Renato Carlos ZambonRonan Cleber ContreraTheo Syrto Octavio de SouzaEscola Politcnica da Universidade de So PauloDepartamento de Engenharia Hidrulica e AmbientalPHD2412 - Saneamento IIADUTORAS EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUACurso de guaRede da zona baixaRede da zona altaReservatrioReservatrioelevadoCaptaoEstaoelevatriaEstaoelevatriaETAAdutora Adutora degua brutapor recalqueAdutora para o reservatrio da zona alta por recalqueAdutora para o reservatrio dazona baixa por gravidade2CLASSIFICAO DAS ADUTORASQuanto natureza da gua transportada Adutoras de gua bruta Adutoras de gua tratadaQuanto energia para a movimentao da gua Adutora por gravidade (conduto livre ou forado) Adutora por recalque Adutoras mistas3ADUTORAS POR GRAVIDADEConduto Forado4ADUTORAS POR GRAVIDADEConduto Livre5ADUTORAS POR GRAVIDADETrechos em Conduto Livre e Forado6ADUTORAS POR RECALQUERecalque Simples7ADUTORAS POR RECALQUERecalque Duplo8ADUTORAS MISTASTrechos por Recalque e por Gravidade9VAZO DE ADUO10Curso de guaQaRedeCaptaoEstaoelevatriaEstao deTratamentoQa Qb Qc1a e ETAK PqQ Q C86400| |= + |\ .1b eK PqQ Q86400= +1 2c eK K PqQ Q86400= +CETA= 1/(1-ConsumoETA)PERODO DE FUNCIONAMENTODA ADUO As vazes indicadas correspondem a aduo 24 h/dia; Devero ser maiores se o perodo for reduzido, por exemplo entre 16-20 h/dia em uma linha por recalque; Pode haver economia com operao fora de horrio de ponta do sistema eltrico (incio da noite).11HIDRULICA PARA ADUTORASEquao da energia entre duas sees transversais de um escoamento (Bernoulli): z: carga de posio, cota (m) p/: carga de presso (m) V/2g: carga cintica (m) AH: perda de carga (m)12Linha piezomtricaLinha de carga ou energia2 21 1 2 21 1 2 22 2p V p VH z H H z Hg g = + + = + A = + + + AHIDRULICA PARA ADUTORAS13Escoamento em conduto livreEscoamento em conduto foradoHIDRULICA PARA ADUTORASEquao da continuidade: Q: vazo (m/s) V: velocidade mdia na seo (m/s) S: rea da seo de escoamento (m)Obs: em canais pode ser necessrio acrescentar as perdas por evaporao...141 1 2 2constante Q VS V S = = =ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRESEquao de Manning Q: vazo (m/s) n: coeficiente de Manning S: seo molhada (m) RH: raio hidrulico (m) I: declividade da linha de energia (m/m)152/31HQ S R In= S e RHdependemdageometria da seoe da profundidaderesultanteRH= Seo molhadaPermetro molhado16Canal da Integrao / Eixo das guas (Cear, 255 km, 22 m/s)17California Aqueduct (State Water Project)Dos Amigos Pumping Plant (36 m x 437 m/s, 715 km)ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOSFrmula de Hazen-Williams Normalmente utilizada para pr-dimensionamentos Q: vazo (m/s) C: coeficiente de Hazen-Williams D: dimetro interno da tubulao (m) *D 100 mm+ j: perda de carga unitria (m/m)182,63 0,540,2785 Q C D j = Coeficiente de Hazen-Williams19ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOSFrmula Universal AH: perda de carga distribuda (m) f: fator de atrito L: comprimento da tubulao (m) V: velocidade mdia (m/s) D: dimetro da tubulao (m) k: rugosidade (m) g: acelerao da gravidade (9,81 m/s) v: viscosidade cinemtica (10-6m/s) R: nmero de Reynolds Q: vazo (m/s)202242QVDV DRL VH fDgtv==A =ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOSFrmula Universal Escoamento laminar (R4000, Colebrook-White): Crtico (transio): pode ser adotada interpolao linear2164fR=1 2,512 log3,71fkDR f| |= + |\ .ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOSFrmula Universal Clculo iterativo de f no escoamento turbulento, adota-se por exemplo f0=0,020, com poucas iteraes o resultado converge: Ou pode ser adotada a equao alternativa (Souza, 1986):2211 2,512 log3,71i ifkDf R| |= +| |\ .0,91 5,622 log3,71kDfR| |= + |\ .2320,90,94;641 5,622 log3,71:64 1 5,621 ; 2 log2500 3,71 400escoam250040002500 400ento laminar:escoamento turbulento:transio (interpolao linear):002Q V DV RDfRkD RffffRRkRDt v = ==| | = + |\ .|= =+( )225001 2 14000 25002Rf f f fL VH fDg| |\ . = + A =Q,D,k,vV,R,f,AHPerda de Carga (Frmula Universal)ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOSPerdas Localizadas2422CVH KgA =TRAADO DA ADUTORA25O traado da adutora deve levar em considerao: Presena de vias e terrenos pblicos, reas de proteo ambiental; Planta e perfil do terreno (topografia); Tipo de solo, existncia rochas, vrzeas, etc.; Interferncias e travessias (de rodovias, ferrovias, rios, linhas de fora, oleodutos, gasodutos, etc.); Material da tubulao, ventosas, descargas, blocos de ancoragem, proteo contra corroso; So favorveis traados que apresentem trechos ascendentes longos com pequena declividade (>0,2%), seguido de trechos descendentes curtos, com maior declividade (>0,3%); Quando a inclinao do conduto for superior a 25%, h necessidade de se utilizar blocos de ancoragem para estabilidade do conduto (varia com o material e tipo de junta...); A linha piezomtrica da adutora em regime permanente deve situar-se, em quaisquer condies de operao, sempre acima da geratriz superior do conduto.TRAADO DA ADUTORA26PLANTA E PERFIL DE UMA ADUTORA27DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Gravidade em Conduto Forado28descargaventosaR1R2L.P. dinmicaL.P. esttica (Q=0)z1z2AHObs1: as L.P. acima so efetivas, descontada patm/Obs2: quando a velocidade baixa, a L.P. se confunde com a L.C.Q,L,AH DFrmula universalou Hazen-Williams(AH = AZ)DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Gravidade em Conduto Livre29R1R2L.P. acompanhao nvel dguaz1z2AH/L=IQ,L,AHseo do canal pelaequao de ManningConsiderar remansose houver variaesDIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 30Velocidades mximasem condutos forados:3,0 a 6,0 m/sDIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Recalque31RL.P. esttica (Q=0)L.P. dinmicaz2AHQ,L,Hg,AH=?,D=?EEHgDIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Recalque O dimetro hidraulicamente indeterminado... Depende de aspectos econmico-financeiros:32DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por RecalquePr-dimensionamento pela frmula de Bresse: E o comprimento? Desnvel?X Material?33 ; K = 0,9 a 1,2 D KQ =RAHEEHgRAHEEHgDIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por RecalqueRecomendaes para o estudo do dimetro econmico da adutora: Pr-dimensionamento do dimetro (dentro da faixa de velocidades) e avaliao de alternativas considerando a vazode projeto, o comprimento da adutora, o desnvel geomtrico, o material da tubulao Anlise econmica atravs do critrio do valor presente Considerao de todos os custos no comuns: tubulao, montagem, escavao e reaterro, equipamentos, energia eltrica As obras e custos comuns no necessitam ser considerados34MATERIAIS DAS ADUTORASAspectos que devem ser considerados na escolha: No ser prejudicial qualidade da gua Alterao da rugosidade com o tempo (incrustao, etc.) Estanqueidade Resistncia qumica e mecnica Resistncia a presso da gua (esttica, dinmica, transitrios) Economia (no s custo da tubulao, mas instalao, aspectos construtivos, necessidade de proteo a corroso, manuteno, etc.)35PRINCIPAIS MATERIAIS DAS TUBULAESMateriais metlicos: Ao Ferro Fundido DctilMateriais no metlicos: Polietileno de Alta Densidade e Polipropileno (PE e PP) PVC Polister Reforado com Fibra de Vidro (PRFV)36TUBULAO DE AO37Vantagens Alta resistncia s presses internas e externas Estanqueidade (com junta soldada) Vrios dimetros e tipos de juntas Competitivo principalmente em maiores dimetros e pressesDesvantagens Pouca resistncia corroso externa Precaues para transporte e armazenamento Cuidados com a dilatao trmica Dimensionamento das paredes dos tubos quanto ao colapsoTUBULAO DE AORevestimentos externos FBE (Fusion Bonded Epoxy) Polietileno tripla camada Poliuretano tar Primer epoxy com alumnio fenlicoRevestimento interno Coaltar epoxy38 FlangeadaTUBULAO DE AO Tipos de juntas Soldada Elstica(1) Junta soldada nas extremidades (2) Junta soldada nas extremidades com anel (3) Junta com solda dupla nas extremidades(4) Junta com solda tipo copo (5) Junta com solda nas duas extremidades Junta soldada Junta elstica39Junta flangeadaTUBULAO DE FERRO FUNDIDO DCTIL40 Dimetros: 16 opes de 50 a 1200 mm Comprimento: 6 a 8 m Classes: K-9, K-7 e 1 Mpa Revestimento interno com argamassa de cimento Revestimento externo com zinco e pintura betuminosa Tipos de juntas:ElsticaElstica travadaMecnicaFlangesTUBULAO DE FERRO FUNDIDO DCTILDetalhes das juntas de tubulaes de ferro fundido dctilJunta elsticaJunta elstica travadaJunta mecnica Junta de flange41TUBULAO DE POLIETILENO42 Dimetros: 30 opes de 16 a 1600 mm Comprimento: limitado pelo transporte, at centenas de metros sem juntas (emissrios submarinos) Classes: 8 opes de 32 a 250 mca Sem revestimento interno ou externo Leve e flexvel Estanqueidade Resistncia qumica Resistncia a abraso Menor rugosidade Baixa celeridade (transitrios) Principais juntas em adutoras: Solda termoplstica (topo) FlangesOPERAO DAS ADUTORASCondies operacionais: Condio normal: condio prevista no projeto como manobra de vlvulas, enchimento e esvaziamento da adutora, partida e parada do bombeamento, etc. Regime permanente Transiente Condio emergencial: falha operacional de dispositivos Condio catastrfica: acidente operacional com riscos a vida e/ou danos excepcionais como o a ruptura em um ponto baixo43ENCHIMENTO DE ADUTORAS Condio para enchimento: expulso plena de ar, com gradativa e lenta admisso de gua Velocidade mdia para enchimento: 0,3 m/s Vlvulas para expulso de ar: ventosas44ENTRADA DE AR EM ADUTORAS...45Nvel muito baixo na entradaDescarga superior com introduo de arFormao de vrticeBLOQUEIO DE ADUTORAS46Consiste na paralisao do escoamento, ocasionada pela existncia de ar confinado nos pontos altos da adutoraBloqueio da adutora por gravidadeBloqueio da adutora por recalqueVENTOSAS EM ADUTORAS47Eliminaoe admisso de arFonte: http://www.saint-gobain-canalizacao.com.br/ln_valvulas/vtf02.aspEnchimento da Adutora Operao Normal Esvaziamento da AdutoraDESCARGA EM ADUTORAS48Descarga da adutora em galerias, valas e crregosDISPOSITIVOS DE PROTEO DAS ADUTORASBlocos de ancoragensProteo contra corrosoProteo contra os transitrios hidrulicos49BLOCOS DE ANCORAGEMDimensionamento dos blocos - Dados necessrios Resultante das foras (direo e intensidade) Tenso mxima admissvel na parede lateral da vala Coeso do solo ngulo de atrito interno do solo Tenso mxima admissvel pelo solo na vertical Peso especfico do solo Especificaes do concreto a ser utilizado Atrito concreto-soloCritrios de clculo Por atrito entre o bloco e o solo (peso do bloco); Por reao de apoio da parede da vala (engastamento). Foras envolvidas para o dimensionamento de um bloco de ancoragemR = fora resultante;P = peso do bloco;W = peso do aterro;B = apoio sobre a parede da vala;f = atrito sobre o solo;M = momento de tombamento.50ANCORAGEM DE ADUTORAS EM DECLIVEAssentamento de tubulao enterrada com ancoragem por trecho travadoAssentamento de tubulao area: ancoragem tubo por tubo51PROTEO CONTRA CORROSO52Proteo catdica galvnicaProteo catdica por corrente impressaNo caso de tubulaes metlicas:Proteo catdica: injeo de corrente contnua na estrutura a ser protegida elevando seu potencial em relao ao meioLIMPEZA DE ADUTORAS53SedimentaoDeposio de minerais insolveis em tubo de FD com revestimento. AATC 250 mm, ~ 15 anos, CHW~ 95.IncrustaoIncrustao em tubo de FD sem revestimento. AAB, C 250 mm, ~ 25 anos, CHW~ 70.LIMPEZA DAS ADUTORASVariao do coeficiente de Hazen-Williams devido a limpezas por raspagem54LIMPEZA DAS ADUTORASEntrada e sada do polly-pig em uma adutoraIntroduo do polly-pig atravs de hidrante, sem registroIntroduo de polly-pig atravs de uma pea especialIntroduo do polly-pig atravs de uma pea em Y55LIMPEZA DAS ADUTORAS Polly-Pig56APLICAO DO REVESTIMENTO DE ARGAMASSA DE CIMENTO57Outros Revestimentos:- Epxi;- Poliuretano, etc.MEDIDORES EM CONDUTOS FORADOS58Medidores de vazo e de pressoVenturi OrifcioMEDIDORES EM CONDUTOS FORADOS59Medidores de vazo UltrassnicosModo diagonalModo reflexivo EletromagnticosMEDIDORES EM CONDUTOS LIVRESVertedoresCalhas: Parshall, Palmer-Bowlus, etc.Medidor acstico (ADCP)etc.60INTERVENO EM ADUTORAS EM CARGA61Derivao pelo processo de furao em carga da adutora do SAM Leste da RMSPTRAVESSIAS ENTERRADASEM CURSOS DGUA62 Necessitam de outorga No devem interferir no corpo hdrico (gerar obstculo no fundo) Utilizar preferencialmente tubos de maior resistncia mecnica Envelopamento dos tubos com concreto magro (de baixa resistncia)TRAVESSIAS AREASEM CURSOS DGUA63 Necessitam de outorga Estudo Hidrolgico No devem interferir no corpo hdrico (construir acima da cota de cheia, com folga) Diversos tipos de estruturas Podem ser feitas junto a obras de arte existentes (aproveitando uma lateral por ex.) desde que autorizadasEXEMPLOS DE TRAVESSIAS AREAS64Exercciologo depois do intervalo!6566Lio de casa:ler pginas 155 a 224