Qi, j*| < δ  5. Em caso negativo retoma-se o passo 2


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO  Carga nos nós

Valor de carga para nós → condições de contorno


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO Cálculo dos diâmetros

V=aDb Coeficientes da relação V x D


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO  Condições de contorno  Perdas de carga localizadas

 Reservatórios


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO  Condições de contorno

 Válvula de controle de pressão


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO  Condições de controle

 Válvula de controle de vazão


MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO

Cins = Cm · π · ρm Σ DieiLi

Cop = P⋅⋅ T ⋅Ce ⋅FA Min Ctot = Cinst + Cop


ROTEIRO BÁSICO PARA A ELABORAR PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA  Delimitação da área a ser atendida  Estudo demográfico da área a ser atendida  Concepção do sistema de distribuição  Estudos das zonas de pressão  Estudos de setorização  Traçado da rede de distribuição

 Seleção dos pontos de concentração de vazões  Extensão dos trechos  Áreas de influência dos nós  Vazões específicas  Vazões concentradas nos nós  Vazões nos trechos  Redes ramificadas  Redes malhadas

 Vazões nos hidrantes


PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Profile for Gerson Borges

Redes de Distribuição Malhadas e Ramificadas - Engenharia Sanitária  

Redes de Distribuição Malhadas e Ramificadas - Engenharia Sanitária