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Saneamento I - 184

Rede de distribuição de água: um sistema de tubagens e elementos acessórios instalados na via pública, em terrenos da entidade distribuidora ou em outros sob concessão especial, cuja utilização interessa ao serviço público de abastecimento de água potável.

A rede geral de distribuição alimenta, por meio de ramais domiciliários, os diversos edifícios ou instalações a servir.

Ramal domiciliário: tubagem que assegura o abastecimento predial de água, desde a rede geral pública atéao limite da propriedade a servir.

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Redes de Distribuição de Água

Saneamento I - 185


Redes de Distribuição de Água/ Traçado em Planta

Saneamento I - 186

– só há um percurso possível entre o reservatório e qualquer ponto da rede

Vantagens:

requer menor número de acessórios;permite que se adoptem os diâmetros económicos;dimensionamento hidráulico simples.

Inconvenientes:

acumulação de sedimentos nos pontos terminais;no caso de avaria todo o abastecimento é interrompido para jusante;pressão insuficiente no caso de aumento (ou variação) das solicitações de consumo.


Redes de Distribuição / Classificação

Redes Ramificadas

Saneamento I - 187

Vantagens:

permite escoamento bidireccional;no caso de avaria numa tubagem, não se interrompe o escoamento para jusante;efeitos pouco significativos, em termos de pressão, quando ocorrem grandes variações de consumos.

Inconvenientes:

exige uma maior quantidade de tubagens e acessórios;o cálculo hidráulico é mais complexo.



– as condutas fecham-se sobre si mesmasconstituindo malhas (circuitos fechados);

Redes Emalhadas (ou malhadas)

Saneamento I - 188

Reservatório : ponto de alimentação ou de consumo pontual que se caracteriza por condicionar as cotas piezométricas na rede de distribuição;

Nó : ponto de alimentação ou de consumo pontual, ou de ligação de dois ou mais trechos;

Trecho : segmento de conduta que ligam dois ou mais nós (de cota piezométricafixa ou condicionada) e que se caracteriza por ter um caudal constante ou uniformemente distribuído;

Malha : conjunto de trechos que forma um circuito fechado.


Redes de Distribuição / Topologia

Saneamento I - 189

Redes Ramificadas

T = M + N + F -1

Redes Emalhadas Redes Mistas

T = 21 + 4 + 2 -1 = 26

Trechos (T)…………………………… = 26Nós de junção (N) …………………….. = 21Reservatórios (F)………………………. = 2Malhas naturais (M) ………………….. = 4Malhas imaginárias…………………… = 1

T = 10 + 4 + 2 -1 = 15

Trechos (T)…………………………… = 15Nós de junção (N) …………………….. = 10Reservatórios (F)………………………. = 2Malhas naturais (M) ………………….. = 4Malhas imaginárias…………………… = 1

T = 8 + 1 -1 = 8

Trechos (T)……………………………… = 8Nós de junção (N) …………………….. = 8Reservatórios (F)………………………. = 1Malhas naturais (M) ………………….. = 0Malhas imaginárias…………………… = 0



Saneamento I - 190

Equações dos Troços

Os caudais em cada troço são as incógnitas (T incógnitas)

T = M + N + F -1


Redes de Distribuição / Formulação do Equilíbrio Hidráulico

Equações dos Nós

As cotas piezométricas em cada nó são as incógnitas (N incógnitas)

As correcções de caudal em cada malha são as incógnitas (M+F-1 incógnitas)

Equações das Malhas

Saneamento I - 191

( ) ( )⎩⎨⎧

<>

=−

=

∑∑

∑=

00

1

j

jjdivijconvij

j

NC

iij

CC

CQQ

CQ

Saída de caudal

Entrada de caudal

ouN equações lineares da continuidade

Equação da conservação da energia (lei das malhas)

Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)

∑∑

∑∑

∑∑

−+−+

==

==

==

Δ=ΔΔ=Δ

=Δ=Δ

=Δ=Δ

)FM()FM(

MM

NT

i

nii

NT

ii

NT

i

nii

NT

ii

NT

i

nii

NT

ii

ZQCZH

...

QCH

...

QCH

11

11

11

11

11

00

00 Malha 1…

Malha M…

Malha (M+F-1)

M+F-1 equações não lineares da conservação da energia

T = M + N + F -1



Equações dos Troços

Saneamento I - 192

1 equação não linear da conservação da energia

3 equações lineares da continuidade lineares

Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1

0 + Q12 + 0 - Q23 = C2

0 + 0 + Q13 + Q23 = C3

0 + K12 ( Q12 )n- K13( Q13 )n + K23( Q23 )n = 0

Q23

N

(0)(1)

(2)

(3)Q01 Q13

Q12

C1

C2

C3



Equações dos Troços - Exemplo

Os caudais em cada troço são as incógnitas (neste caso, 4 incógnitas)

Saneamento I - 193

2/1

2/1

3/22/13/2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −××=×××=

ij

jiij

ij

jiijijijijijijijij

CHH

Q

LHH

RSKJRSKQ

( ) ( ) jdivijconvij CQQ =− ∑∑

N equações não lineares

Para a fórmula de Manning tem-se:

j

div

n

ij

ji

conv

n

ij

ji CC

HHC

HH=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −∑∑

/1/1

Substituindo nas equações da continuidade tem-se:



Equações dos Nós

Equação da continuidade em cada nó (lei dos nós)

Saneamento I - 194

3 equações da continuidade não lineares

Q23

N

(0)(1)

(2)

(3)Q01 Q13

Q12

C1

C2

C3Q01 - Q12 - Q13 + 0 = C1

0 + Q12 + 0 - Q23 = C2

0 + 0 + Q13 + Q23 = C3

3

/1

23

32

/1

13

31

2

/1

23

32

/1

12

21

1

/1

13

31

/1

12

21

/1

01

1

CC

HHC

HH

CC

HHC

HH

CC

HHC

HHC

HN

nn

nn

nnn

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

Equações dos Nós - Exemplo



As cotas piezométricas em cada nó são as incógnitas (3 incógnitas)

Saneamento I - 195

M+F-1 equações não lineares

Considera-se que Qoi são os caudais arbitrados, de forma a obedecer às equações da continuidade. nos diferentes trechos da rede (i=1,2,…,T), em que T é o número de trechos.

11 1

1

1 1

1 1

1

1

0

0

−= =

= =

= =

Δ=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛Δ+

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛Δ+

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛Δ+

∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑

−+

F

NT

i

nM

Jjoi

NT

i

nM

Jjoii

NT

i

nM

Jjoii

ZQQC

...

QQC

...

QQC

)FM(

M

Malha 1…

Malha M…

Malha (M+F-1)

Equações das Malhas



Saneamento I - 196

K12 (Q012 + ∆Q1 )n + K23 (Q023 +∆Q1 )n + K13 ( -Q013 + ∆Q1 - ∆Q2 )n = 0

K13(Q013 + ∆Q2 - ∆Q1 )n + K43 ( -Q043 + ∆Q2 )n + K14 ( -Q014 + ∆Q2 )n = 0

2 equações não lineares

Q43

N

(0)

(1)

(2)

(3)

Q01Q13

Q12C1

C2

C3

(4) C4

Q23

Q14

∆Q1

∆Q2

Equações das Malhas - Exemplo



As correcções de caudal cada malha são as incógnitas (M + F - 1 incógnitas)

Saneamento I - 197

É um programa de computador que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água de sistemas de distribuição em pressão.

Permite obter:

caudal em cada tubagem;pressão em cada nó;altura em cada reservatório de nível variável;concentração de substâncias na rede;idade da água;rastreio da origem da água.

Links:EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html#DescriptionLNEC: http://www.dha.lnec.pt/nes/epanet/#Downloads


Redes de Distribuição / Dimensionamento Hidráulico / EPANET 2.0

ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY

Saneamento I - 198

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 24º

1 - A implantação das condutas da rede de distribuição em arruamentos deve fazer-se em articulação com as restantes infra-estruturas e, sempre que possível, fora das faixas de rodagem;

2- As condutas da rede de distribuição devem ser implantadas em ambos os lados dos arruamentos, podendo reduzir-se a um quando as condições técnico-económicas o aconselhem, e nunca a uma distância inferior a 0,80 m dos limites das propriedades;

3 - A implantação das condutas deve ser feita num plano superior ao dos colectores de águas residuais e a uma distância não inferior a 1 m, de forma a garantir protecção eficaz contra possível contaminação, devendo ser adoptadas protecções especiais em caso de impossibilidade daquela disposição.


Redes de Distribuição / Implantação

Saneamento I - 199

1 - A profundidade de assentamento das condutas não deve ser inferior a 0,80 m, medida entre a geratriz exterior superior da conduta e o nível do pavimento;

2 - Pode aceitar-se um valor inferior ao indicado desde que se protejam convenientemente as condutas para resistir a sobrecargas ou a temperaturas extremas;

3 - Em situações excepcionais, admitem-se condutas exteriores ao pavimento desde que sejam convenientemente protegidas mecânica, térmica e sanitariamente.


Redes de Distribuição / Profundidade


Saneamento I - 200

1 - Na elaboração de estudos de sistemas de distribuição de água deve ter-se em consideração os elementos constantes dos respectivos cadastros.

2 - Os cadastros devem estar permanentemente actualizados e conter, no mínimo:

3 - Os cadastros podem existir sob a forma gráfica tradicional ou informatizados.

a) A localização em planta das condutas, acessórios e instalações complementares, sobre carta topográfica a escala compreendida entre 1:500 e 1:2 000, com implantação de todas as edificações e pontos importantes;

b) As secções, profundidades, materiais e tipos de junta das condutas;c) A natureza do terreno e condições de assentamento;d) O estado de conservação das condutas e acessórios;e) A ficha individual para os ramais de ligação e outras instalações do sistema.


Redes de Distribuição / Cadastro


Saneamento I - 201

A rede de distribuição é dimensionada para o caudal de ponta instantâneo (Qp ):

Qp = fp x Qm [L3/T-1]

em que

Popf p

702+=

População Fp500 5,13

1.000 4,212.000 3,575.000 2,99

10.000 2,7050.000 2,31

100.000 2,22500.000 2,10


Consumos e Caudais de Projecto

Saneamento I - 202

Para a distribuição dos caudais consumidos pela rede, deve atender-se aos:

consumos domésticos;consumos comerciais;consumos industriais. (só se forem importantes)

A distribuição dos consumos domésticos pode ser efectuada:

áreas consumidoras - imputando a cada nó a população correspondente à sua área de influência, tendo em conta a densidade de população nas diferentes áreas;

comprimentos fictícios - utilizando o conceito de consumo de percurso e considerando que o consumo do trecho é directamente proporcional ao comprimento fictício desse trecho (quanto maior o consumo do trecho maior o comprimento fictício do trecho).


Afectação dos Consumos a Nós de Cálculo

Saneamento I - 203

∑=

i

totalup Lf

QQ

sendo:Qup - caudal de percurso unitário [L/(s.m)]Qtotal - caudal de ponta instantâneo total a distribuir pelos trechos (L/s)Lfi - comprimento fictício no troço de tubagem i (m)i - número do trecho de tubagem na rede de distribuição (-)

O comprimento fictício que é obtido da seguinte forma:

o comprimento fictício é igual ao comprimento real do troço vezes o número de pisos (Lf = L x N), nas condutas com serviço de percurso de ambos os lados (k =1);o comprimento fictício é metade do comprimento real do troço vezes o número de pisos (Lf = 0,5 L x N), nas condutas com serviço de percurso dum só lado (k =0,5);o comprimento fictício é nulo para condutas sem serviço de percurso (Lf = 0). (k =0).

k=1,0k =0,5

k=0A partir da definição dos comprimentos fictícios dos troços, é possível determinar o caudal de percurso unitário (Qup),



Saneamento I - 204

iupi LfQQ .=

totaliupi QLfQQ == ∑∑

Para imputar o caudal aos nós poder-se-á concentrar, por exemplo:

1/2 do consumo do trecho no nó de montante;

1/2 do consumo do trecho no nó de jusante.

Caudal consumido em cada trecho de tubagem i:

∑=

i

totalup Lf

QQ



nó i

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