cap6 adutoras

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Adutoras

Adutoras em Sistemas deAbastecimento de Água

Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento e destinam-se a conduzir água entre as unidades que precedem à rede distribuidora.

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Adutoras em sistemas de abastecimento de água

• Qualquer interrupção afeta o abastecimento de água a toda a população

• Por falta de especificações convenientes dos materiais e pela inobservância de técnicas construtivas adequadas � acidentes

• Necessitam de cuidados especiais na elaboração do projeto e na implantação das obras

• Recomenda-se criteriosa análise do traçado em planta e em perfil, a fim de verificar a correta colocação de seus órgãos acessórios e ancoragens nos pontos onde ocorrem esforços que possam causar deslocamento das peças

Classificação das Adutoras

• Quanto à natureza das águas transportadas– Adutora de água bruta– Adutora de água tratada

• Quanto à energia para a movimentação da água– Adutora por gravidade

• Em condutos forçados (tubos sujeitos a pressão superior à atmosférica)

• Em conduto livre (canais, aquedutos ou tubos sujeitos à pressão atmosférica)

– Adutora por recalque– Adutoras mistas

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Adutoras por gravidade

Adutoras por recalque

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Adutoras mistas

Traçado das adutoras

• Uso de critérios técnicos e econômicos

• Evitar regiões que forneçam obstáculo para a implantação, operação e manutenção (áreas pantanosas, submersas, com grandes declives, etc.)

• Preferencialmente em faixa de domínio público

• Traçado mais direto

• Aproximando de estradas que facilitem sua implantação e manutenção futura

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Para diminuir o custo de implantação das adutoras, recomenda-se...

• A adutora deverá ser implantada, de preferência em ruas e terrenos públicos

• Deve-se evitar traçado onde o terreno é rochoso, pantanoso e de outras características não adequadas

• A adutora deve ser composta de trechos ascendentes com declividade não inferior a 0,2% e trechos descendentes com declividade não inferior a 0,3%, mesmo em terrenos planos

• Quando a inclinação do conduto for superior a 25%, há necessidade de se utilizar blocos de ancoragem para dar estabilidade ao conduto

• Não se devem executar trechos de adução horizontal; no caso do perfil do terreno seja horizontal, o conduto deve apresentar alternadamente, perfis ascendentes e descendentes

• São recomendados os traçados que apresentam trechos ascendentes longos com pequena declividade, seguido de trechos descendentes curtos, com maior declividade

Para o traçado definitivo das adutoras...

• Inspeção de campo para a escolha da melhor alternativa de traçado

• Levantamento topográfico planialtimétrico e cadastral de uma faixa envolvendo o melhor traçado (de 30 a 60 metros de largura)

• Sondagens de terreno a trado e a percurssão ao longo da faixa, para informações geotécnicas sobre o subsolo

• Com os dados acima, deve-se lançar na planta da faixa, o eixo da adutora, que deverá ser estaqueado de 20 em 20 metros

• Elaboração do perfil do terreno e da adutora

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Vazão de adução

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• Para o dimensionamento das adutoras (conduto livre ou forçado), a rigor devem ser consideradas as perdas localizadas

• No entanto, na maioria dos casos, estas perdas atingem valores desprezíveis, comparativamente às perdas por atrito ao longo das tubulações

Dimensionamento das adutoras

• Parâmetros para o cálculo:

• Vazão (Q)• Velocidade (v)• Perda de carga unitária (J)• Diâmetro (D)

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Dimensionamento hidráulicoAdutoras por gravidade

• Elementos necessários:

• Vazão máxima diária (Q � vazão de adução em m3/s)• Desnível geométrico entre o nível d’água na tomada e na

chegada (∆G em m);• Comprimento da adutora (L� medido em planta se a declividade

do terreno for menor que 25%, caso seja maior, deve-se medir no perfil, em m)

• Material do conduto que determina a rugosidade (C da fórmula de Hazen Williams ou K da fórmula Universal, adimensional).

PressãoEstática

PressãoDinâmica

Linha Piezométrica

Q

NA

NA

∆G

L

Roteiro de Cálculo: dimensionamento adutora por gravidade

• Calcula-se a perda de carga unitária ideal ao longo da tubulação: Ji. Este valor conduziria ao D mais econômico, uma vez que utilizaria toda a energia disponível:

LGJi /∆=

• Ji (m/m), ∆G (m), L (m)

• Para adutoras com L > 5.000D, não se considera as perdas localizadas

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• Calcula-se o diâmetro teórico por Hazen-Williams:

87,485,1

85,1

..65,10

DC

QJ i =

• Q = vazão máxima diária (m3/s)

• D = diâmetro teórico a ser calculado (m)

• Ji = perda de carga unitária ideal (m/m)

• C = admensional (função do material da tubulação)


• Adota-se o Diâmetro comercial imediatamente superior ao teórico calculado

Material da Tubulação (tubos novos) Valor de C

Plástico 140

Ferro fundido ductil 130

Aço 130

Concreto armado 130

Fibra de vidro 140

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• Com o Diâmetro comercial �maior vazão

• Para chegar na vazão requerida pode-se:a) Dar um fechamento parcial na válvulab) Energia despendida com o fechamento da válvula

pode ser utilizada no próprio tubo (casos em que não se pode aumentar a vazão)


Calcula-se a nova perda de carga unitário (Jc)

Calcula-se o novo desnível geométrico (∆Gc = Jc x L)

Compara-se:

– Se ∆G - ∆Gc ≤ 0,05 ∆G � utiliza-se Dc adotado como final. Haverá perda de energia igual a ∆G – ∆Gc

– Se ∆G - ∆Gc > 0,05 ∆G � subdivide-se a adutora em dois sub-trechos de diâmetros diferentes.

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Divide-se a adutora em dois trechos:L = L1 + L2Sendo:

Dc já adotado, correspondente a L1D’c imediatamente inferior ao anterior, correspondente a L2

Calcula-se J’c correspondente a D’c.Pode-se então calcular L1 e L2 através do sistema de equações:

L = L1+L2∆G = Jc.L1 + Jc’.L2

A piezométrica terá duas indicações, correspondentes a Jc e J’c. Toda a energia disponível será aproveitada.


• Determina-se os valores da velocidade da água que não devem ser maiores que:

Fonte: CETESB

Para velocidade mínima:

águas com suspensões finas: 0,30 m/s;águas com areias finas: 0,45 m/s;águas com matéria orgânica: 0,60 m/s.

Material do tubo Vel. Máxima (m/s)Plásticos 4,5Ferro fundido dúctil 4,0 a 6,0Aço 6,0Concreto 4,5 a 5,0

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Alternativas de traçado• A linha piezométrica não deve cortar a tubulação � prejudicial ao

funcionamento da adutora (formação de bolsas de ar, pressões negativas, variação de volume)

• O que se deve fazer?

• Opção 1: Cortar o terreno para locar a tubulação abaixo da piezométrica

L

D

Corte no terrenoLP

NA

Alternativas de traçado• Opção 2: Construção de uma caixa intermediária no ponto mais alto

do terreno, aberta à pressão atmosférica. Cada trecho vai ser dimensionado como já explicado.

NA h ≥ 2,5 D2

D2

NANA

Caixa intermediária

LP, J2

LP, J1

A

D1

Corte no terreno

L2L1

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Alternativas de traçado

• Opção 3: Dimensionar a linha com dois diâmetros D1>D2. – A piezométrica do primeiro trecho terá declividade menor (J1)

para ultrapassar o ponto alto– Deve-se ter uma folga da piezométrica de no mínimo 1,5m

acima do terreno

Escolhe-se a alternativa mais econômica e adequada operacionalmente a cada caso.

Dimensionamento hidráulicoAdutora por recalque

• Em geral são conhecidos:– Vazão de adução, Q (m3/s)– Comprimento da adutora, L (m)– Desnível a ser vencido, Hg (m)– Material da adutora

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LrLs

NA

QNA∆Gs

Dr, J, V∆Gr

hf

A’

Determina-se o diâmetro D da adutora e a potência P da bomba que vai gerar a pressão necessária para vencer o desnível indicado, à vazão desejada

A função da bomba em gerar pressão, permite admitir que a água tenha alcançado uma cota equivalente ao ponto A’


LrLs

NA

QNA∆Gs

Dr, J, V∆Gr

hf

A’

Quanto maior a altura manométrica (mais elevado A’ ) � maior será a declividade da linha piezométrica � menor poderá ser o diâmetro para aduzir Q

A presão produzida pela bomba está relacionada com a potência do equipamento

Indeterminação do problema � há uma infinidade de diâmetros e potências que permitem solucionar a questão para uma mesma vazão de dimensionamento

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• Diâmetros escolhidos com base em critério econômico � considera-se as despesas com a tubulação e com os conjuntos elevatórios

• Quanto maior a altura manométrica gerada pela bomba, maior será a declividade da linha piezométrica e menor poderá ser o diâmetro para conduzir a vazão � maior custo do conj. elevatório e os gastos com energia elétrica

• Diâmetro mais conveniente é aquele que resulta em menor custo total das instalações (estação elevatória, tubulação, energia consumida e outros custos de operação)


• Aspectos econômico-financeiros:

• Aquisição e assentamento dos tubos, peças e aparelhos• Aquisição do conjunto motor-bomba adequado para cada diâmetro• Operação, manutenção e consumo de energia elétrica• Amortização e juros

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Recomendações para escolha do diâmetro econômico da adutora

• Análise econômica através do critério do valor presente, com taxa de desconto de 12% ao ano ou indicada pelo órgão financiador

• Consideração de custos não comuns como:– Custo de aquisição e implantação da adutora– Custo dos equipamentos– Despesas com energia elétrica

• Definição de etapas de implantação da adutora e dos conjuntos motor-bomba

• Alternativas a serem estudadas com o mesmo tipo de bomba e com a mesma modulação

• Pré-dimensionamento do diâmetro através da fórmula de Bresse

Solução de casos práticos: adutora por recalque

• Pré-dimensionamento do diâmetro �

• Adução contínua � 24 horas

• FÓRMULA DE BRESSE:

D � diâmetro da adutora de recalque (m)

Q � vazão aduzida (m3/s)

K � fator da fórmula de Bresse

QKD =

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• A constante K depende de custos de:– Material– Mão-de-obra– Operação– Manutenção do sistema, etc.

• Varia de local para local e no tempo, principalmente em regimes inflacionários

• Normalmente: 0,75 < K < 1,4

• De um modo geral, pode ser tomado k = 1,2 quando se utilizam tubos de ferro fundido

QKD =

Algumas observações sobrea fórmula de Bresse

• Trata-se de uma equação muito simples, para representar um problema complexo e com muitas variáveis econômicas � aplicada na fase de anteprojeto

• Em sistemas de menor porte, com adutoras de até 6’’, pode conduzir a um diâmetro aceitável

• A fixação de um valor para K � velocidade de econômica (comuns valores entre 1,0 e 1,5 m/s)

• Fórmula de Bresse deve ser aplicada para sistemas de funcionamento contínuo (24 hs)

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Para adutoras que funcionam apenas algumas horas por dia:

)/(.3,1 325,0 smQXDr =

X � fração de horas por dia

X = n/24

n = número de horas de funcionamento por dia

Recomendada pela NBR-5626

•Na vida útil dos projetos de instalações de recalque, os gastos de energia muitas vezes ultrapassam os custos de investimento das instalações, é uma despesa operacional de relevância na determinação do diâmetro econômico das adutoras

•Representam 50% das despesas das companhias de saneamento


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• Instalações de maior porte, estudo econômico:

1. Adotam-se três a quatro diâmetros, em torno do valor obtido através das fórmulas anteriores;

2. Determinam-se as características dos conjuntos elevatórios (altura manométrica, potência, rendimento, etc.) necessárias à instalação, para cada diâmetro;

3. Calculam-se os consumos anuais de energia para cada conjunto elevatório-diâmetro;

4. Determinam-se os custos anuais de amortização e juros do capital investido na aquisição de tubos e equipamentos de recalque (incluindo sistemas elétricos) para cada alternativa;

5. Somam-se os custos resultantes da aquisição de equipamentos, tubos e energia, para cada alternativa e escolhe-se o diâmetro que conduz ao menor custo global.

• Determinado D, calcula-se a perda de carga contínua e a velocidade. Por Hazen-Williams ou da fórmula universal (projeto)



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Curva característica de uma adutora

• As curvas relacionam vazão e altura manométrica � facilita a solução de grande número de problemas de recalque

• (1)• Expressando em função da vazão:• (2)

• Hman � altura manométrica (m)• Hg � altura geométrica total (m)• Hf � perda de carga total (m)• r � constante para cada adutora (varia com o envelhecimento

da tubulação)• Q � vazão• n � coeficiente (=2, caso a fórmula para a determinação da

perda de carga seja a universal, =1,85 se Hazen-Williams)

ngman

ffgman

QrHH

hLJhhHH

.

.

+=

∆+=→+= ∑

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• Para um valor de vazão, determina-se Hman (considerando as perdas ao longo das tubulações e as localizadas na elevatória, na sucção e no recalque)

• Com a equação 2, calcula-se o valor de r

• Adota-se novos valores de Q e, para cada um Hman.


• Traça-se a curva:

• Obs.: Não é necessário p/ as adutoras por gravidade, uma vez que para cada diâmetro, corresponde uma única vazão

QQmQ2Q1

Hg

H1

H2

Hm

Hman

0

Curva característica

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Associação de linhas adutoras

• A adução pode ser:

– Única tubulação

– Tubulações associadas

• Em série

• Em paralelo

Associação de linhas adutoras

• Análise por via gráfica: curvas características

• Regra básica:

– Adução em paralelo � soma-se as vazões e as perdas de carga permanecem as mesmas

– Adução em série � soma-se as perdas de carga e as vazões permanecem as mesmas

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Adução em paralelo deadutoras por recalque

Adução em série deadutoras por recalque

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Materiais das Adutoras

• O que é tubulação?

• Normalmente definida como sendo um conjunto de tubos e conexões com a finalidade de transportar água de um ponto a outro

Materiais das adutoras

• Devem ser consideradas para a escolha dos materiais :

• Qualidade da água :• O material não deverá prejudicar a qualidade da água, não deverá

ser dissolvido pela água, e se dissolver, não deverá provocar danos aos usuários

• Quantidade de água:• A seção da tubulação não deverá sofrer modificações e sua

rugosidade interna, não deverá sofrer alteração sensível durante o tempo

• Não provocar vazamentos nas juntas

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• Devem ser consideradas para a escolha dos materiais :

• Não provocar trincas, corrosões e arrebentamentos p or açãos externas e internas

• Pressão da água :• Os materiais devem resistir os esforços internos, inclusive contra os

transitórios hidráulicos, sem provocar trincas, arrebentamentos e vazamentos nas juntas

• Economia:• Ter menor custo, ter durabilidade, resistir a ação de choques,

permitir o menor número de juntas e facilitar a operação e a manutenção


• Outros fatores :

• Características do local (declividade, tipo de solo , localização do lençol freático, etc.)

• Disponibilidade (dimensões, espessuras, juntas e ac essórios)• Propriedades do material (revestimentos, resistênci a à fadiga e

à corrosão)• Pressões externas (peso da terra, carga do tráfego)• Métodos de assentamento

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Materiais das adutorasPrincipais materiais

• Tubos metálicos:– Aço– Ferro fundido dúctil– Ferro fundido cinzento (não está mais sendo fabricado no Brasil)

• Tubos não metálicos– Materiais plásticos (PVC, poliéster reforçado com fibra de vidro)– Concreto protendido– Cimento amianto (não está mais sendo fabricado no Brasil)

• Cada tipo de material apresenta vantagens e desvantagens. É, portanto, difícil apontar sem um estudo cuidadoso o que satisfaça a todos os requisitos desejados de resistência, durabilidade e economia.

Tubulação de Aço

• A tubulação de aço é geralmente competitiva com o ferro fundido dúctil para grandes diâmetros e pressões elevadas

• Fabricados no Brasil com D entre 150 e 2500 mm, sendo mais vantajoso nas tubulações com D> 800mm

• Características:

• Ótima resistência às pressões externas e internas, permitindo a utilização de paredes finas (devem ser observadas as condições de colapso)

• Facilidade de deformação (cuidados especiais)• Custo maior que as outras tubulações• Pouca resistência à corrosão• Dificilmente apresentam vazamentos, especialmente quando soldados• Quando aparentes, são sujeitos à dilatação (juntas de expansão)• Necessário revestimento interno para não oferecerem resistência ao

escoamento

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Tubulação de Aço – Tipos de juntas

• Junta Soldada:

• Mais utilizada

• Tem grande resistência mecância

• Boa estanqueidade

• Facilidade de aplicação

• Eliminação de ancoragem (apenas nos casos de travessias)

• Impossibilidade de desmontagem


• Junta Flangeada:

• Geralmente utilizadas em tubulações de sucção e no barrilete de estações elevatórias

• Facilitam as montagens e desmontagens• Dispensam os blocos de ancoragem

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• Junta Elástica:

• Utilizada para tubulação de aço com ponta e bolsa• Facilidade de montagem e manuseio dos tubos• Permite deflexões com perfeita estanqueidade• Dispensa mão-de-obra especializada

Obs.: Todas as estruturas e tubulações metálicas enterradas estão sujeitas às ações corrosivas de natureza eletroquímica ou eletrolítica, havendo a necessidade de revestimentos internos e externos

Tubulação de ferro fundido

• Ferro fundido cinzento: elevada fragilidade e vulnerabilidade à corrosão, principalmente em terrenos agressivos (não é mais fabricado)

• Ferro fundido dúctil: aqui se introduz uma pequena quantidade de magnésio, com isso, a grafita se cristaliza sob a forma de esferas, que tornam o material mais elástico (menos frágil) e resistente à tração e aos impactos– São fabricados nos diâmetros de 50 a 1200 mm– Comprimentos variando de 3, 6, 7 m– Revestidos internamente por argamassa de cimento aplicada por

centrifugação e externamente recebem uma camada de zinco metálico puro

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• Junta elástica - mais utilizada em tubulações de ponta e bolsa

• Junta elástica travada – anterior + travamento para neutralizar esforços dinâmicos que ocorram nas tubulações, evitando-se a desconexão dessas, através do travamento de suas bolsas. Dispensa de ancoragem. (solos de pequena resistência, travessia de rios, etc.). Custo elevado.


• Junta mecânica – para tubos com D médios e grandes, sendo preparada para suportar grandes pressões. Montagem simples e rápida, permite desmontagem e reaproveitamento do material

• Junta de flanges – é uma junta rígida que permite a desmontagem da tubulação. Utilizada em tubulações não enterradas e sujeitas a eventuais desmontagens (captação, tomada d’água, EE)

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Tubulação de Concreto

• Em desuso• Adutoras em conduto livre• Custo e resistência• Problemas constantes de vazamentos

Operação das Adutoras

• Condição normal: previsto em projeto. Manobras necessárias para a adequação do sistema às situações operacionais pré-determinadas

• Condição emergencial: falha operacional de um dos dispositivos previstos para operar em manobras normais – Ex.: tempo de manobra de uma válvula maior que o previsto,

funcionamento inadequado de dispositivos de proteção, etc.

• Condição catastrófica: excepcional � acidente operacional

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Descarga de adutoras

• O dispositivo deve ser dimensionado de modo a propiciar velocidade mínima de arrasto para remover o material eventualmente sedimentado

• O dispositivo deve proporcionar o esvaziamento completo do trecho da adutora da gravidade; caso não seja possível, deve-se prever meio adequado de completar o esvaziamento

• A água deve ter sua energia dissipada e ser convenientemente encaminhada ao sistema receptor

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Dimensões da descarga

• Azevedo Netto et al. (1998):

• Na falta de melhores estudos e como regra prática para um dimensionamento provisório, recomenda-se adotar o diâmetro da descarga como sendo igual a 1/6 do diâmetro da tubulação a drenar

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cap6 adutoras

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