6 – Sifão invertido Usados na transposição de obstáculos como córregos, rios, galerias de águas pluviais,

adutoras, linhas de metrô, galerias de cabos elétricos ou de comunicação, etc.

Tipos de perfis de sifões invertidos ou falsos sifões

• Obra com custo relativamente elevado • Dificuldade de limpeza e desobstrução • Exige cuidados especiais na operação

Sifão invertido só deve ser utilizado após estudo comparativo de alternativas

• Transposição por baixo: Aprofundamento da tubulação somente no trecho do obstáculo

Figura: Tsutiya & Sobrinho, 1999.

Ventilação

Figura: Tsutiya & Sobrinho, 1999.

Dimensionamento • Escoamento por gravidade em conduto forçado • Mínimo de duas tubulações • Fundamental: garantir uma condição de autolimpeza, pelo

menos 1 vez ao dia. (Importante evitar formação de obstruções)

• Critério adotado com êxito pela SABESP: vmínima=0,6 m/s para Qmédia

vmínima=0,9 m/s para Qmáxima

• Velocidade máxima:

– Características do material do sifão – Carga disponível

vmáxima= 3 a 4 m/s

• Diâmetro mínimo: 150 mm • Ventilação: tubulação Dsifão/10 até Dsifão/2

Muitos trabalhos publicados apontam v≥0,9m/s para impedir deposição e capaz de arrastar areia já depositada. Mas imposição desse valor, inviabiliza, em muitos casos uso de sifões invertidos (perdas de cargas excessivas)

Perdas de carga

• Perdas localizadas • Perdas distribuídas

• Fórmula Universal • Fórmula de Hazen-Williams

Fórmula Universal (1850)

TH028 - Saneamento Ambiental I 7

Condutos forçados Perdas distribuídas

Tubos circulares:

Darcy, Weisbach e outros – perda de carga por atrito em condutos

∆ℎ = 𝑓𝐿

𝐷

𝑉2

2𝑔 ∆ℎ =

8𝑓𝐿𝑄2

𝜋2𝑔𝐷5 ou

Δh : Perda de carga (m) f : coeficiente de atrito = ϕ (Re, K/D) L : comprimento da tubulação (m) V : Velocidade média do escoamento (m/s) D : Diâmetro da tubulação (m) g : Aceleração da gravidade(m/s²) Q : Vazão (m³/s) K : Rugosidade interna da parede do tubo. Valor tabelado em função do material da tubulação

Escoamento turbulento: Re > 4000

𝑓 =64

𝑅𝑒

Rugosidade relativa

1

𝑓= −2𝑙𝑜𝑔

𝐾

3,7𝐷+

2,51

𝑅𝑒 𝑓

Escoamento laminar: Re < 2000

Colebrook & White:

𝑅𝑒 =𝑉𝐷

ʋ

Re: Número de Reynolds ʋ : viscosidade cinemática da água

TH028 - Saneamento Ambiental I 8

Diagrama de Moody (1944)

Fórmulas explícitas (erro < 1% da Eq. Colebrook & White)

𝑓 =1,325

𝑙𝑛𝐾

3,7𝐷 +5,74𝑅𝑒0,9

2

1

𝑓= −2𝑙𝑜𝑔

𝐾

3,7𝐷+

5,13

𝑅𝑒0,89

Swamee e Jain:

Válida para 5.10³ ≤ Re ≤ 108 10-6 ≤ K/D ≤ 10-2

Barr:

Válida para Re ≥ 105

TH028 - Saneamento Ambiental I 9

Propriedades físicas da água

NBR 12215/92

Fórmula de Hazen-Williams (1903)

TH028 - Saneamento Ambiental I 10

Condutos forçados Perdas distribuídas

J = 10,65 Q1,85 C-1,85 D-4,87 J : Perda de carga unitária (m/m) Q : Vazão (m³/s) D : Diâmetro da tubulação (m) C : Coeficiente de rugosidade V : Velocidade (m/s)

Tubos Novos Usados (~10 anos)

Usados (~20 anos)

Aço galvanizado roscado 125 100 -

Concreto acabamento comum 130 120 110

Tijolos, condutos bem executados 100 95 90

PVC 140 135 130

Q = 0,279 C D2,63 J0,54

V = 0,355 C D0,63 J0,54 V=Q/A

Perdas localizadas

TH028 - Saneamento Ambiental I 11

Equação geral:

∆ℎ𝐿= 𝐾𝐿𝑉2

2𝑔

ΔhL : Perda de carga localizada (m) KL : coeficiente adimensional que depende da singularidade, do número de Reynolds, da rugosidade da parede e, em alguns casos, das condições de escoamento. V : Velocidade média do escoamento (m/s) g : Aceleração da gravidade(m/s²)

KL - valor pode ser obtido experimentalmente ou tabela

Peça K

Ampliação gradual 0,30*

Bocais 2,75

Comporta aberta 1,00

Controlador de Q 2,50

Cotovelo de 90° 0,90

Cotovelo de 45° 0,40

Curva de 90° 0,40

Curva de 45° 0,20

Junção 0,40

Válvula de globo aberta 10,00

Exemplo Elaborar o projeto de um sifão invertido. Dados: Vazões afluentes em função das etapas de implantação do sifão

Etapas Vazões (L/s)

Média Máxima horária (dia qualquer)

Máxima

Imediata (implantação) 80 111 130

Primeira etapa (10 anos) 200 283 336

Segunda etapa (20 anos) 328 446 534

Comprimento do sifão: 40 m Características do coletor afluente ao sifão: • diâmetro: 800 mm • declividade: 0,0036 m/m • cota da soleira do coletor afluente: 384,00m

Solução

Perda máxima de 0,35m

Referências

• Tsutiya & Sobrinho. 1999. Coleta e transporte de esgoto.