15-sifoes invertidos 2013-1.pdf

Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental

PHA2412 - Saneamento II

Renato Carlos ZambonRonan Cleber Contrera

Sifões Invertidos

Alternativas para transposição de obstáculos?

por gravidade, aprofundando a tubulação

por recalque, através de elevatória

por gravidade, com travessia aérea (depende do caso)

por gravidade, com sifão invertido

2

Sifão Invertido - Hidráulica

Escoamento em conduto forçado, por gravidade

Cálculo da perda de carga distribuída

Fórmula Universal: K = 2 mm

Fórmula de Hazen-Williams: C = 100

Fórmula de Manning: n = 0,015

Cálculo da perda de carga localizada:

3

2

2s s

VH K

g

Sifão Invertido - ex. Planta e Perfil

4

Sifão Invertido - ex. Planta e Perfil

5

Sifão Invertido - Construção

6

Sifão Invertido no Rio São Domingos, Catanduva-SP

Sifão Invertido - Limpeza

7bucket machines

Sifão Invertido - Perdas de Carga

8

Dimensionamento

Velocidade:

Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez por dia

Velocidade mínima:

V > 0,6 m/s, para vazão média

V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia qualquer

Velocidade máxima: 3,0 a 4,0 m/s

Diâmetro mínimo: Ø 150 mm

Número de tubulações:

mínimo = 2

grandes variações de vazões > 2

9

Perfis

10

Câmara de Montantecontrole de vazão por stop-log

11

Câmara de Jusantecontrole de vazão por stop-log

12

Câmara de Montantecontrole de vazão por vertedor lateral

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Ventilação do Sifão Invertido

14

Diâmetro da tubulação de ventilação:

SI2

1vent.SI

10

1

Ventilação na câmara de montante Ventilação por tubulação interligandoas câmaras de montante e jusante

Sifão Invertido - Exemplo de Projeto

Materiais: ferro fundido ductil, concreto, aço, plásticos

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Vazões afluentes

* para verificação da auto-limpeza

ETAPASVAZÕES (l/s)

médiamáxima horáriadia qualquer*

máxima

Imediata(Implantação)

80 111 130

1ª etapa(10 anos)

200 283 336

2ª etapa(20 anos)

328 446 534

Comprimento do sifão: 40 m

Coletor afluente: ø 800 mm, I = 0,0036 m/m

Cota da soleira do coletor afluente: 384,00 m

ex. - Dimensionamento das Tubulações

Admitindo-se que o sifão invertido será constituído de 3 tubulações (1, 2 e 3)

a tubulação 1 atenderá a etapa imediata

a tubulação 2 mais a tubulação 1 atenderão a 1ª etapa

a tubulação 3 e as demais atenderão a 2ª etapa

Determinação dos diâmetros, considerando

para vazão média: V > 0,6 m/s

para vazão máxima horária de um dia qualquer: V > 0,9 m/s

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ex. - Dimensionamento das Tubulações

D1 para atender o início de operação do sifão (Qméd = 80 L/s):

adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, D1 = 400 mm

alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s também resulta 400 mm:

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211 1

0,080 4 0,1330,133 0,412

0,60

QS m D m

V

2

1 1

0,111 4 0,1330,123 0,396

0,90S m D m

ex. - Dimensionamento das Tubulações

D2 para atender a 1ª etapa, em primeira aproximação consideramos a vazão de 80 L/s passando por D1 e a diferença até 200 L/s por D2:

18

2

2 2

0,200 0,080 4 0,2000,200 0,505 500

0,60S m D m mm

aproximação porque a distribuição das vazões deve

igualar a perda de carga, não as velocidades!

ex. - Dimensionamento das Tubulações

alternativamente, para vazão máxima horária de um dia qualquer de 283 L/s também resulta 500 mm:

D3 para atender a 2ª etapa, em primeira aproximação consideramos a vazão média de 200 L/s passando por D1 + D2:

(também = 500 mm para vazão máxima horária de um dia qualquer)

19

2

2 2

0,283 0,111 4 0,1910,191 0,493 500

0,90S m D m mm

2

2 3

0,328 0,200 4 0,2130,213 0,521 500

0,60S m D m mm

ex. - Curva Característica e Operação

Agora sim, vamos conferir as perdas de cargas localizadas e distribuídas e as vazões resultantes:

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peça Ks

entrada 0,50

2 curvas 45o 0,40

saída 1,00

1,90sK

com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m)

e para D1 = 400 mm:

Q (L/s) V (m/s)Perdas de carga (m)

Localizada Distribuída Total30 0,24 0,01 0,01 0,0260 0,48 0,02 0,04 0,0690 0,71 0,05 0,08 0,13

120 0,95 0,09 0,14 0,23150 1,19 0,14 0,22 0,36180 1,43 0,20 0,32 0,52210 1,67 0,27 0,44 0,71

ex. - Curva Característica e Operação

e com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m) e D2 = D3 = 500 mm:

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Q (L/s) V (m/s)Perdas de carga (m)

Localizada Distribuída Total30 0,15 0,01 0,01 0,0260 0,31 0,01 0,01 0,0290 0,46 0,02 0,03 0,05

120 0,61 0,04 0,05 0,09150 0,76 0,06 0,07 0,13180 0,92 0,08 0,10 0,18210 1,07 0,10 0,14 0,24240 1,22 0,14 0,18 0,32270 1,37 0,18 0,22 0,40300 1,52 0,22 0,27 0,49330 1,68 0,27 0,33 0,60

ex. - Curva Característica e Operação

Curvas características do sifão, determinando a perda de carga para as tubulações de 400 mm e de 500 mm e respectivas velocidades:

pela distribuição das vazões no período de projeto e considerando as velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se admitir uma perda de carga máxima de 0,35 m.

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H (m) e V (m/s)

(1) D1 = 400 mm

(2) D2 = 500 mm

(3) D3 = 500 mm

ex. - Curva Característica e Operação

Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações do sifão, em função do intervalo das vazões:

a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s, no início da operação a velocidade será de 0,88 m/s. Para essa velocidade, pode-se admitir que haverá auto-limpeza nas tubulações do sifão.

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Intervalo de vazões (L/s)

Tubulação em operação

Variação de velocidades (m/s)

Variação das perdas de carga (m)

80 – 150 (1) 0,64 – 1,19 0,10 – 0,35150 – 250 (2) ou (3) 0,76 – 1,27 0,13 – 0,35

250 – 400(1)+(2) ou

(1)+(3)0,74 – 1,19 no tubo 10,80 – 1,27 em 2 ou 3

0,14 – 0,35

400 – 500 (2)+(3) 1,02 – 1,27 0,23 – 0,35

500 - 650 (1)+(2)+(3)0,90 – 1,19 no tubo 10,99 – 1,27 em 2 e 3

0,21 – 0,35

ex. - Períodos de Operação

Com a tabela anterior podemos definir os períodos de operação para cada tubulação do sifão:

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Tubulação do SifãoPeríodo de operação

(anos)(1) 0 – 1

(2) ou (3) 1 – 5(1) + (2) ou (1) + (3) 5 – 13

(2) + (3) 13 – 18(1) + (2) + (3) 18 - 25

ex. - Níveis d’água nas câmaras

Câmaras de montante e jusante: para determinar o NA nas câmaras do sifão, foram consideradas as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (H=0,35 m):

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Q (L/s) Y/D NA montante (m) H (m) NA jusante (m)150 0,30 384,24 0,35 383,89250 0,39 384,31 0,35 383,96400 0,50 384,40 0,35 384,05500 0,57 384,46 0,35 384,11650 0,69 384,55 0,35 384,20

ex. - Ventilação

Será projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante, pois está se admitindo que os gases expulsos não afetarão as condições ambientais do local. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da área das tubulações do sifão:

outra alternativa para a ventilação seria a ligação entre as câmaras...

26

2 22

1 2 3

2

vent vent

0,4 0,52 0,518

4 4

S 0,052 250 e

S S S S m

m mm

ex. - Planta e Perfil

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F.A.Q.

Qual o horário da prova? O mesmo da aula.

Cai até onde? Assuntos de todas as aulas de SES.

A sub é aberta? Não.

As questões são escritas ou numéricas? Tem dos três tipos.

Pode usar calculadora? Deve (se referir, régua de cálculo).

Lápis ou caneta? Ambos e de várias cores são bem-vindos.

Ipad, Ipod, Iphone, N*book, Celular, Consulta, etc.? NÃO!

Dúvidas sobre a matéria, quer conversar sobre o curso ou outros assuntos? Os professores estão em tempo integral na universidade, procure no departamento (podem haver aulas, reuniões, etc., vale confirmar antes). Se preferir, use o email.

Outras?

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