sistema de adução, Notas de estudo de Engenharia Civil
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ADUTORAS

ADUTORAS

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/

DEFINIÇÃO DE ADUTORAS

ADUTORASsãocanalizações que transportam água desde o local de captação até o ponto de utilização sem que ocorra distribuição no trajeto.

Possuem poucas ou mesmo nenhuma ramificação (A vazão que circula é constante).

ADUTORA POR GRAVIDADE

Açude em cota alta

Piscicultur a

Adutora por gravidade

Utiliza-se apenas o desnível para promover o escoamento da água.

ADUTORA POR RECALQUE

Utiliza-se a energia fornecida por um sistema de bombeamento para promover o escoamento da água.

ADUTORA MISTA

Adutora por gravidade

Adutora por recalque

Reservatóri o elevado

Bebedour o

Córrego

Estação de bombeament o

Num trecho da canalização utilizamos energia de sistema de bombeamento e noutro o desnível.

PROJETO DE ADUTORAS

Para elaborar o projeto de uma adutora sem que haja problemas durante o escoamento, é necessário obter previamente o perfil da canalização. Este perfil deve ser obtido através de um levantamento altimétrico do local onde será instalada a canalização.

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

1) Representar o perfil do terreno em software para confecção de gráficos (Tipo planilha do Excel) ou papel milimetrado e definir um Plano de Referência (geralmente o próprio eixo X);

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

Distância Cota do (m) terreno (m)

0 32 20 30,5 40 27,9 60 25,6 80 24

100 22,4 120 18,2 140 16,4 160 12,6 165 8,2 180 9,6 200 10,1 220 11,3 240 12,2 260 12,8 280 17,6 292 17,9 300 17,8 320 15,2 340 14,6 360 14,1 380 12,4 400 12,9 418 14,5

Perfil da adutora

0

5

10

15 20

25

30

35

0 100 200 300 400 Distâncias (m) - plano de referência

Co ta

s (m

)

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

2) Representar o Plano de Energia Efetivo (em pressões relativas);

O Plano de Energia Efetivo (PEE) representa a energia total para que se dê o escoamento, considerando pressões relativas.

É uma linha horizontal que começa no nível da água;

A diferença de altura H entre o PEE e o final da canalização representa a energia disponível para o escoamento por gravidade.

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

PLANO DE ENERGIA EFETIVO

PLANO DE REFERÊNCIA

PERFIL DA ADUTORA

NÍVEL DA ÁGUA

0

H

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

3) Representar a Linha de Energia Efetiva (pressões relativas);

É a linha cuja altura representa em cada ponto a energia total contida no encanamento.

A Linha de Energia Efetiva (LEE) inicia-se junto com o PEE e termina de duas formas principais:

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

LINHA DE ENERGIA EFETIVA

0

3.1) A adutora descarrega livremente na atmosfera. Neste caso o final da LEE coincide com o final da canalização. Todo a energia de posição disponível (diferença de cota H) é dissipada (perda de energia Hf).

PLANO DE ENERGIA EFETIVO

PLANO DE REFERÊNCIA

Hf

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

3.2) A adutora não descarrega livremente na atmosfera. Neste caso A LEE termina acima do final da tubulação de uma altura h = p/.

PLANO DE ENERGIA EFETIVO

PLANO DE REFERÊNCIA0

p/LINHA DE ENERGIA EFETIVA

ASPERSOR

Hf

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

A altura h = p/ representada na figura anterior indica que a água ainda possui energia de pressão depois do escoamento na adutora.    A energia dissipada Hf será menor, visto que somente parte da energia de posição (diferença de nível H) é usada para promover o escoamento.

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

4) Verificar a posição da tubulação em relação ao PEE e a LEE.  4.1) Posição favorável Canalização assentada abaixo da linha de energia efetiva em toda a sua extensão.  Recomendação prática: manter a linha de energia efetiva 4 metros acima da canalização o maior trecho possível. Benefícios: Escoamento normal Vazão correspondente aos cálculos

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

Peças necessárias: Registros no início e no final da

canalização; Válvula de descarga para permitir o

esvaziamento e a limpeza da canalização nos pontos baixos;

Ventosas para permitir a expulsão do ar da canalização durante seu enchimento e a operação normal diária.

VENTOSA SAÍDA PARA ESVAZIAMENTO

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE ADUTORAS POR GRAVIDADE

PLANO DE ENERGIA EFETIVO

PLANO DE REFERÊNCIA0

p/

LINHA DE ENERGIA EFETIVA

ASPERSOR

Hf

REGISTROS

ADUTORAS POR GRAVIDADE – ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

Dimensionar uma canalização para escoar uma vazão Q = 22 l/s, sabendo que: H = 30m (diferença de cota entre a captação da água e o final da canalização);

L = 500m (comprimento da canalização); Coeficiente de rugosidade C = 100 (canos

de ferro fundido com 10 anos de utilização); Q = 22l/s = 0,022 m3/s.

ADUTORAS POR GRAVIDADE – ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

Hf = J.L  No problema, H = Hf , Portanto, J = H /L = 30/500 = 0,06

D = 118 mm (Não existe este diâmetro no comércio para ser adquirido)

SOLUÇÃO ?

38,0

54,0 . .587,3

  

  

CJ QD

ADUTORAS POR GRAVIDADE: ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

Alternativas: Montar uma canalização com 125 mm de diâmetro. Teremos Q = 0,257 m3/s  26 l/s; Comprar alguns canos de 125 mm e o restante de 100 mm (solução econômica) para termos a vazão de 22 l/s.

Para resolver o problema, sabemos que:

1. A soma das perdas de energia nos trechos de 100mm e de 125mm não pode ultrapassar 30mH2O.

Hf100 + Hf125 = 30 mH2O ou

J100. L100 + J125.L125 = 30 mH2O

ADUTORAS POR GRAVIDADE: ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

2. A soma dos comprimentos dos dois trechos da canalização tem que ser igual a 500m.

L100 + L125 = 500m

ADUTORAS POR GRAVIDADE: ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

ADUTORAS POR GRAVIDADE – ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

Então: J100.L100 + J125.L125 = 30 L100 + L125 = 500  L100 = 500 –

L125

J100.(500 – L125) + J125.L125 = 30 (TRÊS INCÓGNITAS, DUAS PODEM

SER CONHECIDAS  J100 E J125)

ADUTORAS POR GRAVIDADE – ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

J100 = 0,133 mH2O/m linear J125 = 0,045 mH2O/m linear

0,133.500 – 0,133.L125 + 0,045.L125 = 30

L125 = 414,7  415 m L100 = 500 – 415 = 85 m

ADUTORAS POR GRAVIDADE: ENCANAMENTO COM DOIS DIÂMETROS

PLANO DE ENERGIA EFETIVO

PLANO DE REFERÊNCIA0

Hf125

Hf100LINHAS DE ENERGIA EFETIVA

ADUTORAS POR GRAVIDADE: POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

Plano de energia efetiva

Linha de energia efetiva

Plano de referência (eixo X)

Analisar a posição da adutora em relação à linha de energia efetiva

ADUTORAS POR GRAVIDADE: POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

Como se pode observar na figura anterior, a linha de energia efetiva corta o perfil da canalização, o que constitui uma posição desfavorável ao escoamento, pois no trecho que ficará abaixo da linha de energia, haverá pressão negativa.

ADUTORAS POR GRAVIDADE: POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

As conseqüências desfavoráveis esperadas são:

formação de bolsas de ar no ponto mais alto;

entrada de ar em juntas mal vedadas. A solução para a situação

apresentada consiste na instalação de uma caixa de passagem no ponto mais alto do trecho onde ocorre o problema.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

P.E.E. 2 L.E.E. 1

L.E.E. 2

Caixa de passagem

P.E.E. 1

A figura acima mostra a posição da caixa de passagem, que cria dois trechos distintos, ambos escoando por gravidade. Pode-se observar que agora os dois trechos situam-se abaixo da linha de energia efetiva, o que significa que não haverá pressão negativa.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

Trata-se de um pequeno tanque aberto à atmosfera, que interrompe a adutora e cria duas canalizações distintas.

A caixa recebe a vazão conduzida no primeiro trecho e abastece o segundo trecho, que tem seu término no ponto de utilização da água.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE POSIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO ESCOAMENTO

Para efeito de dimensionamento, teremos duas canalizações distintas transportando a mesma vazão Q.

A energia disponível (H) para o escoamento por gravidade será obtida a partir da diferença entre as cotas do início e do final de cada canalização.

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

TRECHO 1 – DADOS CONHECIDOS: Vazão que será transportada: 15 m3/h =

4,167 x 10-3 m3/s; Cota do início = 500 m (cota do nível da

água no açude); Cota do final = 492,5 m (cota do nível da

água na caixa de passagem); Comprimento L = 460 m (distância do início

da canalização até a caixa de passagem). H1 = 500 – 492,5 = 7,5 m L1 = 460 m

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

A energia máxima dissipada para condução da água em cada metro de canalização (J1) será dada por:

J1 = = 7,5 / 460 = 0,015 mH2O/m linear

(pressão que pode ser dissipada por metro linear de canalização)

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

Pergunta: Que diâmetro deverá ter a canalização para que seja capaz de transportar a vazão necessária com o valor de J disponível?

Q = 4,167x10-3 m3/s C = 140 J1 = 0,015

D1 = 0,0733 m = 73,3 mm  75 mm (diâmetro comercial)

380 540

5873 . . )*

*,( CJ QD

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

TRECHO 2 – DADOS CONHECIDOS: Vazão que será transportada: 15 m3/h =

4,167 x 10-3 m3/s; Cota do início = 492,5 m (cota do nível da

água na caixa de passagem); Cota do final = 467,5 m (cota do nível da

água no ponto final de utilização); Comprimento L = 240 m (distância do início

da canalização até a caixa de passagem). H2 = 492,5 – 467,5 = 25 m L2 = 240 m

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

A energia máxima dissipada para condução da água em cada metro de canalização (J2) será dada por:

J2 = = 25 / 240 = 0,104 mH2O/m linear

(pressão que pode ser dissipada por metro linear de canalização)

CANALIZAÇÕES DISTINTAS DE MESMA VAZÃO - EXEMPLO

Pergunta: Que diâmetro deverá ter a canalização para que seja capaz de transportar a vazão necessária com o valor de J2 disponível?

Q = 4,167x10-3 m3/s C = 140 J2 = 0,104

D1 = 0,0493 m = 49,3 mm  50 mm (diâmetro comercial)

380 540

5873 . . )*

*,( CJ QD

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