projeto básico - captação e adução (carolina accorsi e rodrigo sena)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE – UFAC

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas

Curso de Bacharelado em Engenharia Civil

PROJETO DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

ELABORAÇÃO DE PROJETO BÁSICO DE ABSATECIMENTO DE

ÁGUA PARA ATENDIMENTO DE UMA POPULAÇÃO

UNIDADES: CAPTAÇÃO E ADUÇÃO

Rio Branco - AcreMaio / 2012

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Universidade Federal do Acre – UFAC

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas

Curso de Bacharelado em Engenharia Civil

Disciplina: Abastecimento de Água

Docente: Prof. Dr. Marconi Gomes de Oliveira

Discente: Carolina de Lima Accorsi

Rodrigo Oliveira Sena

PROJETO DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

ELABORAÇÃO DE PROJETO BÁSICO DE ABSATECIMENTO DE

ÁGUA PARA ATENDIMENTO DE UMA POPULAÇÃO

UNIDADES: CAPTAÇÃO E ADUÇÃO

Rio Branco - AcreMaio / 2012

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Trabalho extra classe requerido na Disciplina Abastecimento de Água, sob a orientação do docente Dr. Marconi Gomes de Oliveira, como requisito avaliativo.

SUMÁRIO

1.0 – Introdução/Apresentação.........................................................................................4

2.0 – Dados e requisitos do projeto...................................................................................5

3.0 – Memorial de Cálculo................................................................................................7

3.1 – Determinação das características hidráulicas da adutora....................................7

3.1.1 – Determinação da Vazão...............................................................................7

3.1.2 – Determinação das características hidráulicas de recalque...........................7

3.1.3 – Determinação das características hidráulicas de sucção............................10

3.1.4 – Altura manométrica total...........................................................................12

3.2 – Determinação da Potência do Conjunto Motor-bomba....................................12

3.3 – Determinação dos blocos de ancoragem para a proteção da adutora...............13

3.3.1 – Bloco de Ancoragem BA01 - Estaca 7 (Curva de 45 )⁰ ...........................14

3.3.2 – Bloco de ancoragem BA02 - Estaca 13 (Curva de 45 )⁰ ...........................14

3.3.3 – Bloco de ancoragem BA03 - Estaca 19 (Curva de 90 )⁰ ...........................15

3.3.4 – Bloco de ancoragem BA04 - Estaca 22 (Curva de 22 30’)⁰ ......................15

3.3.5 – Bloco de Ancoragem BA05 - Estaca 33 (Curva de 90 )⁰ .........................16

3.4 – Dimensionamento do diâmetro das ventosas e descargas................................17

3.4.1 – Cálculo do diâmetro das ventosas.............................................................17

3.4.2 – Cálculo do diâmetro das descargas............................................................17

3.5 – Determinação do volume de escavação da vala...............................................17

3.6 – Estudo do fenômeno do Golpe de Aríete..........................................................17

3.6.1 – Cálculo da sobrepressão............................................................................17

4.0 – Memorial Descritivo...............................................................................................20

3

1.0 – Introdução/Apresentação

Denomina-se sistema de abastecimento de água o conjunto de obras civis,

instalações, mecanismos e equipamentos que devem funcionar ininterruptamente

fornecendo água potável para que as seguintes perspectivas sejam alcançadas: controle e

prevenção de doenças; melhores condições sanitárias (higienização intensificada e

aprimoramento das tarefas de limpeza doméstica em geral); conforto e segurança

coletiva (limpeza pública e instalações contra incêndio); desenvolvimento de práticas

recreativas e de esportes; desenvolvimento turístico, industrial e comercial.

Na elaboração de um projeto de abastecimento de água é necessário conhecer

bem os elementos que irão compor o sistema, a fim de se obter uma solução adequada à

realidade da comunidade que receberá o benefício. Deve ser verificada a demanda de

água no início do funcionamento do sistema e observado o incremento populacional

baseado numa estimativa de crescimento demográfico. Vale lembrar que nem todo

sistema de abastecimento de água é composto pelas mesmas estruturas e dispositivos,

pois o que define os elementos que serão utilizados são as necessidades que aparecem

no estudo de implantação do sistema.

No geral, um sistema de abastecimento de água é composto pelas seguintes

partes: manancial, captação, estação elevatória, adutora, estação de tratamento de água,

reservatório e rede de distribuição.

No presente trabalho pretende-se elaborar um projeto básico de abastecimento

de água contendo as seguintes unidades: captação direta de um manancial e adução de

água bruta por recalque. Para tornar água adequada ao consumo será instalada uma

ETA, a qual será alimentada pela adutora de água bruta compreendida entre a captação

e ETA. O sistema de abastecimento visa atender uma população de 50.000 habitantes e

o sistema de bombeamento funcionará 12 horas por dia.

4

2.0 – Dados e requisitos do projeto

5

3.0 – Memorial de Cálculo

3.1 – Determinação das características hidráulicas da adutora

3.1.1 – Determinação da Vazão

Para determinação da vazão, temos os seguintes dados:

Pop. de Projeto = 50.000 hab.

q = 180 l/hab.dia

k1 = 1,20

2% de perdas para lavagem (ETA)

Q=q × P2012 ×k1

86400+(2%)=180 ×50000 × 1, 20

12 ×60 ×60+(2% )=255,00 l /s

3.1.2 – Determinação das características hidráulicas de recalque

3.1.2.1 – Diâmetro de recalque

O diâmetro de recalque foi determinado através da fórmula de Bresse. No

cálculo, adotou-se o coeficiente de Bresse K = 1,3. Como o sistema funcionará apenas

12h/dia, temos:

DR=K . XQ √Q , onde X=nº de horas24

=1224

=0,5

DR=K . XQ √Q=1,3 .0,50,255 √0,255≅ 0,550 m=550 mm → DR=600 mm

Dessa forma, será utilizado o diâmetro comercial de 600mm para a tubulação de

recalque.

7

3.1.2.2 – Velocidade de recalque

A determinação da velocidade foi feita através da equação da continuidade:

Q=VA → V=QA

= 4Q

π D2

V= 4 .0,255

π (0,600)2=0,90 m /s

3.1.2.3 – Perda de carga no recalque

Perda de carga linear

A perda de carga linear foi calculada através da fórmula de Darcy:

h f=10,643 × C−1,85 ×Q1,85 × D−4,87× L

O conjunto motor-bomba (E.E.A.B) está na estaca 2 e a entrada da ETA na

estaca 48. Sabendo que a distância entre uma estaca e outra é de 20 metros, temos:

L=( 48−2 ) x20=46 x 20=920 m

Logo:

h f=10,643 ×(140)−1,85 ×¿

Perda de carga localizada

A obtenção da perda de carga localizada foi obtida pela equação geral:

h f=∑ K ×V 2

2 g

8

Os valores de “K” para cada peça de ligação foram retirados da tabela 7.2 (Pág.

122), do Manual de Hidráulica, conforme a tabela abaixo:

Valores aproximados de K1 – válvula de gaveta aberto 0,20

1 – válvula de retenção 2,502 – curvas de 90⁰ 2 x 0,40 = 0,802 – curvas de 45⁰ 4 x 0,20 = 0,40

1 – curva de 22º30’ 0,101 – redução gradual 0,15

TOTAL 4,15

Dessa forma, temos:

h f=∑ K ×V 2

2 g=

4,15×(0,88)2

2×9,81=0,190m

Perda de carga total no recalque

A perda de carga total é a soma das perdas linear e localizadas no trecho de

recalque. Logo, temos:

h f (R)=1,01+0,190=1,20m

3.1.2.4 – Altura manométrica de recalque

A altura manométrica de recalque é dada por:

Hman( R)=∆ GR+hf (R )

Onde: ∆ GR = desnível geométrico de recalque

h f (R) = perda de carga total no recalque

Mas, ∆ GR = (Cota da ETA) – (Cota da E.E.A.B) = 139,75 – 127,50 = 12,25

Logo:

Hman( R)=12,25+1,20=13,45 m

9

3.1.3 – Determinação das características hidráulicas de sucção

3.1.3.1 – Diâmetro de sucção

O diâmetro de sucção deve ser superior ou igual ao de recalque. Como o nosso

diâmetro de recalque foi igual a 550mm, vamos adotar o diâmetro de sucção igual a

600mm, o que significa que para efeito de cálculo ele já é maior que o diâmetro de

recalque. Então:

DS=600 mm

3.1.3.2 – Velocidade de sucção

A determinação da velocidade foi feita através da equação da continuidade:

Q=VA → V=QA

= 4Q

π D2

V= 4 .0,255

π (0,600)2=0,90 m /s

3.1.3.3 – Perda de carga na sucção

Perda de carga linear

A perda de carga linear foi calculada através da fórmula de Darcy:

h f=10,643 × C−1,85 ×Q1,85 × D−4,87× L

A margem do Rio está na estaca 1 e o conjunto motor-bomba (E.E.A.B) na

estaca 2. A distância horizontal entre as estaca é de 20 metros, entretanto, é necessário

que o comprimento horizontal seja maior que 20 metros a fim de que a captação não

aconteça na margem do rio, mas um pouco a dentro do mesmo. A parcela vertical da

tubulação corresponde a distancia entre o nível mínimo do rio (condição mais

desfavorável) e a tubulação horizontal. Então:

10

L=(20+3,0)+(127,50−122 )=23+5,50=28,50 m

Logo:

h f=10,643 ×(140)−1,85 ×¿

Perda de carga localizada

A obtenção da perda de carga localizada foi obtida pela equação geral:

h f=∑ K ×V 2

2 g

Os valores de “K” para cada peça de ligação foram retirados da tabela 7.2 (Pág.

122), do Manual de Hidráulica, conforme a tabela abaixo:

Valores aproximados de K1 – válvula de pé e crivo 1,75 + 0,75 = 2,50

1 – curva de 90⁰ 0,401 – redução gradual 0,15

TOTAL 3,05

Dessa forma, temos:

h f=∑ K ×V 2

2 g=

3,05×(0,90)2

2× 9,81=0,126m

Perda de carga total na sucção

A perda de carga total é a soma das perdas linear e localizadas no trecho de

recalque. Logo, temos:

h f (S)=0,031+0,126=0,157m

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3.1.3.4 – Altura manométrica de sucção

A altura manométrica de recalque é dada por:

Hman(S )=∆G S+h f (S)

Onde: ∆ GS = desnível geométrico de sucção

h f (S) = perda de carga total na sucção

Mas, ∆ GR = (Cota da E.E.A.B) – (Nível mínimo do Rio) = 127,50 – 122 =

5,50m

Logo:

Hman(S )=5,50+0,157=5,657 m

3.1.4 – Altura manométrica total

A altura manométrica total é dada pela soma das alturas manométricas de sucção e

recalque. Logo:

Hman (TOTAL )=Hman(S )+H man ( R )=5,657+13,45=19,11m

3.2 – Determinação da Potência do Conjunto Motor-bomba

A potência do conjunto motor-bomba é dada por:

P=γ ×Q × Hman(TOTAL)

75 ×n

Onde:

γ=1000 kgf /m ³

Q=0,250 m ³ /s

Hman(TOTAL)=17,851m

Ƞm = 0,88 (rendimento para vazão superior a 200l/s)

Ƞb = 0,88 (rendimento para vazão superior a 200l/s)

Ƞ = 0,88 x 0,88 = 0,77

12

Então,

P=1000 ×0,255 ×19,1175× 0,77

=84,38 cv=85,23 hp

Entretanto,

Para bombas com mais de 20 HP é recomendável adicionar 10% na potência

instalada. Logo:

Pinst=P+10 % P=85,23+0,1 ×85,23=93,75 hp → 100hp

3.3 - Determinação dos blocos de ancoragem para a proteção da adutora

A função dos blocos de ancoragem é conter os esforços originados em curvas,

peças de derivação, tampões e em lances de grande inclinação das linhas sujeitas ao

deslocamento de tubos e peças especiais. Os blocos de ancoragens podem ser de concreto

simples ou armado.

No projeto da adutora foram utilizados blocos de ancoragem nos pontos de

mudança de direção (curvas) da tubulação. As pressões em cada ponto de mudança de

direção foram obtidas através do perfil longitudinal, onde basta medir a distancia entre o

ponto da tubulação e a linha piezométrica.

3.3.1 - Bloco de Ancoragem BA01 - Estaca 7 (Curva de 45 )⁰

Com:

D = 600 mm

Conexão: Curva de 45⁰

Através do Ábaco (figura 10.19), pág. 238 do livro de Manual de Hidráulica,

volume único, ao entrarmos com os dados acima, obtemos:

E (á baco )=2,0 t=2000 kg

E (real )=E (á baco ) × p

A pressão no interior da tubulação na estaca 7 é de 10,84 m.c.a. (1,08 kg/cm²) de

acordo com o perfil longitudinal apresentado no final do trabalho. Logo:

E (real )=E (á baco ) × p=2000× 1,08=2160 kg /cm ²

13

Área do bloco BA01

No cálculo da área do bloco será considerada uma tensão admissível de 3kg/cm².

A= Eσadm

=21603

=720 cm ²

Dessa forma, adoremos as seguintes dimensões para a área mínima de contato

com o solo: 25x30cm².

3.3.2 - Bloco de ancoragem BA02 - Estaca 13 (Curva de 45⁰)

Com:

D = 600 mm




E (á baco )=2,0 t=2000 kg



acordo com o perfil longitudinal apresentado no final do trabalho. Logo:

E (rea l )=E (á baco )× p=2000 × 0,98=1960 kg /cm ²

Área do bloco BA02


A= Eσadm

=19603

=653,33 cm ²



14

3.3.3 - Bloco de ancoragem BA03 - Estaca 19 (Curva de 90 )⁰

Com:

D = 600 mm




E (á baco )=4,0 t=4000 kg



acordo com o perfil longitudinal apresentado no final do trabalho. Então,

E (real )=E (á baco ) × p=4000 ×0,91=3640 kg/cm ²

Área do bloco BA03


A= Eσadm

=36403

=1213,33 cm ²


com o solo: 35x35 cm².

3.3.4 -Bloco de ancoragem BA04 - Estaca 22 (Curva de 22⁰30’)

Com:

D = 600 mm

Conexão: Curva de 22⁰30’



E (á baco )=1,10 t=1100 kg




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E (real )=E (á baco ) × p=1100 ×0,85=935 kg /cm ²

Área do bloco BA04


A= Eσadm

=9353

=311,67cm ²



3.3.5 - Bloco de ancoragem BA05 - Estaca 33 (Curva de 90 )⁰

Com:

D = 600 mm




E (á baco )=4,0 t=4000 kg




E (real )=E (á baco ) × p=4000 ×0,53=2120 kg /cm²

Área do bloco BA05


A= Eσadm

=21203

=706,67 cm²



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3.4 - Dimensionamento do diâmetro das ventosas e descargas

3.4.1 - Cálculo do diâmetro das ventosas

Como estamos calculando a tubulação para a admissão e expulsão de ar,

usaremos a fórmula:

d ≥D8

=6008

=75 mm

3.4.2 - Cálculo do diâmetro das descargas

d ≥D6

=6006

=100 mm

3.5 - Determinação do volume de escavação da vala

A tubulação deverá ter uma profundidade mínima de (D + 1,10) e a largura de

(D + 0,40) sendo o comprimento total da tubulação é de 948,50m (L(R) + L(S)). Como o

diâmetro da tubulação de 600mm, teremos a profundidade e a largura da vala de 1,70m e

1,00m, respectivamente.

O volume total de escavação dar-se-á pelo produto entre a profundidade (h) com

a largura (b) e o comprimento (l), como na formula a seguir:

V total deescava ção=h ×b × l=1,70 ×1,00 ×948,5=1612,45 m3

3.6 - Estudo do fenômeno do Golpe de Aríete

3.6.1 -Cálculo da sobrepressão

Existem duas forma de se calcular a sobrepressão. Para o cálculo, leva-se em

consideração a manobra do tempo de fechamento da válvula ou registro de acordocom

as seguintes classificações:

Classificação da Manobra: sendo t tempo de fechamento da válvula ou registro:

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Se → t - manobra rápida (sobre-pressão máxima)

Se → t - manobra lenta

¿ 2× LC

Onde:

= período da canalização

L = comprimento da adutora (1990 m)

C = celeridade em m/s

Cálculo da Celeridade (C)

C= 9900

√48,3+kDe

Onde:

k = coeficiente que leva em conta o módulo de elasticidade: 10/E

k = 1,0 (ferro fundido dúctil)

D = diâmetro da adutora (600 mm)

e = espessura da adutora = 15,7mm (NBR 7661)

C= 9900

√48,3+1,060015,7

=1064,35 m / s

Assim,

¿ 2× LC

=2 ×948,501064,35

=1,78 s

Pelo fechamento rápido:

Se t , deveremos ter um tempo de manobra rápida (sobre-pressão máxima)

ha=Cvg

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Onde:

ha = sobrepressão ou acréscimo de pressão em m.c.a.

C = celeridade em m/s (1064,35 m/s)

v = velocidade em m/s (0,88 m/s)

g = aceleração da gravidade (9,81 m/s²)

Então,

ha=Cvg

=1064,35× 0,909,81

=97,65 m . c . a .

Logo, a pressão total para o fechamento rápido será:

Pressão Total = Pressão Estática + Sobrepressão

Pressão Total = 19,11 + 97,65 = 116,76 m.c.a.

Pelo fechamento lento:

Se t , deveremos ter um tempo de manobra lenta. Onde a fórmula para o cálculo

segue:

ha=2 × L × v

g ×t

Onde:

ha = sobrepressão ou acréscimo de pressão em m.c.a.

L = comprimento da adutora (948,50 m)

v = velocidade em m/s (0,90 m/s)

g = aceleração da gravidade (9,81 m/s²)

t = tempo de manobra em s. (Adotaremos t = 10 s)

ha=2× L × v

g ×t=2 × 948,50× 0,90

9,81× 10=17,40 m . c . a .

Logo, a pressão total para o fechamento rápido será:

19

Pressão Total = Pressão Estática + Sobrepressão

Pressão Total = 19,11 + 17,40 = 36,51 m.c.a.

Dessa forma, de acordo com a figura 12.9 (pág. 334) do livro de Manual de

Hidráulica, volume único, através de sua interpretação fazendo-se uso dos dados da

altura manométrica e da vazão, deveremos utilizar uma válvula para casos especiais.

Poderemos ainda realizar um fechamento lento das válvulas ou registros,

construção de chaminés de equilíbrio ou tubos piezométricos capazes de absorver os

golpes, podendo assim permitir a oscilação da água. Ou até mesmo a instalação de ar

comprimido, que proporciona o amortecimento dos golpes.

4.0 – Memorial Descritivo

Captação Direta

A captação de água será realizada de forma direta de um manancial de água, o

qual atende a demanda, apresentando cota no nível mínimo de 122 m.

A captação direta será com a execução de um muro de arrimo, ou proteção de

margem, como apresentado em esquema abaixo.

Dessa forma, a captação irá constar apenas de uma válvula de pé com crivo;

28,50 metros de tubulação de sucção em tubos de ferro fundido com flanges de DN 600

mm; e conjunto motor-bomba de 100 hp.

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Como obras complementares serão executadas: a casa de bomba e as instalações

elétricas adequadas ao funcionamento do conjunto motor-bomba. A casa de bomba tem

como objetivo de protegê-la de intempéries e restringir o acesso apenas a pessoal

especializado. A bomba a ser instalada será de eixo horizontal e deverá ser assentada em

nível, mantendo alinhamento com os motores, e assentada em base de concreto.

Adução de água bruta por recalque

Será implantada uma adutora de água bruta por recalque, enterrada, que tem por

finalidade conduzir a água desde a captação até a Estação de Tratamento de Água –

ETA. Segue esquema abaixo:

A adutora a ser implantada de extensão de 920 m será em tubulação de ferro

fundido com flanges de DN 600 mm. As conexões a serem usadas também serão em

ferro fundido com flanges.

No início da adutora, após o conjunto motor-bomba, será instalada válvula de

retenção para impedir o retorno do líquido através da bomba.

Em pontos estratégicos da adutora serão previstos a colocação de ventosas e

descargas, respectivamente nos pontos mais altos e mais baixos.

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projeto básico - captação e adução (carolina accorsi e rodrigo sena)

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