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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 1
AULA 3
Caudais de dimensionamento.
Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores.
Dimensionamento das condutas à pressão.
Características e materiais das tubagens.
DISCIPLINA DE PROJECTO DE SANEAMENTO AULA 3 / SUMÁRIO
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 2
Duração do transporte:
Transporte por bombagem
A não ser em casos especiais, 16 h
diárias como período máximo diário de
adução (NP 837);
A fiabilidade dos sistemas
mecânicos permite 20 h/dia, com
segurança razoável.
Transporte gravítico
Período máximo diário de adução de
24 h/dia.
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA SISTEMAS DE ADUÇÃO DE ÁGUA / DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE ADUTORAS
16h- 20 h/dia
24 h/dia
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 3
Caudais de dimensionamento
Dimensionamento para o dia de maior consumo
Qdim = Kt x Kp x f D x Qm
Dimensionamento para o mês de maior consumo
Qdim = Kt x Kp x fM.Qm
em que:
Kt – factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte);
Kp – factor de perdas na adução (1,05 a 1,10
fM ; fD – factor de ponta mensal ou factor de ponta diário
Qm – caudal médio anual
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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 4
Limitações à velocidade do escoamento
Limitação da velocidade máxima
Sobrepressões provocadas pelo regime variável
Perdas de carga excessivas e anti-económicas
Limitação da velocidade mínima
Qualidade da água nas condutas
Auto-limpeza e deposição de sólidos
Velocidade do escoamento:
Troços em pressão por bombagem : 0,6 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s
Troços em pressão por gravidade : 0,3 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s
Custo de Energia (€)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 200 400 600 800
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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 5
Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis
Qdim (m3/s) => Q = V.S => Intervalo de Diâmetros
Vmax, Vmin (m/s) => S = pi.D2/4 => D (m) = (4 Q / pi.V)0.5
Dmin Dmax
D1 D2 D3
Gravítico (Qdim 40)
Dmin Dmax
D1 D2
Elevatório
(Qdim 20)
(Qdim 40)
Di = diâmetros comerciais cujo diâmetro interior está no intervalo
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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 6
No sistema puramente gravítico (sem elevação)
A escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis é função da energia disponível
Cálculo de Jmáx = Dz / L | determinar Jmáx
Pela fórmula de perda de carga (Colebrook-White ou Manning Strickler),
cálculo de Dmin’ |
Diâmetro mais económico é o diâmetro mínimo (ou a combinação de diâmetros) que
está dentro do intervalo Dmin e Dmax (verifica os dois critérios) e que permite transportar a
água para a cota pretendida.
Dmin Dmax
D1 D2 D3
Gravítico (Qdim 40)
Dmin’
Dz L
Jmax
1
Dmin’
D<Dmin’
Linha de energia dinâmica (LED)
D>Dmin’
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ESCOLHA DO DIÂMETRO
Gravity flow
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 7
Em sistemas elevatórios ou num sistema misto (em vale) | Conceito de diâmetro
económico
Para determinar o Diâmetro mais económico é necessário contabilizar, para
além dos custos da instalação da tubagem, os custos com a energia.
Assim, retém-se todos os diâmetros tecnicamente viáveis (D1 e D2) e
contabiliza-se os encargos energéticos das diferentes soluções viáveis.
DN
€ Custo Total
Custo condutas
Custos exploração
(energia)
Dec
Qdim 40
Dmin Dmax
D1 D2
Qdim 20
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ESCOLHA DO DIÂMETRO ECONÓMICO
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 8
Fórmula de Colebrook- White
Mais rigorosa +/-15% de erro
Mais adequada para sistemas adutores (normalmente sistemas
longos e com muitas perdas de carga contínuas)
Fórmula de Manning Strickler
Adequada para redes de distribuição e sistemas com superfície livre
(redes de drenagem ou canais/rios)
2/13/2 JRSKQ S
JD2gD
2,51
3,7D
k
2gJπ
Q2D
nnn
2/510
2/5
1n log
n
210
2
1nJD2gD
2,51
3,7D
k
D8g
UJ log
Ks PE,PVC = 100-120 m1/3s-1
(água20ºC) = 10-6 m2s-1
kPE,PVC = 0,003-0,02 mm
kFFD,aço = 0,01-0,1 mm
Ks FFD,aço = 75 - 90 m1/3s-1
Quintela (1981), p.140
Quintela (1981), p.153
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CÁLCULO DAS LINHAS DE ENERGIA
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 9
Condutas adutoras gravíticas:
Altura piezométrica estática
E-2
E-3
PN 6
PN 10
PN 16
PN 20
E-1E-2
E-3
P-3
PN 6
PN 10
PN 16
PN 20
Condutas adutoras por bombagem:
Altura piezométrica dinâmica
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DETERMINAÇÃO DAS PRESSÕES DE SERVIÇO DAS TUBAGENS
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 10
Características:
Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida
de parede compacta fabricada por extrusão.
As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão:
PN6 kgf/cm2 (0,6 MPa);
PN10 kgf/cm2 (1,0 MPa);
PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa).
Diâmetros exteriores (mm):
63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200;
250; 315; 400; 500; 630
Duronil \ Tubagens
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLICLORETO DE VINILO (PVC)
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 11
Características:
A tubagem em PEAD de parede compacta é
fabricada por extrusão.
As tubagens de PEAD são apresentadas nas
classes de pressão de:
PN4 kgf/cm2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa)
Diâmetros exteriores (mm):
63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200;
250; 315; 400; 500; 630
PEAD \ Tubagens
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 12
Características:
As tubagens de PRFV são fabricadas através de um
processo de centrifugação automático.
A tubagem é formada por diversas camadas, variando as
quantidades de matérias primas usadas em cada uma.
No fabrico da tubagem entram quatro componentes:
Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma
resina de poliester não saturada e não dissolvente;
Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para
melhorar a carga estrutural;
Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas
propriedades mecânicas;
Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-
se fibras de vidro de alta qualidade.
As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de
pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa
Diâmetros interiores (mm):
150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900;
1000; 1100;…; 2400
PRFV \ Tubagens
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLIESTER REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO (PRFV)
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 13
FFD \ Tubagens Características:
As tubagens de ferro fundido dúctil (FF)
caracterizam-se por serem tubagens de grande
longevidade.
Podem ter vários revestimentos interiores.
As tubagens de FF são apresentadas nas classes
de pressão de:
3,2 MPa a 4,0 Mpa
Diâmetros interiores (mm):
150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800;
900; 1000; …
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / FERRO FUNDIDO DÚCTIL (FFD)
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 14
Aço \ Tubagens Características:
As tubagens de aço podem ser dimensionadas
com várias espessuras e são normalmente
utilizadas para trechos com elevadas pressões e
em trechos em que a tubagem não esteja
enterrada.
Podem ter vários revestimentos interiores.
As tubagens de aço são apresentadas nas classes
de pressão de:
3,2 MPa a 4,0 Mpa
Diâmetros interiores (mm):
150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700;
800; 900; 1000; …
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / AÇO
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 15
Outros tipos \ Tubagens
Fibrocimento
É um material em desuso, mas do qual existem
extensões significativas nas redes mais antigas.
Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30
Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço)
É um material competitivo nos grandes diâmetros
com o ferro fundido dúctil.
Outras tubagens plásticas:
Polipropileno
Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o
escoamento e fluidos a altas temperaturas.
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / OUTROS TIPOS
PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 16
Proposta de índice (proposta indicativa)
1. INTRODUÇÃO
2. DADOS DE BASE
2.1 Considerações gerais
2.2 Evolução populacional prevista
2.3 Caudais de Projecto
3. SOLUÇÕES ALTERNATIVAS PARA O SISTEMA ADUTOR
3.1 Apresentação geral das soluções alternativas
3.2 Selecção de diâmetros tecnicamente viáveis
3.3 Dimensionamento em termos de pressão das soluções
3.4 Dimensionamento de reservatórios
4. ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA E ESCOLHA DA SOLUÇÃO
4.1 Análise económica comparativa das soluções estudadas
4.2 Escolha da solução recomendada
5. SOLUÇÃO RECOMENDADA
5.1 Descrição da solução
5.2 Localização dos principais acessórios
6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Referências bibliográficas
Índice de desenhos
DISCIPLINA DE SANEAMENTO PROJECTO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR
MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA DO PROJECTO
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