redes de distribuicao - capitulo 9

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

CAMPUS CATALOCAMPUS CATALO

SANEAMENTO BSICOSANEAMENTO BSICOProfessor Ed Carlo Rosa PaivaProfessor Ed Carlo Rosa Paiva

REDES DE DISTRIBUIODE GUA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

CAMPUS CATALOCAMPUS CATALO

DE GUA

REDE DE DISTRIBUIO DE GUA

REDE DE DISTRIBUIO a parte do sistema de

abastecimento formada de tubulaes e rgos

acessrios, destinados a colocar gua potvel

disposio dos consumidores, de forma contnua,

em quantidade, qualidade, e presso adequadas

CUSTO DA REDE 50 a 75% do custo total do

sistema de abastecimento.

TIPOS DE REDE

Principal: tambm denominada de conduto

tronco ou canalizao mestra so tubulaes demaior dimetro que tem por finalidade abasteceras canalizaes secundrias.

Secundria: so tubulaes de menor dimetroe tem a funo de abastecer diretamente ospontos de consumo do sistema de abastecimentode gua.

TIPOS DE REDE

Classificao de acordo com a disposio da

tubulao principal e o sentido do escoamento:

Ramificada

Malhada

Mista

TIPOS DE REDE

Rede Ramificada

A rede classificada como ramificada

quando o abastecimento se faz a partir de quando o abastecimento se faz a partir de

uma tubulao tronco, alimentada por um

reservatrio ou atravs de uma elevatria,

e a distribuio feita diretamente para os

condutos secundrios, sendo conhecido o

sentido da vazo em cada trecho.

TIPOS DE REDE

Rede ramificada

TIPOS DE REDE Rede ramificada

Rede ramificada comtraado em espinha de peixe

Rede ramificada comtraado em grelha

TIPOS DE REDE Rede malhada

As redes malhadas so constitudas por tubulaes

principais que formam anis 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 manuteno da rede, com

mnimo de interrupo possvel no fornecimento de

gua.

TIPOS DE REDERede malhada

TIPOS DE REDE

Rede malhada em aneis

so as mais comuns;

apresenta bom funcionamento, desde que tenha sido

criteriosamente dimensionada;

apresenta nmero de registros, a serem manobrados, apresenta nmero de registros, a serem manobrados,

sensivelmente maior (comparada com a rede em

blocos);

medio das vazes mais trabalhosas.

TIPOS DE REDE

Rede malhada

Rede malhadaem blocos

TIPOS DE REDE

Rede malhada em blocos

maior facilidade na medio de vazes e no

controle de perdas;

redes internas alimentadas em apenas dois pontos;

controle mais preciso da presso e melhoria na

qualidade da distribuio;

minimizao da rea desabastecida, nos casos de

acidentes e manuteno;

melhoria da eficincia na manuteno da rede.

TIPOS DE REDE

Recomendaes para dimensionamento e traado

em redes malhadas em blocos

Ligaes domiciliares: executadas unicamente nas

redes secundrias;

Redes primrias: dimensionamento pelo critrio Redes primrias: dimensionamento pelo critrio

tradicional. A rede principal no distribui em marcha e o

espaamento mximo definido em funo da modulao

dos blocos de redes secundrias e de suas entradas;

Redes secundrias: so formadas por blocos de

redes malhadas, com cerca de 3 a 5 km de exteno em

cada bloco, interligada a rede principal.

TIPOS DE REDE

Rede mista

RECOMENDAES PARA O TRAADO DA REDE

Tubulaes principais

Devem formar circuitos fechados

Devem ser direcionadas as zonas de maior Devem ser direcionadas as zonas de maior

demanda

Localizadas em vias ou reas pblicas

Vias sem pavimentao, sem trfego

intenso, sem interferncias significativas, com

solo adequado

RECOMENDAES PARA O TRAADO DA REDE

Tubulaes secundria

Localizao no passeio

Comprimento mximo de 600 m alimentada

nas duas extremidades

Devem formar rede malhada

Em ruas onde exista uma tubulao principal

com dimetro superior a 300 mm, deve ser

prevista uma tubulao secundria para

receber as ligaes prediais.

ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE

Alimentao da rede atravs de reservatrio

elevado

Reservatrio a montante Reservatrio a jusante


Alimentao da rede atravs de reservatrio apoiado, semi-enterrado ou enterrado

Reservatrioa montanteda rede

Reservatrioa jusante da

rede

da rede


Alimentao direta na rede com reservatrio de sobra

Alimentao da rede atravs do reservatrio de montante e

reservatrio de sobra jusante

Alimentao direta na rede comreservatrio de compensao Alimentao direta na rede

atravs de vrios pontos


Abastecimento de gua de redes localizadas em setores distintos

Alimentao direta na rede com tanque Hidropneumtico


Distribuio escalonadaSetorizao da rede de abastecimento

VAZO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE

onde: Q = vazo, l/sK1 = coeficiente do dia de maior consumoK2 = coeficiente da hora de maior consumoP = populao final da rea a ser abastecida, habq = consumo per capita final de gua, l/hab.dia

Vazo especfica relativa extenso da rede

onde:qm = vazo de distribuio em marcha, l/s.mL = extenso total da rede, m

Onde: qd = vazo especfica de distribuio, (l/s.ha)A = rea a ser abastecida, ha

Vazo especfica relativa rea

Vazo especfica relativa extenso da rede

VAZO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE

Equao da continuidade

Q = V A

Equao de resistncia ou perda de carga

H = r Qn

Anlise hidrulica

H = r Qn

Anlise hidrulica:

Verificao da capacidade mxima da rede existente

Dimensionamento de rede

DIMENSIONAMENTO DE REDES

Presses mximas e mnimas na rede:

Presso esttica mxima 500 kPa (50 mH2O)

Presso dinmica mnima 100 kPa (10 mH2O)

ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA PARA ATENDER AS DIVERSAS ZONAS DE

PRESSO

ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA PARA ATENDER OS LIMITES DE PRESSO

NA REDE

DIMENSIONAMENTO DE REDES

Dimetro mnimo funo das perdas de carga e vazes disponveis

Segundo a NBR 12218/94: Tubulaes secundrias: 50 mm Tubulaes principais: no h recomendao

Segundo a PNB 594/77 - Tubulaes principais: 150 mm: zonas comerciais ou residenciais ( 150 hab/ha). 150 mm: zonas comerciais ou residenciais ( 150 hab/ha). 100 mm: ncleos urbanos (pop > 5.000 hab.) 75 mm: ncleos urbanos (pop 5.000 hab.)

Recomendao da norma europia

DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas

Seqncia de clculo para o dimensionamento

Determinao das vazes em cada trecho

Dimensionamento dos trechos

Verificao das presses resultantes


Seqncia de clculo para o dimensionamento

Determinao das vazes em cada trecho Determina-se a vazo 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; Vazo fictcia, constante ao longo do trecho:

DIMENSIONAMENTO DAS REDES - Ramificadas Dimensionamento dos trechos

Estabelecem-se limites de velocidades para dimetro e

de presso para o funcionamento adequado da rede;

Admitem-se os dimetros de cada trecho e determinam-

se as presses possveis;

Calculam-se as perdas de carga em cada trecho em

funo das vazes de dimensionamento e velocidades

limites.

Verificam se as presses resultantes se situam nos

limites estabelecidos.

Caso contrrio: modificam-se o nivel dgua do

reservatrio, ou traado ou dimetros admitidos e repete-

se os clculos.

DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas

Mtodo do seccionamento

Mtodo de clculos iterativos Mtodo de clculos iterativos


Mtodo do seccionamento


Mtodo de clculos iterativos - Exemplo

Equaes para os ns do circuito


Mtodos para soluo de redes malhadas:

Mtodo da correo de vazes (Hardy-Cross)

Mtodo da linearizao (matricial)

NBR 12218/94: o dimensionamento das redes

em malha deve ser realizado por mtodos

iteratvos, que garantam resduos mximos de

vazo e de carga piezomtrica de 0,1 l/s e 0,5

kPa, respectivamente.


Mtodo de Hardy-Cross

Modalidades de aplicao do mtodo de Hardy-Cross

Por compensao das perdas de carga

Por compensao das vazes

FUNDAMENTOS HIDRULICOS DO MTODO DE HARDY-CROSS

Localizao dos ns em redes malhadas

FUNDAMENTOS HIDRULICOS (MTODO HARDY-CROSS)

Em um n qualquer da rede, a somaalgbrica das vazes igual a zero

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

APLICAO DO MTODO DE HARDY-CROSS

PARA CADA PARA CADA ANEL:

APLICAO DO MTODO DE HARDY-CROSS Traado dos anis

Pontos de carregamento das vazes;

Sentido de escoamento

Conhecidos os pontos de entrada e sada das vazes

Estabelece-se uma primeira distribuio de vazes

Em cada n: Q = 0;

Adota-se um dimetro para cada trecho do anel

Se nos anis a H = 0 rede equilibrada

Se nos anis a H 0 a vazo deve ser corrigida

Com as novas vazes, recalculam-se as perdas de carga

Prossegue-se os clculos at obter Q pequenos ou nulos

MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA

Dimensionar a rede ramificada. Sendo dados:

Populao 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; Cota do terreno;

Comprimento dos trechos de rede;

Determinar:

Dimetro da rede;Presses;Cotas piezomtricas; Cota do nvel mnimo dgua do reservatrio, tal que apresso dinmica mnima seja de 10 mca e presso estticamxima de 50 mca.

EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA

MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES


Soluo:

Clculo da vazo total na rede ( Qmax)

Extenso da rede: L= 1.350 m;

Clculo da taxa de consumo linear: Clculo da taxa de consumo linear:

Numerar os trechos de jusante para montante Extenso medida em planta; Vazes:

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

MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES Soluo: (continuao)Numerar os trechos de jusante para montante(Extensomedida em planta);

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

QM1=0+qmL1

QM2=Qj2+qmL2

Qj2=QM1

QM3=0+qmL3

Qj4=QM2+QM3

QM4=Qj4+qmL4

QM5=0+qmL5QM6=0+qmL6

Qj7=QM5+QM6

QM7=Qj7+qmL7

Qj8=QM4+QM7QM8=Qj8+qmL8


Soluo: (Continuao)

Dimetro: numa 1a. Tentativa escolhe-se o dimetro em funo da

tabela 9.1 (livro)

Velocidade: Q=V.A

Clculo perda de carga (Hazen-Williams) C=130

Perda de carga (h) no trecho = Perda de carga unitria x L

Cotas piezomtricas a montante e jusante (ponto + desfavorvel) Cotas piezomtricas a montante e jusante (ponto + desfavorvel)

(a jusante do trecho 1) admite-se presso dinmica de 10 mca. A

cota piezomtrica nesse ponto : 10+81,00 = 91,00 mca. A cota

pizomtrica a montante desse trecho 91,00 + (h) no trecho 1 =

91,46 mca. Prossegue-se no cclulo das perda de carga;

Cota do terreno: preencher as cotas do terreno;

Presso disponvel a montante e a jusante: por diferenas entre as

cotas do terreno tem-se as presses a montante e a jusante de cada

trecho.


Soluo: (Continuao)


Soluo: (Continuao)

NBR 12218 0,6 < V < 3,5 m/s

Cota terreno (Reservatrio) = 85,00; cota piez = 92,58 mca nvel mnimo do reservatrio (presso mnima de 10 mca)


Soluo: (Continuao)


Soluo: (Continuao)

Anlise final

Estando o terreno, no local do reservatrio, na cota 85,00 e cotas piezomtrica 92,58 mca, o nvel mnimo do reservatrio, para manter a rede com a presso mnima de 10 mca, dever situar-se a:presso mnima de 10 mca, dever situar-se a:

7,58 m (92,58 85,00) acima do terreno

A presso esttica mxima ser de 32,38 mca (92,58 60,20) Nvel do reservatrio menos a cota mais baixa da rede.

?????????????????


Exemplo 1: Mtodo de Cross

Na rede de distribuio, cujo esquema apresentado a seguir, determinar dimetros, equilibrar as vazes e calcular as presses disponveis nos ns da rede, sendo dados:

Nvel dgua no reservatrio est na cota 100,00 m;

Tubulaes em ferro fundido (C = 100);

Dimteros de : 50, 75, 100 e 150 mm;


Determinao de Q0 por meio do equilbrio de ns;

Determinao do sentido das vazes;


Determinao das presses disponveis


Exemplo 2: Mtodo de Cross

Determinar a vazo que passa em cada trecho do anel da rede de distribuio esquematizada a seguir, sendo dados:

Coeficiente de perda de carga f = 0,02;


Ateno !!!!!!!

Calcula-se os dois aneis simultaneamente


Exemplo 9.2: Mtodo de Cross

Determinar dimetros e presses para rede apresentadana Figura abaixo.

Utilizar os seguintes dados:

Densidade demogrfica: 500 hab/ha; Consumo per capita de gua: 200 l/hab.dia; Consumo per capita de gua: 200 l/hab.dia; Coeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,20; Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,50; Cota mxima do nvel dgua no reservatrio: 800 m; Cota mnima do nvel dgua no reservatrio: 796 m; Comprimentos dos trechos e ns definidos na Figura;


Soluo:

Delimitao da rea a ser atendida; (j delimitada) Estudo demogrfico da rea; (j fornecido) Estudo da localizao do reservatrio, setorizao e zoneamento piezomtrico; ( A posio do reservatrio foi fornecida. Pode-se considerar um nico setor de distribuio e uma nica zona piezomtrica). Traado da rede principal; (Rede j traada) Traado da rede principal; (Rede j traada) Localizao dos ns; (Esto apresentados em planta obedecendo os critrios de 600 m, no mximo de distncia entre ns) Determinao da rea de influncia dos ns; (j determinada conforme Figura e tabela abaixo.


Soluo: (Continuao)


Soluo: (Continuao)

Determinao da vazo especfica de distribuio:

1. 2. .86.400

K K d qqd = 1, 20 1, 50 500 20086.400

x x x=

2, 0833 /qd l sxha= Clculo das vazes concentradas Clculo das vazes concentradas nos ns: (Multiplicar a vazo especfica pela rea de influncia de cada n)

MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES Soluo: (Continuao) Determinao das vazes nos trechos: (Utiliza-se o seguinte critrio:

Resultado Final (Figura 9.5)

Soluo: (Continuao) Balanceamento da rede: A partir dos dados conhecidos e adotando-se os dimetros 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.


Mtodo da Linearizao

Problema genrico de circuitos em malha

Dados Vazes externas ao sistema: q1, q3 e q4 Incgnitas

Vazes nos tubos: Qi, j, onde i o n inicial e j o n final Cargas nos ns: Hi, onde i indica o n


Mtodo da Linearizao

Equaes para clculo da perda de carga

sendo: h = carga total no n;f = fator de atrito universal;L = comprimento do trecho;D = dimetro;A = rea do tubo;Q = vazo no trecho.

MTODO DA LINEARIZAO

Matrizes contendo vazes como incgnitas

Soluo dessas matrizes iteraes, at a convergncia

Passos para a soluo

1. Atribuem-se valores de vazo arbitrrios Qi, j*

2. Monta-se a matriz

3. Resolve-se a matriz

4. Comparam-se os valores, se |Qi, j** Qi, j*| <

5. Em caso negativo retoma-se o passo 2

MTODO DA LINEARIZAO

Carga nos ns

Valor de carga para ns condies de contorno

MTODO DA LINEARIZAO

Clculo dos dimetros

Coeficientes da relao V x D

V=aDb

MTODO DA LINEARIZAO

Condies de contorno

Perdas de carga localizadas

Reservatrios

MTODO DA LINEARIZAO

Condies de contorno

Vlvula de controle de presso

MTODO DA LINEARIZAO

Condies de controle

Vlvula de controle de vazo

MTODO DA LINEARIZAO

Cins = Cm pi m DieiLi

Cop = P T Ce FA

Min Ctot = Cinst + Cop

ROTEIRO BSICO PARA A ELABORAR PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIO DE GUA

Delimitao da rea a ser atendida

Estudo demogrfico da rea a ser atendida

Concepo do sistema de distribuio Estudos das zonas de presso Estudos de setorizao Traado da rede de distribuio

Seleo dos pontos de concentrao de vazes Seleo dos pontos de concentrao de vazes

Extenso dos trechos

reas de influncia dos ns Vazes especficas Vazes concentradas nos ns

Vazes nos trechos Redes ramificadas Redes malhadas

Vazes nos hidrantes

PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIO DE GUA

redes de distribuicao - capitulo 9

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