GRUNDFOS SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO. Manual de Engenharia

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1 GRUNDFOS SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO Manual de Engenharia

2 Biblioteca Nacional - Catalogação na Publicação Manual de Engenharia Sistemas de Pressurização ISBN: Depósito Legal n.º /05 Copyright Bombas Grundfos Portugal / Margarida Ruas / Raul Vital / Paulo Ramísio / Eduardo Nunes / Carlos Medeiros / Ana Amélia Santos / José Beltrão / Pedro Farinha / Luís Olival Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá ser reproduzida, de qualquer forma ou meio, sem a autorização prévia do editor. Edição de: Bombas Grundfos Portugal, S.A. Impresso em papel ecológico, isento de cloro por: Expresso Gráfico - Lisboa BGP - 03/2005

3 PREFÁCIO Actualmente, as sociedades desenvolvidas, na sequência da melhoria da qualidade de vida, têm como expectativa não apenas o acesso fácil ao recurso água mas também elevados padrões de qualidade no seu abastecimento. Esta exigência arrasta consigo a garantia do fornecimento contínuo, a sua qualidade intrínseca e as características adequadas ao seu uso, inerentes à quantidade e à pressão. Estes critérios de qualidade a que todos nós, de forma crescente, nos fomos habituando, são aplicáveis, principalmente, ao consumo humano, mas são também extensíveis aos sectores económicos da sociedade, cujo desenvolvimento está na dependência da água. Para atingir os desejados padrões de qualidade é fundamental o cumprimento da legislação vigente e a aplicação das tecnologias mais avançadas, factores que se revelam da maior importância para a optimização dos custos de exploração, dos quais o consumo energético é um factor determinante, se tomarmos em conta que aproximadamente 20% do consumo mundial de energia eléctrica se destina a grupos electrobomba. O reconhecimento de que uma das componentes do custo da água reside na sua movimentação, desde a captação à sua utilização, implica que a selecção dos sistemas de pressurização deverão ser cada vez mais eficientes e económicos. A responsabilidade social e o desenvolvimento sustentado que a Grundfos assume nos seus valores, sensibiliza-a para a importância da reflexão e do diálogo sobre o tema da água como bem fundamental e escasso. Foi com este espírito presente que o Manual de Engenharia sobre o tema "Sistemas de Pressurização" foi abraçado por um conjunto de docentes universitários e especialistas, em vários sectores da utilização da água, tendo como objectivo a optimização da eficiência e da fiabilidade da movimentação da água. O conteúdo deste Manual foi estruturado com informação técnica actualizada, desde a legislação às soluções tecnologicamente mais avançadas, complementado com ferramentas e técnicas para a melhoria do Custo do Ciclo de Vida dos sistemas públicos, prediais, industriais e na rega. O conceito de variação de velocidade utilizado nos sistemas hidráulicos, é adaptado em concepções diversificadas, em função das características das aplicações, como processo para optimização do consumo energético. É aqui inserido um documento de referência, que descreve a evolução histórica do abastecimento de água à cidade de Lisboa e regiões limítrofes, desde a ocupação Romana à actualidade, relatando os acontecimentos históricos que foram influenciados por essa evolução. É referida a importância da água para o consumo humano, para a rega e para a higiene pública. É ainda abordada a problemática do seu tratamento e as suas propriedades terapêuticas para a cura de diversas doenças. Evoca ainda a importância da água no desenvolvimento da cidade de Lisboa, assim como transmite os detalhes da evolução tecnológica nos meios utilizados para o abastecimento da água, desde as nascentes aos consumidores públicos e industriais, até ao abastecimento domiciliário com água canalizada. Este Manual é uma colectânea dos contributos da Grundfos e de todos aqueles que participaram na realização deste projecto, e teve como orientação estratégica a gestão racional da água e a sustentabilidade ambiental. Destina-se à sociedade em geral e em particular aos consultores, projectistas, empresários, empresas municipais e multimunicipais, técnicos, docentes e alunos de universidades e institutos cuja actividade está, directa ou indirectamente, dependente do estudo e da utilização da água. António Miranda Administrador Delegado Bombas Grundfos Portugal 1

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5 Bombeamento ou bombagem Os idiomas não são instrumentos neutros nem modelos estáticos. As línguas maternas reflectem os conceitos vigentes na sociedade, em cada momento, e devem responder às necessidades de todos e de cada um dos falantes. As línguas, como qualquer organismo vivo, mudam com o tempo e as vontades. Por isso, há certas palavras e formas de dizer que caem em desuso (morrem, podendo, mais tarde, ressuscitar) e outras que emergem (nascem) para designarem novos objectos ou conceitos. As palavras não são unívocas e só o contexto pode indicar o sentido exacto de cada termo. As palavras são polissémicas e podem significar uma "coisa" e o seu contrário. Serve esta pequena introdução para explicar que, em matéria linguística, são tão legítimas e frequentes as dúvidas como as certezas. E diz-nos a experiência que do natural conflito entre norma e uso, mais tarde ou mais cedo, é o uso que sai vencedor e se impõe à generalidade dos utentes, de tal modo que o que é incorrecto num dado momento pode ser considerado correcto noutro. A dúvida que suscitou estas reflexões é esta: "bombar ou bombear" e "bombagem ou bombeamento"? O substantivo feminino bomba (no caso, a palavra primitiva) tem diferentes sentidos, denotativos uns, conotativos outros. E é empregado na linguagem corrente, mas também em linguagens específicas (física, militar, geológica). Para o caso, interessa apenas o significado de "máquina para aspirar e elevar líquidos; aparelho com que se transvasam ou esgotam fluidos (líquidos ou gases)". Do substantivo bomba derivaram outras palavras, designadamente, o verbo bombear e o substantivo bombeamento. No primeiro caso, juntando a bomba o sufixo verbal -ear (tal como de guerra+ear se formou guerrear e de cabeça+ear derivou cabecear) que encerra um sentido frequentativo (repetição de uma ideia). Bombear significa "extrair um líquido ou um gás por meio de bomba". Bombeamento formou-se juntando ao verbo (bombear) o sufixo nominal -mento, atribuindo-lhe o sentido de "acção ou resultado da acção, estado". Assim, bombeamento pode designar "a extracção de um líquido ou de um gás por meio de bomba". Embora também haja quem empregue a forma bombagem como sinónimo de bombeamento (o Dicionário da Academia, aliás, inclui os dois verbetes), bombeamento é, todavia, a forma mais antiga e mais adequada. Pelo menos é esta a opinião dos mais reputados estudiosos da língua portuguesa. Quer o verbo bombear quer o substantivo bombeamento são as formas a que os mais prestigiados dicionaristas dão acolhimento. Do velho Morais ao novo Houaiss, passando pelos "Vocabulários" de Gonçalves Viana e José Pedro Machado, todos registam bombear e bombeamento e excluem as outras hipóteses. Importa apenas acrescentar que o substantivo bombagem também respeita as regras de formação de palavras, ou seja, não colide com a morfologia do nosso idioma. Edite Estrela 3

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7 Índice Índice 1. Evolução histórica dos sistemas de abastecimento de água a Lisboa Introdução Das origens ao aqueduto romano de Olisipo Os antigos chafarizes de Lisboa Propostas para a reconstrução do aqueduto romano O Aqueduto das Águas Livres Os projectos de Pezerat face à falta de água no século XIX A 1ª. Companhia das Águas e o começo do abastecimento domiciliário A 2ª. Companhia das Águas e o Alviela O projecto de 1908 para captação de água no Tejo As municipalizações do abastecimento de água e a sobrevivência da Companhia Duarte Pacheco e o contrato de 31 de Dezembro de Os problemas da qualidade das águas As duas opções em confronto - Tejo ou Zêzere Expansão do abastecimento A EPAL e o Castelo de Bode Referências bibliográficas Conceitos fundamentais de hidráulica, bombas centrífugas e redes hidráulicas Introdução Princípios da mecânica dos fluidos Propriedades da água Viscosidade Compressibilidade Tensão de saturação do vapor de água Conceitos fundamentais de hidrocinemática e hidrodinâmica Conceitos básicos Classificação dos escoamentos Equação da continuidade Teorema de Bernoulli Teorema da quantidade de movimento ou de Euler Escoamentos sob pressão em regime uniforme e permanente Escoamentos laminares e escoamentos turbulentos Perdas de carga contínuas Perdas de carga localizadas Redes hidráulicas Classificação das redes hidráulicas Cálculo hidráulico Regime uniforme e permanente Dimensionamento económico de condutas Curva característica da instalação Bombas centrífugas Definição Constituição Curva característica da bomba Cavitação e NPSH Leis de semelhança Ponto de funcionamento de uma bomba centrífuga Referências bibliográficas Sistemas de pressurização com velocidade fixa e velocidade variável Introdução Tipos de sistema de elevação de pressão Centrais hidropneumáticas Constituição e princípio de funcionamento Grupos electrobomba Reservatórios de membrana Reservatórios hidropneumáticos Exemplos de situações-tipo Características das centrais hidropneumáticas Sistemas por bombeamento directo Constituição e princípio de funcionamento Bombas de velocidade fixa Sistemas com bombas de velocidade variável Dimensionamento e selecção Determinação do caudal máximo Determinação da pressão Regulação das pressões de arranque e paragem Referências bibliográficas Critérios de selecção e análise de sistemas simples em regime transitório Introdução Modelo de cálculo Critérios de cálculo Condições de fronteira Dispositivos de protecção Volantes de inércia Válvulas de retenção Reservatórios de ar comprimido Circuito de desvio Chaminés de equilíbrio Reservatórios unidireccionais Reservatório parcialmente bidireccional Dispositivos de manutenção das pressões transitórias Válvulas motorizadas Arrancadores suaves Caso prático Referências bibliográficas O Custo do Ciclo de Vida como factor de economia Introdução O que é o Custo do Ciclo de Vida? Razões para a utilização do CCV Determinação do Custo do Ciclo de Vida Implementação da metodologia Na fase de projecto Aplicação a sistemas existentes Exemplos de aplicação do Custo do Ciclo de Vida Sistema de bombeamento existente com uma válvula de controlo de caudal Escolha do sistema de pressurização na fase de projecto Referências bibliográficas Sistemas de pressurização Grundfos Introdução Sistemas de pressurização com grupos electrobomba... de velocidade fixa Sistema Hydro Sistema Hydro Sistema Hydro Sistemas de pressurização com grupos electrobomba de velocidade variável Sistema Hydro Solo E Sistema Hydro 2000 E Sistema Hydro 2000 F Teste de sistemas

8 Índice 7. Sistemas de controlo, comunicação e gestão Introdução Controlo de sistemas de bombeamento Controlo por nível Controlo por caudal Controlo por pressão Outros tipos de controlo Comunicação entre sistemas de bombeamento Necessidade de comunicação Comunicação entre sistemas de controlo da mesma rede Gestão integrada entre sistemas de bombeamento Monitorização e gestão de sistemas mistos Vantagens de um sistema integrado Instalação e manutenção de bombas e sistemas de bombeamento Introdução Requisitos para instalação Localização do equipamento de bombeamento Necessidades de ventilação Utilização de reservatórios de membrana Instalação de sistemas de bombeamento Aspiração negativa Aspiração de cisterna elevada Aspiração de uma rede sob pressão Manutenção Manutenção aos equipamentos de bombeamento Manutenção aos sistemas de monitorização e controlo Sistemas de abastecimento público e predial no Porto Introdução Sistema de abastecimento público Aspectos gerais Elementos de dimensionamento Ramais de ligação Elementos de instrução dos processos de projectos Entrada em serviço dos sistemas Sistema de abastecimento predial de água Aspectos gerais Elementos dos sistemas Concepção dos sistemas Classificação dos sistemas Dimensionamento dos sistemas prediais Sistemas prediais de distribuição de água fria Aspectos gerais Dimensionamento hidráulico Reserva predial de água para abastecimento doméstico Instalações elevatórias e sobrepressoras Dimensionamento dos reservatórios hidropneumáticos Sistemas prediais de distribuição de água quente Aspectos gerais Aparelhos produtores de água quente Necessidades de água quente e escolha dos aparelhos de produção Sistemas de distribuição de água quente com recirculação Traçado Aspectos gerais Isolamento das canalizações Execução das redes prediais Elementos acessórios da rede Torneiras e fluxómetros Válvulas Contadores Verificação, desinfecção e funcionamento hidráulico Verificação Desinfecção dos sistemas Prova de funcionamento hidráulico Referências bibliográficas Sistemas de abastecimento público e predial em Lisboa Introdução Concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa Aspectos gerais Caracterização da rede de Lisboa Concepção global dos sistemas prediais em Lisboa Aspectos gerais Estrutura do Manual de Redes Prediais Descrição dos capítulos estruturantes do Manual Outras publicações complementares Resultados práticos Enquadramento legislativo Referências bibliográficas Sistemas de rega sob pressão: eficiência, polivalência e economia Introdução Classificação dos sistemas de rega Sistemas de rega por gravidade Sistemas de rega sob pressão Polivalência dos sistemas de rega Águas convencionais Águas não convencionais Eficiência de rega e sua classificação Eficiência de transporte Eficiência de distribuição; referência ao coeficiente de uniformidade de distribuição de água de christiansen Eficiência de aplicação Eficiência de armazenamento Eficiência de uso de água Eficiência total de rega Eficiência de rega e consumo de energia nos sistemas de rega sob pressão Valores médios e técnicas de maximização da eficiência de rega Elementos e parâmetros de rega a utilizar no cálculo do consumo de energia Consumo anual de energia para instalações de rega sob pressão Conclusões Referências bibliográficas Aplicação de sistemas de pressurização em processos industriais Introdução Critérios de selecção de equipamento de processo Qualidade Segurança Ambiente Saúde ocupacional Exemplos de aplicação industrial Filtração por Osmose Inversa Circuitos térmicos Referências bibliográficas

9 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa 1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA A LISBOA Autores: Margarida Ruas Gil Costa Directora do Museu da Água Raul Fontes Vital Historiador e Arquivista, Responsável pelo Arquivo Histórico do Museu da Água 7

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11 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa O Museu da Água da EPAL O Museu da Água da EPAL, inaugurado no dia 1 de Outubro de 1987, abrange 4 núcleos: o Aqueduto das Águas Livres, os reservatórios da Mãe d'água, Patriarcal e a Estação Elevatória a Vapor dos Barbadinhos. Este último integra a sala das Máquinas a Vapor, a Sala de Exposições Permanentes, a Sala de Exposições Temporárias e o Arquivo Histórico. Este conjunto de monumentos e edifícios, construídos entre o século XVIII e XIX, encontram-se indissociavelmente ligados à história do abastecimento de Água. O Museu constitui, acima de tudo, local de criatividade e de encontro de culturas, onde o cenário de fundo nos é dado através desta luta de séculos travada pelo homem pela conquista da água, e de tudo o que ela representa no acumular de conhecimento científico e tecnológico, e de capacidade criativa do génio humano. O Museu da Água é o único em Portugal com o Prémio do Museu do Ano do Conselho da Europa (1990), o mais alto galardão atribuído por esta entidade. Este prémio destaca todo o museu que contribua para o entendimento e conhecimento da herança cultural europeia, bem como para a consciencialização da sua identidade e problemas comuns. Existimos fisicamente no mundo, em Portugal, na cidade de Lisboa e oferecemos um conjunto de quatro monumentos que constituem o Museu da Água, preservados e organizados museologicamente. Recebemos visitantes nacionais e internacionais, dispomos de um serviço educativo para as escolas, de um Arquivo Histórico que ajuda a entender a Inteligenzia portuguesa e que é consultado por académicos, estudantes e especialistas. Os museus são lugares de criatividade onde se aprende sempre mais, polarizadores de cidadania (o seu ethos na dupla perspectiva filosófica e prática), que provocam a mudança de mentalidades, que fazem acontecer e que contribuem para a sedimentação das identidades que cumprem a diversidade do País e dos diferentes povos que aí vivem. A identidade do Museu junta-se à identidade da EPAL e de Portugal constituindo-se como parte da nossa cultura e como mensageiro desse espírito, do nosso conhecimento e do pensamento. A identidade desempenha um papel fundamental na configuração do mundo e na construção do eu do ser humano. Os Museus são cada vez mais complementos e auxiliares das escolas, universidades, das famílias consideradas como reguladoras sociais capazes de reunir pessoas à volta de necessidades comuns. Os prémios Internacionais legitimam e celebram o sucesso do Museu, da EPAL e também de Portugal. Mas para além desse sucesso evidente para a opinião pública nacional e internacional o maior sucesso é fazer a diferença na vida de muitas crianças e de adultos a quem provocamos na sua criatividade, ajudando-os a combater o medo que nos retira o direito de viver, de pensar livremente, de rir, de sentir prazer e de não envelhecer. A estratégia de comunicação do Museu da Água é provocadora na forma como chega às escolas, estimulando a investigação, alertando para o ambiente, a preservação e animação do património, códigos de comportamento numa perspectiva sincrética que junta o mundo todo no principio da reciprocidade (tudo o que fazemos é importante e atinge o meio em que vivemos e por sua vez nos atingirá). As exposições que organizamos são discursos abertos e imprevistos que densificam a dimensão artística, dando oportunidade aos mais novos e intensificando o prestígio dos mais conhecidos cumprindo a educação permanente. O Mundo, todo ele, é um Património Precioso, o Equilíbrio Perfeito, a Harmonia Absoluta. É uma dádiva viver no respeito e na reciprocidade do que nos rodeia. As percepções espirituais, racionais e sensoriais completam a construção do Eu cumprindo a observação cabal do Todo. Existimos numa cadeia una, indissociável que, quando um elo se quebra, afecta o todo que somos nós, os outros e o próprio Mundo. É dever dos povos construir a eternidade partilhando o conhecimento e preservando a vida e o património. Tudo é património, tudo é passado, presente, futuro e a Grundfos consubstancia este manifesto. 9

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13 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa 1.1 Introdução Does Technology drive History? Esta é a pergunta formulada por Merrit Roe Smith num conjunto de trabalhos publicado, em 1994, pelo Massachussets Institut of Technology MIT, onde diversos autores debatem a dialéctica entre o construtivismo e o determinismo tecnológico. A tecnologia surge como resposta às necessidades do homem, ou é ela que determina o sentido da sua evolução? Poder-se-á dizer que, os defensores de ambas as teses, todos têm razão. Por um lado, o homem desenvolve a tecnologia em busca de soluções para melhorar o seu bem-estar, e, por outro, a própria tecnologia gera, no homem, novas condições de vida e novos desenvolvimentos não pré-determinados. A indústria da água, num conceito lato que possa abranger todas as formas desenvolvidas pelo homem, ao longo dos tempos, para captar, aduzir, tratar e distribuir este elemento básico e indispensável à vida, constitui um laboratório excelente para este debate, sobretudo se tivermos em atenção que o seu desenvolvimento sob a forma de utilização de técnicas mais complexas não pode ser desligado do fenómeno urbano. É a complexificação das formas de agrupamento dos homens que gera a consequente complexificação das técnicas empregues para a utilização do elemento água. Nesta indústria, cuja evolução abordaremos, desde as origens até aos nossos dias, para o caso de Lisboa, convergem uma diversidade de factores, desde o conhecimento científico e tecnológico, conhecimento não apenas relativo à água, às suas características e qualidade, à geologia das suas origens, mas também aos materiais utilizados nas condutas, às possíveis formas para a sua condução, aos equipamentos concebidos para a sua elevação, para o seu armazenamento e para a sua distribuição, às técnicas administrativas e financeiras que possibilitam o desenvolvimento desta actividade, e a outros diferentes ramos do conhecimento. A indústria da água é, pois, um campo de estudo pluridisciplinar, onde as diversas ciências têm lugar, incluindo as ciências sociais, dado que, sem a análise do fenómeno político, sociológico, ou, até mesmo, ideológico, não é possível atingir uma compreensão global do seu desenvolvimento. Assim, procuraremos, neste capítulo, abordar, ainda que de forma sucinta, o que foi o abastecimento de água a Lisboa desde as suas origens nos abastecimentos locais, à condução da água graviticamente até à cidade, sem utilização de meios mecânicos, à utilização de máquinas, primeiro a vapor e, mais tarde, eléctricas, à captação de águas em poços profundos, distantes da cidade, à sua captação em rios e em barragens, agora com complexos sistemas de tratamento, adução e distribuição, e com uma elevada produção susceptível de proporcionar um abastecimento a um número cada vez maior de consumidores. É este o caminho que iremos percorrer a seguir. 1.2 Das origens ao aqueduto romano de Olisipo Ao analisarmos o caso de Lisboa, temos que ter em consideração, logo à partida, o enquadramento geográfico do sítio. Trata-se de um porto natural, junto à foz do Tejo, um local privilegiado para o cruzamento de povos e culturas diversos, uma rota natural de migrações. Sendo muito embora o sítio de Lisboa banhado pelas águas do rio, a sua situação, no estuário, inviabiliza a sua utilização como fonte de abastecimento de água em virtude de as águas do rio se misturarem com as do mar. Há que, portanto, procurar ver de que outros recursos dispunham as populações que aí se fixaram. Os primeiros mananciais a serem utilizados foram os da zona ribeirinha, na base da colina do castelo, apesar de outros existirem em zonas circundantes. Porém, e dado que os primeiros habitantes do sítio de Lisboa se terão fixado, até por razões de estratégia defensiva, na colina do castelo, as águas abundantes das nascentes ribeirinhas eram suficientes para as suas necessidades. Os Romanos, quando dominaram a Península Ibérica, não se deram por satisfeitos com estas águas, e foram procurá-la em zonas mais distantes. Efectivamente, a região de Lisboa é cortada por um conjunto de vales que a envolvem, e de onde seria de esperar a obtenção de águas susceptíveis de serem utilizadas. De norte para leste, a vasta depressão que se estende desde Odivelas a Sacavém, onde encontramos a bacia do Trancão, cuja utilização virá a ser equacionada no século XX, não oferecia condições de captação nessa época face à ausência de tecnologias adequadas, só disponíveis nos tempos modernos. A ocidente, também a ribeira de Alcântara não possibilitava a utilização das suas águas para consumo. Contudo, continuando na direcção da serra de Sintra, toda a bacia hidrográfica que, entre margens alcantiladas, corta o andar de Belas, onde um grande número de nascentes provenientes, alternadamente, de camadas calcárias, que secavam na estiagem, e de camadas de grés e arenitos, nascentes estas perenes, debitavam água para as ribeiras, constituía o palco ideal para o aproveitamento das águas, já que as cotas a que estas ribeiras correm permitia a construção de sistemas de abastecimento que conduzissem daqui a água para Lisboa. Aí, no vale de Carenque, construíram os Romanos uma barragem de contrafortes no século II ou III da era de Cristo, a barragem de Olisipo, cujas ruínas ainda hoje são visíveis, e, a partir desta, um aqueduto que transportava a água para a cidade, chegando à colina do castelo, provavelmente às portas de Santo André. A esta barragem, que seria talvez a maior da Península, foi atribuída uma capacidade da ordem dos m³. 11

14 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa De facto, as diversas nascentes da zona oriental, designadas normalmente por águas orientais, em oposição às águas do futuro sistema das Águas Livres, que serão designadas por águas altas, apresentam uma temperatura elevada, da ordem dos 22 a 24, muito superior à temperatura das águas existentes nas nascentes do termo de Lisboa, quer nas nascentes de Monsanto, caso das águas dos basaltos, estas só mais tarde analisadas, porque distantes da cidade, ou das outras águas então conhecidas e que cedo vieram a ser exploradas, como as que, mais a ocidente, apareciam no Arsenal da Marinha, ou que vieram a abastecer o chafariz do Rossio. Fig. 1 - Ruínas da barragem romana de Olisipo A evidência do aqueduto romano chega-nos não pelos seus vestígios materiais, - para além do que resta da barragem, apenas se conhecem pequenos vestígios de aqueduto no sítio do Almarjão, no concelho da Amadora - mas pelo testemunho que dele dão vários autores a partir do século XVI, como o humanista português Francisco de Olanda que, em 1572, virá a propor a sua reconstrução. Os Romanos, aliás, eram um povo de avançada civilização, com uma grande tradição de utilização da água. São bem conhecidas as suas termas, não apenas em Roma, mas também aqui em Lisboa e em muitas outras cidades do Império, e em Roma o abastecimento era feito por um conjunto de aquedutos ainda em funcionamento nos tempos modernos, e que proporcionariam uma capitação largamente superior a 500 litros/dia/habitante. Além da sua temperatura elevada, pelas suas características físico-químicas eram estas águas reputadas como possuindo propriedades terapêuticas para a cura de diversas doenças, estando, devido a tal facto, incluídas no Aquilégio Medicinal, obra da autoria de Francisco da Fonseca Henriques, publicada em O chafariz mais antigo da cidade, o Chafariz d'el-rei, deve o seu nome às grandes obras que aí se realizaram no reinado de D. Dinis, desconhecendo-se a data concreta da sua construção. Posteriormente outros foram edificados na mesma zona, como o Chafariz de Dentro, ou dos Cavalos, o Chafariz dos Paus, o Chafariz da Praia, o tanque das lavadeiras de Alfama ou a Bica do Sapato, esta já mais a leste do bairro. Também os estabelecimentos termais merecem referência, como as Alcaçarias do Duque, ou os banhos do Batista ou os da D. Clara. Em Portugal há que referir, em particular, o aqueduto romano da Água da Prata, em Évora, construído por Quinto Sertório em 75 a.c., e reedificado pelo rei D. João III em 1531, aqueduto cujo regimento servirá de modelo para o que se virá a construir em Lisboa no século XVIII. 1.3 Os antigos chafarizes de Lisboa Destruídas que foram muitas das obras dos Romanos pelos povos bárbaros, invasores do Império, entre as quais o aqueduto que abastecia Lisboa, também as necessidades de água diminuíram face, por um lado, ao decréscimo da população, e, por outro, aos diferentes hábitos de consumo dos invasores, certamente satisfeitos com os recursos locais, menos abundantes. É no sítio das nascentes da zona ribeirinha, nos mananciais das camadas profundas do Terciário da colina do castelo, que irão surgir, ao longo dos séculos, chafarizes destinados ao abastecimento das populações. Já os Árabes, durante a sua ocupação, aí terão construído dispositivos - a palavra chafariz tem mesmo origem árabe - para a recolha das águas, e o próprio nome de Alfama dado ao local é reminiscência das nascentes de água termais que aí se encontram. Fig. 2 - Chafariz d'el Rei 1.4 Propostas para a reconstrução do aqueduto romano O aumento da população da cidade, designadamente pelo efeito da expansão marítima, cedo arrastou consigo a falta de água. 12

15 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa À semelhança daquilo que se fazia um pouco por todo o lado onde a influência dos Romanos se fizera sentir, também Francisco de Olanda, na sua obra Da fábrica que falece à cidade de Lisboa, publicada em 1572 e dirigida ao rei D. Sebastião, propõe a reconstrução da barragem romana de Olisipo e do seu aqueduto. Para custear a obra foi lançado mais tarde o real d'água, imposto pago nos géneros de primeira necessidade, tendo o Senado de Lisboa arrecadado mais de seiscentos mil cruzados, suficientes para a concretização do projecto, os quais, porém, vieram a ser gastos nas festas que a cidade organizou em honra do rei Filipe III de Espanha, que era Filipe II em Portugal, quando da sua entrada em Lisboa, no dia 29 de Junho de No entanto, a obra ia realizar-se, pois após a estadia do rei na cidade, há muita correspondência trocada entre Madrid e Lisboa, sinal de que havia uma intenção clara de se solucionar o problema da falta de água. E tudo apontava para a reconstrução do aqueduto romano, já que Leonardo Torreano, arquitecto que acompanhou o rei e que com ele, no dia em que visitaram Sintra, examinou a barragem romana e as nascentes vizinhas, refere, entre os vários caminhos possíveis para a condução da água livre a Lisboa, que "el quarto y ultimo camino, és por el aqueducto antigo de los Romanos, el qual por ir mas alto dies palmos que el de la estrada puede dar Agoa a ambas partes de la Ciudad, a San Roche, y sobre la puerta de Santo Andres, como dio antigamente, pues abra quantidad bastante pera ella" 1. O projecto acabou por não se concretizar devido à restauração da independência de Portugal em 1640 e ao longo período de guerra com a Espanha, durante o qual não havia condições para se desviar recursos financeiros para uma obra desta envergadura. 1.5 O Aqueduto das Águas Livres Apenas no reinado de D. João V se veio a resolver o problema da falta de água em Lisboa com a construção do Aqueduto das Águas Livres, aqueduto que, de alguma forma, terá seguido de perto o traçado do antigo aqueduto romano. Do século XVII somente tinham ficado intenções, projectos no papel, pequenas obras pontuais que não solucionavam as dificuldades da cidade, muito embora se tivesse aprofundado o conhecimento relativo às nascentes que alimentavam a bacia hidrográfica dos vales de Carenque e da Quintã, na zona da barragem romana, conhecimento patente no Roteiro das águas de Montemor e Caneças, do arquitecto Tinoco. Em 15 de Janeiro de 1717 D. João V dividiu a cidade de Lisboa em duas cidades independentes, Lisboa Oriental e Lisboa Ocidental, cada uma com o seu bispo e os seus órgãos 1 Veloso de Andrade, Memória sobre Chafarizes Fontes e Bicas, p de governação. A cidade ocidental, onde se situava o Paço da Ribeira, seria a cidade do poder, uma nova Roma cheia de palácios e monumentos, e aí, na zona da actual Estrela, viria a ser construído um novo palácio real e uma nova basílica patriarcal, projecto que D. João V encomenda ao arquitecto italiano Filipe Juvarra. Era o coroar de toda uma política de grandeza e protecção às artes, possibilitada pela afluência do ouro do Brasil à metrópole, e por todo um saber trazido de outros países, sobretudo de Itália, transmitido por um grande número de arquitectos que em Mafra desenvolveram as suas escolas. No entanto, esta cidade nova continuaria a depender da cidade antiga e dos seus chafarizes no que respeita ao abastecimento de água, já que os mananciais disponíveis eram os da zona oriental, já constatados como insuficientes para as necessidades. Assim, e por insistência do Procurador da cidade ocidental, Cláudio Gorgel do Amaral, o rei veio a publicar, em 12 de Maio de 1731, o Alvará onde mandava dar início à obra do aqueduto, dando assim prioridade à obra pública, em prejuízo do projecto do novo palácio real. Os incêndios que a seguir ao Terramoto de 1755 destruíram o Paço da Ribeira não nos permitem conhecer o projecto inicial, dirigido pelo arquitecto italiano António Canevari. Contudo, das críticas que lhe são feitas pelo português Manuel da Maia numa série de considerandos técnicos dirigidos ao Rei, na esperança de vir a assumir a direcção das obras, podemos concluir com bastante segurança que Canevari pretenderia conduzir as águas até Lisboa sob pressão, em canalizações fechadas, enterradas, em tudo semelhantes aos actuais sifões, na época designados por "canos de repucho", aplicando o princípio dos vasos comunicantes. Manuel da Maia contrapõe que os canos de repucho não suportariam a pressão da água, rebentando e deixando a cidade sem água, ficariam entupidos pelos sedimentos arrastados por esta, e acusa mesmo Canevari de não estar a medir correctamente os nivelamentos dos terrenos, ficando, por conseguinte, a obra mal feita. Manuel da Maia e Canevari divergiam também na forma de medição da produção das nascentes, encontrando o italiano valores inferiores aos do português. Face a todos estes ataques, Canevari regressa a Itália e Manuel da Maia é encarregado, em Agosto de 1732, de assumir a condução dos trabalhos, numa direcção conjunta com o arquitecto Silva Pais e o engenheiro Azevedo Fortes. Manuel da Maia abandona as várias frentes de trabalho abertas por Canevari, e que denotavam a consciência clara da necessidade de aproveitar a água de diversas nascentes, e muda-se para uma outra nascente, a da Água Livre, que era mesmo a mais abundante. Havia que chegar rapidamente com água a Lisboa, posteriormente os caudais do Aqueduto seriam aumentados com a água de outras nascentes. 13

16 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa sozinho na direcção face à partida para o Brasil de Silva Pais, e à frequente ausência de Azevedo Fortes, engenheiro-mor do reino. Por outro havia divergências de opiniões acerca do local para a travessia do Vale de Alcântara. Manuel da Maia, certamente, construiria um aqueduto menos monumental, atravessando o vale numa zona menos profunda, provavelmente por Palhavã, para atingir S. Pedro de Alcântara, às portas do Bairro Alto, onde entretanto haviam começado as obras para a construção do reservatório de chegada das águas. Fig. 3 - Mãe d'água Velha - Nascente da Água Livre. Local onde Manuel da Maia iniciou os seus trabalhos. Em cena estava um outro arquitecto, Custódio Vieira, que já vinha acompanhando os trabalhos desde o início, pois participara em reuniões e medições diversas, e que tinha uma solução diferente, a construção de uma série monumental de arcos a atravessar o vale na sua parte mais profunda. Era um projecto mais arrojado, mais ao gosto do rei, e que apontava para uma zona mais alta, para onde a cidade estava a crescer. Muito embora Manuel da Maia conhecesse o princípio dos vasos comunicantes, vai construir um aqueduto através do qual a água vai chegar a Lisboa apenas movida pela gravidade, deslizando em caleiras de pedra abertas. Maia opta pela construção de duas caleiras, separadas por um passeio central, pois que, para uma boa manutenção do Aqueduto, tornar-se-ia necessário limpar frequentemente as caleiras, e assim, com duas, a condução da água não seria interrompida. Fig. 5 - Arcaria do Vale de Alcântara Fig. 4 - Caleiras separadas pelo passeio central Relativamente aos materiais a utilizar nas canalizações, rejeita o chumbo, que dava más características à água, tal como rejeita o ferro, que, na época, ainda não apresentava uma qualidade suficiente para esta finalidade, e todos os outros materiais à excepção da pedra calcária, abundante em toda a região onde se vai desenvolver a construção do Aqueduto. Em 1736 já se trabalhava no Aqueduto em Monsanto, no sítio das Três Cruzes, caindo então a obra num impasse. Por um lado, Manuel da Maia encontrava-se praticamente A transferência da direcção das obras para este novo arquitecto é determinante para a evolução da cidade. Abandona-se a obra de S. Pedro de Alcântara e escolhe-se a confluência do Rato, próximo da qual novos pólos urbanos se vinham desenvolvendo junto aos conventos, para a nova localização do reservatório. Aliás, podemos constatar hoje, pelos desenvolvimentos ulteriores do sistema, das vantagens desta nova localização do reservatório e desta nova inflexão do Aqueduto, que possibilitou a extensão dos seus ramais de distribuição para a Boa Morte, em Alcântara, zona próxima da qual surgirá o palácio das Necessidades, e para o Campo de Santana e Intendente, quase a tocar a colina do Castelo, onde outrora o aqueduto romano terá chegado. Vieira não chega a ver a água entrar em Lisboa, ela só chegará em 3 de Outubro de 1744, já após a sua morte, estando a obra a ser dirigida interinamente pelo capitão Rodrigues Franco. A entrada de Carlos Mardel na direcção das obras do Aqueduto terá lugar logo de seguida, devendo-se a este 14

17 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa arquitecto, de origem húngara, o desenvolvimento da distribuição da água na cidade, a partir do reservatório da Mãe d'água das Amoreiras, cujo projecto se lhe deve, bem como o de diversos chafarizes e dos arcos monumentais da Rua das Amoreiras, que celebra a obra, e da Rua de S. Bento, este desmontado para alargamento da entrada na praça fronteira ao palácio, e mais tarde reconstruído na Praça de Espanha. faziam a manutenção do sistema e geriam os caudais do Aqueduto, e um exército de cerca de 3000 aguadeiros que, organizados em companhias, vendiam água ao domicílio e igualmente combatiam os incêndios que devastavam a cidade. A gestão dos caudais no Aqueduto apresenta alguns aspectos que devem aqui merecer a nossa atenção, e à luz dos quais também temos que fazer uma leitura das soluções técnicas e arquitectónicas adoptadas para o efeito. Já foi atrás referida a diversidade das águas no que respeita às suas características físico-químicas. Umas, fortemente calcárias, como as da nascente da Água Livre, na Mãe d'água Velha, provocavam, pela precipitação do calcário, incrustações que era necessário remover periodicamente, raspando as caleiras. De outras nascentes, situadas em camadas de grés e arenitos, a água arrastava sedimentos que a turvavam. Aqui era necessário proceder à sua decantação, pelo que, em diversas clarabóias, encontramos bacias redondas onde a água perde velocidade, depositando-se os sedimentos no fundo. Também junto de cada janela, agora mais rasgadas face a uma maior necessidade de laboração, bacias rectangulares desempenhavam idênticas funções, bem como as de quebrar a velocidade da água. Fig. 6 - Reservatório da Mãe d Água das Amoreiras O sistema do Aqueduto das Águas Livres, onde, num aqueduto com cerca de 14 quilómetros de extensão, entroncam aquedutos que reúnem águas de sessenta nascentes, num total de aproximadamente 58 quilómetros de aquedutos, incluindo os de distribuição na cidade, foi dado por concluído em 1799, quando foi dissolvida a última sociedade de mestres pedreiros, empreiteiros da obra. Dada a tecnologia utilizada de condução da água em caleira aberta, o Aqueduto condicionou a forma de abastecimento a uma rede de chafarizes que se foram construindo até quase meados do século XIX, rede esta que, por sua vez, condiciona o próprio crescimento da cidade. Lisboa estende-se então, dos Barbadinhos, onde na zona ribeirinha corriam as águas orientais, até Alcântara, onde vemos o chafariz da Praça da Armada, e, para norte, seguindo as encostas do Vale de Alcântara, os chafarizes das Necessidades e do Arco do Carvalhão, este já a chegar ao alto de Campolide, lhe delimitavam o perímetro. Ainda nos limites norte da cidade, mais para leste, encontramos os chafarizes de S. Sebastião da Pedreira, Cruz do Tabuado, Campo de Santana e Intendente. Dentro deste perímetro, os chafarizes que se construíram (Rato, Carmo, Loreto e outros) eram, além de fontes de abastecimento, elementos de ordenamento urbano que tornavam as praças onde eram colocados em pontos de encontro, locais de convívio. Em pleno século XIX, a "indústria da água", aplicando aqui, num período de proto-industrialização, um conceito contemporâneo, empregava uma equipa de 60 homens que Fig. 7 - Bacia de decantação redonda Normalmente, nos vértices, as bacias apresentam dimensões superiores, o que permite evitar que a água transborde. Regra geral, no Aqueduto não há galerias em curva, antes uma sucessão de segmentos de recta. Nos poucos locais onde a solução adoptada pelo arquitecto foi a de construir aqueduto em curva, aí o passeio central sobe, afundando, consequentemente, as caleiras. Na cidade iam-se generalizando os abastecimentos privados. De um lado, os proprietários de águas nas zonas atravessadas pelo Aqueduto que, para receberem água no seu palácio ou convento, em Lisboa, construíam, à sua custa, 15

18 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa aquedutos ligando as suas nascentes a um dos aquedutos do sistema. Depois, em Lisboa, de um aqueduto de distribuição, partia uma canalização, agora fechada, aferida para três quartos de um débito diário calculado como sendo a sua produção, valor obtido a partir da medição da produção das suas nascentes ao longo de vários meses do ano. De outro lado havia os estabelecimentos públicos que passaram a receber directamente água do Aqueduto, bem como outros particulares ou ordens religiosas, beneficiários de concessões de água, quer traduzidas em caudais determinados, quer em sobejos dos chafarizes. Entre estas entidades, são de notar as indústrias que despontavam, como o caso da Real Fábrica das Sedas, cuja localização próxima do Aqueduto é determinante para o desenvolvimento do bairro das Amoreiras. Havia ainda os jardins públicos, agora tornados possíveis, que recebiam água directamente do Aqueduto, como o Passeio Público e o Passeio da Estrela, este com um aqueduto que, saído do Aqueduto das Janelas Verdes, aí conduzia a água, o outro recebendo-a a partir da mesma galeria que abastecia o chafariz da Cotovia. Para a gestão de todo este sistema vemos, nos aquedutos de distribuição, não apenas caleiras abertas, mas também canalizações fechadas, com algumas pedras amovíveis para se poder limpar o seu interior, colocadas frequentemente em paralelo com as caleiras abertas, a fim de, a partir de bacias intermédias, como a pia do Penalva, no cruzamento da Rua Formosa (hoje Rua do Século), ou a pia do Teotónio, próximo do Arco das Amoreiras, a água ser conduzida com pressão, aplicando-se o princípio dos vasos comunicantes, por forma a possibilitar a sua chegada a pontos mais elevados. Exemplos disso são as colunas ascensionais que permitiam a subida da água às bicas dos chafarizes. Fig. 9 - Chafariz do Carmo Do grande reservatório da Mãe d'água das Amoreiras apenas saía água para os chafarizes abastecidos pelo Aqueduto da Esperança e para o chafariz do Rato. Para os chafarizes da linha do Loreto a água descia mais atrás, por um pilar de um dos últimos arcos, seguindo em canalização fechada, sob pressão. Se assim não fosse, e de acordo com Veloso de Andrade, "se deste Depósito corresse para os dez Chafarizes acima mencionados, só a água que ele contém, ficaria despejado em seis dias" 2. Para controlar todo este sistema havia que possuir um exacto conhecimento das dotações atribuídas aos diversos consumidores privilegiados, proprietários de água ou não, da água que corria para os chafarizes e da que era produzida pelas nascentes. Em média chegavam a Lisboa 3500 m³ de água por dia, baixando os caudais a cerca de metade desse valor durante a estiagem. Porém, nos meses de abundância, a produção das nascentes era largamente superior à capacidade de vazão do Aqueduto. Assim, tornava-se necessário regular os caudais, devolvendo a água às ribeiras em desaguadouros estrategicamente colocados ao longo dos diversos aquedutos, diminuindo ou eliminando o caudal das caleiras, para que a água de outra nascente pudesse entrar no circuito num entroncamento situado a jusante. Havia também que eliminar, através destes desaguadouros, águas turvas a seguir a fortes chuvadas, ou que se soubesse ou houvesse suspeitas de estarem contaminadas. Daqui resultava a manutenção equilibrada dos cursos de água naturais, naquilo a que hoje se aplica a designação de desenvolvimento sustentável. Fig. 8 - Coluna ascensional do chafariz do Carmo 2 Veloso de Andrade, o. cit., p

19 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa 1.6 Os projectos de Pezerat face à falta de água no século XIX A situação em Lisboa, nos meados do século XIX, tornou-se dramática, não atingindo, na estiagem, a água aduzida pelo Aqueduto, em que haviam sido dispendidos, até 1799, mais de cinco mil e duzentos contos de reis, uma capitação superior a 6 ou 7 litros/dia/habitante, para uma população que rondaria os habitantes. Em 1852 o Engenheiro Pezerat, da Câmara Municipal de Lisboa, apresentou diversos planos no sentido de se aumentar os volumes de águas disponíveis. No que se refere às águas orientais, poder-se-ia evitar a sua perda para o Tejo represando-as na zona ribeirinha e elevando-as aí, com máquinas a vapor, para um reservatório a edificar em Santa Luzia. Pezerat estima em 790 m³ diários a quantidade de água que assim se poderia aproveitar, prevendo, para esta obra, um custo de 111:573$000 reis. Relativamente às águas altas, projecta a construção de uma grande reserva de água no vale da Quintã, com uma capacidade prevista de m³, destinada a armazenar, no Inverno, água que poderia ser utilizada na estiagem, reduzindo desta forma a sua carência na cidade. Desta albufeira, onde os lodos se depositariam, a água passaria por um sistema de filtros de areia para outra, construída mais abaixo, no vale de Carenque, próximo da Mãe d'água Velha. Esta água, purificada, e por um processo de sifonagem, entraria no Aqueduto, chegando desta forma à cidade. Para este sistema de barragens prevê Pezerat um orçamento de 88:689$940 reis. 1.7 A 1ª. Companhia das Águas (1856) e o começo do abastecimento domiciliário Em 20 de Julho de 1855 foi o Governo autorizado a contratar em concurso público o fornecimento das águas precisas para o abastecimento de Lisboa, na sequência de idênticas diligências que tiveram lugar anteriormente, mas que não haviam conduzido a nenhuma solução. Em 1855, e antes do referido concurso, uma empresa constituída pelos ingleses Duarte Meddlicot e Thomas Rumball efectua um contrato provisório com o Governo, contrato este que não podia, no entanto, ser ratificado sem o respectivo concurso público. Quem veio a ganhar efectivamente o concurso foi a outra empresa concorrente, que tinha como directores Alberto Carlos Cerqueira de Faria, Filipe Folque e Bento Coelho da Fonseca, estabelecendo-se em 1856 e firmando o contrato com o Governo em 29 de Setembro de 1858, tomando-se como base para as condições do contrato a população da cidade em habitantes. Nascia, assim, a Companhia da Empresa das Águas de Lisboa (1ª. Companhia). A Companhia vai recorrer aos serviços do engenheiro francês Mary, de Paris, que organiza diversos planos no sentido de aumentar a capacidade de produção do sistema do Aqueduto e desenvolve projectos para o início do abastecimento domiciliário na cidade. Contudo, e apesar de a utilização de máquinas a vapor já ser corrente um pouco por toda a Europa, utilizando-se já as "pompes à feu" em Paris no século XVII para elevação da água, Mary não vai utilizar máquinas em Lisboa, vai antes aplicar unicamente o princípio dos vasos comunicantes, agora, porém, com a utilização de sifões de ferro fundido. No que diz respeito à captação de águas, Mary vai construir um novo aqueduto subsidiário do Aqueduto das Águas Livres, o Aqueduto da Mata, que traz ao principal as águas de Belas, do Brouco, Vale de Lobos e Vale de Figueira. Por outro lado, são nessa época continuados os trabalhos no Aqueduto das Francesas, para se trazerem a Lisboa as águas da Serra de Carnaxide. Nesta matéria a Companhia despreza a opinião do geólogo General Carlos Ribeiro, favorável à captação de água no Tejo, a montante de Santarém. Fig Projecto de Pezerat para as reservas de águas nos vales da Quintã e Carenque Os projectos de Pezerat acabaram por não ser concretizados dados os perigos que as reservas projectadas, a céu aberto, poderiam representar para a saúde pública. Por outro lado, em breve outras soluções iriam aparecer, com a constituição da 1ª. Companhia das Águas de Lisboa. Relativamente à distribuição, Mary divide a cidade em três zonas altimétricas, baixa, média e alta, e estabelece uma rede de reservatórios para regularizar a distribuição de forma a ter pressões constantes e suportáveis pelas canalizações. Assim, na parte ocidental da cidade, para a zona alta, no alto de Campolide, constrói o reservatório do Pombal, a zona média virá a ser abastecida pelo reservatório do Arco, situado um pouco acima do Arco das Amoreiras, e para a zona baixa será construído o reservatório da Patriarcal, no subsolo da Praça do Príncipe Real. A parte oriental da cidade será abastecida por duas cisternas, uma na igreja da Penha de França e outra na Graça, na cerca de S. Vicente. 17

20 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa O Governo, porém, não reconheceu às águas do Tejo qualidade suficiente para serem introduzidas no abastecimento, já que o contrato estipulava que todas as novas águas a serem aproveitadas não deveriam ser de qualidade inferior às do Aqueduto das Águas Livres. Tal opinião veio a acelerar a rescisão unilateral do contrato por parte do Governo, que, por Decreto de 23 de Junho de 1864, pôs fim à Companhia. Fig Interior do reservatório da Patriarcal, vendo-se ao fundo a galeria que o liga ao Aqueduto do Loreto Estes reservatórios recebiam água do Aqueduto, estando todo o sistema interligado por meio de sifões, colocados, sempre que possível, dentro das galerias dos aquedutos do sistema das Águas Livres. Na zona média, o reservatório do Arco recebia directamente a água do Aqueduto, que o delimita a sul, através de uma galeria. O reservatório da Patriarcal era alimentado por um sifão colocado no Aqueduto do Loreto. Para abastecimento da zona alta, e estando esta acima da entrada das águas do Aqueduto, Mary projectou um sifão instalado dentro do Aqueduto das Águas Livres que, de cota suficientemente elevada na Porcalhota, conseguia trazer água sob pressão ao reservatório do Pombal. Do Pombal saía água para a cisterna da Penha de França através de um sifão colocado no Aqueduto do Campo de Santana, e da Penha de França descia à Graça. Uma das propostas da Companhia incluídas no seu contrato era a da dupla canalização. À semelhança do que se praticava em Paris, a Companhia pensava estabelecer uma rede de distribuição de água de qualidade superior para consumo humano, e outra de qualidade inferior para regas e lavagens. Tal, porém, nunca entre nós veio a ser posto em prática. A 1ª. Companhia não conseguiu vencer as dificuldades que se lhe depararam, esgotou o seu capital nas obras, e não conseguiu fornecer à cidade, nos prazos estipulados, a quantidade de água a que se obrigara pelo contrato. Já no final da sua curta existência, e solicitando novo prorrogamento de prazo ao Governo, a Companhia avançava com a hipótese de captar água no Tejo, hipótese que, aliás, era proposta pelo General Carlos Ribeiro e que a Companhia rejeitara. Para Carlos Ribeiro, que não chega a estudar exaustivamente a questão mas que entende que a água, captada acima de Santarém, poderia ser filtrada pelas camadas naturais do leito do rio e poderia, portanto, resolver por largos anos o problema da sua falta na cidade, a solução a adoptar seria semelhante àquela que outras grandes cidades haviam adoptado, de recorrer aos rios que as banhavam, introduzindo processos de depuração das águas que a tecnologia já possibilitava. Toda a acção da Companhia insere-se no mesmo paradigma anterior, não se tendo, apesar da adopção do princípio dos vasos comunicantes e do início do abastecimento domiciliário, dado o "salto epistemológico" para um novo paradigma tecnológico. O momentum tecnológico, utilizando aqui o conceito desenvolvido por Thommas Hugges e que consiste na definição de cada tempo e cada sistema tecnológico como uma matriz cujos elementos componentes são o conhecimento científico e as técnicas, mas também os aspectos sociais, políticos, económicos, procedimentos administrativos, etc., matriz essa que tem raízes no momentum precedente, mas que prolonga os seus efeito em momenta subsequentes, continua a ser o do Aqueduto. O desenvolvimento científico e tecnológico não havia ainda atingido um estádio que permitisse fundamentar e levar à prática as opiniões de Carlos Ribeiro, e dar suporte à derradeira alternativa que a Companhia afinal possuía. Um século mais tarde, num outro estádio de desenvolvimento científico e tecnológico, o Tejo virá a ser a grande solução para o problema da falta de água em Lisboa. 1.8 A 2ª. Companhia das Águas e o Alviela No interregno entre a 1ª. e a 2ª. Companhia das Águas o Governo, no Ministério das Obras Públicas, e pela mão do Engenheiro Joaquim Nunes de Aguiar, coadjuvado pelo Engenheiro Joaquim Pires de Sousa Gomes, irá desenvolver o projecto do Alviela. O General Carlos Ribeiro não fora favorável à opção pelo Alviela. A captação de água na quantidade necessária para o abastecimento de Lisboa acarretaria graves prejuízos para a agricultura daquela região. Porém foi a opção do Governo face à apreciação feita das águas do Tejo, e dado outras possíveis opções, como a das nascentes da serra de Sintra, não terem viabilidade. O projecto inicialmente delineado previa a condução das águas desde os Olhos de Água até um reservatório a construir numa zona alta fora da cidade, provavelmente no Arco do Cego, funcionando, a partir daí, a gravidade para as fazer chegar a todos os pontos da cidade. Para isto, contudo, era necessário dar elevação à água por meio de máquinas, havendo que construir uma estação elevatória na zona das nascentes. Entretanto, e perante as dificuldades da Câmara em satisfazer as necessidades da cidade, Carlos Zeferino Pinto Coelho, advogado e deputado conservador, homem que pertencera à 1ª. Companhia, defende junto do Governo a solução da constituição de uma nova companhia. Após várias diligências e negociações, o contrato entre o Governo e a nova companhia, de que Pinto Coelho será o Director, foi 18

21 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa celebrado em 27 de Abril de 1867, vindo a Companhia a ser declarada oficialmente constituída por Decreto de 2 de Abril de De imediato os engenheiros Aguiar e Sousa Gomes ingressaram nos quadros da Companhia, trazendo consigo os projectos já iniciados. O objectivo principal da constituição da Companhia, denominada CAL - Companhia das Águas de Lisboa, era a concretização do projecto do Alviela, fornecendo à cidade um volume de água correspondente a uma capitação de 100 litros/dia/habitante, computando-se, no início da exploração, a população a abastecer em cerca de habitantes. A primeira iniciativa da Companhia, logo em 1868, foi a da construção de um reservatório e de uma estação elevatória no sítio do antigo chafariz da Praia, para elevar para a Verónica, na Graça, as águas orientais que se perdiam para o Tejo, ideia já anteriormente defendida por Pezerat. Porém, essa expansão será inferior ao pretendido enquanto a Companhia não dispuser de um instrumento importante, contemplado no contrato, que leve os particulares a contratar o fornecimento de água - o regulamento dos encanamentos particulares - obrigando os proprietários dos prédios acima de um determinado nível de rendimento, a construir, à sua custa, as canalizações nas habitações. Na análise desta fase de industrialização do abastecimento de água, não podemos deixar de ter em consideração o facto de, agora, haver já um comércio internacional de produtos industriais desenvolvido, e havermos entrado no caminho da normalização das peças e acessórios utilizados no abastecimento. Aliás, só em 1852 havia sido posto em vigor, em Portugal, o sistema decimal para as medidas lineares, arrastando-se, por alguns anos, a sua extensão às outras medidas. O rigor e a universalidade necessários à industrialização demoraram bastante tempo a alcançar. Quanto ao Alviela, a Companhia alterou o projecto inicial. Havia que construir uma estação elevatória a cerca de 100 km de Lisboa, já que era necessário dar uma elevação de 54 m acima das nascentes para que a água conseguisse atingir a cidade no ponto pretendido, o que era algo de bastante complicado para a época, não só no que se referia à deslocação das peças das máquinas, mas sobretudo face às eventuais avarias e consequentes necessidades de reparação das mesmas. Assim, a Companhia decidiu trazer as águas livremente, pela gravidade, num aqueduto até Lisboa, e aqui construir a estação que as elevava para as diferentes zonas a abastecer. Fig Máquina a vapor da Estação Elevatória da Praia Para esta estação a Companhia irá adquirir à casa Windsor & Fils, engenheiros mecânicos estabelecidos em Ruão, na Normandia, duas máquinas verticais de efeito duplo com dois cilindros, de expansão variável e de condensação, ditas do sistema Woolf. Cada uma destas máquinas tinha uma capacidade de elevação de m³ diários de água a uma altitude de 73 m acima do nível do poço de alimentação das bombas, incluindo a perda de carga. Cada máquina podia produzir uma força de cerca de 23 cavalos-vapor de água elevada, ou seja 30 cavalos-vapor sobre a árvore do volante. As máquinas eram alimentadas por três caldeiras de sistema vulgar, correspondendo cada uma a uma superfície de aquecimento de 60 m², e consumiam, no máximo, 1,9 kg de carvão por hora e por força de cavalo-vapor, de 75 quilogrâmetros. A introdução da máquina a vapor no abastecimento de água em Lisboa representava um passo importante na evolução desta indústria, e vai possibilitar, de imediato, uma expansão significativa do abastecimento domiciliário. Fig Entrada das águas no canal Alviela no recinto dos Olhos d'água Embora o canal fosse mais extenso, as vantagens deste novo projecto eram evidentes, havendo, inclusive, menor necessidade de construção de obras de arte, o que diminuía os custos do projecto. O local escolhido para o reservatório de chegada e para a estação elevatória foi a cerca do convento dos Barbadinhos italianos, na periferia da cidade, na zona ribeirinha oriental. A construção do sistema não se deu sem sobressaltos, questões de natureza política que dificilmente foram ultrapassadas, mas em que à Companhia, no fim, acabou por 19

22 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa ser dada plena razão. Tratava-se da aprovação do regulamento das canalizações particulares, instrumento previsto no contrato, e sem o qual a Companhia não conseguiria garantir a sua sobrevivência económica. A oposição da sociedade fez-se sentir contra um regulamento deste tipo, à semelhança do que iria acontecer, por exemplo, no Porto alguns anos mais tarde, em contexto semelhante, pois tal imposição representava um atentado contra as liberdades constitucionais. Aqui, em Lisboa, a Companhia, para conseguir a aprovação do regulamento, acabou por parar as obras do Alviela em 1873, tendo que enfrentar processos em tribunal. Ao fim de dois anos de batalhas judiciais, quando veio a ter garantias de publicação do regulamento, retomou as obras, vindo o sistema do Alviela a ser inaugurado em 3 de Outubro de 1880, acabando por ficarem sem efeito as sanções aplicadas à Companhia, e vindo, mais tarde, a ser prorrogado o prazo de concessão pelo tempo de paragem das obras, passando a data do fim da concessão para 30 de Outubro de Lisboa dispunha agora, para além das águas altas e das águas orientais, de um volume de m³ diários de água. A estação elevatória foi inaugurada com três máquinas apenas, ficando o espaço para uma quarta máquina, que viria ser colocada em Fig Máquina a vapor da Estação dos Barbadinhos Cada máquina accionava, directamente através do balanceiro, duas bombas verticais, colocadas simetricamente em relação ao eixo do balanceiro. Para a alimentação das máquinas foram adquiridas cinco caldeiras a vapor, com geradores de vapor cilíndricos, correspondendo, cada um, a uma superfície de aquecimento de 90 m². Os construtores garantiam que o consumo de combustível não ultrapassaria 1,200 kg de carvão por hora e por cavalo- -vapor de 75 quilogrâmetros. O carvão a utilizar deveria ser carvão inglês, de boa qualidade, com, pelo menos, 45% de carvão graúdo 3. Fig Fachada da Estação Elevatória a Vapor dos Barbadinhos As máquinas, à semelhança do que acontecera na estação da Praia, foram adquiridas à casa Windsor & Fils, de Ruão. Tratavam-se de máquinas verticais, de balanceiro, de efeito duplo, com dois cilindros, e de expansão variável, do sistema Woolf. A primeira máquina destinava-se a elevar um volume de água de m³ em 24h a uma altura de 47 m, incluindo a perda de carga, para o reservatório da Verónica, na Graça, que abastecia a zona baixa, ou seja, aproximadamente 139 litros de água por segundo. A segunda e terceira máquinas deveriam elevar em conjunto um volume de m³ em 24 h, a uma altura de 77 m, incluindo a perda de carga, para a cisterna do Monte, de onde a água ia por sifão ao reservatório do Arco, na zona média, ou seja, aproximadamente 83 litros de água por segundo cada máquina. Cada uma das três máquinas deveria corresponder a uma força efectiva sobre a árvore do volante de 120 cavalos-vapor de 75 quilogrâmetros. A quarta máquina veio a ser colocada na sequência de um novo contrato celebrado em 29 de Outubro de 1888, dado que a Companhia havia já procedido às obras estipuladas no contrato de 1868, e havia que dispor de um instrumento legal que permitisse dar expansão ao desenvolvimento das infra-estruturas do abastecimento. No que se refere à elevação da água, para que ela chegasse à zona alta tornou-se necessário construir uma estação elevatória junto do reservatório do Arco, com dois grupos elevatórios, sistema Worthington, um de tríplice expansão, elevando m³ por dia a 26 m de altura, e o outro de simples expansão, elevando m³. Estas máquinas eram alimentadas com o vapor produzido por duas caldeiras aqui-tubulares do tipo De Nayer. Dado que a água do Alviela agora chegava ao Arco e ao Pombal, misturando-se com as águas altas do Aqueduto das Águas Livres, também do Pombal atingia a Penha de França, através do sifão construído pela 1ª. Companhia. 3 No comércio, havia diversos tipos de carvão de acordo com o tamanho. Um carvão mais miúdo teria, certamente uma combustão mais rápida, e uma menor superfície de aquecimento. 20

23 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa A expansão do abastecimento domiciliário tornou-se uma realidade. Se antes de 1868 apenas 143 consumidores tinham água canalizada, no final desse ano o seu número passara a 260, em 1870 a 4.009, em 1875 a , em 1880 a , e em 1883, três anos após a inauguração do Alviela, já tínhamos consumidores. Com o excesso de água que tinha, a Companhia decidiu proceder à montagem de uma moderna lavandaria industrial, no Regueirão dos Anjos, iniciativa que, no entanto, não correspondeu às expectativas, dando elevados prejuízos. Em 1885, com a anexação a Lisboa dos concelhos dos Olivais e de Belém, a cidade ficou com uma população de habitantes, estando a Companhia obrigada, pelo contrato, a abastecer toda a cidade agora aumentada. Era necessário, portanto, um conjunto de obras que permitissem expandir o abastecimento, e da negociação do novo contrato de 1888 constaram a construção do reservatório de Campo de Ourique, com capacidade de m³, a construção de mais um compartimento no do Pombal, duplicando a sua capacidade para m³, construção de um novo reservatório na Ajuda, com capacidade de m³, ligação dos reservatórios da Verónica e da Patriarcal por um sifão, colocação da quarta máquina nos Barbadinhos, ampliação da capacidade de elevação da estação do Arco para m³ diários, assentamento das canalizações necessárias para ligar os novos reservatórios. A expansão da cidade não apenas pela anexação dos antigos concelhos, mas também pelo seu crescimento para norte, com a construção da Avenida da Liberdade e das Avenidas Novas, do projecto de Ressano Garcia, trouxe novamente situações de carência. Num novo contrato celebrado em 18 de Julho de 1898, a Companhia obrigava-se a construir um reservatório em Santo Amaro. Neste contrato, o Governo, que dava à Companhia a exclusividade do abastecimento de água, reservava para si o direito de elevar água no Tejo, junto a Lisboa, para lavagens e para os esgotos da cidade, ideia que era defendida, aliás, pelo General Augusto Pinto de Miranda Montenegro, fiscal do Governo junto da Companhia. O reservatório de Campo de Ourique veio a ficar concluído em 1900, vindo o da Ajuda a ser construído em S. Jerónimo, com a capacidade prevista para o de Santo Amaro, de 4,500 m³, não se tendo vindo a construir este último. 1.9 O projecto de 1908 para captação de água no Tejo Em 1908, já num período em que se começam a sentir grandes dificuldades no abastecimento, os engenheiros João Severo da Cunha e João Augusto Veiga da Cunha elaboram um projecto que visava a captação de água no Tejo, no sítio da Boa Vista, a cerca de 3 km da confluência do Alviela, água essa que seria depurada em filtros rápidos no sítio da Nora Alta, próximo de Sacavém. O País atravessava um período de grande instabilidade política e económica, com sucessivas quedas do Governo, e, mesmo após a implantação da República, a instabilidade continuou a fazer-se sentir, e, com a 1ª. Guerra Mundial de e a consequente subida dos preços, não havia condições para a Companhia avançar com este projecto. Para além disso, levantavam-se objecções técnicas ao projecto, pois o caudal do Rio Tejo, no Verão, baixava para níveis que punham em risco o abastecimento, e, por outro lado, a água era fortemente mineralizada. A falta de água era uma realidade que se agravava de ano para ano, sem que houvesse lugar para a concretização efectiva de uma obra de grande envergadura que resolvesse definitivamente o problema. Em 1915 foi encomendado ao Professor Choffat um estudo no sentido de se alterar o regime do Alviela nas nascentes, estudo este que veio a ser realizado pelo Professor Ernest Fleury, que vivamente desaconselhou tal hipótese. Por essa mesma altura, o Engenheiro Jesus Palácio Ramillo apresentou à Companhia uma proposta que consistia na construção de uma albufeira no Rio Trancão, na zona de Bucelas, para abastecimento de água, proposta que foi rejeitada por carência de viabilidade técnica e económica As municipalizações do abastecimento de água e a sobrevivência da Companhia Após a constituição da Companhia, surgiram diversas empresas privadas de abastecimento de água um pouco por todo o País, desde sociedades anónimas a sociedades em comandita ou em nome individual, sendo algumas, como a do Porto, de estrangeiros, caso da Compagnie Générale des Eaux pour l'étranger. Porém, as dificuldades crescentes levam ao fim destas companhias, num movimento de municipalização. No Congresso Nacional Municipalista, de 1922, tinham-se, aliás, defendido teses no sentido da organização de serviços municipalizados de abastecimento de água, gás e electricidade, teses que vêm a ver a sua concretização em 1927, durante a Ditadura, ano em que, com a municipalização do abastecimento de água do Porto, se fecha este ciclo na indústria da água 4. Restava o caso de Lisboa, onde a Câmara desferia fortes ataques à Companhia, procurando resgatar a concessão. Dado que, no entanto a dívida da Câmara pelo excesso de água consumida para além da dotação gratuita era elevada, a Companhia, pela mão do seu Director-Delegado Carlos Pereira, conseguiu, a custo, levar de vencida a contenda. 4 A nível nacional, e no Ministério das Obras Públicas, fora criado, em 1900, o Conselho dos Melhoramentos Sanitários. Este Conselho, que durou até 1921, foi sempre, apenas um órgão consultivo, sem poderes efectivos de regulação do sector. 21

24 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa Entretanto, e para obviar às carências que se faziam sentir, a Companhia lançou mão de novos recursos, as nascentes das margens da ribeira da Ota, que lhe permitiam aumentar o caudal do Alviela em m³ diários, valor médio, já que a produção das nascentes, na estiagem, baixava a níveis bastante reduzidos. Estes trabalhos realizaram-se no decorrer do ano de 1925, bem como a construção de uma estação elevatória equipada com dois grupos, com a capacidade elevatória unitária de m³ diários, de bombas centrífugas e unicelulares, movidas por motores Diesel pesados, com uma potência efectiva de 90 CV cada. Nesta época já as máquinas eléctricas haviam dado entrada na distribuição, pois na estação do Arco, em 1917, duas máquinas da fábrica suíça Sulzer, movidas por motores da também suíça fábrica Oerlikon, com a potência efectiva de 90 CV cada, podendo elevar um volume de m³ diários cada uma, tinham sido colocadas em substituição das anteriores. Em 1931 foi a vez da substituição das máquinas a vapor da estação elevatória da Praia por uma bomba horizontal GANZ, com uma capacidade de elevação de m³ diários a 73 m de altura, movida por um motor de 95 CV de potência efectiva. A produção da estação, contudo, não excedia os m³ diários, variando com o movimento das marés, deixando de ser aproveitada a partir de Julho de 1938 por impotabilidade da água. Em 1932 tem lugar a construção do reservatório elevado da Penha de França, com 600 m³ de capacidade, para abastecimento da zona alta oriental. Dada a sua cota de soleira ser mais elevada que o reservatório do Pombal, pensava a Companhia, através da Penha de França regularizar também a zona alta ocidental, o que, na realidade, não veio a acontecer. Para este novo reservatório a água era elevada a partir dos Barbadinhos, por um dos grupos da zona alta. Em 1928 terá lugar a desactivação da estação elevatória a vapor dos Barbadinhos, e a sua substituição por uma estação eléctrica. Para a estação a vapor elaboraram-se mais tarde projectos para a sua adaptação a um conjunto de grupos elevatórios movidos por motores Diesel, que não vieram a ser concretizados. A nova estação albergava seis grupos elevatórios com bombas da fábrica francesa Rateau accionadas por motores suíços Brown Boveri. Um grupo com a capacidade de m³ diários e outro de m³, elevavam para a zona alta, para o Pombal, tendo uma potência de, respectivamente, 260 e 215 CV. A altura da elevação era de 98 m. Outros dois grupos, com a capacidade de elevação de m³ cada, a 82 m, e cujos motores possuíam uma potência de 215 CV cada, elevavam a água para os reservatórios da zona média, o do Arco e o de Campo de Ourique. Finalmente, os dois últimos grupos, com uma capacidade elevatória de m³ cada, a 49 m de altura, possuíam uma potência unitária efectiva de 160 CV, elevando para a zona baixa, para a Verónica. Fig Estação Elevatória dos Barbadinhos - Sala das Máquinas Fig Construção do reservatório da Penha de França 1.11 Duarte Pacheco e o contrato de 31 de Dezembro de 1932 O grande salto em frente, verdadeira mudança de paradigma tecnológico, vai-se dar a partir de 31 de Dezembro de 1932, com a imposição pelo Governo, através do Ministro das Obras Públicas, Engenheiro Duarte Pacheco, de um novo contrato de concessão à Companhia, na sequência do qual, pelo Decreto nº , de 3 de Fevereiro de 1933, foi criada a Comissão de Fiscalização das Obras de Abastecimento de Água à Cidade de Lisboa, comissão pertencente ao Ministério das Obras Públicas, que fazia a fiscalização técnica e administrativa da CAL. Em Novembro de 1943 a Comissão passou a designar-se por Comissão de Fiscalização das Águas de Lisboa. Com o novo contrato de concessão, Duarte Pacheco vai criar condições de sobrevivência à Companhia, resolvendo o diferendo com a Câmara através de mecanismos financeiros 22

25 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa para a liquidação das dívidas desta pelo excesso de consumo, afastando de vez o fantasma da municipalização. Para além disso vai dar condições à Companhia para construir um novo grande sistema tecnológico, o do Canal Tejo. O programa de obras constantes do contrato estava dividido em quatro fases, correspondentes a quatro momentos de ampliação do abastecimento, agora não só de Lisboa, mas também das zonas atravessadas pelos canais e das zonas suburbanas. Na 1ª. fase, seriam feitas as obras necessárias para a elevação das águas do Tejo na Boa Vista e a sua introdução, após depuração mecânica, no Alviela, próximo de Alcanhões, utilizando-se toda a capacidade de vazão do canal. Estas obras deveriam estar concluídas em Junho de A 2ª. fase compreendia as obras necessárias para aumentar a produção em mais m³ de água diários. As águas do Tejo seriam beneficiadas com as águas do Zêzere, armazenadas acima da confluência do Nabão, e, para o efeito, seria construído um dique, com uma albufeira com a capacidade de 30 milhões de m³, que poderia ser também utilizado para a produção de energia eléctrica. Esta fase deveria ficar concluída até ao fim de Na 3ª. fase, a executar quando o consumo particular atingisse 16 milhões de m³, seriam trazidos do Zêzere, em canal próprio, e introduzidos no Canal Tejo, mais m³, diários. A 4ª. e última fase consistia na ampliação da capacidade de produção em mais m³ diários de água captada no Zêzere e introduzida no Canal Tejo, a executar quando o consumo particular atingisse 24 milhões de m³. Em 1933 o caudal do Canal Alviela foi reforçado com as águas de Alenquer, construindo-se, para o efeito, uma estação elevatória que veio a ser equipada com dois grupos electro-bombas com a capacidade de elevação de m³ cada, a uma altura de 28 m, e uma potência de 70 CV. A captação das águas de Alenquer provocou o abaixamento do nível das águas nos poços, tendo dado lugar a um grande número de reclamações dos proprietários locais, havendo que criar formas de indemnização pelos prejuízos causados. A captação de Alenquer veio mais tarde a ser ampliada, com a abertura de mais três poços em 1949 embora apenas dois em regime normal de exploração, e com uma nova estação elevatória, em funcionamento a partir de Ainda em 1933 surgiu uma proposta da International Water Company para a captação de 20 a m³ nas camadas do Belaziano, em Lisboa, por meio de cinco furos de 350 m de profundidade. A mesma companhia propunha-se igualmente captar água nos vales de Belas e Queluz, contudo as suas propostas, além de onerosas, não ofereciam garantias efectivas quanto aos caudais indicados. A construção do Canal Tejo começou por um primeiro troço entre Sacavém e o Carregado. Em Sacavém, aliás, já no projecto de 1908 estava prevista a filtragem das águas, no sítio da Nora Alta. A obra foi entregue ao empreiteiro Waldemar Jara d'orey, devendo-se os projectos aos Engenheiros João Severo da Cunha, autor do projecto de 1908, e Luís Veiga da Cunha. Uma questão que houve que resolver de imediato foi a do aumento da capacidade de vazão do Canal Alviela. Embora na parte livre o canal tivesse uma capacidade de vazão da ordem dos m³ diários, o facto de, nas passagens dos vales, possuir uma única linha de sifões, a capacidade efectiva de transporte era da ordem dos m³. Havia, portanto, que construir uma segunda linha de sifões, obra que foi executada logo em Por essa altura já o velho sifão de ferro sobre o Rio Trancão, em Sacavém, havia sido substituído por um sifão passando por debaixo do leito do rio. Fig Construção de uma conduta forçada no Canal Tejo Fig Antigo sifão do Alviela sobre o Rio Trancão, em Sacavém. A ideia inicial de captar água na Boa Vista acabou por ser adiada, pois a firma Layne & Co. apresentou uma proposta interessante ao Governo, que vai ser recebida com entusiasmo pelo Engenheiro Duarte Pacheco. Era possível captar apreciáveis caudais de água nas aluviões do Tejo, na região do Carregado, Espadanal, Quinta do Campo e na Lezíria. Depois de uma missão técnica dos engenheiros da Companhia a vários países estrangeiros, a opção pela captação em poços de grandes profundidades torna-se uma realidade. 23

26 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa A adjudicação da construção dos poços acabou por ser feita à firma alemã Johann Keller, que apresentava condições mais vantajosas. Além desta firma, temos a adjudicação à firma americana R. W. Herbard da construção experimental de um poço na Quinta do Campo, próximo de Vila Nova da Rainha. Os equipamentos das diversas estações elevatórias dos poços apresentam características diferentes dos das outras estações, sendo os grupos elevatórios de eixo vertical, ligados aos tubos de aspiração das águas, tubos estes com dispositivos de filtragem nas suas paredes internas. Um estudo de 1939 havia determinado já a capacidade elevatória exigida à estação, da ordem dos m³ diários. Iniciando-se em barracões provisórios, a inauguração das suas instalações definitivas veio a ter lugar em 31 de Maio de 1948, e, dadas as suas dimensões, a própria colocação dos grupos elevatórios, em número de doze, foi objecto de um processo contínuo, com sucessivas actualizações, que continua ainda no presente. Fig Quadro eléctrico de comando e controlo da Estação Elevatória dos Olivais Fig Captação de água - Grupo moto-bomba dum poço Entretanto em Lisboa, na Quinta da Ché, Olivais, havia sido construída a estação elevatória, junto ao reservatório de chegada das águas do Canal Tejo. Projecto do Arquitecto Carlos Rebelo de Andrade, nela vemos a intervenção de Jorge Barradas, escultor que também, como Rebelo de Andrade, tem o seu nome ligado à Fonte Monumental, da Alameda de D. Afonso Henriques, monumento que, iniciativa da Comissão de Fiscalização das Águas de Lisboa, celebra a chegada das águas do Tejo à cidade Os problemas da qualidade das águas Em breve houve que proceder ao tratamento das águas, pois, ao contrário do que inicialmente se observara, estas águas deixavam sedimentos de ferro e manganés nas condutas. Por outro lado, tornava-se necessário proceder à desinfecção das águas, dados os conhecimentos entretanto adquiridos sobre as suas características, e a necessidade de assegurar a sua potabilidade, face a uma série de epidemias de febres tifóides. Os primeiros ensaios sistemáticos de cloragem das águas, por ocasião de febres, tiveram lugar na cidade americana de Maidstone, em A partir daí o processo de desinfecção das águas foi-se expandindo, sendo em França utilizada uma solução de cloro, a água de Javel. O higienista português, Professor Ricardo Jorge, chegou mesmo a defender em meios internacionais, em 1913, a cloragem das águas não apenas em caso de epidemias, mas de uma forma sistemática e preventiva. Fig Estação Elevatória dos Olivais, fachada principal A utilização do cloro levantou graves problemas, pois da reacção do cloro com o alcatrão que revestia o interior dos tubos resultava a formação de clorofenóis que davam à água um sabor a fénico. Estes problemas vieram a ser ultrapassados com o aperfeiçoamento de um aparelho doseador do cloro na água, aparelho que havia sido concebido por Bunau-Varilla e modificado pelo técnico Bernardino Gomes de Pinho, dos quadros da CAL. 24

27 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa Fig Laboratório Bacteriológico da Companhia das Águas de Lisboa Na década de 40 tornou-se necessário projectar duas estações de tratamento para as águas do Aqueduto das Águas Livres, uma na Amadora e outra na Buraca, pois este continuava a ser parte dos sistemas de abastecimento de Lisboa, muito embora tivesse uma produção reduzida. Algumas das suas nascentes já estavam inquinadas no século XIX, como constatam o químico Hugo Mastbaum e o geólogo Paul Choffat. Com o tratamento, a água das nascentes já não precisava de ser deitada fora através dos descarregadores, e, em períodos de carência, o passeio central do Aqueduto chegou a ser utilizado também como caleira As duas opções em confronto - Tejo ou Zêzere Como já atrás ficou dito, a primeira opção do contrato de 1932 era pelas águas do Tejo, captadas na Boa Vista. Porém, dos projectos de obras fazia parte uma clara opção pelas águas do Zêzere, menos mineralizadas, e que corrigiriam a excessiva mineralização das águas do Tejo. Como também foi referido, a captação das águas das aluviões do Tejo veio a alterar profundamente os projectos de desenvolvimento do abastecimento de água. A determinada altura tornava-se necessária uma solução para o problema da falta de água, uma vez que o abastecimento e a melhoria substancial das condições de salubridade arrastara um aumento significativo da população a abastecer, aspecto ainda mais agravado com a expansão do abastecimento para os concelhos limítrofes. A opção clara da Companhia foi pelo Tejo, águas cujo aproveitamento foi por diversas vezes defendido pelo Engenheiro Veiga da Cunha. No entanto, na barragem do Castelo do Bode, lá estava a torre de captação de água, iniciativa do Engenheiro José Frederico Ulrich, construída durante as obras de construção da barragem, em Caso isso não tivesse sido feito, mais tarde, com a barragem cheia, tal obra seria de muito mais difícil, ou até mesmo impossível, execução. Fig Construção da torre de captação de água na Barragem de Castelo de Bode A captação de água no Tejo, no dique de Valada, onde as águas do mar já não fazem sentir os seus efeitos, começou por meio de uma estação piloto, construída em 1958, e que funcionou durante um ano. Em 1959 arrancou o projecto para a estação definitiva, que veio a ser inaugurada em 8 de Junho de 1965 com três grupos elevatórios, com uma capacidade diária de m³. A água é elevada para uma estação de tratamento, em Vale da Pedra, construída pela firma Degrémont, onde a água é decantada, filtrada e sujeita ao processo da floculação por meio de reagentes, e finalmente desinfectada por meio de cloro, com correcção posterior em postos de cloragem dispersos pela rede de distribuição. A estação de tratamento de Vale da Pedra, com uma capacidade de produção de m³ diários, já em 1963 estava em funcionamento, fornecendo água de boa qualidade a Lisboa. Na sequência de todo este progresso tecnológico, e porque os custos de tratamento fossem bastante elevados face à pouca quantidade de água, a CAL decidiu, em 1967, desafectar por completo do abastecimento o Aqueduto das Águas Livres. Fig ETA de Vale da Pedra 25

28 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa 1.14 Expansão do abastecimento Com o sistema Tejo completo, com esta 2ª. fase, correspondente à captação de Valada-Tejo, agora com a componente "tratamento de água" a contribuir para a função "abastecimento de água", com pleno desenvolvimento das técnicas possibilitadas pelo conhecimento da Física, da Química, da Geologia, a CAL vai poder abastecer uma área muito mais vasta, sucedendo-se os contratos com as Câmaras limítrofes, que a Companhia abastece em alta, vendendo depois estas a água aos consumidores particulares através dos seus Serviços Municipalizados. O progresso verificado acelerou a consequente expansão urbana e industrial em toda a região de Lisboa, pois a água não é elemento vital apenas para o consumo humano, mas também motor de desenvolvimento económico e industrial. Também em Lisboa o crescimento urbano se fez sentir, e a cidade tem agora quatro andares, em vez dos três em que, inicialmente, Mary, no século XIX, a dividira. São eles delimitados pelas curvas de nível de 0 m - 40 m, 40 m - 62 m, 62 m - 95 m, e 95 m m, correspondentes, respectivamente, às zonas baixa, média, alta e superior. Acima dos 120 m, mais tarde, será criada a zona limite. Com esta divisão garantia-se uma altura piezométrica mínima de 30 m A EPAL e o Castelo do Bode Como já atrás foi referido, a concessão da CAL terminou em 30 de Outubro de 1974, dando esta companhia lugar a uma empresa pública, a EPAL, que, a braços com nova crise de falta de água, vai ter que se virar, definitivamente, para o Zêzere. Em 1959 a CAL, no projecto que elaborara para a construção da captação de água do Tejo em Valada, afirmava: "Lá está no Zêzere a torre de tomada de água, que o ministro José Frederico Ulrich mandou fazer, pois, mais tarde, a captação na albufeira não seria viável por impossibilidade de construção das fundações da torre. (Quem sabe agora qual o aproveitamento que a torre pode vir a ter um dia?). Mas ir ao Zêzere são mais 50 quilómetros e não se julgue que a água da albufeira não necessitaria tratamento, pois os exemplos bem conhecidos estão por toda a parte e o assunto foi já largamente debatido para não se discutir a necessidade da sua filtração". Fig Barragem do Castelo de Bode O parecer do Conselho Superior de Obras Públicas exarado no projecto da captação Tejo de Valada apontava mesmo para o Castelo do Bode, inviável no curto prazo, e para a captação nas albufeiras do Cabril e da Ponte da Bouçã, e a serem conduzidas a Lisboa em adutor próprio, projecto a ser "objecto de um estudo profundo, feito em tempo útil, para permitir o início da sua realização por volta de 1970 e a sua entrada em serviço quando ficar saturada a capacidade de transporte do Canal do Tejo, já então elevada para m³ por dia, o que se deve verificar em 1974, ano em que termina a concessão da Companhia das Águas de Lisboa". Os estudos relativos ao aproveitamento das águas do Zêzere não haviam, pois, sido abandonados, sendo-lhe dado especial relevo no Plano Geral de Abastecimento de Água à Região de Lisboa, publicado em Junho de 1962, à semelhança do que sucedera no Estudo Prévio para Ampliação do Abastecimento de Água à Cidade de Lisboa, de Janeiro de Objecto de estudos posteriores, o projecto veio a ser concretizado apenas a partir de Para tal projecto havia-se procedido em 1972 à actualização do Plano Geral publicado dez anos antes. Em 1986 foi o subsistema inaugurado com uma capacidade de produção de m³ diários, sendo composto pela torre de captação, agora completa, uma central elevatória situada a jusante da barragem, uma estação de tratamento na Asseiceira, e um adutor que conduz a água a uma central elevatória construída em Vila Franca de Xira, de onde a água é elevada para Telheiras, em Lisboa. Não foram, com a opção Tejo, abandonadas as águas do Zêzere, muito embora, ainda em 1970, a CAL encarasse outras hipóteses no curto prazo, como a execução de mais poços nos mouchões do Tejo. O Zêzere, conforme os estudos mencionados referem, poderia, na albufeira do Castelo do Bode, dar meio milhão de m³ diários. 26

29 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa Fig Barragem do Castelo de Bode Fig ETA da Asseiceira A partir de 1993 procedeu-se à ampliação do subsistema para uma capacidade de tratamento e adução de m³ diários através de um conjunto de obras que ficaram concluídas em 1996, o que possibilita hoje o abastecimento, pela EPAL, de água a um total de 26 municípios correspondentes a cerca de um quarto da população do País. A EPAL é hoje uma sociedade anónima, de capitais exclusivamente públicos, e encontra-se integrada num grupo mais vasto, a Águas de Portugal, AdP, que, com um conjunto de empresas multi-municipais, abastece de água a quase totalidade do País, e onde se encontra espelhado todo um conhecimento científico e tecnológico que é parte importante da nossa identidade, da nossa memória colectiva, e cujos testemunhos urge a todo o custo preservar como património histórico. 27

30 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa 1.16 Referências bibliográficas Arquivo Histórico da EPAL CAL. Boletim dos Serviços Sanitários - Tratamento de água. CAL. Boletim dos Serviços Técnicos. CAL. Contratos de concessão [diversos anos]. CAL. Estudo para o abastecimento de Lisboa com água do Tejo CAL. Estudo prévio para ampliação do abastecimento de águas à cidade de Lisboa. Fevereiro de CAL. Inauguração da obra de captação de água no rio Tejo. 8 de Junho de CAL. O Rio Tejo deve contribuir para o abastecimento de água de Lisboa e zona sub-urbana [Palestra do Engenheiro- -Chefe, Luís Veiga da Cunha, durante a visita ministerial à estação piloto de Valada]. Abril de CAL. Plano geral de abastecimento de água à região de Lisboa. Junho de CAL. Projecto de abastecimento de água à cidade de Lisboa. Rede geral de distribuição CAL. Projecto de captação de água no rio Tejo, em Valada. Março de CAL. Projecto de introdução de água do Tejo no Canal do Alviela (1ª. Fase). Janeiro de CAL. Projecto de reservatório elevado a construir na Penha de França e respectiva conduta de elevação. Março de CAL. Projecto de toma de água do Tejo na Boavista. Julho de CAL. Projecto de uma nova estação elevatória nos Barbadinhos. Abril de CAL. Relatórios da Direcção. CAL - Serviços Sanitários. O abastecimento da capital pela água dos poços do Carregado. Relatório. Julho de CAL. Situação actual do abastecimento. Perspectivas para os próximos dez anos. Junho de Companhia da Empreza das Águas de Lisboa. Relatórios da Direcção. MACHADO, José Manuel. Evolução das estações elevatórias da Companhia desde a fundação à actualidade. In Boletim dos Serviços Técnicos, anos XXIX - XXX, 1963/64, CAL, Lisboa, ps Relatório da Comissão encarregada de estudar as novas captações para o abastecimento de águas a Lisboa e arredores, por despacho de S. Ex.ª. o Ministro das Obras Públicas de 29 de Outubro de Relatório sobre o tratamento das águas de Lisboa elaborado pela Comissão nomeada pela Portaria de 12 de Novembro de Ministério das Obras Públicas, Lisboa, RODRIGUES, Joaquim Ângelo Caldeira e FRAGOSO, José Joaquim. Considerações sobre zonas de distribuição - o caso de Lisboa. In Boletim dos Serviços Técnicos, ano XXII, 1956, CAL, Lisboa, ps RODRIGUES, Joaquim Ângelo Caldeira. Memória sobre os reservatórios de Lisboa. In Boletim dos Serviços Técnicos, ano XXIV, 1958, CAL, Lisboa, ps VITAL, Raul Fontes. A iniciativa privada no abastecimento de água em Portugal - séc. XIX e XX. Lisboa, EPAL, 1990 (texto policopiado). Obras consultadas ALVES, João Carlos. Abastecimento de água à cidade de Lisboa. Separata do Boletim da CFOAACL, nº. 16, Lisboa, BRANCO, A. G. Soares. Notícia sobre o abastecimento de Lisboa com águas de nascentes e águas do rio: estudos e obras dos últimos cem anos. Separata do Boletim da CFAL, nº. 36, Lisboa, CASEIRO, Carlos, VITAL, Raul, e PENA, Américo. Memórias e outras histórias do Aqueduto das Águas Livres. EPAL, Lisboa, CFAL. Boletim da CFAL.[ Anteriormente a 1943, com a designação Boletim da CFOAACL]. ALMEIDA, Amaro de. Lisboa capital das águas. Separata dos nº. 49 e 50 da Revista Municipal. Câmara Municipal de Lisboa, AMARAL, Eloy do. Congresso Nacional Municipalista de Lisboa, CHOFFAT, Paul. Les eaux d'alimentation de Lisbonne. Rapport entre leur origine géologique et leur composition chimique. Separata das Comunicações da Direcção dos Trabalhos Geológicos, tomo III, fascículo II, Academia das Ciências, Lisboa, CHOFFAT, Paul. Resumo das condições hidrogeológicas da cidade de Lisboa. In Boletim da Direcção Geral de Agricultura, sexto ano, nº. 1. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895, ps CUNHA, Luís Veiga da. A nova instalação de cloragem das águas do grupo do Alviela. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, ano I, Março-Abril, nº. 8, Lisboa, CUNHA, Luís Veiga da. As águas de Lisboa. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, Lisboa, s.d.. 28

31 Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa CUNHA, Luís Veiga da. Estudo de uma estação de filtração de água potável. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, ano III, Novembro, nº. 23, Lisboa, GOMES, Bernardino António. O esgoto, a limpeza e o abastecimento das águas em Lisboa, o que foram ou são, e o que devem ser, considerado tudo à luz das boas práticas e doutrinas. Academia das Ciências, Lisboa, HUGHES, Thomas P., The evolution of large technological systems, in BIJKER, Wiebe, HUGHES, Thomas P., PINCH, Trevor (eds.). The social construction of technological systems. New directions in the Sociology and the History of Technology. MIT, Massachussets, 1989, ps MASTBAUM, Hugo. Memória sobre o abastecimento das águas de Lisboa. In Boletim da Direcção Geral de Agricultura, sexto ano, nº. 1. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895, ps MOITA, Irisalva (dir. e organiz.). D. João V e o abastecimento de água a Lisboa. Câmara Municipal de Lisboa, MONTENEGRO, Augusto Pinto de Miranda. Memória sobre as águas de Lisboa. Imprensa Nacional, Lisboa, PINHO, Bernardino de. A cloragem das águas de abastecimento. Separata de Notícias Farmacêuticas PINTO, Luís Leite. História do abastecimento de água à região de Lisboa. 2ª. Ed., INCM/EPAL, Lisboa, Representações dirigidas a Sua Magestade a Rainha e ao Corpo Legislativo pela Câmara Municipal de Lisboa sobre o abastecimento de águas na Capital por meio de empresa. Imprensa Silviana, Lisboa, RIBEIRO, Carlos. Memória sobre o abastecimento de Lisboa com água de nascente e água de rio. Academia das Ciências, Lisboa, RIBEIRO, Carlos. Reconhecimento geológico e hidrológico dos terrenos das vizinhanças de Lisboa com relação ao abastecimento das águas desta cidade. Academia das Ciências, Lisboa, ROSSA, Walter. Além da Baixa: indícios de planeamento urbano na Lisboa setecentista. Ministério da Cultura, IPPAR, Lisboa, SMITH, Merritt Roe, MARX, Leo (eds.). Does Technology drive History? The dilemma of Technological Determinism. MIT, Massachussets, VELLOSO D'ANDRADE, José Sérgio. Memória sobre chafarizes, bicas, fontes e poços públicos de Lisboa, Belém, e muitos lugares do termo, oferecida à Exmª. Câmara Municipal de Lisboa. Imprensa Silviana, Lisboa, VIGREUX, Ch. (dir.). Notes et formules de l'ingénieur. E. Bernard, Paris, VITAL, Raul Fontes. L'approvisionnement en eau à Lisbonne au XIXème siècle. In BELOT, Robert, COTTE, Michel et LAMARD, Pierre (dir.). La Technologie au risque de l'histoire. Université Technologie de Belfort-Montbéliard et Berg International Éditeurs, Paris, 2000, ps VITAL, Raul Fontes. Lisboa e as águas (Da Lisboa Ribeirinha às águas altas e ao Tejo e seus afluentes - a dinâmica do abastecimento de água numa cidade em constante expansão). II Colóquio Temático "Lisboa Ribeirinha", Actas das Sessões, Câmara Municipal de Lisboa, VITAL, Raul Fontes. O Aqueduto das Águas Livres. Da solução para a falta de água ao impasse tecnológico. Comunicação apresentada ao XVIII Encontro da Associação Portuguesa de História Económica e Social, Lisboa, 1998 (texto policopiado). VITAL, Raul Fontes. O desenvolvimento económico e as empresas de abastecimento de água em Portugal. Comunicação apresentada ao XVII Encontro da Associação Portuguesa de História Económica e Social. Ponta Delgada, Universidade dos Açores, de Novembro de 1997 (texto policopiado). VITAL, Raul Fontes. O Museu da Água da EPAL. Uma experiência na defesa do património. In Arqueologia & Indústria, nº. 1, APAI, Lisboa Julho de 1998, pp VITAL, Raul Fontes. Os novos núcleos do Museu da Água - a preservação do património museológico e dos arquivos, In 1º. Encontro Internacional sobre Património Industrial e sua Museologia. Comunicações. Museu da Água da EPAL, 1 e 2 de Outubro de Lisboa, EPAL, 2000, ps

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33 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE HIDRÁULICA, BOMBAS CENTRÍFUGAS E REDES HIDRÁULICAS Autor: Paulo Ramísio Engenheiro Civil (FEUP) Mestre em Engenharia do Ambiente (FEUP) Assistente do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho Sócio da SBS Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. 31

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35 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Universidade do Minho A Universidade do Minho é uma universidade pública com autonomia administrativa e financeira. Comemora actualmente o XXXI aniversário. O Departamento de Engenharia Civil (DEC) da Escola de Engenharia tem a seu cargo o Curso de Licenciatura de Engenharia Civil, o Mestrado em Engenharia Municipal, o Mestrado em Engenharia Civil e disciplinas do Mestrado em Tecnologia do Ambiente. Desenvolve, ainda, actividade de investigação nos domínios de Construções e Processos, Estruturas, Geotecnia, Hidráulica, Materiais de Construção, Planeamento e Arquitectura e Vias de Comunicação. O Sub-grupo de Hidráulica tem como missão formar cientistas e engenheiros através de um estimulante e diversificado programa na área da mecânica dos fluidos; hidrologia, engenharia sanitária e gestão dos recursos hídricos e contribuir para o aumento do conhecimento científico nas seguintes áreas preferenciais: Processos de transporte e mistura em ambientes naturais e sistemas de engenharia; Sistemas de apoio à decisão para o desenvolvimento sustentado da gestão dos recursos hídricos e desenvolver técnicas de modelação em laboratoriais e modelos computacionais. A investigação é orientada de modo a não só contribuir para o aumento dos conhecimentos numa determinada área científica mas também contribuir para a extrapolação dos resultados obtidos em estudos e obras no domínio da engenharia civil. SBS - Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. A SBS é uma empresa de consultoria em engenharia, fundada a 28 de Fevereiro de Tem desenvolvido a sua actividade na execução de estudos, consultoria, projectos, acompanhamento técnico e apoio à decisão em obras de engenharia com especial destaque para as obras de hidráulica e ambiente. Conta como principais áreas de actuação: Abastecimento de Água (Captações, Estações de Tratamento de Água, Sistemas de Adução, Sistemas Elevatórios, Reservatórios e Redes de Distribuição); Águas Pluviais, Residuais e Industriais (Redes de Drenagem, Interceptores e Emissários, Sistemas Elevatórios, Estações de Tratamento de Águas Residuais); Estudos Ambientais (Estudos de Impacte Ambiental, Auditorias Ambientais, Acompanhamento de Obras); Infra-estruturas Hidráulicas e Energia (Aproveitamentos Hídricos e Hidroeléctricos, Regularização Fluvial); Infra-estruturas Prediais (Projecto e coordenação de todas as especialidades de engenharia, acompanhamento de obra e Fiscalização). 33

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37 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2.1 Introdução O dimensionamento de um sistema de pressurização depende de uma grande parte do conhecimento dos fenómenos hidráulicos envolvidos. Neste capítulo serão analisados alguns princípios fundamentais da mecânica dos fluidos e a sua utilização na caracterização da curva característica da instalação e da curva característica de uma bomba centrífuga, conceitos essenciais para um bom desempenho de um sistema de pressurização. 2.2 Princípios da mecânica dos fluidos Propriedades da água Massa volúmica e peso volúmico Massa volúmica e peso volúmico de uma substância são, respectivamente, a massa e o peso da unidade de volume dessa substância. Para os líquidos estas grandezas variam com a pressão e a temperatura. A água tem o valor máximo de massa volúmica à temperatura de 4 C, que à pressão atmosférica normal toma o valor de 1000 kg/m 3. Considerando a aceleração da gravidade igual a 9,8 ms -2, o peso volúmico, à mesma temperatura será 9800 Nm Viscosidade A viscosidade dos fluidos traduz-se pela resistência que estes oferecem à deformação. Assim, no seu escoamento desenvolvem-se forças resistentes, que dão parte à dissipação de parte da energia mecânica possuída pelo fluido em movimento. Ao pretender modificar-se a forma de uma massa de fluido, observa-se que as camadas do mesmo se deslocam umas em relação às outras, até que se alcance uma nova forma. Durante este processo ocorrem tensões tangenciais (esforços de corte) que dependem da viscosidade e da velocidade do fluido. O comportamento de um fluido sob a acção de um esforço de corte é importante na medida em que determinará a forma como ele se movimentará. A fim de que se possa introduzir a noção de esforço de corte (tensão tangencial), torna-se necessário analisar as forças exteriores que actuam numa determinada massa de fluido sujeita à acção da aceleração da gravidade. Num fluido em repouso não existem tensões tangenciais e de acordo com a lei de Pascal a pressão num ponto é igual em todas as direcções. Nos fluidos em movimento, em que se manifeste a acção da viscosidade desenvolvem-se tensões tangenciais ou esforços de corte. A viscosidade é assim uma propriedade física que é definida como sendo a resistência de um fluido ao seu escoamento uniforme. Considere-se duas placas paralelas de fluido, S, que se movem a uma distância, n, a uma velocidade relativa v, a força necessária para o deslocamento será: v F = µ S n (1) Logo, em termos de tensão unitária: F v τ = = µ S n onde µ é o coeficiente de viscosidade dinâmica. A viscosidade dinâmica (µ) para um determinado fluido é determinada recorrendo a tabelas ou a gráficos enquanto que a viscosidade cinemática (ν) é expressa da seguinte maneira: ν = µ /ρ (3) onde ρ é a massa volúmica do fluido. A viscosidade cinemática nos líquidos varia apreciavelmente com a temperatura, sendo desprezável a influência da pressão. Sendo a viscosidade uma propriedade física que determina a resistência ao escoamento uniforme de um fluido, ela afecta a distribuição do esforço de corte destes. Analisando o comportamento dos fluidos em função do esforço e a velocidade de corte, podemos classificá-los da seguinte maneira: Fluido Ideal - apresenta resistência nula à deformação; Fluido Newtoniano - o esforço de corte é proporcional à velocidade de corte, sendo τ o declive da recta; Fluido não Newtoniano - deforma-se de tal maneira que o esforço de corte não é proporcional à velocidade de corte; Plástico Ideal - o fluido sustém, inicialmente, um esforço sem qualquer deformação, deformando-se posteriormente de forma proporcional ao esforço de corte; Sólido Ideal - não ocorre deformação para qualquer valor de tensão. Os Fluidos Newtonianos são praticamente todos os líquidos orgânicos e inorgânicos enquanto que os Fluidos não Newtonianos podem ser classificados em pseudoplásticos, dilatantes, Bingham, etc.. Como exemplos de Fluidos não Newtonianos podem-se destacar a pasta de celulose, algumas tintas, borracha, etc Compressibilidade A compressibilidade dos fluidos traduz-se pela diminuição do volume ocupado por uma determinada massa de líquido quando aumenta a pressão a que esta está sujeita. De acordo com o seu comportamento sob a acção de uma pressão aplicada exteriormente os fluidos podem ser classificados da seguinte forma: Incompressíveis - Se o volume de um elemento de fluido é independente da sua pressão e temperatura. Nos líquidos, devido às pequenas variações de pressão, podem-se considerar incompressíveis para a maior parte dos fenómenos. (2) 35

38 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Compressíveis - Se o volume de um elemento de fluido varia com a sua pressão e temperatura, como acontece nos gases. Note-se contudo que nenhum dos fluidos reais é completamente incompressível. No entanto, os líquidos podem ser encarados como tal para efeitos de estudo de grande parte das aplicações práticas. É no entanto importante realçar que em alguns fenómenos, como por exemplo na análise do choque hidráulico, deve ser considerada a compressibilidade do fluido Tensão de saturação do vapor de água Quando a pressão num ponto de um líquido desce até à respectiva tensão de saturação de vapor, o líquido entra em ebulição. A tensão de saturação do vapor de um líquido, tv, varia em função da temperatura. A tensão de saturação de vapor para a água à temperatura de 20 C é de 2330 N/m 2, e à temperatura de 100 C iguala a pressão atmosférica normal. No escoamento de líquidos aparecem, em certas condições, zonas em que a pressão desce até à tensão de saturação de vapor, formando bolhas de ar, indicadoras da ocorrência do fenómeno de cavitação. 2.3 Conceitos fundamentais de hidrocinemática e hidrodinâmica Conceitos básicos Define-se trajectória de uma partícula como o lugar geométrico dos pontos ocupados pela partícula ao longo do tempo, enquanto que linha de corrente num determinado instante será a linha que goza da propriedade de, em qualquer dos seus pontos, a tangente respectiva coincidir com o vector velocidade no mesmo ponto e nesse instante. O caudal, será o volume que, na unidade de tempo, atravessa uma secção efectuada num escoamento por uma superfície, se esta for normal em todos os seus pontos à velocidade do escoamento. Assim, o caudal, Q, será: Q = v ds Velocidade média, V, (numa secção normal em todos os pontos à velocidade do escoamento) velocidade de um escoamento que, com velocidade uniforme na secção, transporta um caudal igual através da mesma secção. (4) Classificação dos escoamentos Variados, permanentes e uniformes O escoamento é variável se, numa dada secção transversal, a velocidade média e o caudal variarem com o tempo. O escoamento é permanente se, em qualquer secção transversal, a área da secção líquida e a velocidade média (e, portanto o caudal) forem invariáveis com o tempo. Num escoamento permanente a velocidade pode variar de ponto para ponto, mas, em cada ponto, mantém-se constante ao longo do tempo. Um escoamento uniforme é um movimento permanente em que a velocidade é constante ao longo de uma mesma trajectória (em módulo, direcção e sentido). Pode então dizer-se que o escoamento é uniforme se as trajectórias forem rectilíneas e paralelas e se a área da secção líquida, S, a velocidade média, V, forem invariáveis com o tempo e a secção transversal considerada. O movimento uniforme só é possível em condutas e canais de eixo rectilíneo e de secção constante. Escoamentos transitórios são escoamentos que se estabelecem na transição entre duas situações de escoamentos permanentes Equação da continuidade A equação da continuidade estabelece o princípio da conservação da massa. Assim entre duas secções transversais, num escoamento permanente de um fluido incompressível sob pressão, mantém-se constante ao longo do tempo o volume do líquido entre as duas secções. Considerando uma tubagem com vários troços de diâmetros diferentes, verifica-se que o caudal de fluido é sempre constante em toda a tubagem. Define-se então caudal mássico (Qm) como a massa de fluido transportada (m) por unidade de tempo (t) e será igual a: v1 = Q v2 = Q v3 i Q ; v 1xAi 1 = v2 Ai 2 = v3 A 3 = v (5) A expressão (5) é designada por equação da continuidade. O termo continuidade deriva do facto de o caudal em todos os troços ser constante. Em termos de caudal mássico (Qm = cont.), Qm1 = Qm2 = Qm3 = Qm ρ.v1.ai1 = ρ.v2.ai2 = ρ.v3.ai3 = ρ.v.ai (6) D 1 Fig. 1 - Condutas em série D 2 D 3 L 1 L 2 L 3 36

39 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Nestas circunstâncias, facilmente se depreende que o caudal escoado é o mesmo em cada troço de conduta com características distintas, e que a perda de carga total é dada pela adição de todas as perdas de carga parcelares: Q = U1 x S1 = U2 x S2 =... = Un x Sn (7) H = i= 1 H = Teorema de Bernoulli n Considerando um regime estacionário (as variáveis do processo, como por exemplo, pressão, temperatura, volume, etc. permanecem constantes ao longo do tempo), num fluido Newtoniano e incompressível, a energia específica total duma partícula é igual à energia mecânica total da partícula por unidade de peso e apresenta três componentes: 2 p v E = z + + γ 2g (8) (Trinómio de Bernoulli) (9) Dimensionalmente cada parcela corresponde a um comprimento pelo que é assimilável a uma soma de "alturas": O significado físico de cada parcela será o seguinte: z p γ 2 v 2g = cota da partícula em relação a um plano de referência (energia potencial de posição da partícula por unidade de peso) = altura piezométrica: energia potencial de pressão por unidade de peso da partícula; = altura cinética: energia cinética por unidade de peso da partícula com velocidade v. Assim, define-se Linha Piezométrica como o lugar geométrico dos pontos em que a sua cota é a soma da cota topográfica e da altura ( z + ). Analogamente, a Linha de Carga p γ (ou Energia) será o lugar geométrico dos pontos cuja cota será a soma da cota topográfica, a altura piezométrica e a 2 p v altura cinética ( z + + ). γ 2g O teorema de Bernoulli refere que no caso de um fluido incompressível em regime permanente, em que se possam desprezar as forças de atrito e, consequentemente as perdas de energia, mantêm a carga total de uma partícula ao longo de uma trajectória. O Teorema de Bernouli aplicado a fluidos pesados e incompreensíveis, em regime permanente, toma a seguinte forma: i n i i= 1 [ ] [ F ] [ L = ] [ F] E = J L i [ L] 2 2 p1 U1 p2 U2 ( z1 + β 1 + α 1 ) s1 ( z2 + β 2 + α 2 ) s2 = H ± B γ 2g γ 2g (10) O teorema de Bernoulli representa uma equação de balanço de energia pois iguala a variação da energia mecânica total entre duas secções de um tubo de corrente ao trabalho realizado pelas forças locais de inércia (nulas em regime permanente) e de resistência H. Na prática, pode-se considerar: * β1 = β2 = 1,0 Coeficiente de distribuição de pressão (campo de pressões do tipo hidrostático condutas de pequeno e médio diâmetro). * α1 = α2 = 1,0 Coeficiente de energia cinética ou de Coriollis, distribuição de velocidades - consideração de velocidades médias (1,00 α 1,15). A parcela B corresponde a troca de energia com o exterior: + B cedência de energia (turbina) - B ganho de energia (bomba). A parcela H representa o trabalho das forças resistentes por unidade sendo a soma das seguintes parcelas: com, (11) H Forças resistentes totais por unidade de peso (perdas de carga totais) Hp Perda de carga uniforme (contínua ou principal) H L + H = H p H Somatório de perdas de carga localizadas (concentradas acidentais) Estes parâmetros serão analisados em detalhe em pontos seguintes Teorema da quantidade de movimento ou de Euler O teorema de Euler ou da quantidade de movimento (TQM) é na Mecânica dos Fluidos e, portanto, na Hidráulica o correspondente ao teorema da quantidade de movimento da Mecânica e pode enunciar-se da seguinte maneira: Para um volume determinado no interior de um fluido, é nulo em cada instante o sistema das seguintes forças: peso, resultante das forças de contacto que o meio exterior exerce sobre o fluido contido no volume, através da superfície de fronteira, resultante das forças de inércia e resultante das quantidades de movimento entradas para o volume considerado e dele saídas na unidade de tempo. O TQM ou de Euler tem um duplo interesse prático: 1º) Calcular esforços sobre as tubagens e/ou paredes (caso dos jactos). L 37

40 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2º) Calcular perdas de carga localizadas em troços curtos (curvas, derivações, mudanças de secção) onde se conhecem as condições nas secções de entrada e de saída. Particularizando a aplicação do Teorema de Euler a movimentos permanentes de fluidos pesados e incompressíveis em tubos de corrente e as tensões tangenciais são desprezáveis, a acção do líquido sobre a superfície de contorno será uma força, dada pela seguinte expressão vectorial: R r (12) = - ( ρ Q U1 + p1 S 1 ) n r 1 - ( ρ Q U 2 + p2 S ) n r 2 + r γ em que: n r 1 e n r 2- são os versores da direcção normal às secções de entrada e saída (S1 e S2), com o sentido positivo dirigido sempre para o exterior do volume em estudo. r γ - peso do volume de fluido em estudo. U1, U 2, p1, p2 - Velocidades médias e pressões nas secções 1 e Escoamentos sob pressão em regime uniforme e permanente Escoamentos laminares e escoamentos turbulentos Existem dois regimes de escoamento de fluidos: laminar e turbulento. O regime laminar é caracterizado por trajectórias regulares das partículas, não se cruzando trajectórias de partículas vizinhas. No escoamento turbulento, a velocidade num dado ponto varia constantemente em grandeza e direcção, sem regularidade. As trajectórias são extremamente irregulares. A relação entre as forças de inércia e a força de viscosidade sobre a partícula pode ser expressa pelo número de Reynolds através da seguinte expressão: V D R (13) e = ν O número de Reynolds define as condições de semelhança quando a natureza das forças intervenientes se limitam às indicadas (caso de escoamento de líquidos no interior de condutas em pressão). Para valores de Reynolds superiores a 2500 o escoamento é geralmente turbulento e para valores inferiores a 2000 o escoamento é normalmente laminar. A quase totalidade das aplicações de sistemas de pressurização encontra-se em regime turbulento Perdas de carga contínuas No regime uniforme, as trajectórias das partículas são paralelas às geratrizes do contorno. Se considerarmos condutas de comprimento L elevado (L >100 x D, em que D é o diâmetro da conduta) e características geométricas (direcção, rugosidade, forma e dimensão da secção transversal) constantes, poder-se-á considerar que : i ) a distribuição de pressões numa secção transversal é do tipo hidrostático (β=1). ii ) o coeficiente de Coriollis é constante ao longo da conduta (α=1). iii ) a perda de carga ( H) entre duas secções é proporcional à distância (L) entre elas, sendo constante o coeficiente de perda de carga (ou perda de carga unitária) ao longo da conduta, J. Sabendo que a perda de carga contínua (ou principal) depende ainda das características físicas do fluido, teremos: em que: J J = ƒ(ρ, U, D, ν, το,ke) (14) - perda de carga contínua por unidade de comprimento; ρ - massa volúmica do fluido; U - velocidade média na conduta; D - diâmetro da conduta; ν - coeficiente de viscosidade cinemático do fluido; το - tensão junto à parede da conduta; Ke - rugosidade equivalente da conduta, em termos da perda de carga provocada pelas várias rugosidades do material da conduta. Recorrendo à Análise Dimensional é possível estabelecer uma relação entre aquelas grandezas, chegando-se (escolhendo ρ,u,d para unidades fundamentais) à expressão geral das perdas de carga contínuas (ou fórmula universal) em condutas circulares: em que : λ - coeficiente de resistência (adimensional); g - aceleração da gravidade; D - diâmetro da conduta; 2 U J = λ D 2g U - velocidade média na conduta. (15) 38

41 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Determinação do coeficiente de resistência Os valores do coeficiente de resistência (λ) podem ser obtidos através das equações de Prandtl e Von Karmann - teoria da turbulência - e comprovados através das experiências de Nikuradze. Nikuradze ao variar o factor de resistência com o número de Reynolds, concluiu que o primeiro depende do segundo e de outros parâmetros (adimensionais) que caracterizam as asperezas das paredes do tubo. Nikuradze considerou uma rugosidade teórica (ε) correspondente à dos grãos de areia (calibrada) colados às paredes de tubos lisos, que dividida por D, corresponde a um parâmetro adimensional - rugosidade relativa (ε/d). A variação de λ com Re apresenta, para cada valor de (ε/d), quatro intervalos (I, II, III, IV) com leis de variação distintos: O intervalo I corresponde ao Regime laminar (Re < 2000 a 2500) onde se verifica uma variação linear de λ e Re, sem depender da rugosidade da conduta, sendo: λ = 64 / Re Fórmula de Poiseuille (16) Os intervalos II, III e IV correspondem aos regimes turbulento liso, turbulento de transição e turbulento rugoso. A grande maioria dos escoamentos de fluidos, nas aplicações práticas de engenharia encontram-se neste domínio e o coeficiente de resistência pode ser estimado pela seguinte equação: 1 2,51 ε / = 2log( + D ) λ Re λ 3,7 (17) Para aplicação dos estudos em laboratório (baseados numa rugosidade teórica artificial - ε) às condutas comerciais, define-se para essas condutas, uma rugosidade equivalente (k e ), que substituída na expressão de cálculo de λ, em regime turbulento rugoso, conduz os mesmos valores que foram obtidos experimentalmente com ε. A determinação do coeficiente de resistência pode ser obtido pela representação gráfica das experiências de Nikuradse ou por via analítica. a) Determinação de l, por via gráfica O emprego da fórmula universal foi bastante simplificada com o aparecimento de diagramas como o de "Moody", que através da representação gráfica daquelas funções implícitas, permite a determinação expedita dos valores de λ, com suficiente rigor. ZONA DE TRANSIÇÃO FACTOR DE ATRITO λ TUBAGEM LISA CAUDAL LAMI- NAR CAUDAL TURBULENTO RUGOSIDADE RELATIVA DA SUPERFÍCIE K/d NÚMERO DE REYNOLD Diagrama de Moody para estabelecer o factor de atrito λ. O valor de λ é obtido através da utilização do número de Reynold e do valor de rugosidade relativa k/d como parâmetros, onde D é o diâmetro interno da tubagem em mm e k é a rugosidade equivalente da superfície em mm. Fig. 2 - Diagrama de Moody para a determinação do coeficiente de resistência 39

42 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas É importante relembrar que a determinação do coeficiente de resistência, λ, através de fórmulas práticas (expressões empíricas, válidas apenas em certas circunstâncias - fluido, temperatura, secção transversal, material das paredes do contorno sólido, etc....), quer sob a forma analítica, quer sob a forma de ábacos ou tabelas apenas são válidas dentro das condições particulares em que foram definidas. b) Determinação de l, por via analítica Para cálculos mais exactos o cálculo do coeficiente de resistência, λ, deve ser realizado por via analítica por equações de reconhecida validade, como por exemplo pela Fórmula de Colebrook-White: Em que: 1 2,51 kk / = 2log( D + e ) λ Re λ 3,7 λ - coeficiente de resistência (adimensional); Re - número de Reynolds (adimensional); k e - rugosidade equivalente (m): D - diâmetro da conduta (m) Perdas de carga localizadas (18) As perdas de carga localizadas ocorrem em singularidades das condutas, ou seja, em trechos pequenos da conduta em que se quebra a sua uniformidade. Estas perdas de carga dependem de diversos factores relacionados fundamentalmente com as características do escoamento a montante e a jusante da singularidade. A determinação analítica destas perdas de carga localizadas ( HL) baseia-se na aplicação dos Teoremas da Quantidade de Movimento e de Bernoulli, que permitem chegar a uma expressão geral para este tipo de perdas de carga, exprimindo-as como percentagem da altura cinética (U 2 /2g): H (19) em que KL é o coeficiente de perda de carga localizada, sendo determinado experimentalmente para cada tipo de singularidade. A determinação dos coeficientes de perda de carga em diferentes singularidades (estreitamentos e alargamentos suaves, mudanças de direcção, válvulas, etc. ) encontra-se bem documentada em inúmeras publicações de hidráulica, algumas das quais serviram de base ao presente texto e que se encontram referenciadas nas referências bibliográficas. 2.5 Redes hidráulicas L = K 2 U 2g Classificação das redes hidráulicas L As redes de condutas consideram-se sistemas complexos porque são constituídas por tubagens ligadas em série e/ou paralelo, formando feixes ou malhas de condutas. Estes sistemas aparecem normalmente nas redes de abastecimento de água municipais ou industriais e nas redes de combate a incêndios. Chama-se nó ao ponto de intersecção de três ou mais condutas e malha a todo o circuito fechado constituído por três ou mais condutas ligadas em série. Diz-se que uma conduta tem distribuição de percurso quando sofre uma variação de caudal ao longo do seu percurso (escoamento em regime permanente variado). Quanto à sua constituição, seguintes tipos de redes: TIPO EMALHADA RAMIFICADA MISTA QUADRO 1 - TIPOS DE REDES DESCRIÇÃO só com malhas só com condutas em série com condutas em série e com malhas 2.6 Cálculo hidráulico Regime uniforme e permanente Em regime uniforme e permanente, o caudal é constante logo, seleccionando o diâmetro pode-se de seguida calcular a velocidade e perda de carga. Em regime variado há uma variação de caudal ao longo do percurso, por considerar por exemplo os consumos domésticos, as perdas de carga são contabilizadas considerando que o escoamento se faz em regime permanente variado. Chama-se caudal unitário de percurso (q) ao parâmetro que traduz a variação média do caudal ao longo da conduta: Qm Qj q = Qm = Qj + q L L podemos considerar os DISTRIBUIÇÃO DE PERCURSO sem com sem com sem com REGIME DO ESCOAMENTO PERMANENTE uniforme variado uniforme variado uniforme variado Nas redes ramificadas a direcção do escoamento é única e portanto conhecida. Logo, conhecendo-se os caudais e os diâmetros é possível de imediato o cálculo das perdas de carga. Nas redes emalhadas o conhecimento do valor e sentido dos caudais, em cada troço, são obtidos após o equilíbrio da malha através da Lei da Continuidade (em cada nó os caudais afluentes devem igualar os caudais efluentes) e Lei das Malhas (numa malha a soma algébrica das perdas de carga em todas as condutas deve ser nula). (20) 40

43 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Em que: q - caudal unitário de percurso; Qm - caudal no extremo de montante; Qj L - caudal no extremo de jusante; - comprimento da conduta. Havendo uma variação da velocidade ao longo da trajectória, há uma variação do coeficiente de perda de carga, que se traduz numa variação parabólica da linha de energia. Tal facto dificulta o cálculo das perdas de carga em cada trecho da conduta. Bresse ultrapassou esta dificuldade considerando um caudal equivalente ( Qe ): Qe = Qj q L (21) Trata-se de um caudal fictício que, em movimento uniforme e para um dado diâmetro, conduz ao mesmo valor da perda de carga que a verificada em regime permanente variado, considerando os caudais que realmente circulam na rede. Com esta simplificação o cálculo hidráulico de regime permanente variado é transformado, para efeito do cálculo das perdas de carga, em regime uniforme e permanente. 2.7 Dimensionamento económico de condutas Apresentam-se neste ponto os passos fundamentais para o desenvolvimento dos cálculos que permitem seleccionar os diâmetros económicos das condutas. O processo de dimensionamento consiste em determinar o diâmetro que minimize a soma dos custos de investimento com os de energia (não se consideram outros custos de exploração), conforme se representa na Fig. 3. Os custos de investimento são directamente proporcionais ao diâmetro instalado e os consumos de energia inversamente proporcionais ao mesmo valor. Os passos fundamentais a seguir nos cálculos a efectuar são: - Selecção de um conjunto de diâmetros (comercialmente disponíveis) a partir de velocidades médias (0,6 a 1,5 m/s) e de critérios de velocidade mínima e máxima. - Cálculo dos custos de investimento em função dos diâmetros seleccionados. - Cálculo dos custos de energia do período de vida da obra. (actualizados ao ano 0) - Adição dos custos anteriores para os diversos diâmetros seleccionados e verificação de que o conjunto de diâmetros seleccionados contém o diâmetro (comercialmente disponível) mais económico. Para tal acontecer os custos associados aos diâmetros extremos seleccionados deverão ser superiores a pelo menos um dos custos associados a um dos diâmetros intermédios. - Selecção do diâmetro mais económico. Especialmente nos diâmetros mais pequenos a alteração de um diâmetro para o da série comercial imediatamente inferior poderá representar alterações significativas em alguns parâmetros de controlo, uma vez que a perda de carga aumenta de forma quadrática com a velocidade e esta aumenta igualmente de forma quadrática com o diâmetro. 2.8 Curva característica da instalação A curva característica da instalação será a curva que traduz, para cada caudal, a altura de elevação necessária para esta instalação. Será em cada ponto a soma da altura geométrica com todas as perdas no sistema para esse caudal. H = f ( Q 2 ) H man = H geo + J L + k U i i i 2 2g (22) Altura Perdas de carga 2 V i K i + J i Li 2 g Altura geométrica Caudal Fig. 4 - Curva característica da instalação Fig. 3 - Variação dos custos de investimento e energia com o diâmetro de condutas. As perdas de carga têm variação quadrática com o caudal, apresentando a curva característica da instalação a forma apresentada na figura 4. 41

44 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2.9 Bombas centrífugas Definição Uma bomba é denominada centrífuga quando a direcção de escoamento do fluido é perpendicular à do eixo de rotação da hélice e podem ser classificadas da seguinte forma: Quanto ao n.º de impulsores: a) De um só andar: quando têm um só impulsor; b) De andares múltiplos: quando existem vários impulsores. Quanto ao sentido de rotação: a) De sentido directo: se o eixo da bomba roda no sentido anti-horário; b) De sentido retrógrado: se o eixo da bomba roda no sentido horário. Quanto à posição do eixo: a) Eixo horizontal; b) Eixo vertical; c) Eixo inclinado. Nesta situação, a descarga de uma bomba dum estágio é injectada na admissão de uma bomba de um segundo estágio, onde se preserva a pressão do primeiro. O fluido depois de entrar no segundo estágio terá um aumento de energia sob forma de aumento de pressão e assim sucessivamente. As bombas multiestágio podem ser consideradas como bombas com vários estágios simples, montadas sobre o mesmo eixo e com descargas em série Constituição Na sua forma mais simples, a bomba é constituída por um rotor que gira no interior de uma carcaça. O fluido entra na bomba nas vizinhanças do eixo do rotor propulsor e é lançado para a periferia pela acção centrífuga. A energia cinética do fluido aumenta do centro do rotor para a ponta das palhetas propulsoras. Esta energia cinética é convertida em pressão quando o fluido sai do impulsor e entra na voluta ou difusor. Veios condutores fixos no corpo da bomba podem ajudar a dirigir o fluido, melhorando a eficiência da bomba; Fig. 6 - Corte numa bomba multicelular Muito resumidamente, as principais peças constituintes de uma bomba centrífuga, são as seguintes: Corpo da bomba; Motor eléctrico; Propulsor ou rotor; Veios condutores; Sistema de refrigeração; Sistema de lubrificação. Normalmente o propulsor é considerado o coração da bomba, sendo constituída por um disco que roda a alta velocidade, o que permite transmitir a energia ao líquido para este adquirir o aumento de pressão desejado. Fig. 5 - Forma típica do corpo uma bomba centrífuga Uma bomba centrífuga com um só rotor é uma bomba de um único estágio (ou andar). Quando se deseja ter uma combinação de pressão total e capacidade que não se enquadra numa bomba de um só estágio, usa-se uma bomba multiestágio Curva característica da bomba A equação básica da bomba é utilizada para calcular e desenhar formas geométricas e dimensões, assim como para deduzir a curva Q/H da bomba centrífuga. A Figura 3 ilustra uma alheta de um impulsor e os respectivos vectores de velocidade. 42

45 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Alheta de impulsor de bomba com os vértices de velocidade nos bordos de ataque e fuga. Velocidade absoluta do líquido v, velocidade relativa w, velocidade periférica da alheta u, componente tangencial da velocidade absoluta do líquido v u e componente radial v m. Fig. 7 - Representação dos vectores velocidade na alheta do impulsor Na figura 7, são representados os vectores velocidade nos bordos de ataque e fuga, onde: v = velocidade absoluta do líquido; w = velocidade relativa à alheta; u = velocidade periférica da alheta; vu = componente tangencial da velocidade absoluta; vm = componente radial da velocidade absoluta. A velocidade relativa é paralela à alheta em qualquer ponto. Para além disso, vu1 = v1 cos α1 e vu2 = v2 cos α2 Partindo do princípio que o caudal não tem perdas e que o número de alhetas é infinito ( ), é possível derivar a familiar teoria da equação básica da bomba utilizando as leis da mecânica. Esta relação é conhecida como equação de Euler e é expressa do seguinte modo: H t 1 = g ( u v u v ) 2 u 2 1 u 1 (23) onde o índice t referencia um caudal sem perdas e. referencia o princípio do número infinito de alhetas que garante o direccionamento completo do líquido. Numa bomba real, não é possível satisfazer nenhum destes princípios, visto que existem sempre perdas por atrito e o número finito de alhetas não direccionará o caudal completamente na direcção da alheta. A redução de pressão causada por perdas no escoamento é tomada em consideração pelo rendimento hidráulico e a redução devido ao desvio do caudal de uma ângulo ideal β2 é contabilizado por um coeficiente de alheta k. Com estas modificações, a equação de Euler para uma bomba real tem o seguinte aspecto: h H t = η ( ku 2 v u2 u 1 v u1 ) (24) g É possível mostrar que ηh e k são menores que a unidade. As bombas centrífugas são normalmente concebidas com α1 = 90, logoνu1 = 0. Assim sendo, a equação básica da bomba é simplificada para: u2vu 2 H t = kηh (25) g A altura manométrica ideal obtida pela equação de Euler é independente do caudal Q. Se a curva Q/Ht for traçada, Ht. é indicado por uma linha recta. A curva real Q/H é derivada desta curva através da subtracção dos efeitos do 43

46 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas número finito de alhetas e de várias outras perdas que ocorrem no interior da bomba, conforme se pode ver na Figura seguinte. Perdas Redução do caudal Q causada por perdas por fuga H v Efeito do número finito de alhetas H t Perdas por atrito H r Perdas por descontinuidade H s Velocidades (w) e perdas relativas do bordo de ataque da alheta com várias velocidades de caudal. As perdas mínimas ocorrem com o caudal nominal da bomba, quando o ângulo de ataque do líquido é igual ao ângulo β1 do bordo de ataque da alheta. Fig. 9 - Velocidades e perdas no bordo de ataque da alheta com várias velocidades. Fig. 8 - Redução (H) da curva verdadeira da bomba Q/H relativa à altura teórica da bomba Ht. O Efeito do Número Finito de Alhetas Conforme indicado anteriormente, a existência de um número finito de alhetas diminui a altura manométrica pelo factor de alheta k. Se tomarmos este factor em consideração, poderemos obter a altura teórica Ht. Poderemos escrever que: (26) Ht não é perfeitamente linear, porque o coeficiente de alheta é ligeiramente dependente do caudal Q. A redução de altura de Ht. para Ht não é causada por perdas de caudal mas sim pelo desvio do líquido dos ângulos ideais devido ao número finito de alhetas. Perdas por Atrito Hf H t = kht As perdas por atrito ocorrem à medida que o líquido flui pelas passagens do impulsor e da voluta da bomba. O seu aumento é proporcional ao quadrado do caudal Q. Perdas por Descontinuidade Hs As perdas por descontinuidade são geradas nas seguintes áreas: No bordo de ataque da alheta, onde o líquido atinge a ponta da alheta. A perda é mais pequena no ponto de concepção da bomba, onde o líquido entra em contacto com a alheta no ângulo β1. As perdas aumentam com o aumento do desvio do ângulo de contacto do ângulo da alheta β 1; conforme se pode constatar na figura seguinte. As perdas mínimas ocorrem com o caudal nominal da bomba, quando o ângulo de ataque do líquido é igual ao ângulo β1 do bordo de ataque da alheta. No bordo de fuga da alheta, ocorrem perdas devido aos redemoinhos causados por esta. O seu aumento é proporcional ao quadrado do caudal. Na voluta da bomba, com velocidades de caudal diferentes do valor nominal, quando o caudal na voluta é diferente do caudal no perímetro do impulsor. Este efeito é ilustrado na Figura 9. As diferenças de velocidade causam turbulência que originam perdas, cujo aumento é proporcional ao aumento de diferença entre o caudal real e o caudal nominal. Perdas por fuga Hv As perdas por fuga ocorrem na folga entre o impulsor e a voluta da bomba. Por muito pequena que seja a folga, um pequeno retorno de caudal passa da área de elevada pressão junto da borda do impulsor para a área de baixa pressão do aro de junta do impulsor. Por este motivo, o caudal através do impulsor é ligeiramente maior do que o caudal de saída da voluta da bomba, pelo que a cabeça da bomba encontra um caudal reduzido; a diferença é a perda por fuga Hv. O efeito da perda por fuga está ilustrado na Figura 8. Esta perda aumenta à medida que a bomba vai sendo desgastada. Outras Perdas Existem outras perdas numa bomba centrífuga que não afectam a curva Q/H mas que aumentam o consumo de energia da transmissão do motor. Estas perdas incluem: perdas por atrito nas superfícies exteriores do impulsor; perdas por atrito no empanque da transmissão; perdas por atrito na chumaceira. 44

47 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2.10 Cavitação e NPSH A cavitação é o fenómeno hidráulico associado à formação e colapso de bolhas de vapor num líquido. As bolhas de vapor são formadas quando a pressão estática local de um líquido em movimento diminui até atingir um valor igual ou inferior ao da pressão do vapor desse líquido para uma dada temperatura. Quando a bolha se desloca com o fluido para uma área de pressão superior, o seu colapso ocorrerá rapidamente. A implosão causa uma onda de choque local transitória e extremamente alta no líquido. Se a implosão ocorrer perto de uma superfície e ocorrer repetidamente, a pressão do choque irá eventualmente originar a erosão do material dessa superfície. Uma bomba com cavitação emite um ruído de crepitação característico, tal como se estivesse a bombear areia. Não existe nenhum material que suporte totalmente a cavitação, pelo que deverão ser tomados os devidos cuidados se as condições de funcionamento da bomba apresentarem o risco de ocorrência de cavitação. Normalmente, as marcas de desgaste causadas pela cavitação ocorrem localmente e consistem em picagens profundas com bordos afiados. As picagens podem ter vários milímetros de profundidade; Habitualmente, o fenómeno da cavitação nas bombas centrífugas ocorre numa localização perto do bordo de ataque da alheta do impulsor; conforme representado na figura seguinte. Bolhas de vapor Implosão de bolhas de vapor Fig Impulsor demonstrando estragos motivados por cavitação A formação e desaparecimento das bolhas de vapor é designada por fenómeno de CAVITAÇÃO, tendo como consequência mais gravosa a deterioração mecânica precoce da bomba. A cavitação numa bomba apresenta duas desvantagens: A criação e colapso das bolhas de vapor podem danificar a bomba; A bomba torna-se muito menos eficiente porque passa a bombear uma mistura de líquido e vapor, com uma densidade muito mais baixa. Fig Influência do ângulo no bordo de ataque da alheta Se o líquido for bombeado de modo a atingir o bordo de ataque da alheta a um ângulo diferente do da alheta, formam-se redemoinhos e zonas de baixa pressão do outro lado da alheta. Se a pressão cair abaixo da pressão do vapor, formam-se bolhas de vapor. Se estas se moverem no fluido para uma zona de pressão superior, irão eventualmente implodir. O impacto de alta pressão resultante poderá originar picagem e a erosão da estrutura adjacente. Logo, na instalação de qualquer bomba, é necessário que no dimensionamento desta seja acautelado a ocorrência de cavitação, particularmente, com líquidos quentes e voláteis. Definição de NPSH NPSH é o acrónimo do termo inglês Net Positive Suction Head e representa a diferença entre a pressão estática absoluta e a tensão de vapor do líquido (normalmente expressa em metros). O cálculo do NPSH é baseado nos seguintes parâmetros: ht = altura geométrica de entrada; ha = diferença de altura entre o plano de referência e a ponta do bordo de ataque da alheta; 45

48 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Hrt = perdas de caudal na tubagem de entrada; Vo2/2g= quebra de pressão causada pela velocidade de entrada; h = quebra de pressão local no bordo de ataque da alheta; Pb = pressão ambiente ao nível do líquido; Pmin= pressão estática mínima na bomba; Pv = pressão do vapor do líquido à temperatura dominante. As alturas de pressão são apresentadas na Fig. 12. BOMBA HORIZONTAL BOMBA VERTICAL ataque da alheta. Nas bombas horizontais, o plano de referência coincide com a linha central da transmissão. Nas bombas verticais, a localização do plano de referência é indicada pelo fabricante. NPSH Requerido O NPSH requerido é obtido a partir da seguinte equação: NPSH requerido = h Este valor também é conhecido como valor de NPSH da bomba. Este valor pode ser apresentado como uma função do caudal, conforme demonstrado na Figura 14. A v 2 + o + h 2g NPSH requerido Plano de Referência Pressão Mínima NPSH requerido Fig Dimensões e pressões de referência para o cálculo do NPSH Para evitar a cavitação, a pressão estática mínima na bomba (Pmin) tem de ser maior do que a pressão do vapor do líquido, ou Pmin > pv A Figura 13 ilustra o princípio da distribuição da pressão estática do líquido na tubagem de entrada, na bomba e na tubagem de pressão de uma instalação de uma bomba em seco. Pressão estática do líquido Fig Variação típica do NPSH requerido com o caudal. O NPSH da bomba é independente da temperatura e do tipo do líquido que está a ser bombeado. O fabricante da bomba é obrigado a indicar o NPSH como um valor numérico ou uma curva. Na realidade, qualquer bomba terá valores de NPSH diferentes dependendo da definição da ocorrência, como pode ser visto na Figura 15. NPSH NPSH F (Sem cavitação) NPSH início do ruído Pressão mais baixa na bomba Pressão do vapor Pressão 0 absoluta Variação de pressão numa instalação de bomba em seco. Distribuição da pressão estática do líquido na tubagem de entrada, na bomba e na tubagem de pressão. NPSH início da perda material NPSH 0 (0% de perda de altura manométrica) NPSH 3 (3% de perda de altura manométrica) Fig Dimensões e pressões de referência na aspiração da bomba Plano de Referência O plano de referência é o plano no qual os cálculos do NPSH são efectuados. Trata-se do plano horizontal que atravessa o ponto central do círculo descrito pela ponta do bordo de Fig Curvas de NPSH 46

49 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas De acordo com os padrões de teste utilizados pelos fabricantes de bombas, o NPSHr é definido como a situação onde a altura manométrica da bomba sofre uma diminuição de 3% devido à cavitação. Este valor é definido como NPSH 3. A cavitação ligeira pode ser inofensiva para a bomba se as bolhas de vapor não implodirem perto das suas partes estruturais, tais como a alheta do impulsor. A diferença entre os vários valores de NPSH é maior nas bombas equipadas com impulsores com menos alhetas. Assim sendo, os impulsores monocanal registam as maiores diferenças nos valores de NPSH devido à quebra da curva do NPSH 3 e os seus testes apresentam resultados demasiado favoráveis. Por este motivo, uma curva de NPSHr baseada na regra de 3% do padrão é uma base insuficiente para a avaliação do risco de cavitação em bombas com poucas alhetas. Em princípio, a curva de NPSHr publicada pelo fabricante deve garantir que a bomba não será danificada se for utilizada acima dessa curva. Isto aplica-se especialmente às bombas de águas residuais, que têm um número reduzido de alhetas do impulsor. O problema é que não existe nenhum modo exacto de testar e estabelecer este valor de NPSH. NPSH Disponível O NPSH disponível indica a pressão disponível para a aspiração da bomba sob as condições dominantes. Este valor pode ser denominado o NPSH da instalação sobrepressora. O termo ht é positivo quando o plano de referência se encontra acima da superfície do líquido e negativo quando este se encontra abaixo da superfície. O NPSH disponível é determinado pelo projectista da instalação. NPSH disponivel Pb = H ρg Margem de Segurança do NPSH. pv ht ρg NPSHdisponível >NPSHrequerido + Margem de segurança (27) A margem de segurança do NPSH deve ser suficientemente grande para suportar variações numa situação onde as condições reais podem ser diferentes das calculadas teoricamente. As perdas de carga na tubagem de aspiração podem ser incorrectamente calculadas e o ponto de funcionamento real da bomba pode diferir do teórico devido a variações na curva Q/H e a cálculos incorrectos da resistência da tubagem de aspiração. A cavitação prejudicial poderá ocorrer mais cedo do que o esperado, ou com valores de NPSH maiores do que NPSH3 (Figura 15). As variações técnicas de fabrico do formato do bordo de ataque da alheta podem afectar o comportamento da cavitação. O NPSH requerido também poderá ser afectado pela forma da tubagem de entrada. Para bombas instaladas horizontalmente com tubagens de sucção rectilíneas, uma margem de segurança de 1 a 1,5 m é suficiente. rt Para bombas instaladas verticalmente, a margem de segurança deve ser definida entre 2 e 2,5 m, desde que seja utilizada uma curva cónica antes da entrada da bomba. O raio de curvatura da linha central da curva não deve ser inferior a D mm, onde D1 é o diâmetro da abertura de maiores dimensões. O NPSH, as suas margens de segurança e métodos de medição, encontram-se detalhadamente descritos na publicação do EUROPUMP "NPSH FOR ROTODYNAMIC PUMPS, REFERENCE GUIDE"(1997), cuja metodologia foi seguida no presente trabalho Leis de semelhança O traçado das curvas características depende do raio do rotor (impulsor) e da velocidade de rotação deste. A alteração destes dois parâmetros provoca alterações nas curvas características. Na prática, existem muitas bombas centrífugas com velocidade de rotação variável, isto é, possuem um mecanismo do tipo variador de frequências, que permite alterar a velocidade de rotação do seu impulsor. Este procedimento é muito frequente, pois é necessário, em muitas situações, encontrar o caudal desejado ou os parâmetros de dimensionamento adequados. Através das leis de semelhança entre bombas centrífugas, é possível determinar curvas características de bombas a partir de uma conhecida. Por exemplo, conhecendo a curva característica de uma bomba a uma determinada velocidade de rotação do rotor, é possível determinar essa mesma curva a uma velocidade de rotação diferente. Estas leis são relações entre: caudal (Q), carga a desenvolver pela bomba (H), potência (P) e carga efectiva positiva de sucção (H) com a velocidade do rotor (N) ou com o diâmetro do rotor (D). Efeito da variação da velocidade do rotor com o diâmetro constante: Caudal Carga Hidrostática Potência Carga efectiva positiva de sucção Q 2 = Q 1 N N 2 1 H 2 N 2 = H1 N 1 P 2 N = P1 N 2 1 H 2 N 2 = H1 N

50 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas Efeito da variação do diâmetro do rotor com velocidade de rotação do rotor constante: Caudal Q 2 = Q 1 D2 D 1 Carga Hidrostática H 2 D2 = H1 D 1 2 Potência P 2 D = P1 D Carga efectiva positiva de sucção H 2 H 1 D = D Ponto de funcionamento de uma bomba centrífuga O ponto de funcionamento de uma bomba corresponde à intercepção da curva característica da bomba (H/Q), com a curva característica da instalação. Com esse ponto, temos o caudal que pode ser bombeado naquela instalação, a potência absorvida, o rendimento e o N.P.S.H.req. ( N.P.S.H.dis.). Fig Ponto de funcionamento de uma bomba 48

51 Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas 2.13 Referências bibliográficas EUROPUMP (1997) NPSH FOR ROTODYNAMIC PUMPS, REFERENCE GUIDE QUINTELA, ANTÓNIO C. (1981) HIDRÁULICA - FUNDAÇÃO CALOUSTE GULBENKIAN NOVAIS-BARBOSA, J. (1986) MECÂNICA DOS FLUIDOS E HIDRÁULICA GERAL - PORTO EDITORA MACINTYRE, ARCHIBALD J. (1988) BOMBAS E INSTALAÇÕES DE BOMBEAMENTO GRUNDFOS (1996) MANUAL DE ENGENHARIA - ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ÁGUAS RESIDUAIS 49

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53 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável 3. SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO COM VELOCIDADE FIXA E VELOCIDADE VARIÁVEL Autor: Eduardo Nunes Director de Projectos da Profluidos Professor Adjunto Equiparado do Dept. de Eng.ª Mecânica (DEM) do ISEL 51

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55 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável A Profluidos A Profluidos - Gabinete de Projectos de Instalações Especiais, Lda. foi fundada em 1986 e intervenciona nas áreas de Elaboração de Estudos e Projectos de Engenharia, Consultadoria e Assistência Técnica, sendo especializada nas áreas das Instalações Especiais e do Saneamento Básico. É uma empresa multidisciplinar, especializada nas suas áreas de actuação, caracterizada pela qualidade, eficiência, rapidez de resposta e segurança de actuação, tendo como objectivo último, a satisfação dos seus clientes. Formada por um Quadro Técnico Qualificado de especialistas que possuem uma longa experiência nos diferentes domínios de intervenção, dispõe ainda de uma vasta equipa de consultores externos com formação técnica e pedagógica devidamente actualizada. Com ampla experiência nacional e internacional, a Profluidos, garante a qualidade técnica dos projectos, sempre devidamente adaptados às necessidades e assegura a indispensável assistência técnica, tendo em atenção parâmetros que considera de capital importância, na procura de um produto final de qualidade. O ISEL O Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) é a mais antiga escola de engenharia em Portugal. Teve a sua génese em 30 de Dezembro de 1852, por Decreto Régio de D. Maria II, que criou o Instituto Industrial de Lisboa. Este Instituto passou a ter estatuto de ensino superior com a denominação de Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, por Decreto-Lei 830/74 de 31 de Dezembro. Em 25 de Outubro de 1988, pelo Decreto-Lei 389/88 passa a fazer parte da rede de estabelecimentos de Ensino Superior Politécnico, integrado no Instituto Politécnico de Lisboa. O ISEL conta actualmente com cerca de 6000 alunos, 500 docentes e 130 funcionários não docentes. 53

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57 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável 3.1 Introdução O presente capítulo deste manual tem por objectivo descrever e caracterizar os tipos de sistemas de elevação existentes, apresentar a metodologia de dimensionamento dos seus componentes, os requisitos principais relativos à sua instalação e custos de exploração associados. As aplicações cobertas por este tema são muito vastas e destinam-se principalmente aos sistemas prediais, rega, abastecimento público e indústria. Face à vastidão dos seus campos de aplicação optámos por exemplificar os sistemas de pressurização com velocidade fixa e velocidade variável aplicados aos sistemas prediais abastecidos pela rede pública, embora os mesmos princípios sejam extensivos a todas as demais aplicações. Na actualidade, tem vindo a divulgar-se a utilização de sistemas por bombeamento directo. Tratam-se de sistemas sem o recurso a reservatórios hidropneumáticos. Nos sistemas por bombeamento directo podem considerar- -se duas soluções alternativas. A primeira solução, cada vez mais corrente no mercado, consiste em utilizar bombas de velocidade variável, que automaticamente, sob a acção de transdutores e circuitos electrónicos, adequam a velocidade de rotação às exigências de caudal que é solicitado em cada instante pela rede. Quando a pressão que está disponível na rede pública de distribuição de água potável é insuficiente para garantir o funcionamento dos aparelhos de consumo, em parte ou na totalidade dos pisos de um edifício, torna-se necessário recorrer a dispositivos de elevação de pressão apropriados. O seu correcto dimensionamento, instalação e manutenção reveste-se da maior importância, quer sob o ponto de vista funcional, para garantir de modo satisfatório as exigências de caudal e pressão dos diversos aparelhos de consumo prediais, quer sob o ponto de vista económico, nomeadamente os custos de instalação e exploração e finalmente da manutenção com influência na duração dos equipamentos, tubagens e dos aparelhos de consumo. Fig. 2 - Bomba de velocidade variável A segunda solução consiste na utilização de duas ou mais bombas de velocidade fixa instaladas em paralelo, com arranque e paragem automáticas, em função do caudal ou pressão, ao mesmo tempo que é operada também de uma forma automática uma válvula de controlo de pressão, em série ou em paralelo com as bombas. 3.2 Tipos de sistema de elevação de pressão Uma situação corrente tem sido a utilização de sistemas hidropneumáticos. Nestes sistemas existe obrigatoriamente um ou mais reservatórios metálicos onde a água é mantida sob pressão. Fig. 3 - Válvula de controle de pressão em paralelo com as bombas HOTEL Fig. 4 - Válvula de controlo de pressão em série com as bombas 3.3 Centrais hidropneumáticas Fig. 1 - Instalação típica de centrais hidropneumáticas em edifícios de grande altura Constituição e princípio de funcionamento Os principais órgãos de uma central hidropneumática são: - Um ou mais reservatórios fechados, com ou sem membrana; - Um conjunto de bombeamento para os reservatórios; - Um dispositivo para compensar o ar dissolvido na água (no caso de reservatórios sem membrana); - Pressóstatos ou sensores de pressão; 55

58 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável - Eléctrodos ou interruptores de nível; - Manómetros, medidores de caudal e todos os sensores e equipamento necessário ao comando, protecção e controle das bombas e compressores; O seu princípio de funcionamento é o seguinte: sempre que o nível da água atinge o ponto mais baixo no interior do reservatório hidrofórico, um interruptor de flutuador, pressóstato, ou ainda, um sensor, dá partida à bomba, enchendo-se o reservatório. À medida que o nível da água se eleva no reservatório, aumenta a pressão no seu interior e a almofada de ar comprime-se armazenando energia potencial (elástica). Quando a água atinge o nível máximo a bomba é desligada; se for entretanto atingido um nível superior préfixado será accionado o compressor de ar. Noutras, pelo contrário, a curvatura é acentuada (tangente >> 0) pelo que uma pequena variação de caudal é acompanhada por uma grande variação da altura de elevação e por consequência da pressão (curva típica de bombas multicelulares). Para melhor precisar estas noções, considera-se a zona de variação de caudal correspondente à parte útil da curva característica das bombas (fig. 6), ela é limitada pelos caudais mínimo qm e máximo QM. Distinguem-se os casos: Característica pouco inclinada quando qm < 1/2 QM; Característica inclinada em que qm 1/2 QM. Instalações de grande e médio porte exigem a aplicação de um ou mais reservatórios de membrana ou uma central de ar comprimido. Em instalações de pequeno porte poderá ser utilizado com reservatórios ou carregador de ar ou reservatórios com membrana a separar a fase líquida da fase gasosa Grupos electrobomba Selecção das bombas A zona útil da curva característica de uma bomba é definida por critérios técnico económicos. Uma bomba não pode funcionar sem inconvenientes, com caudais muito superiores ou muito inferiores ao caudal correspondente ao ponto de maior rendimento; ela deverá funcionar assim numa zona de bom rendimento. Esta zona é em geral definida pelo fabricante. Fig. 6 - Definição das curvas características das bombas No primeiro caso, quando duas bombas funcionam em paralelo, a zona útil de variação de caudal das duas bombas recobre parcialmente a zona útil de uma única bomba (fig. 6). No segundo caso as duas zonas não se recobrem. O caudal de dimensionamento das bombas deve ser 15 % a 25 % superior ao caudal máximo do consumo previsto para o edifício. A pressão correspondente a essa descarga é a altura manométrica da instalação. Fig. 5 - Zona útil da curva característica de uma bomba Grundfos As curvas características das bombas podem ter diferentes configurações: Algumas caracterizam-se por apresentar um traçado de tangente praticamente horizontal, o que quer dizer que a uma grande variação de caudal corresponde uma pequena variação da altura de elevação da bomba e correspondentemente da pressão (curva típica das bombas monocelulares); Fig. 7 - Selecção das bombas 56

59 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável A experiência mostra que quanto maior é a diferença de pressão entre o arranque e a paragem das bombas mais reduzido resulta o volume do reservatório. Assim, a selecção dos grupos electrobomba deve ser a favor dos que se caracterizam por curvas características com inclinação acentuada, ou seja, bombas multicelulares. O caudal médio de uma bomba determina-se pela expressão: em que: Q m 2 = 3 Qa - caudal de arranque; Qp - caudal de paragem Também se pode empregar a fórmula simplificada: Q Comando das bombas Nas centrais de pressurização com bombas de velocidade fixa, o arranque e a paragem das bombas são efectuados automaticamente, através de uma das duas opções: - Através do diferencial de pressão, designada regulação manométrica. - Através do diferencial de caudal, designada regulação debitométrica Regulação manométrica 2 2 ( Q + Q Q + Q ) m a Q = A regulação manométrica é a mais utilizada, e realiza-se como se segue: Se o consumo da rede aumenta quando se encontra a funcionar apenas uma das bombas do sistema, a sua curva de funcionamento evoluirá de R1 para R6, passando por todas as fases intermédias, o ponto de funcionamento desloca-se progressivamente de A1 para A2 e A3. Nesta evolução, o caudal debitado pela bomba aumentará para satisfazer o consumo, mas a pressão de descarga da bomba diminuirá, conforme está representado na figura 8. Em A3 é atingida a pressão mínima, o que faz arrancar a segunda bomba do sistema e a curva funcional passa a ser a curva 2P (duas bombas em funcionamento). Com o arranque da segunda bomba, ocorre um salto brusco de A3 para B3. Se o consumo de água continua a aumentar, evolui-se progressivamente de B3 para B4 e seguidamente, para B5. Nesta situação, é posta em marcha a terceira bomba, com passagem do ponto de operação de B5 para C5 seguida de uma evolução progressiva de C5 para C6 e assim por diante. Q a a a + Q + Q 2 p p p p Fig. 8 Verifica-se o mesmo procedimento quando as necessidades de água diminuem: - Evolução progressiva de C6, para C5 e por fim C4, correspondente à pressão máxima de funcionamento com três grupos electrobomba. - Paragem da terceira bomba 3P e passagem para um funcionamento com duas bombas, correspondente à curva 2P, o ponto de operação do sistema passa de C4 para B4. - Paragem da segunda bomba, e operação com a curva 1P em que o ponto de funcionamento passa de B2 para A2. - Evolução de A2, até A1, etc. Os órgãos que asseguram o arranque e a paragem das bombas são os pressóstatos. São dispositivos providos de contactos eléctricos biestáveis, que são accionados mecanicamente pela pressão da água, que permitem, através do circuito de comando a abertura e fecho dos contactores de potência. Destacam-se alguns inconvenientes relacionados com este tipo de funcionamento: - Quando o caudal solicitado pela rede for inferior a Qa0, o funcionamento é instável com arranques e paragens frequentes da bomba. - Em cada arranque e paragem de uma das bombas, ocorre uma variação brusca do ponto de funcionamento e consequentemente, do respectivo caudal e da pressão. - Determinadas gamas de caudais não são abrangidas, tais como as zonas entre Qa3 e Qb2 e também entre Qb5 e Qc4, se o caudal requerido cair e permanecer no interior destas zonas, o funcionamento também será irregular com paragens e arranques frequentes, sendo o caudal debitado pelas bombas desajustado às necessidades. Para se evitarem os inconvenientes descritos, deve instalar- -se um depósito hidropneumático ligado ao colector de descarga comum das bombas (fig. 9). 57

60 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável pressão do ponto de funcionamento D. A diferença de pressão entre C e D' deve-se também às perdas da carga da ligação ao depósito. Fig. 9 O ar sob pressão, aprisionado na parte superior do depósito, é comprimido e expandido em função da pressão de funcionamento das bombas, ao contrário da água que é praticamente incompressível. A maior parte dos depósitos são, actualmente, equipados com membranas que impedem o contacto do ar com a água, impedindo a dissolução do ar na água, reduzindo os problemas de corrosão e evita a introdução de dispositivos de compensação de ar. Como se pode observar na fig. 10, a presença do depósito hidropneumático altera ligeiramente os pontos de funcionamento do sistema. A característica da curva de funcionamento do sistema varia continuamente em função do caudal solicitado pelos consumidores. O somatório dos caudais individuais corresponde ao caudal global de valor aleatório, que estará compreendido entre 0 e Qmax. O dimensionamento de uma instalação tem como objectivo a satisfação do caudal de ponta, consumido pelo edifício e da respectiva pressão de operação. No exemplo ilustrado na figura 11, verifica-se que há uma sobreposição das gamas de caudal entre n bombas e n+1 bombas em funcionamento porque Qb1 é inferior a Qb2. Um caudal compreendido entre Qa1 e Qa2 pode ser fornecido com n+1 bombas em funcionamento contínuo. Um caudal compreendido entre Qb1 e Qb2 poderá ser fornecido com n+1 bombas em funcionamento contínuo. O caudal Q' poderá ser garantido com n bombas (ponto A') ou n+1 bombas (B') em funcionamento contínuo. Fig. 10 Modo de funcionamento: Arranque da 2ª bomba: No arranque, o ponto de funcionamento evolui rapidamente de A para B' e, depois progressivamente, de B' para B, entretanto, o excesso de caudal debitado pelas bombas alimenta o depósito enquanto não se atingir a pressão do ponto de funcionamento. Ou seja a passagem de A para B' implica um aumento brusco do caudal de funcionamento das bombas, enquanto que o caudal fornecido à instalação (consumo) permanece praticamente inalterado, esta diferença vai alimentar o depósito. A ligeira variação entre A e B' deve-se às perdas de carga no ramal de ligação do depósito. Fig Gama de caudais garantidos por n bombas - Sobreposição com a zona de caudais debitados por n+1 bombas No exemplo ilustrado pela figura 12, não temos qualquer sobreposição das zonas de funcionamento, porque o caudal Qa2 é inferior a Qb1. Um caudal compreendido entre Qa1 e Qb1 não poderá ser obtido com um funcionamento contínuo. Verifica-se então um funcionamento intermitente entre n bombas e n+1 bombas. É nesta situação de não sobreposição dos campos de caudais que o depósito se torna indispensável. Paragem da 2ª bomba: Na paragem, o funcionamento do sistema altera-se bruscamente do ponto C para D' e a partir de D' progressivamente para D, à medida que o depósito se esvazia para atingir a Fig Gama de caudal coberta por n bombas Gama de caudal coberta por n+1 bombas 58

61 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Função do depósito hidropneumático O depósito hidropneumático tem uma função tripla: Servir de reserva, absorvendo o excesso de caudal (Qconsumo < Qbombeado) ou complementado a insuficiência do caudal bombeado (Qconsumo > Qbombeado), nas zonas em que o caudal não é garantido pelas bombas; Assegurar a manutenção de pressão na instalação quando todas as bombas se encontram paradas; Absorver as flutuações bruscas de pressão e de caudal durante a abertura e o fecho dos equipamentos de consumo (trata-se contudo de uma função secundária que não justifica por si só a presença do Depósito) Períodos de funcionamento A duração de um ciclo completo conforme foi descrito anteriormente deverá ser tanto mais importante quanto mais elevada for a potência dos motores. É importante assegurar-se que não é ultrapassada a frequência horária de arranques admissíveis, cujo valor diminui à medida que a potência dos grupos aumenta. Podemos considerar que o caudal médio corresponde a metade da gama de caudais abrangida. Sendo assim, o período de um ciclo é tanto mais curto quanto: - a reserva de água for reduzida (um volume total do depósito reduzido ou um pequeno diferencial entre as pressões Pmin e Pmáx); - o caudal absorvido ou fornecido pelo depósito for elevado (gama vasta de caudais não abrangidos pelo funcionamento das bombas). Para se garantir uma pressão de utilização praticamente constante, é indispensável manter-se um diferencial mínimo entre as pressões Pmáx e Pmin. Contudo, um reduzido diferencial de pressões Pmin/Pmáx, (fig. 14) apresenta três consequências, cujos efeitos serão: - Maior frequência de arranques; - Redução da gama de caudais coberta pelas bombas e, portanto, mais probabilidades de ocorrerem situações de funcionamento intermitente; - Aumento da gama de caudais não coberta pelas bombas em funcionamento contínuo. Resultando um aumento do diferencial médio entre o caudal consumido e o caudal bombeado. Esta diferença é absorvida pelo depósito, sendo o esvaziamento e enchimento mais rápidos; - Diminuição da reserva de água disponível (volume útil) no depósito devido à redução do diferencial de pressões. Por outras palavras, obtém-se uma reserva de água no interior do depósito menor, um caudal de enchimento e esvaziamento mais elevado, conduzindo a uma maior frequência de arranques e paragens. Conclui-se, que não se podem optimizar simultaneamente os seguintes parâmetros: - Flutuação da pressão; - Número de arranques do motor; - Volume de reserva de água. Deverá efectuar-se um compromisso entre os três parâmetros. Fig Tempo de duração de um ciclo em função do caudal A curva 3 da fig. 13 apresenta o tempo de duração de um ciclo em função do caudal. O caudal crítico Qc, corresponde ao ciclo de duração mínima e, por conseguinte ao número máximo de arranques. Q = Caudal Médio Q c Q + Q 2 n n+1 = Fig Cobertura dos caudais em funcionamento contínuo 59

62 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Podem ser instalados temporizadores com a finalidade de retardarem a paragem ou o arranque de cada bomba (fig. 15). É uma solução "parcial" na medida em que esta temporização permite que o ponto de funcionamento ultrapasse os limites da gama de pressão estabelecida (ou seja, maiores variações de pressão), o que vai ao encontro de objectivo inicialmente pretendido. Fig. 17 Através do agrupamento de bombas com diferentes capacidades, é possível obter-se uma melhor cobertura da gama da caudais (fig. 18 e fig. 19). Fig Influência das temporizações no deslocamento do ponto de funcionamento É importante que a altura manométrica total H mt das bombas, correspondente ao funcionamento com caudal nulo não seja demasiado elevada em relação à Pmáx. A temporização, que impõe um tempo de ciclo mínimo Tmin, só se encontra activa durante os ciclos mais curtos, fora deles, não tem qualquer influência (fig. 16). Fig Três bombas principais de 20m 3 /h e uma bomba auxiliar de 10m 3 /h Fig Tempo de ciclo Para se obter uma variação de pressões extremamente reduzida entre o arranque e a paragem, utilizando bombas de velocidade fixa, sem ter de se enfrentar o problema de um número elevado de arranques, será necessário dispor-se de um grande volume útil. O reservatório de água representado na figura 17 é o exemplo de um reservatório de grande volume. O custo de investimento não pode ser comparado ao de uma solução convencional em que já não se fala de pressurização mas de "distribuição". Fig Quatro bombas de 20 m 3 /h Três bombas principais dimensionadas para um caudal de 20 m3/h à pressão de 5 bar mais uma bomba de apoio de 10m3/h a 5 bar oferecem uma maior flexibilidade do que quatro bombas de 20m 3 /h, (sendo a cobertura de caudais mais favorável). No entanto, esta opção implica uma automatização da operação mais sofisticada e há que tomar em consideração a frequência de arranques da unidade de apoio. Uma estrutura deste tipo é frequentemente utilizada em instalações de grande dimensão ou em estações elevatórias. 60

63 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Bomba auxiliar (Jockey) Trata-se de uma pequena bomba, utilizada para assegurar a manutenção da pressão da rede em sistemas de pressurização de grande dimensão, quando as bombas principais estão paradas (fig. 20). A sua função está limitada a satisfazer as necessidades dos períodos de consumo reduzidos, tais como os devidos às fugas de caudal da instalação. Deste modo, evita-se a utilização de um depósito de grande capacidade, dispendioso, bem como os arranques frequentes das unidades principais. Esta bomba Jockey, pode ser mantida em funcionamento permanente, ou imobilizada, a partir do momento em que a primeira bomba entra em operação. Em determinadas redes de combate a incêndios ou rega, tais como de campos de golfe, futebol ou hipódromos, a manutenção da pressão é assegurada pela bomba Jockey evitando a entrada de ar nas tubagens, entre dois períodos de funcionamento consecutivos. Deste modo, evitam-se as flutuações bruscas e acentuadas de pressão devido ao escape de ar nos aspersores e ventosas, que são prejudiciais às canalizações. No entanto, é de notar a persistência das flutuações de pressão, que são tanto mais importantes quanto menor for o número de bombas em funcionamento (curvas mais inclinadas). Quanto maior o número de bombas em funcionamento paralelo, mais atenuadas são as flutuações de pressão, ficando reduzida ao mínimo a margem de flutuação de pressão em todo o campo de operação. Observa-se que o arranque da primeira bomba é efectuado obrigatoriamente por pressão. Uma regulação debitométrica é, em geral, mais dispendiosa do que uma regulação manométrica, além de que a respectiva instalação no local é bastante mais delicada. Por este motivo, utiliza-se este tipo de controlo nas instalações de maior importância Número máximo de arranques dos grupos electrobomba A frequência máxima de arranques dos grupos electrobomba deve estar limitada de acordo com a tabela abaixo. Como regra geral, quanto mais potente for o motor menor deverá ser a frequência de arranques. Contudo, de acordo com a tabela 1 para bombas e motores especialmente dimensionados, podem-se adoptar valores maiores que os anteriormente indicados*. TABELA 1 Número máximo de arranques por hora de grupos electrobomba Potência do motor ( kw ) 4 7, Número máximo de arranques ( horário) Fig Grupo de três bombas + Bomba Jockey Regulação debitométrica Neste tipo de regulação o controlo dos arranques e paragens das bombas é efectuada através de caudais de referência (fig. 21). Podemos, assim, escolher valores adequados para se obter uma sequência ininterrupta do campo de funcionamento e, por conseguinte, uma operação contínua dos grupos, de tal forma que acompanham o consumo. Fig Regulação debitométrica Duração do ciclo (segundos) * Atendendo a que os factores limitativos são os componentes de controlo eléctrico e restantes componentes mecânicos Reservatórios de membrana Introdução Os reservatórios de membrana, também correntemente denominados depósitos de membrana, utilizados em pequenas e médias instalações, oferecem a vantagem de não necessitarem de dispositivos de compensação do ar perdido, tal como nos reservatórios tradicionais, devido à emulsão entre o ar em contacto directo com a água sobre pressão. O dimensionamento destes órgãos tem por objectivo a determinação da sua capacidade e o número de unidades a aplicar Dimensionamento O cálculo da capacidade útil real de um reservatório (isto é, o volume de água descarregado pelo reservatório com bombas paradas) resulta da aplicação da Lei de Boyle Mariotte para a expansão de gases: C = V t p p p p p a + p t

64 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável C - Capacidade útil real (litros) Vt - Volume total do reservatório (litros) Pp - Pressão de paragem (bar) Pa - Pressão de arranque (bar) Pb - Pressão barométrica (bar) Para calcular a capacidade útil necessária recorre-se à expressão: C u ( A) T A Q = 60 Q em que: T - Duração de um ciclo em segundos; A - Caudal consumido pela instalação em litros, por minuto; Q - Caudal bombeado, em litros, por minuto; Cu - Capacidade útil necessária; Como a frequência máxima de arranques de uma bomba se verifica quando o consumo é igual a 50% do caudal bombeado, a capacidade total necessária é de: O número total de reservatórios necessários é de: Reservatórios hidropneumáticos Dimensionamento O principio de funcionamento dos reservatórios hidropneumáticos, também se baseia na Lei de Boyle Mariotte, que se pode enunciar como: "À mesma temperatura, o volume ocupado por um gás varia na razão inversa da pressão a que se encontra submetido". P1 V1 = P2 V2 = C te T Q C t = 240 Ct N = C Na fig. 22 apresenta-se esquematicamente um reservatório hidropneumático, com a finalidade de representarem as diversas grandezas em jogo. Fig Reservatório hidropneumático Grandezas a considerar: Z - Número de arranques por hora da bomba; Pa - Pressão manométrica de arranque da bomba (bar); Pp - Pressão manométrica de paragem da bomba (bar); Vt - Volume total do reservatório (M3) Vr - Volume residual, é o volume de segurança que está compreendido entre o nível de água correspondente à pressão Pa e o fundo do reservatório. Este volume deve ser da ordem de 20% do volume total, isto é; Vr = 0,2 Vt; Vp - Volume de ar correspondente à pressão de paragem Pp; Va - Volume de ar correspondente à pressão de arranque Pa; Vu - Volume útil de água no reservatório, compreendido entre os níveis de arranque (Pa) e paragem (Pp). É o volume de água que é introduzido no reservatório, durante o período em que a pressão do ar no seu interior aumenta de Pa até Pp, ou seja, entre o arranque e a paragem da bomba. Funciona como reserva sempre que houver consumo com as bombas fora de serviço. h2 - Altura correspondente a Vr, é o limite de segurança de utilização de água do reservatório, tem como objectivo evitar a introdução de ar nas canalizações. Esta altura, deve ser igual a 2,5 vezes o diâmetro da canalização, h2 = 2,5d. Aplicando a Lei de Boyle Mariotte à expansão do volume de ar entre Pa e Pp vem: (Pp+1) Vp = (Pa+1) Va = (Pa+1) (Vp+Vu) De onde resulta, explicitando a equação para Vu: Va V = u [( p + 1) ( p + 1) ] V ( p p ) p P + 1 p a = a p p P + 1 a 62

65 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Considerando que o volume morto é igual a 20 % do volume total Va=0,8 Vt, vem: O cálculo do volume total do reservatório é feito através da aplicação de fórmulas empíricas, deduzidas por diversos autores como resultado de estudos teórico-experimentais. Indicam-se seguidamente algumas das mais utilizadas: a ) Fórmula proposta por Harold Nickels Vt = 10 Qmáx. V u 0,8 Vt = P Em que: Vt = Volume total em litros ( p p ) + 1 Qmáx = Consumo máximo provável do edifício expresso em litros/minuto. b ) Fórmula deduzida por Ângelo Gallizio p p a Exemplo: Q = 2,5 l/s = 9m³/h Z = 8 arranques hora Pp = 4 bar (pressão relativa) Pa =2 bar (pressão relativa) Entretanto, com estes valores no gráfico, obtém-se: Q/Vt =10 Vt = 9/10 = 0,9 m³ Pressão de paragem (bar) (máx.) Pp TABELA 2 1 1,5 0,27 0,13 0,4 Pressão de arranque (bar) 0,3 2 0,2 Pa 2,5 0,1 3 3,5 0,4 0,32 0,24 0,16 0,08 4 0,4 0,33 0,26 0,2 0,13 0,4 0,34 0,29 0,23 A expressão é aplicável a instalações com compressor Q p p + 1 Vt = 30 z p p Q - descarga correspondente ao consumo máximo da rede, em litros por minuto; Z - Número máximo admissível de arranques horários. p a c) Pela fórmula da Grundfos Vtotal = 16,25 x Qm x (Pmín.+1) x (Pmáx+1) S P Pc+1 Vtotal = volume total do depósito em litros S = número máximo de arranques por hora, dependente da potência e fabricante do motor eléctrico Qm = caudal médio de uma bomba em l (min) Pmáx = pressão de paragem Pmín = pressão de arranque P = Pmáx - Pmin. Pc = Pressão de ar no depósito de membrana; Pc = Pmin-0,5 d) Fórmula proposta pela norma brasileira NB-92 A norma brasileira utiliza um ábaco reproduzido na fig. 23, entrando com o número de arranque por hora e com os valores das pressões relativas de arranque e paragem obtém-se a relação entre o caudal da bomba m 3 /h e o volume total do reservatório Vt, determina-se na tabela 2 a relação entre o volume útil Vu e o total Vt em função das pressões de arranque e paragem. Fig Volume total do reservatório hidropneumático (Vt) em função do caudal (Q) e) Fórmula de Valibouse V 0 = H H M M T H + H m b 4 Q m k ( litros) 63

66 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável T - Tempo de duração de um ciclo (minutos); HM - Pressão máxima de paragem em bar; Hm - Pressão mínima de arranque em bar; Ha - Pressão atmosférica T - Tempo mínimo entre dois arranques da mesma bomba K - Coeficiente de segurança (K=1,2 em geral); Qm - Caudal médio (litros/minuto) f ) Cálculo considerado uma pré-compressão arbitrária t V u V = V u T Q =, m ( pa + 1) ( pp + 1) ( p + 1) ( p p ) Pi - Pressão inicial de pré-compressão (bar); i T - Tempo mínimo entre dois arranques consecutivos da mesma bomba. O exame da fórmula diz-nos que o volume Vt do reservatório é proporcional às pressões de arranque e paragem. Há todo o interesse em pré-comprimir o reservatório a uma pressão vizinha da pressão de arranque Pa e adoptar um diferencial de pressão Pp-Pa tão alto quanto possível. p a Fig Bomba a aspirar da rede com reservatório de compensação Na figura 25, mostra-se um reservatório intercalado entre a rede exterior e os grupos de bombeamento, é uma disposição em que se aproveita também a pressão da rede, com a vantagem de não se provocar uma descida apreciável da pressão de aspiração durante o arranque das bombas. Fig Bomba a aspirar do tanque de armazenamento O arranjo da fig. 26 tem como principais vantagens uma separação hidráulica entre a rede exterior e a do edifício, e a garantia de uma reserva de água durante as interrupções do consumo Exemplos de situações-tipo A concepção de um sistema de elevação de pressão deve ajustar-se em cada caso, às exigências (quantitativas e qualitativas) dos diversos consumidores e aos condicionalismos próprios da instalação e da rede exterior. Por se considerar do maior interesse prático e sem a preocupação de ser exaustivo, caracterizam-se algumas situações- -tipo documentadas com figuras. Fig Bomba a aspirar directamente da rede Na fig. 24, apresenta-se um esquema com bomba a aspirar directamente da rede; é uma solução utilizada sempre que a pressão disponível na rede exterior é apreciável. Fig Instalação doméstica rural A fig. 27 representa uma instalação doméstica típica em meios rurais com utilização de captação própria. 64

67 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Na concepção e dimensionamento destes sistemas põe-se com particular acuidade os aspectos que a seguir se referem e cujas razões justificativas decorrem do texto que se segue: segurança em serviço; minimização da potência perdida para economia de energia; garantia de funcionamento nos períodos de caudal reduzido; conforto de utilização com uma pressão de utilização praticamente constante. Fig Instalação em "by-pass" A instalação da fig. 28 aplica-se em edifícios situados em locais em que a pressão da rede exterior sofre grandes variações diárias, funcionando a instalação apenas nos períodos em que a piezométrica não é suficiente para alimentar todos os pisos em perfeitas condições Características das centrais hidropneumáticas As instalações hidropneumáticas apresentam as seguintes características: No estudo de um sistema por bombeamento directo deve começar por traçar a curva característica da rede. A curva é traçada em função de um ponto de referência R, arbitrado de tal modo que para qualquer valor de caudal, se assegura uma pressão compatível com o bom funcionamento de toda a rede do edifício. Normalmente a curva característica das redes dos edifícios têm um andamento parabólico. Esta não é a curva real fixada pelas características das canalizações e aparelhos de consumo, mas sim, uma curva "ideal" que se pretende satisfazer. Na fig. 29, representam-se as curvas características de uma rede e de uma bomba. O ponto de funcionamento é descrito pela curva C2, correspondente à variação de consumo ao longo do dia, como se sabe, essa variação é normalmente apreciável. Suponha-se que o consumo se estabiliza no valor q correspondente ao ponto M de funcionamento da bomba (q, h). Observa-se que a bomba debita o caudal q a uma pressão mais elevada dissipando em perdas uma potência que pode ser considerável e cujo valor relativo é apresentado pela razão dos segmentos MB/MA - Custos iniciais reduzidos comparados com outros sistemas; - Simplicidade de operação e manutenção; - Ocupação de um espaço reduzido; - Flexibilidade para acréscimo da capacidade resultante de um aumento de consumo. 3.4 Sistemas por bombeamento directo Constituição e princípio de funcionamento Os sistemas por bombeamento directo caracterizam-se pela existência de uma ou mais bombas a operarem em paralelo, a aspirarem directamente da rede exterior ou de um reservatório, sendo a descarga directa à rede. Fig Ponto de referência R Nem sempre a zona de melhor rendimento da bomba corresponde a um bom rendimento da instalação. 65

68 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Sistemas com bombas de velocidade variável Modo de funcionamento Nos sistemas com bombas de velocidade variável, a pressão é mantida constante, independentemente do consumo da rede. As variações da pressão de descarga das bombas provocadas quer por alteração da pressão de aspiração, quer por variação do consumo, são detectadas por um sensor que actua no variador de velocidade de forma a manter a pressão de bombeamento constante. Po - Curva de potência teórica necessária para garantir no ponto R o caudal Q à pressão H0; RS- Potência teórica necessária para fornecer o caudal q; QR - Potência perdida devido ao rendimento do motor e das bombas; PQ - Potência dissipada inutilmente; P - Ponto de funcionamento da bomba instalada. Fig Curva de potência Na fig. 30 o rendimento da dissipação é dado por RS/PS Variação das curvas características O andamento da curva característica de uma bomba varia com a sua velocidade de rotação de acordo com as expressões: Q Q 2 1 N = N 2 1 e H H 2 1 N = N Na figura 31, mostram-se várias curvas características de uma bomba com diferentes velocidades de rotação, como se pode observar, o rendimento praticamente não varia com a velocidade, por exemplo, para uma pressão constante de 7,5 bar e uma variação de caudal entre 500 e 1000 m 3 /h corresponde uma variação do rendimento máximo compreendido entre 70 e 80 % P P 2 1 N = N Resulta assim que, sempre que uma estação eleva directamente para a rede é importante minimizar a potência perdida o que pode ser conseguido adequando quer o número de bombas quer a sua velocidade. Por outro lado, para os menores consumos correspondentes às horas mortas, é necessário dotar a instalação quer de válvulas reguladas para evitar que a pressão ultrapasse valores indesejáveis na rede, quer com um pequeno reservatório hidropneumático Bombas de velocidade fixa rpm rpm rpm rpm rpm rpm rpm Modo de funcionamento Nos sistemas de velocidade fixa a pressão de descarga nas redes é mantida aproximadamente constante, através da activação e paragem das bombas em consonância com as necessidades do consumo. Estas centrais fazem a alternância automática do funcionamento das bombas, em função do caudal, do tempo de funcionamento e das anomalias. Em certas centrais uma das bombas é dimensionada para as horas de menor consumo, com a finalidade de se poupar energia nestes períodos. Esta bomba tem geralmente 50% da capacidade das bombas principais. Fig Curvas características de uma bomba a diferentes velocidades Selecção das bombas Com as curvas características extremas da rede e os valores do consumo máximo e mínimo (fig.32) determinam-se as alturas manométricas máxima e mínima das bombas: A altura máxima H1 relativa ao consumo máximo da rede com a pressão mínima da aspiração; A altura mínima H2 relativa ao consumo mínimo da rede com a pressão máxima da aspiração. 66

69 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável A pressão a ser mantida na conduta de compressão é assim: Pdescarga= H1+H aspiração mínima = H2 +H asp. máxima pois a Pdiferencial = Pdescarga Haspiração Para o efeito, diversas situações são praticáveis tais como: - Conjugar várias bombas de velocidade fixa com uma ou duas de velocidade variável que servirão para ajustar o ponto de funcionamento da instalação às exigências de caudal e pressão da rede; - Instalar todas as bombas com velocidade variável, rodando sempre sincronizadamente. - As bombas com velocidade variável têm um limite mínimo de velocidade abaixo da qual não produzem caudal à pressão pretendida Regulação manométrica Fig Determinação das alturas manométricas máximas e mínimas Na fig. 32, onde as pressões H1 e H2 são diferenciais, a manutenção da pressão da descarga traduz-se por rectas horizontais por C e por E e uma infinidade de, outras compreendidas entre essas, para situações intermédias. Os pontos C e F (fig. 32) são os pontos críticos de operação das bombas, o que pode traduzir-se no seguinte: Neste caso, já não se verificam as limitações relacionadas com os diferenciais entre a pressão mínima e máxima como na regulação por pressóstato A regulação manométrica é efectuada em permanência quaisquer que sejam as aberturas e fechos de válvulas. Nestes casos, usa-se um transdutor de pressão para efectuar a medição analógica da pressão em substituição dos pressóstatos (fig. 34). Controlador Controlador - Com todas as bombas em funcionamento na rotação máxima, as bombas deverão debitar o caudal Qmáx à pressão H1 (ponto C); - Com apenas uma bomba em operação à pressão mínima, a bomba deverá recalcar o caudal Qmin à pressão H2 (ponto F). Como as bombas operam a maior parte do tempo com valores médios de caudal e pressão de aspiração, o ponto de funcionamento com o caudal máximo de cada bomba (Qmáx) e altura manométrica máxima (H1) deverá situar-se à direita da zona de maior rendimento (fig. 33). Fig. 34 O transdutor de pressão emite um sinal de 0-20mA, 4-20mA ou 0-10V, proporcional à pressão medida. Existe um controlador que compara o sinal medido, com o valor ajustado, que foi pré-programado, por sua vez, este irá controlar o variador de frequência da seguinte maneira: - Se Pmedido < Pajustado é emitida ordem de aceleração. - Se Pmedido > Pajustado é emitida ordem de desaceleração. - Se Pmedida = Pserviço a velocidade mantém-se constante. Fig Zona de funcionamento das bombas Independentemente do caudal requerido, a instalação funciona de modo a manter a pressão constante. A pressão de serviço pode ser materializada no controlador por uma recta horizontal ao longo da qual se desloca o ponto de funcionamento da instalação (fig. 35). 67

70 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Bomba 1 Variação de velocidade Aumento do consumo Aceleração da bomba 1 Bomba 1 à velocidade máxima Fig Regulação manométrica, princípio de deslocamento do ponto de funcionamento No instante t, as torneiras fecham-se, o consumo diminui e a característica da instalação vai de R para R'. O ponto de funcionamento altera-se de M para M1. logo: PM1 > Pajustada significa desaceleração até que Pmedida = Pajustada A velocidade de rotação da bomba diminui e a curva de funcionamento das bombas passa a ser P' e o ponto M1 desloca-se para M2. Se o consumo aumentar (fig. 36), a curva da rede R altera-se para R' e o ponto de funcionamento evolui de M passa para M1. Pmedida < Pajustada Arranque da bomba 2 de velocidade fixa A velocidade da bomba 1 diminui e ajusta-se até Pmedida = Pajustada Bomba 1 VV + Bomba 2 VF Pmedida = Pajustada Considerando que a reacção do sistema é rápida, o ponto de funcionamento desloca-se numa linha horizontal (pressão ajustada para serviço (fig. 37). Fig. 36 Se a velocidade da bomba em variação atingir o valor mínimo ou máximo, arranca ou pára uma das bombas de velocidade fixa. O que se descreveu pode representar-se no esquema ao lado. Fig. 37 Na prática, acelera-se a bomba de velocidade variável até se verificar um ligeiro excesso de velocidade da ordem de 52 a 55 Hz, a que corresponde um ligeiro aumento de caudal. Com efeito, se a bomba de velocidade variável for alimentada a 50 Hz no máximo, obter-se-á, independentemente do número de bombas em funcionamento: Qmáx n Bombas = Qmin n+1 bombas 68

71 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Poderá ser obtido um caudal compreendido entre Q1 e Q'1 quer com uma ou duas bombas em funcionamento. Se optarmos por esta solução em que se admite um acréscimo da velocidade da bomba, deve calcular-se a potência absorvida ao seu veio, para evitar uma sobrecarga no motor, por exemplo; 10 % de velocidade em excesso, representa cerca de 33% de potência suplementar. Q1 = Caudal máximo de 1 bomba com Velocidade Variável Q'1 = Caudal mínimo com 2 bombas (1 com Velocidade Variável + 1 com Velocidade Fixa) Q2 = Caudal máximo com 2 bombas (1 com Velocidade Variável + 1 com Velocidade Fixa) Q'2 = Caudal mínimo com 3 bombas (1 com Velocidade Variável + 2 com Velocidade Fixa) Fig Campo de variação de caudal com 3 bombas Q máx n = Q min n+1 Se o caudal consumido variar ligeiramente em torno de Q1 ou de Q2, em cada transposição destes valores, acontece o arranque ou a paragem de uma bomba de velocidade fixa, e daí o risco do número máximo de arranques ser excedido. Se alimentarmos a Bomba de Velocidade Variável, com uma frequência de 53 ou 54 Hz, verifica-se: Qmáx n Bombas > Qmin n+1 bombas As principais vantagens relacionadas com a utilização da variação de velocidade em sistemas de pressurização são: - Pode satisfazer-se um consumo aleatório, compreendido entre 0 e Qmáx, através da variação da velocidade de uma das bombas, associada ao número de bombas, assim como um funcionamento contínuo, sem arranques ou paragens, enquanto não se verificarem alterações de caudal. - Esta regulação garante uma pressão perfeitamente constante, independentemente do caudal, dentro do tempo de funcionamento admissível. - Sendo assegurada a cobertura de todos os caudais, o depósito hidropneumático poderá ser de dimensões reduzidas. Enquanto que, com uma instalação de velocidade fixa, controlaríamos apenas um parâmetro a pressão ou o caudal, na variação de velocidade controlamos ambos, o que oferece uma solução adequada para os seguintes problemas: Cobertura constante de todos os caudais; Volume do depósito hidropneumático reduzido; Número de arranques dos motores das bombas; Pressão constante; Economia energética. Q = Caudal máximo de 1 bomba com Velocidade Variável (55Hz) Q1 = Caudal mínimo com 2 bombas (1 com Velocidade Variável + 1 com Velocidade Fixa) Q'2 = Caudal máximo com 2 bombas (1 com Velocidade Variável 1 com Velocidade Fixa 55Hz) Q2 = Caudal mínimo com 3 bombas (1 com Velocidade Variável + 2 com Velocidade Fixa) Q3 = Caudal máximo de 3 bombas (1 com Velocidade Variável + 2 com Velocidade Fixa 55Hz) Fig Campo de variação de caudal só com 3 bombas, com acréscimo de rotação Q máx n > Q min n+1 Na realidade, as centrais hidropneumáticas de velocidade variável encontram-se frequentemente equipadas com um depósito de volume reduzido, embora este acessório seja dispensável, a sua inserção tem como vantagens, assegurar a manutenção da pressão na instalação quando todas as bombas se encontram paradas e absorver as variações de pressão gerada em regime transitório, correspondente à manobra dos órgãos da rede e assegurar os consumos reduzidos. Evita-se o funcionamento contínuo com uma bomba à velocidade mínima, quando o consumo tende para zero, introduzindo um sistema de paragem debitométrica da bomba de velocidade variável, não sendo necessário manter- -se o seu funcionamento prolongado em condições pouco próprias, para se garantir a pressão do sistema. Observa-se que se a instalação compreender bombas de grandes dimensões e for necessário garantir-se um caudal mínimo sem vibrações dos grupos, o valor admissível para 69

72 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável uma bomba à velocidade mínima Nmin determina-se facilmente, com base no caudal mínimo admissível à velocidade nominal N pela expressão: Q mínimo reduzido = Q min x N mínimo N nominal Este caudal mínimo reduzido, serve para o dimensionamento do volume útil do depósito. Para o efeito considera-se como caudal crítico: Q c = Q mínimo reduzido 2 Fig. 41 Soluções a considerar: i) Deslocamento do transdutor de pressão Regulação manométrica compensada Este tipo de regulação, também apelidado de manodebitométrico, tem como objectivo compensar o efeito das perdas de carga na rede de distribuição. A pressão já não é medida à saída do grupo sobrepressor, mas sim no local de consumo (fig. 42). O respeito da igualdade "Pmedida = Pajustada" assegura uma pressão constante no ponto de consumo. PROBLEMA Com uma regulação manométrica clássica, a pressão é mantida constante no local A independentemente do caudal, a pressão em A não é igual em B, devido às perdas de carga no troço compreendido entre A e B, cujo valor varia com o quadrado do caudal. A pressão em B, é igual a PA - hab (figura 40). Tem de se considerar o desnível geométrico entre A e B, Fig. 42 Esta solução é interessante mas comporta determinados limites técnicos e económicos. A dificuldade da solução, reside no transporte do sinal, devido ao: Custo do cabo; Passagem do cabo; Transmissão de um sinal de 4-20mA Pode encontrar-se esta solução, em certas redes urbanas de distribuição de água, onde são instalados captores de pressão nos pontos mais nevrálgicos da rede. Fig Perdas de carga antes da distribuição A pressão em B, denominada "pressão disponível", é igual à pressão em A menos as perdas de carga (PA- h) (fig.43). Deve-se considerar o desnível geométrico, mas este tem um valor constante e é independente do caudal. Este tipo de regulação não permite, assegurar aos utilizadores uma pressão constante no ponto de consumo, apesar de existir um sistema de variação de velocidade. ii) Compensação das perdas de cargas As perdas de carga são integradas no algoritmo de controlo a fim de se obter uma pressão constante no utilizador mais desfavorável. É o princípio da regulação manométrica compensada. Apenas uma pressão de controlo ajustada à curva de perda de carga, (curva parabólica) permite obter uma pressão no utilizador perfeitamente constante, mas para tal, a regulação manométrica, será efectuada, através de um sistema de controlo complexo e, consequentemente dispendioso. 70

73 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável A - A pressão de serviço P = f (Q) A pressão de serviço já não é um valor constante, mas sim variável em função do caudal. O controlador apropriado é, sofisticado (fig. 43). Fig. 43 Pode recorrer-se a uma compensação dita linear, o que constitui uma abordagem interessante, sendo contudo ideal uma compensação parabólica, que forneça uma pressão de serviço perfeitamente coincidente com a curva de perdas de carga (fig. 44). Em função do equipamento disponível, a pressão de serviço ou é programada, ponto por ponto, ou segundo uma equação matemática correspondente. A medição do caudal será efectuada por um caudalímetro electromagnético, que é dispendioso, este operará em associação com o reservatório hidropneumático. Esta solução que engloba um controlador sofisticado e um caudalímetro, é dispendiosa, mas, em contrapartida, assegura uma pressão constante nos utilizadores, no caso em que ocorrem perdas de carga na aspiração. No entanto, não oferece qualquer solução para os problemas colocados pelas perdas de carga na tubagem de distribuição. Por exemplo, num edifício onde existem perdas de carga importantes na coluna de distribuição, entre A e B (fig. 46), poderão surgir os seguintes problemas: Se a pressão for mantida constante em A, nos pisos superiores (em B) os utilizadores irão sofrer flutuações de pressão devido às variações das perdas de carga. Se compensarmos as perdas de carga na coluna AB, pode eventualmente assegurar-se uma pressão constante em B, independentemente do caudal, mas o mesmo não se verificará nos pisos inferiores. Em que nas horas em que o consumo é elevado, estes pisos sofrem um acréscimo de pressão de modo a compensar as perdas de carga entre A e B. Fig. 46 Fig. 44 B- A medição da pressão é insuficiente Com efeito, de acordo com o caudal de consumo, uma dada pressão de serviço poderá ser considerada excessiva, correcta ou insuficiente. É portanto, necessário haver medição do caudal (fig. 45). Somos igualmente confrontados com este problema nos repuxos de água das fontes públicas. Para se obterem jactos com a mesma altura, é necessário garantir a mesma pressão em cada tubeira e, para tal, as perdas de carga nas condutas de alimentação, deverão ser desprezáveis. Por conseguinte, conclui-se que um dispositivo de regulação, por mais sofisticado que seja, não permite manter uma pressão constante em todos os pontos de uma rede, em que ocorrem perdas de carga elevadas. É importante ter presente as limitações de cada sistema a fim de se evitarem erros e desilusões. Medição do caudal Determinação da pressão de ajuste em função do caudal Valor do ajuste de pressão Fig. 45 Medição da pressão Desvio da medição com o valor ajustado Comando 71

74 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável C - Determinação do ponto de ajuste A determinação da relação perda de carga/caudal não é um processo complicado de se obter. Sabe-se que as perdas de carga quer sejam lineares ou singulares, são proporcionais ao quadrado do caudal: Cálculo do caudal a partir de diagramas Este método é utilizado sempre que os dados relativos ao projecto são bastante limitados. O seu grau de precisão poderá ser considerado satisfatório. Os caudais indicados no diagrama são valores máximos (fig. 48). h = K x Q 2 Assim, para se calcularem as perdas de cargas procede-se de uma das seguintes formas: - Calculam-se as perdas de carga correspondentes a um dado caudal, com a ajuda de ábacos ou de tabelas. Este processo utiliza-se no desenvolvimento de um projecto para uma nova instalação. - Mede-se o caudal e a pressão no próprio local, no caso de uma instalação já existente. Fig Cálculo do caudal em função do número de pontos de consumo Fig Dimensionamento e selecção À semelhança da selecção de uma bomba, a selecção de uma central hidropneumática assenta em duas grandezas fundamentais, o caudal e a altura manométrica. Os fabricantes de centrais hidropneumáticas, nas informações técnicas que publicam, desenvolvem métodos de dimensionamento que em geral são sensivelmente iguais entre si, e aplicam-se a qualquer tipo de redes, interior, rega, industrial e de distribuição pública Determinação do caudal máximo Não é muito fácil determinar o caudal exacto de uma instalação, porque os consumos de água flutuam em função da hora do dia e do tipo de ocupação do edifício em questão. São vários os métodos disponíveis para a sua quantificação, a experiência tem demonstrado que eles fornecem resultados satisfatórios, bastante aproximados à realidade. Se o número de pontos de consumo for conhecido, é possível determinar, de uma forma rigorosa, o caudal máximo da instalação. Par tal, deve considerar-se o caudal consumido em cada ponto de utilização. Ao caudal total assim obtido aplica-se um coeficiente de simultaneidade, visto que, os n pontos de consumo de água de um edifício nunca serão utilizados ao mesmo tempo. Tabela de Caudais normais das utilizações segundo NFP Designação Lava-louça Lavatório Lavatório colectivo (por jacto) Bidé Banheira com serviço de água quente Banheira com cilindro de água quente Banheira com esquentador Chuveiro (água fria ou misturada) Sanita com autoclismo Sanita com válvula de descarga Urinol com autoclismo automático, no local Urinol com torneira individual Boca de rega de 20 mm Caudal normal l/s 0,200 0,100 0,050 0,100 0,350 0,350 0,250 0,250 0,100 1,500 0,005 0,100 0,700 72

75 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Pressão disponível necessária à entrada das torneiras de descarga ,5 bar Para válvulas de descarga de urinol ,0 bar Sabe-se que o caudal instantâneo, é dado por: Qreal instantâneo = Qcalculado x K, em que K, é o coeficiente de simultaneidade obtido: sendo n o número de torneiras. As torneiras de descarga funcionam apenas durante segundos, mas normalmente, não funcionam em simultaneidade com os outros aparelhos (ver tabela). É de notar, que a fórmula apresentada para a determinação do coeficiente de simultaneidade só é válida para habitações. No caso de hospitais, hotéis, ginásios, escolas, quartéis, centros férias, impõe-se um estudo para cada instalação específica. Por exemplo, para um hotel, podemos adoptar como base de cálculo 300 litros por dia e por quarto, repartidos por 3 horas de consumo (ou seja 100l/h de caudal instantâneo por quarto). Nos centros de férias, ginásios ou parques de campismo, deveremos tomar em consideração a utilização simultânea de todos os chuveiros. Não existe uma regra universal e cada projectista basear-se-á na sua própria experiência. Exemplo Edifício de grandes dimensões com 70 habitações, compreendendo cada uma: 1 banheira 1 lavatório 1 bidé 1 lava-louças 1 sanita com autoclismo torneiras Torneiras a descarregar nas habitações Número de torneiras instaladas 1 a 3 3 a a a 50 mais de 50 K = Em funcionamento simultâneo 1 n º método Leitura directa do ábaco 70 habitações 18m 3 /h 2º método Considerando o número de pontos de consumo de água 70 banheiras x 2 torneiras x 0,35 l/s = 49 l/s 70 lavatórios x x 0,10 l/s = 14 l/s 70 bidés x x 0,10 l/s = 14l/s 70 lava-louças x x 0,20 l/s = 28l/s 70 torneiras x 0,10l/s = 7 l/s Total torneiras 112 l/s Coeficiente de simultaneidade... k = = 0,03987 Caudal de dimensionamento do edifício é: QD= 112 x 0,03987 = 4,46 l/s = 16 m 3 /h No caso de habitações equipadas com válvulas de descarga, estas deverão ser calculadas à parte, o respectivo coeficiente de simultaneidade é diferente. Apresenta-se abaixo o quadro para estabelecimento dos caudais instantâneos segundo o decreto lei nº 23/95 Dispositivos de utilização Lavatório individual Lavatório colectivo (por bica) Bidé Banheira Chuveiro individual Caudais Instantâneos Pia de despejo com torneira de 15 mm Autoclismo de bacia de retrete Urinol com torneira individual Pia lava-louça Bebedouro Máquina de lavar louça Máquina de lavar roupa Tanque de lavar roupa Bacia de retrete com fluxómetro Urinol com fluxómetro Boca de rega ou lavagem de 15 mm Boca de rega ou lavagem de 20 mm Máquinas industriais e outros aparelhos Caudais mínimos (l/s) 0,10 0,5 0,10 0,25 0,15 0,15 0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20 0,20 0,15 0,50 0,30 0,45 Em conformidade com as instruções do fabricante 73

76 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Altura geométrica Desnível geométrico entre o nível da bomba e do ponto de consumo mais elevado. Um valor utilizado na prática é de 3 m por piso a vencer, ou seja, a altura média de cada andar nos edifícios recentes. No caso de prédios muito altos ou de edifícios antigos, deve ser determinada a sua dimensão exacta Perda de carga Como valor expedito, pode considerar-se cerca de 10 % da altura geométrica. Para a sua determinação rigorosa, deverá ser realizado o cálculo das perdas de carga nos diferentes troços da coluna com base em equações apropriadas, ou ábacos de perdas de carga. À perda de carga contínua, deverão ser adicionadas as perdas nas singularidades tais como curvas, válvulas, etc. Fig Caudais de cálculo em função dos caudais acumulados Quadro - Número de fluxómetros em utilização simultânea Instalados 4 a a 24 + de 24 Número de fluxómetros Determinação da pressão A altura manométrica total determina-se por: (Hmt=PDesc - Pasp) Pressão de descarga Em utilização simultânea Serve para: Vencer a altura geométrica de descarga Hg Compensar as perdas de carga na rede h Assegurar a pressão de funcionamento dos aparelhos de consumo (pressão de utilização ou pressão disponível) Pd Pressão disponível É a pressão mínima que deverá estar disponível no dispositivo mais elevado ou no ponto mais desfavorável. Deve ser da ordem de 1,5 bar em locais de habitação. Exemplo prático Tomando como exemplo, um edifício de 10 andares, teríamos: Hg = 30 m (10x3 m) Pd = 15 mca h = 3 mca ( 10 % de Hg) Logo, será necessário prever uma pressão de descarga de: Pdesc = = 48 mca = 4,8 bar Pressão de aspiração Depende do tipo de ligação existente. a) Ligação à rede de abastecimento municipal (figura 51) Pdesc = Hg + h + Pd Hg Fig Ligação à rede de abastecimento municipal Fig É mantida uma pressão mínima de funcionamento dos aparelhos de 15 mca na torneira mais desfavorável sob o ponto de vista de elevação. Pasp = Prede - hasp - Hasp hasp - Perda da carga entre a rede de abastecimento municipal e a boca de entrada das bombas 74

77 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável Prede- Pressão mínima na rede de abastecimento de água Hasp - Desnível geométrico da bomba em relação à rede (sinal +, se a bomba estiver instalada abaixo da rede de abastecimento, sinal - no caso contrário) Constata-se frequentemente que a pressão de aspiração é da mesma ordem de grandeza da pressão na rede. Por exemplo: Prede = 2 bar; Hasp = 1 m (bomba instalada 1 m acima do nível da rede); hasp = 1 mca; Logo, Pasp = = 18 mca subtraindo à pressão de descarga calculada, temos: Hmt = = 30 mca Regulação das pressões de arranque e paragem A diferença entre a pressão máxima (pressão de paragem da bomba) e a pressão mínima (pressão de arranque) é em geral regulada com um valor compreendido entre 0,3 a 1 bar. No caso de bombas com curvas planas não deverá ser ultrapassado 0,3 bar, porque é difícil de estabelecer um P de 1 bar entre a pressão mínima (Pmin) e a pressão máxima (Pmáx) numa curva QH muito plana. No caso das bombas de velocidade variável este problema não se coloca devido ao seu tipo de controlo, conforme descrito anteriormente. Conclui-se que a central hidropneumática deverá vencer uma altura manométrica Hmt de 30 mca b) Ligação através de tanque Fig Central em carga (Aspiração Positiva) No caso da central funcionar com aspiração negativa, cada bomba deverá possuir a sua própria tubagem de aspiração, excepto se a instalação estiver equipada com um colector de aspiração especialmente estudado para o efeito. Exemplo (com Pdesc = 48 mca. calculado previamente) Caso 1. Aspiração em carga (positiva) Hasp = + 2 mca. hasp = 0,5 mca. Pasp = 2-0,5 =1,5 mca. Hmt = Pdesc- Pasp= 48-1,5 = 46,5 mca Caso 2. Aspiração negativa Hasp = -1,5 m hasp = 0,5 mca. Pasp = -1,5-0,5 = - 2 mca. Hmt = Pdesc - Pasp = 48 - ( - 2 )= 50 mca. 75

78 Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável 3.6 Referências bibliográficas AGHTM - Association Génerale des Hygiénistes et Techniques, Les Stations de Pompage d'eau M. J. Prossen, The Hydraulic Design of pumps sumps and Intakes MACINTYRE, Archibald Joseph, Bombas e Instalações de Bombeamento MACINTYRE, Archibald Joseph, Instalações Hidráulicas Office International de l'eau, Les Cahiers Techniques Nr La Surpression - Principe, Applications, Dimensionnement,

79 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4. CRITÉRIOS DE SELECÇÃO E ANÁLISE DE SISTEMAS SIMPLES EM REGIME TRANSITÓRIO Autor: Eduardo Nunes Director de Projectos da Profluidos Professor Adjunto Equiparado do Dept. de Eng.ª Mecânica (DEM) do ISEL 77

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81 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.1 Introdução O comportamento das condutas elevatórias, grupos electrobomba e dispositivos de protecção em regime transitório, pode ser analisado por cálculo automático utilizando o método das características. A aplicação do método, obriga a que se disponha da seguinte informação: Perfil do sistema de condutas; Diâmetro das condutas e respectivo material; Caudal e pressão de funcionamento; Limites de funcionamento admissíveis; Integração noutros sistemas; Outras particularidades do sistema em análise; O perfil da conduta elevatória permite-nos visualizar o seu desenvolvimento, identificar os pontos críticos e os locais apropriados para instalação dos equipamentos de protecção. As linhas piezométricas de funcionamento em condições estacionárias poderão ser representadas, de forma a determinar-se facilmente a pressão de operação em cada ponto da conduta. Com base nas condições de funcionamento do sistema e das falhas esperadas, paragem e arranque de grupos electrobomba, fecho de válvulas, variações de velocidade de escoamento, etc. Calculam-se as depressões e sobrepressões que ocorrerão em regime transitório, e traçam-se as respectivas envolventes no perfil da conduta de forma a determinarem-se os pontos em que ocorrem pressões inferiores à pressão de vapor, com consequente separação das colunas de líquido ou pressões excessivas, superiores à pressão admissível para o material das condutas. O programa de cálculo do regime transitório em condutas complexas para bombas CR, calcula para pequenos intervalos de tempo e num grande número de pontos ao longo do sistema, o valor da pressão, a velocidade de escoamento, níveis de água, volumes aspirados e descarregados de reservatórios, tempos de paragem de grupos electrobomba, comportamento das condutas durante a paragem e arranque dos grupos electrobomba com arrancadores suaves, durante manobras de válvulas, etc. Isto permite-nos seleccionar os métodos de protecção mais adequados e assumir dimensões para início de cálculo. O cálculo é realizado por tentativas, com determinação das pressões extremas ao longo da conduta até se encontrarem valores aceitáveis e seguros. Fig. 1 - Fluxograma de cálculo Observa-se que o sistema deverá ser testado depois de implementado, uma vez que os cálculos se baseiam em modelos matemáticos, que como não podem deixar de ser, têm sempre um grau de hipóteses simplificativas. 79

82 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.2 Modelo de cálculo O modelo de cálculo desenvolvido pelo método das características, trata-se de um modelo matemático, suficientemente simplificado para ser adaptado em cálculo computacional e é constituído por duas partes fundamentais: A descrição da propagação de ondas de pressão no interior de uma conduta A modelação dos diferentes componentes de um sistema, tais como bombas, válvulas, reservatórios, mudanças de características de condutas, nós de condutas, etc. A propagação das ondas de pressão é descrita por duas equações de derivada parcial: A equação do movimento e a equação da continuidade. Os componentes do sistema representam as condições de fronteira necessárias para a resolução das equações diferenciais. Passamos a apresentar as equações diferenciais e a sua transformação em equações de diferença finita apropriadas para cálculo numérico, assim como a inserção das condições de fronteira. A equação da continuidade diz que a diferença entre o volume de líquido que sai e entra no volume de controlo é igual à variação do volume de controlo e do fluido devida à alteração da sua densidade. As equações têm como base as seguintes considerações: O escoamento é unidimensional e desta forma a velocidade e a pressão são constantes em cada secção transversal da conduta. O comportamento do material das paredes da conduta e do fluido é linear e elástico. Mesmo durante o regime transitório, o cálculo das perdas de carga é feito com base na equação de Colbrook-White aplicada em regime estacionário. O elemento convectivo da equação da quantidade de movimento é desprezado. As duas equações são: Equação do movimento L 1 : λ g.h x + V t + v v = 0 (1) 2.D Equação da continuidade L 2 : H t + a2 x v x = 0 (2) g Com: H - altura manométrica v - velocidade de escoamento λ - coeficiente de atrito da conduta D - diâmetro interior do tubo g - aceleração da gravidade a - velocidade de propagação das ondas de pressão (celeridade) (1) - Linha piezométrica (2) - Nível de referência Fig. 2 - Forças actuantes num volume elementar de fluido. A equação do movimento deduz-se da segunda lei de Newton, aplicada a um pequeno volume de controlo tal como o representado na figura 2. Forças = massa x aceleração Os índices caracterizam as variáveis independentes das derivadas parciais, sendo x (ao longo do eixo da conduta) e t (no tempo), por exemplo: H x = H x O método das características consiste na transformação destas duas equações diferenciais parciais em duas equações diferenciais comuns equivalentes que podem ser integradas numericamente ao longo de determinadas curvas no plano x; t, designadas como curvas de equações características ou simplesmente curvas características. 80

83 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório Para este propósito as equações (1) e (2) são combinadas numa equação linear L 1 + µ.l 2 = 0, em que inicialmente o valor do factor µ é escolhido arbitrariamente assim resulta: µ(h x x g + H t ) + (v x x µ a2 + v t ) + λ x v x v = 0 (3) µ g 2 x D Para dois valores reais de µ, diferentes e aleatórios, a equação (3) resulta em outras duas equações que são equivalentes às equações originais (1) e (2). Para uma escolha adequada dos valores de µ, é possível simplificar a equação 3. v = v(x,t) e H = H(x,t) são funções de duas variáveis independentes x e t cujas derivadas totais podem ser apresentadas da seguinte forma: Com a escolha adequada do factor µ as duas equações diferenciais de derivada parcial (1) e (2) são transformadas em duas equações diferenciais ordinárias totalmente equivalentes (11) e (13), sendo cada uma somente válida ao longo da curva característica, no plano x, t, determinadas pelas equações (12) e (14). Estas curvas características, no caso particular da celeridade ser considerada constante, transformam-se em linhas rectas de gradiente +a e -a. As curvas representam fisicamente, a propagação de perturbações (ondas de pressão) ao longo do plano x, t. Para a resolução numérica das equações (11) e (14) divide-se a conduta em N partes iguais de comprimento x (figura 3). dv = v x.dx + v t.dt (4) dh = H x.dx + H t.dt (5) Dividindo ambas as equações por dt resulta: dv dx = vx. + vt (6) dt dt dh dx = Hx. + Ht (7) dt dt Os termos entre parêntesis da equação (3) comparam-se com os termos à direita das equações (6) e (7) pelo que teremos: dx g dx µ.a = e = 2 (8) dt µ dt g A equação (3) pode ser escrita como uma equação diferencial ordinária: µ dh + dv + λ x v x v = 0 (9) dt dt 2 x D A equação (8) dá-nos os dois valores necessários para µ: µ = + g (10) a Para cada valor µ da equação (10) obtém-se a partir das equações (9) e (8) uma equação diferencial ordinária (chamada equação da compatibilidade) e a respectiva equação da curva característica ao longo da qual ela poderá ser integrada: g dh dv λ x v x v x + + } = 0 (11) a dt dt 2xD c + dx = + a (12) dt g x dh + dv + λ x v x v } = 0 (13) a dt dt 2xD c - dx = a (14) dt Fig. 3 - Curvas características representadas no plano x, t. No intervalo de tempo t = x/a, a equação (12) representa uma linha diagonal de uma grelha com um gradiente positivo (i.e. AP) e a equação (14) também representa uma linha diagonal da mesma grelha mas com um gradiente negativo (i.e. BP). Se os valores de v e H forem conhecidos nos nodos A e B da grelha, as equações (11) e (13), podem ser integradas entre os pontos A e P e B e P respectivamente e desta forma obtêm-se duas equações para a determinação das duas incógnitas v e H no ponto P. Se a equação (11) for multiplicada por a. dt / g = dx / g e se a velocidade v é substituída pelo quociente entre o caudal Q e a secção recta da conduta A obtém-se uma equação com uma forma adequada para integração ao longo da característica C +. H P dh + a x Q P dq + H A g x A Q A 2 x g x D x A 2 X A λ X P Qx Q x dx = 0 (15) Em geral, é suficiente uma aproximação do primeiro grau para a determinação do último termo (exceptuam-se os casos em que o termo do atrito é dominante tal como no caso de escoamento de óleos muito viscosos). Resolvendo a equação (15) resulta: a λ x x H p - H A + x (Q P - Q A ) + x Q A x Q A = 0 (16) g x A 2 x g x D x A 2 81

84 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório De maneira semelhante obtém-se uma segunda equação pela integração da equação (13) a λ x x HP HB x (QP - QB) x QB x QB = 0(17) g x A 2 x g x D x A 2 Com ajuda das equações (16) e (17) as duas incógnitas Hp e Qp podem ser facilmente determinadas. No cálculo do sistema durante o regime transitório, os valores iniciais nos nodos da grelha são os valores de Q e H em regime estacionário quando t = 0. Os valores de todos os pontos no interior da grelha (P) são determinados no instante seguinte t = 1 x t pela resolução simultânea das equações (16) e (17). Com base nos últimos valores de Q e H calculam-se novos valores para o instante t = 2 x t e assim sucessivamente. Este procedimento aplica-se apenas para a determinação dos pontos interiores da grelha, porque em cada extremidade da conduta apenas se tem uma única condição de compatibilidade, no início da conduta aplica-se a equação (17) e no fim a equação (16) de acordo com a figura 3. Fig. 4 - Características nas fronteiras Desta forma é necessário dispor-se de uma condição de fronteira em cada extremidade, ver figura 4 para cálculo dos valores aí desconhecidos Q P e H p. Isto poderá ser realizado por: Atribuir um dos dois valores de fronteira, que substituído na equação de compatibilidade válida para esta fronteira permite calcular o outro valor (i.e. a cota de descarga num tanque colocado na extremidade de jusante da conduta H p = C te permite determinar o valor de Q P pela equação 16). Ou introduzindo uma relação funcional Q = f(h) a qual permite em conjunto com a equação da compatibilidade aplicada a essa fronteira determinar Q p e H p (i.e. a equação da curva característica de um ou vários grupos electrobomba em conjunto com a equação (17) permite calcular os valores Q p e H p ) A precisão e o tratamento explícito das condições de fronteira (isto significa um tratamento independente dos pontos interiores), representam as vantagens mais importantes do método das características. O tratamento explícito das condições de fronteira, permite a sua fácil modificação ou substituição (introdução de um dispositivo de protecção), quer seja pela mudança dos dados iniciais (i.e. alteração do volume de ar num RAC) quer por substituição do seu modelo matemático (mudança de subrotina de cálculo), permanecendo o resto do programa inalterável. Esta forma de se dimensionarem os dispositivos de protecção, é muito mais fácil e poderosa do que a que se realiza pelo método gráfico aproximado desenvolvido por SCHNYDER/BERGERON, pelo que permite a optimização da dimensão dos dispositivos utilizados. O método das características, pode ser associado a técnicas de interpolação, e desta forma ser aplicado para o cálculo de sistemas complexos constituídos por várias condutas e várias condições de fronteira. 4.3 Critérios de cálculo Admitiu-se que a situação mais desfavorável para o sistema, dentro de um critério de probabilidade significativa, consiste na paragem simultânea de todos os grupos electrobomba, causada por uma falta generalizada de energia. Embora seja possível considerar manobras capazes de produzir flutuações de pressão mais elevadas, pela sobreposição de efeitos, estas teriam de ser constituídas por uma sucessão de paragens e arranques de parte dos grupos de bombeamento, em instantes determinados, que não é razoável ocorrerem acidentalmente. Na modelação do comportamento das condutas, admitiram-se como válidas as hipóteses significativas habitualmente consideradas, tais como: A distribuição da velocidade e de pressão, é uniforme nas secções transversais da conduta; As perdas de carga unitárias são iguais às de um escoamento uniforme com a mesma velocidade média, admitindo-se que este se mantém puramente turbulento; Os termos convectivos das equações da continuidade e da dinâmica são desprezáveis; O comportamento reológico da água e do material das condutas é elástico e linear; O eixo das condutas é imóvel e desprezam-se as forças de inércia do invólucro; A altura cinética do escoamento na conduta é desprezável face à altura piezométrica. Os intervalos de tempo e os comprimentos dos trechos de cálculo considerados, obedecem à condição de estabilidade do método de cálculo (número de Courant C r = aδt/δx <1), tendo a compatibilização entre os intervalos de tempo nos diferentes troços de conduta, sido efectuada com recurso à interpolação entre as condições do escoamento em secções de cálculo consecutivas. 82

85 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.4 Condições de fronteira GRUPOS ELECTROBOMBA As características funcionais dos grupos electrobomba, deverão ser as constantes nas curvas características dos fabricantes. Atendendo a que as bombas se encontram munidas de válvulas de retenção de acordo com as Normas Portuguesas, a modelação das condições de funcionamento das bombas, é efectuada, considerando apenas as zonas de bombeamento normal ou de turbinagem por abaixamento da pressão a jusante. Esta modelação é efectuada admitindo que a altura total de elevação das bombas Ht, pode ser determinada em cada instante pela equação: H t = AN 2 + BNQ - CQ 2 em que N é a velocidade de rotação, Q o caudal bombeado e A, B e C são coeficientes determinados a partir da respectiva curva característica à velocidade nominal. O rendimento das bombas é considerado variável em função da velocidade de rotação e do caudal e dado por: Q X Ht h = DN 2 Q + ENQ 2 + FN 3 Com os coeficientes D, E e F determinados de forma semelhante aos anteriores. RESERVATÓRIOS DE AR COMPRIMIDO A principal função dos RAC consiste em evitar a ocorrência de depressões na conduta, sendo as sobrepressões consequentes automaticamente atenuadas. Na modelação da variação do volume de ar no interior dos RAC, considerou-se a equação: PV 1,2 = C te Sendo P a pressão absoluta no interior e V o volume de ar. Admitiu-se a verificação em cada instante da equação da continuidade na derivação para os RAC e da igualdade das cotas piezométricas no interior do RAC e no ponto de derivação da conduta. VÁLVULAS DE ALÍVIO As válvulas de alívio destinam-se a limitar as sobrepressões nas condutas a valores previamente regulados e são aplicadas em complemento aos RAC, ou quando apenas se verificam sobrepressões em regime transitório. OUTRAS CONDIÇÕES DE FRONTEIRA Todas as restantes condições de fronteira, tais como alterações das características da conduta e da descarga no reservatório, foram modeladas através da consideração da equação da continuidade e da constância das cotas piezométricas. 4.5 Dispositivos de protecção Os dispositivos de protecção são órgãos que se introduzem nos sistemas de transporte de líquidos, com a finalidade de limitar as ondas de pressão transitórias e valores aceitáveis. A escolha do dispositivo a utilizar em cada caso depende das características do sistema, tais como do comprimento das condutas, do seu perfil, do líquido transportado (composição química, conteúdo de sedimentos, viscosidade, temperatura, etc.), do tipo de grupos elevatórios, de válvulas (válvula de nível em reservatórios, válvulas de controlo, de regulação, etc.) do comportamento das ondas de pressão que se pretendem limitar (depressões ou sobrepressões), etc. O método das características, devido à sua simplicidade e ao poder de aplicação, permite de uma maneira fácil analisar o comportamento de um sistema simples ou complexo, dotado de um conjunto de dispositivos associados para sua protecção. Para proteger um sistema, poderá utilizar-se um único, ou uma combinação de vários dispositivos de protecção, dependendo do grau de complexidade da rede a proteger. Entre os dispositivos mais utilizados contam-se os volantes de inércia, reservatórios de ar comprimido (RAC), chaminés de equilíbrio, reservatórios unidireccionais (RUD), válvulas de retenção intercaladas na conduta, condutas de aspiração paralela, válvulas de alívio, etc. Para certos casos particulares, concebem-se dispositivos de protecção que poderão ser simulados por cálculo computacional, desde que se consiga estabelecer o respectivo modelo matemático Volantes de inércia Os volantes de inércia consistem em massas girantes que são intercaladas nos veios de grupos electrobomba (figura 5) ou motobomba, com o objectivo de aumentar a sua inércia e desta forma a ampliar o tempo de paragem do grupo e consequentemente a diminuição do caudal debitado pela bomba será mais suave. Se a redução do débito da bomba tiver lugar num período suficientemente longo, sem necessidade de se recorrer a volantes de dimensões excessivas, este meio será adequado para controlar as pressões transitórias. Sempre que o termo AN 2 da curva funcional da bomba for superior à altura estática de elevação, a bomba irá bombear. Se o tempo em que ocorrer a anulação do caudal bombeado for superior ao período da conduta elevatória 2L/a, atenuar- -se-á o valor da onda de pressão. Obviamente quanto maior for o momento de inércia do volante, maior será o tempo de anulação do débito e maior será a atenuação das ondas de pressão transitórias. Há um limite de aplicação dos volantes de inércia devido à sua resistência mecânica, à das bombas, dos motores, e às características eléctricas, quando os motores forem eléctricos. A aplicação de volantes de inércia poderá obrigar ao sobredimensionamento dos motores, de forma a que o seu binário de arranque seja adequado para que a colocação em marcha da bomba tenha lugar num período de tempo aceitável. 83

86 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório Outras razões que limitam a aplicação de volantes de inércia são económicas e dimensionais. A sua aplicação está em geral limitada a condutas com uma extensão até 2000 m, com períodos curtos, em que o tempo de anulação de caudal durante a paragem da bomba é suficientemente longo, para que as ondas de pressão transitórias sejam mantidas dentro de limites aceitáveis. Fig. 6 - Alteração da envolvente das pressões máximas numa conduta protegida com válvula de retenção. Fig. 5 - Grupo electrobomba equipado com volante de inércia O dimensionamento de um volante de inércia é simples, basta aumentar a inércia do conjunto de bombeamento e recalcular o comportamento do sistema Válvulas de retenção Se o perfil de uma conduta elevatória tiver uma altimetria tal que esta apenas fique sujeita a sobrepressões durante o regime transitório correspondente a uma manobra das bombas, um método possível para a proteger, é o de se intercalarem válvulas de retenção ao longo da conduta, de forma a fazer a sua subdivisão em trechos de pequena extensão, durante a fase da onda de pressão positiva. As válvulas de retenção apenas permitem o escoamento em direcção ao reservatório. Para esta situação o cálculo é efectuado como se se tratasse de uma transição com v p1 > 0. Quando ocorre a inversão do fluxo, a válvula não permite tal e v p1 = v p2 = 0, sendo h p1 e h p2 determinados por (18) e (19) respectivamente: h P1 = h R C R (v P1 v R ) C R x 2f Rv R v R t g g d r h P2 = h S C S (v P2 v S ) C S x 2f Sv S v S t g g d s (18) (19) Reservatórios de ar comprimido Os reservatórios de ar comprimido, RAC, são dispositivos de protecção de condutas que actuam por diminuição da taxa de variação de caudal, atenuando desta forma a amplitude da onda de pressão transitória. São vasos metálicos fechados, no interior do qual se encontra aprisionada uma dada massa de um gás, em geral o ar e uma dada massa do líquido transportado pela conduta. O gás e o líquido podem estar em comunicação ou separados por uma membrana elástica. Em regime estacionário (permanente), a massa de líquido do interior do reservatório, está sujeita à pressão de funcionamento da conduta na secção de ligação e está em equilíbrio com o ar, que fica por sua vez submetido à pressão da conduta, armazenando consequentemente energia potencial elástica. Quando se inicia um regime transitório, que origina uma variação de pressão na conduta junto à secção de ligação do reservatório, o líquido armazenado no seu interior e submetido à acção do gás, deixará de estar em equilíbrio com o da conduta. Para se restabelecer o equilíbrio, o líquido passará a abandonar o reservatório no caso de um abaixamento da pressão na conduta, ou a afluir ao reservatório no caso contrário. Paralelamente com a variação de pressão na conduta, haverá uma variação de pressão da almofada de ar. Na fase de depressão o volume do ar aumenta, transformando-se a energia potencial armazenada no gás em energia cinética de escoamento. No caso da sobrepressão a massa de gás diminui de volume, aumentando a sua pressão e consequentemente a respectiva energia potencial elástica, à custa da energia cinética de escoamento. 84

87 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório Estes dispositivos muito divulgados, têm como principais vantagens a sua simplicidade, facilidade de aplicação e controle, fiabilidade e disponibilidade no mercado. Encontram-se disponíveis correntemente no mercado reservatórios de membrana com capacidades até 2 m 3. Por encomenda podem obter-se reservatórios com capacidades superiores e reservatórios sem membrana de qualquer capacidade. Como desvantagens pode-se referir a necessidade de haver um controlo apertado da massa de gás, o que exige a aplicação de compressores isentos de óleo (compressores hospitalares) no caso de grandes reservatórios e de dispositivos de controlo automático, a possibilidade de fecho violento das válvulas de retenção dos grupos de bombeamento, o custo em geral elevado, principalmente dos reservatórios de grande capacidade e a exigência de manutenção. Uma técnica analítica de cálculo, consiste na combinação de uma análise em regime quase estacionário do funcionamento do reservatório, com um tratamento em regime transitório do sistema de condutas. A passagem da onda de pressão transitória através do reservatório, não é considerada no modelo de cálculo, mas ela é praticamente atenuada e o seu valor é trivial. No início do cálculo, a altura do líquido no interior do tanque terá de ser conhecida, assim como a energia potencial na secção de ligação do reservatório à conduta. Estes valores são designados por h ti e h pi respectivamente. A pressão do gás no interior do reservatório é estabelecida em termos de uma coluna de líquido equivalente hgás. h gási = h i z t h b h ti (20) Uma vez que a pressão absoluta na secção de ligação é h i (h i = h p no instante anterior), h gasi representa a pressão absoluta do gás. Considerando pela equação da continuidade: A 1 v p1 = A t dh t + A 2 v p2 h t = ( A 1 v p1 + A 2 v p2) t dt A t em que A t é a área transversal do RAC, A t = π d 2 t. 4 A altura do líquido no interior do reservatório no final do intervalo de tempo t é dada por, h t2 = h t1 + h t (21) em que h t1 é a altura do líquido no início do intervalo de tempo t e h t2 no fim. Aplicando a equação PV n = C te correspondente aos processos politrópicos aplicados a um gás perfeito, a pressão do ar no interior do reservatório passa a ter o valor de, h gas2 = ( l t h t1 ) n x h gas1 (22) lt ht2 O expoente da transformação politrópica do ar no interior do reservatório poderá variar entre 1 correspondente aos processos isotérmicos, e 1,4 nos processos adiabáticos. Como em geral o volume de cálculo do reservatório varia 10% quando se varia o expoente entre 1 e 1,2 recomenda-se a utilização para o expoente politrópico n o valor de 1,2. Com h gas2 determinado, calcula-se h p por h p = h gas2 + z t + h b + h t2 (23) Fig. 8 I t - altura do reservatório dt - diâmetro interior h b - altura da base do reservatório z t - cota de inserção do RAC na conduta Fig. 7 - Esquema de princípio de um RAC Substituindo o valor de h p nas equações características C - (16) e C + (17) calculam-se facilmente os valores de v p1 e v p2. Com estes valores determina-se o volume de água admitido ou expulso do reservatório durante o intervalo de tempo t e consequentemente a variação de nível do líquido no interior do reservatório. 85

88 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.6 Circuito de desvio Em certas situações pode estabelecer-se um circuito de desvio aos grupos electrobomba, equipado com uma válvula de retenção conforme se mostra no esquema da figura 9. É uma aplicação típica em condutas forçadas longas, dotadas de várias estações de bombeamento em linha, permitindo por exemplo diminuir a classe de pressão dos tubos. Quando os desníveis geométricos, ou as perdas de carga em linha forem apreciáveis, a altura de elevação das bombas é repartida pelas diferentes estações, resultando em equipamentos mais económicos e com menor potência instalada por unidade. Na análise do comportamento do sistema, durante a paragem de uma bomba deverá verificar-se se a pressão de jusante se mantém superior à de montante. Quando tal não se verificar, substitui-se a condição de fronteira correspondente à bomba por uma simples junção. Ou seja, as duas equações características são resolvidas para se determinar o caudal e a pressão, sem que a equação que modela a bomba esteja presente. Na modelação, deverá incluir-se um termo separado para quantificar a perda de pressão (energia) na válvula de retenção. Assim, aplicam-se as equações. g (h P1 h R ) + C R (v P1 v R ) + 2 f R V R V R T = 0 (24) a R g d R g (h P2 h S ) + (v P v S ) + 2 f S V S V S T = 0 (25) a S d S h P1 h P2 = k v2 P1 2 g (perda de energia na válvula) Fig. 9 - Esquema de um circuito de desvio a um conjunto de bombeamento Noutros casos em que o caudal transportado é variável, como por exemplo em condutas de transporte de água potável para abastecimento domiciliário e industrial, em que o volume de água a transportar varia com a estação do ano, o dia da semana ou mesmo a hora do dia, quando o volume de água que é necessário transportar for reduzido, algumas das estações poderão ser retiradas de serviço, permanecendo outras em funcionamento, de forma a que o caudal debitado esteja de acordo com as necessidades. Nas estações imobilizadas o escoamento far-se-á através dos circuitos de desvio. Quando as bombas estiverem em operação, a válvula de retenção impedirá o escoamento da compressão para a aspiração. Também poderá ser aumentada a capacidade de transporte, durante as horas de máximo consumo, de uma conduta com funcionamento por acção da gravidade pela intercalação de estações elevadoras de pressão (booster), colocadas em linha e equipadas com circuito de desvio. A estação poderá não estar sempre em funcionamento e o escoamento dar-se-á através do circuito de desvio, durante os períodos em que o escoamento for realizado pela acção da gravidade. O circuito de desvio poderá desempenhar um papel de protecção da conduta, evitando as depressões no ramo de compressão. Quando ocorre uma paragem da bomba, haverá uma queda de pressão no ramo de compressão, se a pressão cair a um valor inferior ao do ramo de aspiração, a válvula de retenção abre-se e passará a haver escoamento de montante para jusante, limitando-se desta forma o abaixamento de pressão. O valor da pressão mínima será assim superior ao que teria lugar se o circuito de desvio não existisse. V P1 = Q V P2 = Q A 1 A 2 Estas equações reduzem-se a uma equação quadrática em Q. Esta aproximação despreza o escoamento que tem lugar através da bomba durante a sua paragem. Como em geral o caudal é reduzido, o erro introduzido por esta simplificação é desprezável. 4.7 Chaminés de equilíbrio Numa conduta equipada com bomba e chaminé de equilíbrio como se mostra na figura 10, enquanto a bomba se encontrar a funcionar em regime estacionário as condições de operação são as representadas. Durante o curto intervalo de tempo t associado à discretização das equações, a altura do líquido na chaminé poderá ser considerada constante sem grande erro, sendo actualizada em cada instante. A parte superior da chaminé encontra-se aberta à atmosfera. Durante o regime variável este dispositivo divide em geral a conduta em dois troços que se comportam de forma diferente. O trecho compreendido entre a bomba, turbina ou válvula e a chaminé, neste troço é mobilizada a energia elástica do fluido e da conduta. No segundo trecho compreendido entre o dispositivo e um reservatório ou outro dispositivo semelhante, ocorre em geral uma oscilação em massa. Para diminuição da amplitude do líquido no interior da chaminé, por vezes dota-se a ligação chaminé-conduta de um dispositivo destinado à geração de perda de carga. O tratamento destes dispositivos é semelhante ao apresentado para os RAC. 86

89 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório Substituindo o valor de h P nas equações características C - e C + calculam-se facilmente os valores de v P1 e v P2. Com estes valores determina-se o volume de água admitido ou expulso da chaminé durante o intervalo de tempo t e consequentemente a variação de nível do líquido no interior da chaminé. Antes de continuar o cálculo deverá verificar-se se a altura do líquido no interior da chaminé é positiva. Fig Esquema de uma chaminé de equilíbrio O dimensionamento de uma chaminé de equilíbrio compreende: O estudo do perfil da conduta para escolha do local mais adequado para a sua instalação. Cálculo de secção transversal e de um eventual estrangulamento, para atenuação das amplitudes extremas de oscilação do plano de água. Cálculo estrutural. Fig. 11 Na escolha do local para a sua instalação deverá atender-se aos seguintes aspectos: Características topográficas do terreno. Impacto da estrutura no ambiente. Amplitude das ondas de pressão. Salvo casos especiais, as chaminés são em geral constituídas por um tubo metálico, de betão armado ou escavado na própria rocha, em que a velocidade do líquido no seu interior é lenta. Para estes casos o modelo matemático da condição de fronteira é semelhante ao utilizado para o RAC. H = h P1 h a Uma vez que a pressão absoluta na secção de ligação é h p1, e h a representa a pressão atmosférica. Considerando pela equação da continuidade: a p1 v p1 = A ch dh ch + A p2 v p2 h ch = ( a v + a v p1 p1 p2 p2) t dt A ch A ch é a área transversal da chaminé A ch = π d 2 ch 4 A altura do líquido no interior da chaminé no final do intervalo de tempo t é dada por: H 2 = H 1 + H ch em que H 1 é a altura do líquido no início do intervalo de tempo t e H 2 no fim. Com H 2 determinado calcula-se h p por h P = H 2 + h a Fig Chaminé de equilíbrio desenho tipo da SABESP 4.8 Reservatórios unidireccionais Os reservatórios unidireccionais são dispositivos de protecção especialmente vocacionados para atenuarem as ondas de pressão negativas. Conforme se poderá observar na fig. 13, estes dispositivos consistem num tanque onde é armazenado o líquido transportado pela conduta, com a superfície livre em contacto com a atmosfera. Em alternativa poderá ser armazenado água proveniente de uma fonte externa. A ligação entre o reservatório e a conduta é dotada de uma válvula unidireccional (válvula de retenção), que permite o escoamento no sentido RUD conduta e impede-o no sentido oposto. 87

90 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório O reservatório parcialmente bidireccional, é especialmente vocacionado para ser instalado em pontos altos, de condutas destinadas a transportar águas residuais. É constituído por um reservatório construído em polietileno de alta densidade e dotado de uma válvula de retenção. Fig Reservatório unidireccional Devido à sua concepção, o RUD permite a alimentação da conduta aquando a cota piezométrica for inferior à da superfície livre do líquido, como a conduta continuará a ser alimentada, o tempo de anulação de caudal é aumentado. Devido à concepção do RUD, a altura piezométrica na zona de ligação é regulada pela cota da sua superfície livre. Em regime permanente, o líquido armazenado no RUD e o que se encontra em escoamento na conduta, estão separados pela válvula de retenção que se encontra fechada, assim, a altura piezométrica na conduta não está em equilíbrio com a massa de água armazenada. Enquanto a altura piezométrica na conduta for superior à da superfície livre do RUD, o cálculo em regime transitório na secção de ligação é idêntico ao de uma simples transição. A partir do instante em que as alturas se igualem a análise passa a ser semelhante à de uma chaminé de equilíbrio. Pelo descrito, conclui-se que o RUD só entra em funcionamento quando a altura piezométrica na conduta for inferior à da superfície livre e que não há escoamento no sentido conduta RUD. 4.9 Reservatório parcialmente bidireccional O autor deste trabalho, necessitou projectar um dispositivo, para proteger uma conduta elevatória destinada a transportar águas residuais, que apresentava um ponto alto num local isolado. Devido às desvantagens referidas em relação ao RUD, não era possível nesse caso a sua adopção. Para proteger esse local, foi adoptada uma variante, conforme representada na figura 14, o qual poderemos designar por reservatório parcialmente bidireccional. A grande vantagem, apresentada por este dispositivo, é a do líquido armazenado para protecção, não ficar em contacto com a atmosfera. Evita-se dessa forma a inquinação, no caso de água tratada e a propagação de cheiros no caso de águas contaminadas. Outra vantagem, é a de se dispensar o ramal de enchimento. A análise deste dispositivo, é semelhante à da chaminé de equilíbrio, sempre que a cota piezométrica no interior do dispositivo, for inferior à cota da válvula de retenção. Caso contrário, a análise é semelhante à de uma simples junção. Este dispositivo, admite o refluxo parcial de líquido ao tanque, o que não acontece no RUD, permitindo desta forma actuar também sobre as sobrepressões Dispositivos de manutenção das pressões transitórias Para atenuação dos efeitos do choque hidráulico, durante a paragem e arranque dos grupos electrobomba poderiam ser utilizadas válvulas motorizadas ou arrancadores suaves. Estes dispositivos não podem ser considerados dispositivos de protecção uma vez que não actuam em caso de falha de energia eléctrica da rede de alimentação Válvulas motorizadas As válvulas motorizadas deverão possuir meios de fecho adequados, devendo os tempos de manobra ser determinados por cálculo. Em geral para se evitar tempos de manobra longos, procede-se a um primeiro período de fecho rápido e a manobra final mais longa, isto porque a actuação das válvulas sobre o escoamento não é linear Arrancadores suaves Os arrancadores suaves quando procedem também a paragens suaves, são excelentes órgãos para a atenuação das variações da pressão ao longo das condutas, durante as operações normais de arranque e principalmente paragem, uma vez que o período de imobilização dos grupos electrobomba é prolongado, sendo o seu efeito semelhante ao dos volantes de inércia. Fig Reservatório parcialmente bidireccional O tipo de paragem dos grupos, assim como os períodos a decorrer entre paragens sucessivas, de vários grupos podem ser devidamente determinados com a introdução de subrotinas de cálculo apropriadas. 88

91 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.11 Caso prático Os dados de cálculo inicial, foram os que se passam a indicar nos itens seguintes. Comprimento da conduta elevatória L = 2808 m Diâmetro Ø = 500 mm Espessura da parede e = 7,3 mm Rugosidade absoluta equivalente k = 0,1 Material Ferro Fundido Dúctil Módulo de elasticidade da conduta E = 1,0 x kgf m -2 Módulo de compressibilidade da água E = 2,1 x 10 8 kgf m -2 Caudal em regime estacionário Q = 0,375 m 3 /s Cota de descarga no reservatório 373,3 m Grupos electrobomba em funcionamento n = 2 (paralelo) Velocidade de rotação N = 1400 rpm PD2 da bomba 5,86 kgf.m -2 PD2 do motor 92,00 kgf.m -2 Diâmetro do impulsor D = 400 mm Coeficientes da curva característica A = 1,92 x 10-4 B = 6,56 x 10-1 C = 5,37 x 10 3 Os grupos electrobomba instalados em número de três nesta primeira fase, com funcionamento de um número máximo de dois em paralelo, são do tipo multicelular, de pequena inércia comparada com a energia transferida ao fluido a elevar e por consequência com um reduzido tempo de anulação de caudal. Análise dos resultados de cálculo O cálculo inicial foi realizado considerando que os dois grupos bombeiam através da conduta sem qualquer protecção. Dos resultados do cálculo efectuado, verificou-se que ocorre uma zona de depressão extensa (gráfico 1) e que a sobrepressão subsequente tem um valor muito elevado, concluindo-se que era necessário proteger a conduta com dispositivos adequados. Cálculo final Em face do comportamento descrito para o sistema em regime transitório, e após várias hipóteses de cálculo para os dispositivos de protecção, foi seleccionado um RAC associado a uma válvula de alívio, dimensionados conforme o gráfico 1. Se não se realizar esta associação, o volume RAC seria exagerado. RAC VÁLVULA DE ALÍVIO Resultados de cálculo final Volume de ar m 3 Inicial Mínimo Máximo Adoptado 5,0 4,1 6,7 7,0 Condições de descarga Caudal m 3 /h Pressão de abertura m.c.a

92 Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório 4.12 Referências bibliográficas Almeida, A. B. Manual de protecção contra o golpe de aríete em condutas elevatórias. Lisboa LNEC, 1981 Chaudhry, M. H. Applied Hydrulic Transients Van Nostrand 1979 De Martino, G. Sul calculo del PD 2 negli impiante di sollevamento L Energia electtrica n.º 8, 1973 Duarte, C. Exemplo de cálculo de choque hidráulico com volante de inércia pelo método gráfico de Bergeron. Seminário 238, Golpes de aríete em condutas, LNEC, Lisboa, Dubin, C.; Guéneau, A. Détermination des Dimensions caractéristiques d un reservoir d air sur ume installation élévatoire. La Houille Blanche, n.º 6, 1955 Dupont, A. Hydraulique urbaine. Tome II Paris, Eyrolles, 1974 Fox, J. A. Hydraulic analysis of unsteady llow in pipe networks, London, Mac Millan, 1977 Funel, C.; Chiari, A. Golpo d ariete in condotte elevatorie. Attenuazione mediante volanti Universitá de Napoli, Instituti Idraulici, n.º 242, Napoli, 1969 IDEL CIK, I.E. Mémento des partes de charge, Eyrolles Paris, 1960 Jaeger, C. Fluid transients in hydro-electric engineering pratice. Glasgow and London, Blackie, 1977 Li, W. H. Mechanics of Pipe flow following column separation Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol 88, 1962 Livingston, A. C.; Wilson, J. N. Synopsis of surge control equipment Water and Water Engineering, Julho 1963 Martins, R. M. Transitórios hidráulicos. Protecção de instalações de recalque através de tanque hidropneumático Revista DAE Meunier, M.; Puech, Ch. Étude du functionement et du dimensionement des ballons d air anti-belier Bulletin Technique de Génie Rural, n.º 124 CTGREF, Paris, 1978 Nichile, M. M.; Sousa, R. F. Válvulas anti-golpe de aríete desenvolvimento Brasileiro Revista DAE Parmakian, J. Waterhammer analysis. New York, Prentice Hall, 1955 e New York, Dover, 1963 Reis A. J.; Caldinhas A. O. Parecer sobre o dimensionamento de condutas metálicas sujeitas a sub pressões Universidade de Lisboa CEMUL Roche, E. Protection des refoulements d eaux usées. Réservoir anti- -bélier à régulation d air automatique. TSM - L Eau, Abril, 1978 Rosich, E. M. Le coup de bélier dans les pompages: Son calcul simplifié La Technique de L eau Rosich, E. M. Le coup de bélier dans les canalizations de refoulement: Calcul et préparation La Technique de L eau Stephenson, D. Discharge tanks for suppressing water hammer in pumping lines International conference on pressure surges Stephenson, D. Water hammer and surge Pipeline design for water engineers. Developments in Water Science, n.º 6, Elsevier 1976 Timoshenk Resistência dos materiais Ao Livro Técnico S.A Wylie, E. B.; Streeter, V. L. Fluid Transients Mc Graw-Hill

93 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia 5. O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMO FACTOR DE ECONOMIA Autor: Paulo Ramísio Engenheiro Civil (FEUP) Mestre em Engenharia do Ambiente (FEUP) Assistente do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho Sócio da SBS Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. 91

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95 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia 5.1 Introdução Os sistemas de pressurização representam por vezes custos não desprezáveis no mercado da construção para habitação, sendo principalmente onerosos em grande parte dos sistemas industriais. Como qualquer investimento, a escolha dos elementos que constituem o sistema (construção civil, equipamentos, acessórios e os decorrentes da exploração) devem obedecer a considerações de eficácia e economia. Estima-se que o elevado número de sistemas de bombeamento existentes a nível mundial, nas suas mais variadas aplicações (abastecimento público e predial de água potável; colecta, transporte e tratamento de águas residuais; instalações de rega; industrial, etc.), consomem cerca de 20% da energia eléctrica global (Europump, 2000). Sistemas de Bombeamento (20%) Consumo mundial de energia eléctrica Fig. 1 - Consumo mundial de energia eléctrica Outras Aplicações (80%) Ou Trata-se portanto de um consumo significativo, principalmente numa altura em que a questão energética assume um importante papel na economia nacional, mas também mundial. A correcta escolha de todos os componentes de um sistema de bombeamento apresenta-se assim como uma oportunidade para uma redução nos custos globais da instalação, ao longo da sua vida útil. A avaliação dos custos do sistema ao longo da sua vida útil, pode ser realizado por várias metodologias. Um dos grandes objectivos duma metodologia desta natureza deverá ser o rigor e a isenção, pois só assim poderá ser utilizada, não só para optar entre diferentes soluções do mesmo fabricante, mas também servir para comparar soluções de fabricantes diferentes. No presente documento optou-se por seguir a metodologia proposta pelas seguintes entidades: O Instituto Hidráulico (HI), fundado em 1917, é a maior associação de produtores e de fornecedores da América do Norte. Estabelece padrões e organiza fóruns para a troca de informações técnicas há mais de 80 anos. O Europump, estabelecido em 1960, age como porta-voz dos 15 principais fabricantes de bombas e representa mais de 400 fabricantes. O Europump serve e promove a indústria europeia das bombas hidráulicas. O Departamento de Energia dos Estados Unidos, promove parcerias com indústrias e grupos de comércio, para a implementação de sistemas de elevada eficiência de energia, energias renováveis, prevenção da poluição e tecnologias para aplicações industriais. 5.2 O que é o Custo do Ciclo de Vida? O Custo do Ciclo de Vida (CCV) é uma ferramenta de gestão que pode ajudar a minimizar os desperdícios e a maximizar o rendimento para variados tipos de sistemas, incluindo sistemas de bombeamento. Uma visão global é descrita no artigo "Pump Life Cycle Costs" desenvolvido pelo Hydraulic Institute e Europump de modo a facilitar a aplicação da metodologia do CCV a sistemas de bombeamento. O Custo do Ciclo de Vida de qualquer sistema de pressurização é assim o custo total durante o seu período de vida útil. Representa os custos de aquisição, instalação, ensaios, energéticos, operação, manutenção (preventiva e correctiva), paragens, ambientais, desmontagem e desmantelação do equipamento. A identificação de todas as parcelas envolvidas apresenta-se como uma etapa fundamental nesta metodologia. Quando o CCV é utilizado como uma ferramenta de comparação entre diferentes alternativas, o processo de cálculo do CCV indicará, de forma isenta, a solução que apresenta menor custo global, com base nas informações disponíveis. 5.3 Razões para a utilização do CCV Os sistemas de pressurização são compostos por um conjunto de obras de construção civil, equipamento eléctrico e electromecânico, tubagens e acessórios. Como exemplo, os grupos electrobomba embora sejam geralmente adquiridos como componentes individuais, eles são parte integrante de um sistema indissociável entre si. A minimização dos custos globais nem sempre é uma tarefa fácil. Enquanto algumas partes do sistema apresentam praticamente todo o seu custo durante a construção, nos equipamentos electromecânicos o custo de aquisição poderá representar apenas 10% dos custos globais associados a esses equipamentos. O investimento inicial é geralmente uma pequena parte do Custo do Ciclo de Vida para sistemas de pressurização. A energia consumida e os materiais utilizados por um sistema dependem das características da bomba, da instalação e do modo como o sistema irá operar. Adicionalmente todos os componentes do sistema deverão ser cuidadosamente seleccionados para combinarem entre si e manter no global um conjunto fiável assegurando os mais baixos custos energéticos e de manutenção, assim como uma longa durabilidade. 93

96 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia Uma maior compreensão de todos estes pormenores constituirá uma oportunidade para a redução dramática dos custos energéticos, de exploração e de manutenção, factores determinantes no Custo do Ciclo de Vida (CCV) da instalação. A redução e o desperdício energético representam ainda um papel importante em benefícios ambientais. Custos de Manutenção ( 10% ) Sistemas de bombeamento - Custos globais Custos de Exploração ( 85% ) Custos do Investimento ( 5% ) Fig. 2 - Repartição média dos custos globais em sistemas de bombeamento Muitos sistemas são concebidos considerando apenas o investimento inicial, originando sistemas que apresentam grandes custos de manutenção e exploração. A crescente competitividade dos mercados nacionais e internacionais obriga a um esforço contínuo de modo a aumentar a competitividade. As empresas devem procurar soluções que visem a redução dos custos globais e o aumento dos rendimentos operacionais. A operação, principalmente no sector fabril, continua a merecer uma particular atenção como fonte de poupança de custos, especialmente pela via da minimização dos consumos energéticos e dos tempos de paragem da produção. Alguns estudos mostram que 30% a 50% da energia consumida pelos actuais sistemas de bombeamento podem ser poupados através da alteração dos controlos dos sistemas (Europump, 2000). Os sistemas existentes podem contribuir com uma maior fatia na redução da energia consumida através da utilização da metodologia do cálculo do CCV por duas razões: A primeira porque existem pelo menos 20 vezes mais sistemas em operação do que os colocados anualmente em operação e, em segundo lugar porque muitos dos sistemas em operação possuem bombas ou controlos que não estão ajustados às necessidades actuais, talvez motivado pela grande evolução tecnológica verificada nos últimos anos. Adicionalmente às razões económicas para justificar a utilização da metodologia do CCV, muitas empresas começam a estar cada vez mais sensíveis ao impacto ambiental nos seus negócios, e consideram o rendimento energético como uma via contribuinte para a redução de emissões de gases e deste modo preservar os recursos naturais. A análise do CCV, quer em novos empreendimentos quer em remodelações requer sempre uma avaliação de sistemas alternativos. Para a maioria de empreendimentos os custos energéticos e/ou de manutenção dominarão os Custos do Ciclo de Vida. É portanto de extrema importância a forma precisa de determinar os custos energéticos actuais, o escalonamento esperado nos anos vindouros, assim como os custos de mão-de-obra e dos materiais ao longo do ciclo de vida do equipamento. Outros custos como por exemplo os de paragens, desmontagem e desmantelação final do equipamento e os de origem ambiental, sendo de difícil quantificação, podem muitas das vezes ser estimados com base em dados históricos. Em alguns casos os custos de indisponibilidade podem ser mais significantes que os custos energéticos ou de manutenção. Considerações adicionais deverão ser tomadas em relação às perdas de produtividade devido aos tempos de paragem. 5.4 Determinação do Custo do Ciclo de Vida O processo do CCV é um método que permite a comparação de soluções alternativas, em termos de custos. O processo em si é basicamente matemático, mas extremamente dependente da informação disponível, logo os resultados do processo apresentam certamente um grau de fiabilidade similar ao dos dados de base. Os sistemas de bombeamento têm muitas das vezes um período esperado de operação de 15 a 20 anos. A escolha destes equipamentos deve ser efectuada com base em cálculos onde os detalhes do projecto do sistema devem ser tidos em conta. Deste modo a comparação deve ser efectuada entre diferentes tipos de sistema ou de controlo. O exercício deve ser objectivo na análise e âmbito podendo no entanto ser lato nas alternativas analisadas. Com base nos estudos efectuados em problemas deste tipo, a metodologia proposta apresenta os custos do ciclo de vida, como sendo a soma das seguintes parcelas: CCV = C + C + C + C + C + C + C + C onde: C ci C in C e C o C m C pp C a C d ci in Custos iniciais (custos de construção civil, bombas, tubagens, acessórios, serviços de apoio, etc.) Custo de instalação e ensaios (arranque e formação do pessoal) Custos energéticos (operação do sistema incluindo controlos e quaisquer serviços auxiliares) Custos de operação (mão de obra e supervisão normal do sistema) Custos de manutenção e reparação (reparações previstas e de rotina) Custos de paragens (perda de produção) Custos ambientais e o m Custo de desmontagem e desmantelação (incluindo a restauração ambiental do local e serviços de destruição do equipamento) pp a d (1) 94

97 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia Os parágrafos seguintes examinam cada uma das parcelas e levantam sugestões para a determinação de cada parâmetro. Dever-se-á ter em atenção que este cálculo não inclui a análise a custos de segunda ordem como por exemplo as matérias-primas consumidas no fabrico de produtos. Detalhando: Custos iniciais Este tipo de custos refere-se aos custos necessários para a compra e instalação de equipamentos e obras de construção civil, necessárias ao arranque do sistema. Enquanto que nas restantes parcelas os custos associados a equipamentos electromecânicos são dominantes, neste o seu valor relativo pode vir diluído com o valor da construção civil. Este facto pode originar a que seja menosprezada a sua importância final nos custos globais. É determinante para estes custos o diâmetro das tubagens e acessórios, a qualidade e fiabilidade do sistema seleccionado, os materiais utilizados, o seu comportamento com o fluido bombeado, os empanques instalados, os controlos integrados, etc. Estes detalhes, entre outros, podem originar custos iniciais mais elevados mas reduzirem o CCV de uma forma considerável. Os custos iniciais incluem geralmente os seguintes itens: Serviços de Engenharia (estudos, projecto, desenhos, especificações etc.); Processo de aquisição; Construção civil; Inspecção e testes; Peças de reserva; Formação; Equipamentos auxiliares para sistemas de vedação ou arrefecimento. Custos de instalação e ensaios Os custos de instalação e ensaios (arranque) incluem os seguintes itens: Fundações (projecto, preparação, betão etc.); Ligações de tubagens de processo; Ligações eléctricas e de instrumentação; Ligações a sistemas auxiliares; Avaliações e regulações no arranque. Uma instalação completa dos equipamentos electromecânicos envolve requisitos de operação e manutenção que serão assegurados por pessoal com formação para operar o sistema. Os ensaios requerem uma especial atenção às instruções do fabricante para a execução do arranque e operação. Deverá ser seguida a lista de verificações proposta pelo fabricante de modo a assegurar que os equipamentos e o sistema possam operar dentro de parâmetros específicos. Custos energéticos O consumo energético é frequentemente uma das parcelas com maiores custos e geralmente domina o valor final do CCV, especialmente quando o tempo de operação das bombas ultrapassa as 2000 horas de operação/ano. O consumo energético é calculado através dos dados colhidos no projecto do sistema. Se as solicitações ao sistema são constantes, o cálculo é simples. Se as solicitações são muito variáveis no tempo, então dever-se-á utilizar um registo horário das necessidades para se efectuar o respectivo cálculo. A fórmula do cálculo da potência requerida é a seguinte: em que: P Potência ( kw ) 3 Q Caudal (m /s) Logo, a energia será: P ( kw ) H Altura manométrica (m. c. a) η Rendimento da bomba γ Q H = η η γ Peso específico do líquido(kn/m3 ) c η Rendimento do motor m E ( kwh) Os custos energéticos de serviços auxiliares também devem ser incluídos. Estes custos podem ser referentes a circuitos de aquecimento ou arrefecimento de fluidos de processo. Nestes casos devem ser incluídos os custos do fluido, filtragem, circulação e/ou dissipação de calor etc. Os métodos de cálculo da energia são relativamente simples quando a bomba é utilizada num único ponto de funcionamento. A situação torna-se mais complexa com bombas em funcionamento paralelo ou se a bomba for utilizada com um conversor de frequência. No funcionamento paralelo, deverão ser efectuados cálculos separados para os vários pontos de funcionamento, aproximando em seguida os volumes bombeados ou horas de funcionamento relativos a cada um destes. Uma bomba com conversor de frequência tem um número infinito de pontos de funcionamento. Outro factor de incerteza para o cálculo do consumo de energia de bombas com conversor de frequência é o facto do rendimento geral do sistema ser difícil de calcular com exactidão. Custos de operação t 1 Os custos de operação são os associados à mão-de-obra relacionados com a operação do sistema. Estes podem variar muito dependendo da complexidade e função do sistema. Por exemplo uma bomba instalada em ambientes corrosivos pode requerer verificações diárias, c m ( ) H( t) γ Q t = dt t η c(t) ηc x ηm m(t) o (2) (3) 95

98 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia enquanto um sistema semelhante com outro fluido pode apenas necessitar de supervisões limitadas. Uma análise periódica das condições de funcionamento do sistema pode alertar os operadores para eventuais perdas de desempenho do sistema. Os indicadores de desempenho incluem alterações em vibrações, temperaturas, ruído, consumo energético, gamas de caudais, pressão etc. Custos de manutenção e reparação O alcance da longevidade esperada para uma bomba, requer uma manutenção regular e eficiente. O fabricante aconselhará a frequência e a natureza da manutenção periódica. Os custos dependem do tempo e da frequência do serviço, mas também dos custos dos materiais. O projecto pode influenciar estes custos por indicação específica de alguns materiais, selecção dos componentes e mesmo da facilidade de acesso aos componentes a serem intervencionados. O programa de manutenção pode ser cumprido com menor frequência mas com maior atenção aos detalhes ou com maior frequência mas com intervenções mais simples. As maiores actividades requerem frequentemente a remoção da bomba do local de instalação para as oficinas. Durante esse tempo a unidade está indisponível podendo haver perda total na produção ou um custo de substituição temporária. Estes custos podem ser minimizados por uma programação cuidada e atempada da paragem. O custo total da manutenção de rotina é o resultado do produto dos custos por intervenção pelo número de intervenções esperadas durante o ciclo de vida da bomba. Embora as avarias não possam ser previstas, podem ser estimadas estatisticamente pelo cálculo do tempo médio entre avarias. Custos de paragens e perdas de produção O custo de paragens imprevisíveis e de perdas de produção podem ser uma parcela muito significativa no valor CCV e pode rivalizar com os custos energéticos ou com os custos de peças de substituição. Na maior parte das vezes os custos de paragem são inaceitáveis por representarem custos superiores à instalação de um equipamento de substituição ou reserva. Se for utilizado um equipamento de reserva, o custo inicial será mais elevado mas os custos de manutenção não programada incluirão apenas os custos da reparação. O custo de perda de produção ou de indisponibilidade podem ser considerados dependente do tempo de paragem e devem ser analisados para cada caso específico. Custos ambientais O custo da destruição de fluidos contaminantes durante o tempo de vida de um sistema de bombeamento varia bastante dependendo da natureza do produto bombeado. Exemplos de contaminação ambiental podem incluir: destruição da caixa do empanque, bombeamento de produtos corrosivos, uso de peças contaminadas etc. Os custos de infracção ambiental deverão ser incluídos, sob o risco de representarem externalidades. Custo de desmontagem e desmantelação Na maioria dos casos, o custo da desmantelação de um sistema de bombeamento tem pequenas variações em relação a diferentes concepções. Existem procedimentos legais e regulamentares para líquidos tóxicos, radioactivos ou qualquer outro tipo agressivo. Quando a destruição tem um custo demasiado elevado, o CCV torna-se particularmente sensível à vida útil do equipamento. Custos totais do ciclo de vida Os custos estimados para as várias parcelas depois de somadas permitem uma comparação das diferentes soluções analisadas. Existem também factores financeiros a serem tomados em consideração no desenvolvimento do CCV. Estes incluem: Preços actuais da energia; Actualização do valor anual da energia; Taxa de inflação; Taxa de juros; Vida útil esperada para o equipamento. Adicionalmente o utilizador deve decidir quais os custos a incluir, tais como a manutenção, paragens, ambiental, destruição e outros custos importantes. 5.5 Implementação da metodologia Na fase de projecto A concepção e o projecto do sistema serão sempre o elemento mais importante na minimização do CCV. O projecto deve considerar a interacção entre a bomba e o resto do sistema e o cálculo do ponto de operação do sistema. As características da tubagem do sistema devem ser calculadas a fim determinar o desempenho requerido da bomba. Isto aplica-se quer a sistemas simples quer a sistemas mais complexos. Será importante analisar a sensibilidade ou adaptabilidade do sistema escolhido a situações diferentes das previstas no projecto. Por exemplo, nos sistemas de distribuição de água doméstica existe a incerteza do crescimento populacional, da sua capitação ou mesmo da taxa de ligação ao longo do tempo. Um sistema mais flexível na exploração pode apresentar uma mais valia acrescida. Os custos de aquisição e os custos operacionais totalizam o custo total de uma instalação durante sua vida, estando directamente dependentes do diâmetro da tubagem e dos restantes componentes do sistema. Uma quantidade considerável das perdas da energia no sistema são devidas às perdas de carga contínua, mas também às verificadas em singularidades. 96

99 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia O diâmetro da tubagem deve então ser seleccionado com base nos seguintes factores: Economia da instalação (bombas e sistemas); Utilização de velocidades económicas, Considerar um diâmetro interno mínimo quando se transportam líquidos com sólidos; Considerar uma velocidade máxima de modo a minimizar a erosão na tubagem e acessórios; Considerar diâmetros padrão da tubagem em instalações semelhantes. Diminuir o diâmetro das tubagens tem os seguintes efeitos: diminuem os custos de aquisição de tubagens e acessórios da instalação; aumentam os custos da instalação da bomba e de operação em consequência do aumento de perdas de carga, resultando a necessidade de motores com maior potência; aumentam os custos de energia eléctrica; aumentam os custos de operação em consequência do maior consumo energético devido ao aumento de perdas por atrito. Analogamente, alguns custos aumentam com tamanho crescente da tubagem como por exemplo os de aquisição, mas outros diminuirão. As tubagens devem assim ser dimensionadas por critérios de minimização dos custos globais. O ponto de funcionamento de um sistema é determinado pela intersecção da curva da instalação e da curva característica do equipamento de pressurização como mostrado em Figura 3. Fig. 3 - Ponto de funcionamento de um sistema Um sistema pode necessitar de operar em diversos pontos de funcionamento, um dos quais determinará a escolha da bomba. Deve ser considerado com atenção a duração prevista para os diferentes pontos de funcionamento de modo a seleccionar correctamente o número de bombas a instalar e o comando e controlo. Os longos e fastidiosos cálculos associados ao cálculo das perdas de carga podem hoje, graças à capacidade de processamento, ser substituídos por programas informáticos, facilitando significativamente o processo de cálculo Aplicação a sistemas existentes As seguintes etapas indicam algumas tarefas que podem identificar pontos onde poderá ser possível melhorar um sistema de bombeamento existente: Realizar um inventário completo do sistema de bombeamento; Determinar os fluxos requeridos para cada carga no sistema; Equilibrar o sistema para encontrar os diferentes fluxos e cargas requeridas; Avaliar as perdas de carga no sistema; Efectuar mudanças à bomba para minimizar a carga no sistema; Identificar bombas com custo de manutenção elevado. Dois métodos podem ser usados na análise de sistemas de bombeamento existentes. O primeiro consiste em observar as condições de operação do sistema "in-situ", e o segundo consiste em executar cálculos usando as equações da mecânica dos fluidos. O primeiro método confia em observações efectuadas no sistema (pressões, pressões diferenciais, e caudais), enquanto que no segundo cria-se um modelo matemático, tão exacto quanto possível do sistema e depois simulam-se as pressões e os caudais dentro do modelo. Os dois modelos não são incompatíveis, mas completam-se. Observar o sistema permite ver como o sistema se comporta, mas as exigências operacionais do sistema limitam o âmbito da experimentação. Desenvolvendo um modelo do sistema, podem-se facilmente simular várias alternativas do sistema, mas antes o modelo deve ser validado para assegurar que representa exactamente o sistema que se está a estudar. Não obstante o método usado, o objectivo é ficar com uma ideia exacta de como as várias partes do sistema operam e identificar onde as melhorias podem ser feitas e o sistema optimizado. A seguinte lista de verificações fornece alguns tópicos úteis para reduzir o Custo do Ciclo de Vida de um sistema de bombeamento existente: Considerar todos os itens com custos relevantes no Custo do Ciclo de Vida; Escolher bombas e sistemas novos usando considerações do CCV; Optimizar o custo total considerando custos operacionais e custos de aquisição; Considerar a duração dos diferentes pontos de funcionamento da bomba; Combinar o equipamento às necessidades do sistema para o máximo rendimento; Combinar o tipo da bomba à solicitação pretendida; Não sobredimensionar a bomba; Especificar motores de elevada eficiência; Avaliar a eficácia do sistema; Monitorizar a bomba e o sistema; Considerar a energia desperdiçada em válvulas de controlo; Optimizar a manutenção preventiva; Seguir as normas do fabricante. 97

100 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia 5.6 Exemplos de aplicação do Custo do Ciclo de Vida Sistema de bombeamento existente com uma válvula de controlo de caudal Neste exemplo, um circuito de bombeamento transporta um líquido contendo alguns sólidos de um tanque de armazenamento para um tanque pressurizado. Um permutador de calor aquece o líquido, e uma válvula de controlo regula o caudal no tanque pressurizado a 80 m 3 /h. Na figura seguinte apresenta-se um esquema simplificado do sistema. c) Instalar um Variador de Frequência (VF), e remover a válvula de controlo; d) Manter o sistema actual, admitindo uma reparação anual da válvula. Na figura 5 são apresentados os pontos de funcionamento associados a cada uma das soluções. Reservatório Reservatório Pressurizado Bomba Permutador de Calor Fig. 4 - Sistema de bombeamento estudado O sistema apresenta problemas na válvula de controlo (VC) que falha devido à erosão causada pela cavitação. A válvula tem apresentado avarias a cada 10 a 12 meses com um custo médio de EUROS por reparação. Está a ser considerada a substituição da válvula existente por outra que possa resistir à cavitação. Antes da troca da válvula de controlo, foram consideradas outras opções e executada uma análise de custo do ciclo de vida às soluções alternativas. De modo a equacionar várias alternativas analisou-se o actual funcionamento do sistema. Verificou-se que a válvula de controlo opera actualmente com uma abertura de 15-20% e com um considerável ruído de cavitação. Parece que a válvula não se encontra correctamente adaptada à instalação. Após a revisão dos cálculos do projecto, descobriu-se que a bomba instalada estava sobredimensionada (110 m 3 /h em vez de 80 m 3 /h previstos), originando uma maior perda de pressão através da válvula de controlo do que inicialmente estimado. Em consequência do grande diferencial de pressão, a válvula apresenta danos de cavitação em intervalos regulares, demonstrando que a válvula instalada não é apropriada para este processo. As seguintes opções foram estudadas: Válvula de Controlo a) Substituir a válvula de controlo de modo a suportar o grande diferencial de pressão; b) Alterar o impulsor da bomba para reduzir a altura manométrica; Fig. 5 - Pontos de funcionamento de cada alternativa estudada. A substituição da válvula de controlo apresenta um custo de aquisição e instalação de Alterando o diâmetro do impulsor para 375 milímetros, a carga total da bomba é reduzida a 42.0 m e 80 m 3 /h. Esta perda de pressão reduz a pressão diferencial através da válvula de controle em 10 m, aproximando a válvula do ponto para que foi projectada. O custo de energia anual com o impulsor menor é por o ano, aos quais deve ser acrescentado para alterar o impulsor, valor que inclui o custo de desmontar e remontar a bomba. Um variador de frequência de 30 kw tem um custo de , acrescidos de Euros adicionais para a instalação e 500 anuais para manutenção. Espera-se que não seja necessário nenhuma reparação nos 8 anos seguintes. Mantendo o sistema inalterado resultará num custo anual de para reparação da válvula. Na análise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critérios e suposições: O preço de energia actual é actualmente 0.08 /kwh e a eficiência do motor de 90%; O processo é operado em 80 m 3 /h em horas/ano; O custo anual para a manutenção periódica das bombas é de 500 por ano, com um custo da reparação de cada segundo ano; Considerou-se o custo anual de manutenção periódica de um variador de frequência de 500 /ano. Não há nenhum custo de eliminação ambiental associada; Este projecto tem uma vida de 8 anos; A taxa de juro foi de 8% e uma taxa de actualização de 4% é esperado. Os cálculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma das quatro opções são resumidos no Quadro 1. 98

101 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia QUADRO 1 - CUSTOS DE CICLO DE VIDA (CCV) DAS VÁRIAS SOLUÇÕES ESTUDADAS Alternativa A Alternativa B Alternativa C Alternativa D Investimento inicial ( ) Custo da energia ( /kwh) 0,08 0,08 0,08 0,08 Potência média absorvida (kw) 23,1 14,0 11,6 23,1 Horas por ano Custo de energia ( ) Custos de manutenção ( ) Custos de reparação (cada 2 anos) ( ) Outros custos anuais ( ) Custos ambientais ( ) Custos de desmantelação ( ) Vida útil (anos) Taxa de juro (%) Taxa de actualização (%) Valor de CCV ( ) A opção B, alterar o impulsor, tem o Custo do Ciclo de Vida mais baixo e apresenta-se como a solução economicamente mais favorável, com base nos pressupostos apresentados Escolha do sistema de pressurização na fase de projecto a) Elevar a água para um reservatório superior Nesta opção, deverá ser instalado um reservatório superior a uma cota que permita uma pressão residual, no aparelho mais desfavorável. Existe portanto um único ponto de funcionamento como é demonstrado na figura seguinte: Neste exemplo será analisado o Custo do Ciclo de Vida para diferentes sistemas de pressurização a um edifício de habitação. De modo a simplificar a análise considera-se que o sistema de pressurização será alimentado directamente de um reservatório com nível constante onde a água é mantida à pressão atmosférica. Altura Manométrica Para garantir a pressão residual mínima, com um caudal de ponta de 18,6 m 3 /h, a altura manométrica deverá ser de 5.0 Bar. Fig. 6 Caudal Foram comparadas as seguintes soluções: a) Elevar a água para um reservatório superior, o qual abastecerá graviticamente toda a rede doméstica; b) Instalar uma central hidropneumática de velocidade fixa; c) Instalar uma central hidropneumática de velocidade variável. O funcionamento do sistema de pressurização funcionará, por ciclos, em função do volume do reservatório superior. No final de um ciclo (diário, semanal ou mensal) o volume de água elevado será igual ao volume de água consumido. Para este sistema optou-se pela instalação de duas bombas do tipo "CR 15-5", cujas parcelas do CCV são apresentadas no quadro 3. 99

102 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia b) Instalar uma central hidropneumática de velocidade fixa; Nesta solução, a pressurização será realizada por ciclos, entre a pressão máxima e mínima (estabelecida em função do caudal provável e a pressão residual no aparelho mais desfavorável). Consequentemente o caudal na rede variará entre os valores estabelecidos para arranque e paragem dos grupos. Neste sistema existe um conjunto de pontos de funcionamento, ao longo da curva característica da bomba. Assim, existe uma variação nos caudais bombeados, conforme é apresentado na figura 7. Optou-se pela instalação de uma central hidropneumática de velocidade fixa do tipo "Hydro 1000" composta por três bombas "CR 10-7". Os ciclos de funcionamento estão muito dependentes do consumo dos caudais na rede. Na análise de custos considerou-se o seguinte perfil de carga: QUADRO 2 - PERFIL DE CARGA CONSIDERADO Nas figuras seguintes são apresentadas as possíveis alterações às curvas características da bomba e da instalação, relativamente às situações anteriores. Em primeiro lugar, para a mesma altura geométrica, a curva característica da instalação variará por aumento do caudal (Fig 8a). Por outro lado, existindo por vezes desfasamento entre os consumos dos aparelhos de diferentes pisos, há variação do termo independente do caudal (a altura geométrica), logo a curva característica da instalação varia conforme é demonstrado na figura 8b. Há ainda a considerar que num sistema desta natureza, a velocidade de rotação da bomba pode variar, logo a curva característica da bomba toma as formas apresentadas na figura 8c. É assim possível responder a uma grande variabilidade de situações. O sistema de pressurização consegue assim satisfazer um grande número de solicitações ou leis de consumo, dentro dos limites impostos pelo equipamento electromecânico e pela instalação. Na figura 8d é apresentado a gama de pontos de funcionamento admitida por este sistema. Trata-se portanto de um sistema com grande flexibilidade. Caudal (%Qp) Pressão (%Pmáx) Tempo (h) Os gastos de energia são mais difíceis de estimar porque a variabilidade real dos caudais também o é. No presente exemplo foi estimado o mesmo perfil de carga definido para o sistema anterior. Trata-se de uma simplificação conservativa uma vez que em muitas situações o consumo de energia será inferior ao simulado. Os valores do CCV são resumidos no quadro 3. b) Fig. 8 - Curvas características Fig. 7 c) Instalar uma central hidropneumática com variador de frequência, junto ao reservatório inferior Neste sistema, embora de funcionamento mais simples, a análise do sistema é mais complexa uma vez que o bombeamento será directamente efectuado para a rede de distribuição, acompanhando portanto as flutuações de caudais verificados nesta. Fig

103 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia Na análise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critérios e suposições: Os custos dos equipamentos electromecânicos são valores médios de mercado. O preço de energia actual é 0.08 /kwh. Foi desprezado o custo da energia a diferentes horas do dia. O custo anual para reparação das bombas é de 500 por ano. Os custos anuais de manutenção para as alternativas A e B são de 500 e 400 para a alternativa C. Não há nenhum custo de eliminação ambiental associada. Este projecto tem uma vida de 20 anos. A taxa de juro e a taxa de actualização foram consideradas iguais a 3,5%; Não foram considerados os custos associados à construção do reservatório superior. Os cálculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma das quatro opções são resumidos no quadro 3. QUADRO 3 - CUSTOS DO CICLO DE VIDA (CCV) DAS VÁRIAS SOLUÇÕES ESTUDADAS Alternativa A(*) Alternativa B(**) Alternativa C(***) Investimento inicial (*)( ) Custo da energia ( /kwh) 0,08 0,08 0,08 Consumo de energia (kwh/ano) Custo de energia ( /ano) 452,4 654,3 492,32 Custos de manutenção ( /ano) Custo médio de reparação ( /ano) Outros custos anuais ( ) Custos ambientais ( ) Custos de desmantelação ( ) Vida útil (anos) Taxa de juro (%) 3,5 3,5 3,5 Taxa de actualização (%) 3,5 3,5 3,5 Valor de CCV ( ) (*) - "2xCR 15-5"; (**) -"Hydro 1000 C/S 3xCR 10-7"; (***) - "Hydro 2000 ME 3xCR 10-6" Nesta análise pode-se contactar que, com base nos dados e pressupostos utilizados, a alternativa C apresenta os maiores custos de primeiro investimento mas os menores em energia e manutenção. Situação inversa é verificada na alternativa B. Embora não tenha sido considerado no presente cálculo, a alternativa A pode apresentar problemas associados à exequibilidade da construção do reservatório à cota pretendida, de salubridade e de sobrecarga na estrutura do edifício. Pode-se ainda verificar que a parcela energia não é desprezável no valor final do CCV, uma vez que assume valores entre a mesma ordem de grandeza do investimento inicial (alternativa C) e o dobro do investimento inicial (alternativa B). Relativamente aos valores do CCV, os gastos de energia representa 24%, 33% e 26% para as alternativas A, B e C, respectivamente. 101

104 O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia 5.7 Referências bibliográficas Europump, Hydraulic Institute, US Department of Energy, "Pump life cycle costs: A guide to LCC analysis for pumping systems', (ISBN ) European Commission, "Study on improving the energy efficiency of pumps", February 2001 European Commission - SAVE, "Study on improving the efficiency of pumps", Stoffel, B. and Lauer, J., "Theoretically attainable efficiency of centrifugal pumps", VDMA project - Final report, Technical University of Darmstadt, Fuller, Sieglinde K., Petersen, Stephen R. "Life-cycle costing manual", Federal Energy Management Program,

105 Sistemas de Pressurização Grundfos 6. SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO GRUNDFOS Autor: Florindo Maia Director de Apoio a Projectistas Bombas Grundfos Portugal 103

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107 Sistemas de Pressurização Grundfos 6.1 Introdução Neste capítulo apresentamos as várias soluções práticas com que os sistemas de pressurização são comercializados pela Grundfos, integrando uma ou mais electrobombas, nas versões de velocidade fixa e velocidade variável. Os sistemas de pressurização, constituem um conjunto compacto e caracterizam-se por incorporar electrobombas e todos os componentes de controlo, de potência e hidráulicos que permitem o seu funcionamento integral. Os controlos diferenciam os vários sistemas de pressurização permitindo ajustá-los às exigências da instalação, obtendo-se diferentes níveis de eficiência e fiabilidade de exploração. Nos exemplos apresentados são sempre referidas as electrobombas multicelulares verticais CR ou CRE, com variação de velocidade integrada, podendo porém ser utilizados outros tipos de electrobombas de superfície ou submersíveis. 6.2 Sistemas de pressurização com grupos electrobomba de velocidade fixa Sistema Hydro Sistema Hydro 100 HP Constituição É constituído por um grupo electrobomba montado numa base, incluindo válvula de retenção, manómetro, pressóstato, acessório de intersecção e depósito de membrana, podendo como opcional ser equipado o quadro eléctrico e respectivo suporte de fixação. Modo de funcionamento No acto da instalação deve-se proceder à regulação do pressóstato em função da pressão de arranque e paragem pretendida. Não existindo consumo de água, o grupo electrobomba não funciona dado que o depósito está com uma reserva de água, e consequentemente o sistema está sobre pressão. Havendo necessidade de consumo, será a reserva de água existente no depósito sob pressão que fornecerá esta até à pressão de arranque do grupo electrobomba. O grupo electrobomba funcionará para que o depósito seja novamente enchido até atingir a pressão de paragem pré-regulada. Código de identificação Gama Grupo hidropneumático Tipo grupo electrobomba Capacidade do depósito Sistema Hydro 100 HM Constituição Este sistema hidropneumático é constituído por 2 ou mais grupos electrobomba montados numa base comum, tendo uma válvula de seccionamento e retenção por grupo electrobomba, colector de compressão comum, pressóstatos (um por grupo electrobomba), manómetro, quadro eléctrico, depósito de membrana. Diagrama de princípio Hydro100 HP CR Diagrama de princípio Depósito de Membrana Pressóstato Manómetro Contactor Grupo electrobomba Válvula de Retenção Válvula de Seccionamento Simbologia VÁLVULA DE RETENÇÃO PRESSÓSTATO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO MANÓMETRO COLECTOR CABOS ELÉCTRICOS Válvula de pesca Limite de fornecimento DEPÓSITO TUBAGEM QUADRO ELÉCTRICO 105

108 Sistemas de Pressurização Grundfos Modo de funcionamento O depósito de membrana fornece água a consumir desde que os grupos electrobomba estejam parados. Após a pressão descer abaixo do valor mínimo, o primeiro grupo electrobomba entra em funcionamento. Se o consumo de água continuar a aumentar, mais grupos electrobomba arrancam em cascata até conseguirem fornecer o caudal necessário para manter a pressão dentro do intervalo regulado. Quando o consumo de água diminuir, a pressão na descarga aumentará e o controlador após receber esta informação do pressóstato, dará ordem de paragem dos grupos electrobomba. Código de identificação Gama Central com depósito N.º de grupos electrobomba Tipo do grupo electrobomba Capacidade do depósito Sistema Hydro 100 HS Constituição Este sistema hidropneumático é constituído por 2 ou mais grupos electrobomba, montados numa base comum, tendo uma válvula de seccionamento e retenção por grupo electrobomba, colector de compressão comum, pressóstatos (um por grupo electrobomba e compressor de ar), manómetro, quadro eléctrico, reservatório de água sem membrana equipado com sistema de controlo de nível. Diagrama de princípio Hydro100 HM 2 CR Modo de funcionamento Este sistema efectua o sistema de arranque e paragem por intermédio da regulação dos pressóstatos em sistema de cascata. Assim que haja consumo de água, o primeiro abastecimento é efectuado pelo reservatório. Quando a pressão baixa até ao ponto de regulação, um dos grupos electrobomba arranca, se o consumo de água continuar a aumentar, os restantes grupos electrobomba entram em funcionamento, em sequência (um a um). Ao reduzir o consumo de água, a pressão de descarga sobe e os grupos electrobomba são desligados em sequência inversa, assim que atingem as respectivas pressões de paragem. O compressor arranca quando solicitado, apenas quando um dos grupos electrobomba começar a funcionar e seja detectado nível mínimo no reservatório, parando assim que atinja a pressão pretendida. Código de identificação Gama Central com reservatório N.º de grupos electrobomba Tipo de grupo electrobomba Capacidade reservatório Sistema Hydro 1000 Hydro100 HS 2 CR Sistema Hydro 1000 CS Constituição É constituído por dois a quatro grupos electrobomba verticais CR, montados em paralelo sobre uma base comum, tendo uma válvula de seccionamento, e de retenção por grupo electrobomba, colector de compressão comum, pressóstatos, manómetros, quadro eléctrico completo com unidade electrónica CS 1000 e depósito de membrana. Simbologia VÁLVULA DE RETENÇÃO MANÓMETRO Para além dos grupos electrobomba principais, também poderá funcionar com uma electrobomba de baixo caudal com um grupo electrobomba auxiliar ( jockey). GRUPO ELECTROBOMBA VÁLVULA DE SECCIONAMENTO PRESSÓSTATO VÁLVULA DE SEGURANÇA PORTA ELÉCTRODO RESERVATÓRIO VÁLVULA DE RETENÇÃO DE AR VISOR DE NÍVEL COMPRESSOR CABOS ELÉCTRICOS TUBAGEM COLECTOR QUADRO ELÉCTRICO 106

109 Sistemas de Pressurização Grundfos Diagrama de princípio Três grupos electrobomba em funcionamento. GRUPO ELECTROBOMBA TRANSDUTOR DE PRESSÃO VÁLVULA DE RETENÇÃO MANÓMETRO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO A central Grundfos Hydro 1000 mantém a pressão praticamente constante através da activação ou desactivação de grupos electrobomba, dependendo das necessidades. O controlador CS 1000 altera a ordem de arranque após a paragem dos grupos electrobomba. Desta forma o tempo de funcionamento é distribuído entre os grupos electrobomba. Código de identificação HYDRO 1000 CS 3 CR Modo de funcionamento Quatro grupos electrobomba iguais controlados através de pressóstatos e um depósito de membrana. Tipo Controlo arranque/paragem Número de grupos electrobomba Tipo de grupos electrobomba Capacidade depósito Sistema Hydro Sistema Hydro 2000 MS Constituição O sistema de pressurização Hydro 2000 é constituído por 2 a 6 grupos electrobomba CR em paralelo montados numa base comum, providos com todos os acessórios necessários e quadro eléctrico de comando com Controlo Diagrama de princípio Um grupo electrobomba em funcionamento. GRUPO ELECTROBOMBA VÁLVULA DE RETENÇÃO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO TRANSDUTOR DE PRESSÃO MANÓMETRO 107

110 Sistemas de Pressurização Grundfos Modo de funcionamento Diagrama de princípio Quatro grupos electrobomba idênticos com controlo por arranque/paragem, através dos contactores-arrancadores e depósito de membrana. GRUPO ELECTROBOMBA VÁLVULA DE RETENÇÃO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO TRANSDUTOR DE PRESSÃO MANÓMETRO Um grupo electrobomba em funcionamento. Modo de funcionamento Um grupo electrobomba auxiliar com 50% da capacidade de um grupo electrobomba principal, três grupos electrobomba principais idênticos, com controlo por arranque- -paragem através dos contactores-arrancadores, depósito de membrana. Três grupos electrobomba em funcionamento. A central supressora Hydro 2000 MS mantém uma pressão quase constante, através do comando, ligando ou desligando os grupos electrobomba, conforme as necessidades. Um grupo electrobomba com 50% da capacidade do grupo electrobomba principal, em funcionamento. A alternância de funcionamento dos grupos electrobomba é automática, e depende da carga, período de tempo ou de avaria. A pressão de paragem (H stop ) não pode ser configurada, pelo facto de ser determinada automaticamente Hydro 2000 MSH Um grupo electrobomba principal e um grupo electrobomba auxiliar com 50% da capacidade do grupo electrobomba em funcionamento. Constituição O sistema de pressurização Hydro 2000 MSH é constituído por 2 a 6 grupos electrobomba, sendo um grupo electrobomba auxiliar com 50% de capacidade dos grupos principais. 108

111 Sistemas de Pressurização Grundfos A central supressora Hydro 2000 MSH, mantém uma pressão quase constante, através do comando ligando ou desligando o grupo electrobomba auxiliar dos grupos electrobomba principais, dependendo das necessidades. O grupo electrobomba auxiliar arranca sempre em primeiro lugar e pára quando um grupo electrobomba principal entra em funcionamento. A alternância entre os grupos electrobomba principais é automática e depende da carga, período de tempo ou de uma avaria. A pressão de paragem (H stop ) não pode ser configurada, pelo facto de ser determinada automaticamente. Código de identificação Hydro 2000 MSH 2 CR CR PMU 80 L Tipo de central Subgrupo: MS - MSH Número de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Número de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depósito de membrana / Capacidade 6.3 Sistemas de pressurização com grupos electrobomba de velocidade variável Diagrama de princípio Sistema Hydro Solo E Constituição É constituído por um único grupo electrobomba da gama CRE, com sistema de variação de velocidade incorporado na caixa de controlo integrada no motor, interruptor de corte geral, transdutor de pressão, manómetro, válvula de retenção e seccionamento na compressão e depósito de membrana assente sobre uma base de inox. GRUPO ELECTROBOMBA VÁLVULA DE RETENÇÃO VÁLVULA DE ISOLAMENTO TRANSDUTOR DE PRESSÃO MANÓMETRO 109

112 Sistemas de Pressurização Grundfos Modo de funcionamento Diagrama de princípio PRESSÃO DE PARAGEM H PRESSÃO DE ARRANQUE Definida a pressão de ajuste na caixa de controlo, o grupo electrobomba irá adaptar a sua velocidade ao consumo de água requerido, mantendo uma pressão constante. VÁLVULA DE GRUPO RETENÇÃO ELECTROBOMBA TRANSDUTOR DE MANÓMETRO PRESSÃO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO Quando o transdutor de pressão detecta um valor abaixo do requerido (setpoint) a velocidade do grupo electrobomba aumenta até ao valor pretendido fazendo variar a pressão num valor de 0,5 H acima, parando de seguida. Para um valor 0,5 H abaixo do setpoint, a electrobomba arranca satisfazendo o consumo. Para pequenos consumos (caudais reduzidos, fugas, etc.) será o depósito de membrana que suprirá estas necessidades evitando arranques, aumentando assim o rendimento do sistema. Modo de funcionamento - Hydro 2000 ME Três grupos electrobomba idênticos com motores MGE e depósito de membrana. O valor H é cerca de 10% do setpoint. Código de identificação Exemplo Hydro Solo-E CRE x V Gama Subgrupo Tipo de grupo electrobomba Tensão Um grupo electrobomba em funcionamento Sistema Hydro 2000 E Constituição O sistema de pressurização Hydro 2000 E consiste em 2 a 6 grupos electrobomba CRE/CR em paralelo, montados em base comum, providos com todos os acessórios necessários e quadro eléctrico de comando com controlo Três grupos electrobomba em funcionamento. 110

113 Sistemas de Pressurização Grundfos A central supressora Hydro 2000 ME mantém uma pressão constante através da variação de velocidade dos grupos electrobomba ligados. O funcionamento do sistema é regulado de acordo com as necessidades, através do ligar/desligar dos grupos electrobomba e do controlo paralelo dos grupos electrobomba em funcionamento. A alternância dos grupos electrobomba é automática e depende da carga, período de tempo e de avarias. A alternância dos grupos electrobomba é automática e depende da carga, do tempo e de avarias. - Hydro 2000 MES Um grupo electrobomba com motor MGE, dois ou três grupos electrobomba principais com controlo arranque/ /paragem e depósito de membrana. - Hydro 2000 MEH Dois grupos electrobomba com motores MGE, com 50% da capacidade do grupo electrobomba principal, um ou dois grupos electrobomba principais com controlo arranque/ /paragem e depósito de membrana. Um grupo electrobomba com motor MGE e depósito de membrana em funcionamento. Um grupo electrobomba auxiliar de 50% da capacidade com motor MGE em funcionamento. Um grupo electrobomba com motor MGE e dois grupos electrobomba controlados por arranque/paragem em funcionamento. Um grupo electrobomba auxiliar com motor MGE e grupo electrobomba principal em funcionamento. A central supressora Hydro 2000 MEH, mantém uma pressão constante através da variação de velocidade dos dois grupos electrobomba auxiliares com motores MGE, enquanto o grupo electrobomba principal é controlado através de arranque/paragem. O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE é sempre o primeiro a arrancar. A central supressora Hydro 2000 MES mantém uma pressão constante através da variação de velocidade com motor MGE, enquanto os restantes grupos electrobomba são controlados por arranque/paragem, conforme as necessidades, alcançando deste modo um desempenho correspondente ao consumo. - O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE arranca sempre em primeiro. - A alternância dos grupos electrobomba é automática e depende da carga, do período de tempo e de avarias. 111

114 Sistemas de Pressurização Grundfos Código de identificação Hydro 2000 MEH 2 CR CRE 32-2 PMU 300 L Tipo de central Subgrupo: ME - MEH - MES Número de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Número de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depósito de membrana / Capacidade Sistema Hydro 2000 F Constituição O sistema de pressurização Hydro 2000 F é constituído por 2 a 6 grupos electrobomba CR em paralelo, montados em base comum, providos com todos os acessórios e quadro eléctrico com controlo 2000 e conversor de frequência. Diagrama de princípio Um grupo electrobomba em funcionamento através do conversor de frequência. VÁLVULA DE GRUPO RETENÇÃO ELECTROBOMBA TRANSDUTOR DE MANÓMETRO PRESSÃO VÁLVULA DE SECCIONAMENTO Um grupo electrobomba em funcionamento através do conversor de frequência e dois grupos electrobomba que funcionam através da rede eléctrica (arranque/paragem). Modo de funcionamento - Hydro 2000 MF Quatro grupos electrobomba idênticos e depósito de membrana: um dos grupos electrobomba é controlado através do conversor de frequência e os restantes por arranque/paragem por meio de contactores. 112

115 Sistemas de Pressurização Grundfos A central hidropressora Hydro 2000 MF, mantém uma pressão constante através da variação contínua de um dos dois grupos electrobomba. Os restantes grupos electrobomba arrancam ou param dependendo das necessidades. O grupo electrobomba controlado pelo conversor de frequência arranca sempre em primeiro lugar. A alternância dos grupos electrobomba é automática e depende da carga, período de tempo ou de uma avaria. Todos os grupos electrobomba são alternadamente controlados através do conversor de frequência. - Hydro 2000 MFH Dois grupos electrobomba auxiliares com 50% da capacidade de um grupo electrobomba principal, e um ou dois grupos electrobomba principais. Os dois grupos electrobomba auxiliares são alternadamente controlados através do conversor de frequência e os dois grupos electrobombas principais por comando arranque/paragem. Um grupo electrobomba com 50% da capacidade em funcionamento através do conversor de frequência. Um grupo electrobomba auxiliar a 50% da capacidade em funcionamento através do conversor de frequência e um grupo electrobomba principal que funciona através da rede eléctrica (arranque/paragem). A central hidropressora Hydro 2000 MFH mantém uma pressão constante através da variação contínua de velocidade de um grupo electrobomba de 50% da capacidade e os restantes grupos electrobomba são através do comando ligado/desligado conforme as necessidades. O grupo electrobomba auxiliar, controlado através do conversor de frequência, é sempre o primeiro a arrancar. A alternância dos grupos electrobomba é automática e depende da carga, período de tempo ou de uma avaria. Código de identificação Hydro 2000 MFH 2 CR CRE 32-2 PMU 300 L Tipo de central Subgrupo: MF - MFH Número de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Número de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depósito de membrana / Capacidade 6.4 Teste de sistemas Para mais fácil compreensão das características dos sistemas de pressurização com velocidade variável e velocidade fixa, no respeitante à evolução da pressão e da potência consumida na gama de caudais cobertos pelos sistemas, poder- -se-á apreciar nas folhas de teste anexas os diferentes comportamentos registados. 113

116 Sistemas de Pressurização Grundfos Folha de Teste de Centrais Certificado N.º Cliente Encom enda Cliente Encom enda Fabrica Tipo de Bom ba/central Codigo Bom ba/central N.ºSerie Bom ba/central Tipo de M otor N.ºProduto M otor H2000 M E3CRE45-2c/Depósito de300l 9143D /0507VJ Altura nom inal Caudalnom inal N.ºde Fases Frequencia Tensão Potência Veloc.Rotação Tem peratura Am biente Tem peratura da Água 38,7 m 3x45 m 3/h 3 50 Hz 400 V 3x7,5 kw 1/m in. 13,8 ºC 12,5 ºC N º. Q H F cos U U U V U W IR IS IT P1 (m 3/h) (m ) (Hz) phi (V) (V) (V) (A) (A) (A) (kw ) 1 0,0 38,5 50,0 0,90 398,2 400,8 399,7 4,3 4,4 4,1 2,6 2 18,1 38,5 50,0 0,93 397,8 400,5 399,1 6,3 6,5 6,1 4,0 3 44,5 38,4 50,0 0,96 396,7 399,3 397,7 14,9 15,2 15,0 9,9 4 76,8 38,4 50,0 0,96 397,4 399,9 399,1 19,6 19,9 19,7 13,1 5 98,0 38,4 50,0 0,96 397,4 399,6 398,9 25,6 26,1 25,8 17, ,4 38,4 50,0 0,96 397,0 399,1 399,0 32,3 32,6 32,5 21, ,0 37,8 50,0 0,96 396,8 398,5 398,5 34,0 34,2 34,1 22, ,2 29,1 50,0 0,97 396,8 398,7 398,1 35,6 36,2 36,0 23, ,5 26,8 50,0 0,97 396,7 398,8 398,3 35,8 36,4 36,2 24, H (m ) P1(kW ) Q (m 3/h) 0 Curva da Bom ba Curva de Potência D ata O perador Bancada de Ensaio Testem unho : : : : :00:01 114

117 Sistemas de Pressurização Grundfos Folha de Teste de Centrais Certificado N.º Cliente Encom enda Cliente Encom enda Fabrica Tipo de Bom ba/central Codigo Bom ba/central N.ºSerie Bom ba/central Tipo de M otor N.ºProduto M otor H1000 3CR10-10 com Depósito de200l 9143A /0504EG Altura nom inal Caudalnom inal N.ºde Fases Frequencia Tensão Potência Veloc.Rotação Tem peratura Am biente Tem peratura da Água 81,6 m 3x10 m 3/h 3 50 Hz 400 V 3x4 kw 1/m in. 14,8 ºC 13,5 ºC N º. Q H F cos U U U V U W IR IS IT P1 (m 3/h) (m ) (Hz) phi (V) (V) (V) (A) (A) (A) (kw ) 1 0,0 80,3 50,0 0,40 398,1 400,0 398,7 0,8 0,8 0,0 0,2 2 12,1 70,7 50,0 0,87 397,0 399,3 397,8 7,2 7,9 7,3 4,4 3 13,6 68,3 50,0 0,87 396,3 398,7 397,5 7,4 8,1 7,6 4,6 4 13,4 67,8 50,0 0,87 396,4 398,5 397,5 7,5 8,0 7,6 4,6 5 14,6 84,5 50,0 0,87 396,0 398,0 397,0 14,8 15,2 15,2 8,9 6 23,1 77,3 50,0 0,86 396,9 399,1 397,7 14,7 15,2 15,1 8,9 7 24,7 69,2 50,0 0,86 396,6 399,2 397,4 14,4 15,2 15,0 8,8 8 25,9 64,4 50,0 0,86 396,7 399,3 398,0 14,3 14,8 14,9 8,6 9 27,2 69,5 50,0 0,86 396,5 399,0 397,7 14,2 14,8 14,8 8, ,4 71,9 50,0 0,86 396,5 398,9 397,6 21,5 22,0 22,4 13, ,2 70,8 50,0 0,86 396,7 399,3 397,9 21,3 21,8 22,1 12,8 H (m ) Q (m 3/h) P1(kW ) Curva da Bom ba Curva de Potência Data O perador Bancada de Ensaio Testem unho : : : : :08:08 115

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119 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão 7. SISTEMAS DE CONTROLO, COMUNICAÇÃO E GESTÃO Autor: José Dias Director de Serviço Pós-Venda Bombas Grundfos Portugal 117

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121 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão 7.1 Introdução Definições: O sistema de controlo cumpre o processo que permite operar de forma automática o funcionamento das bombas de um modo seguro e eficaz. O sistema de comunicação cumpre o processo pelo qual a mensagem é transmitida de modo seguro entre o sistema de controlo e o equipamento accionado. A gestão cumpre o processo pelo qual é possível contabilizar os diversos parâmetros, custos de exploração, custos de manutenção, controlo e rentabilização de exploração, em termos energéticos e de serviço, entre outros. Permite ou não efectuar relatórios por forma a ajudar ao melhor aproveitamento das variáveis necessárias ao processo de funcionamento. Pode elaborar mapas de controlo automáticos, bem como registo de avarias ou acontecimentos importantes para optimizar o funcionamento dos equipamentos de bombeamento (bombas, válvulas, aparelhagem de medida e controlo). 7.2 Controlo de sistemas de bombeamento Cada bomba ou conjunto de bombas, deve efectuar a sua função de modo aceitável para a sua aplicação. Daí que cada sistema de bombeamento necessita sempre de um conjunto de equipamentos externos às bombas, aplicados em diferentes pontos da instalação, de forma a assegurar a operacionalidade das bombas de acordo com a metodologia recomendada. As bombas necessitam por isso sempre de um sistema de controlo, de modo a efectuarem correctamente as funções para as quais foram seleccionadas e projectadas, servindo a necessidade dos utilizadores. Esse sistema pode estar inserido num quadro eléctrico de controlo, cumprindo as normas eléctricas nacionais de segurança, ou um controlo interno próprio que desempenhe as mesmas funções de uma forma eficaz (controlo electrónico integrado) Controlo por nível O sistema de controlo por nível requer a utilização de equipamentos eléctricos ou mecânicos, para a indicação ou medida, instalados nos tanques, cisternas, poços ou outros locais, de modo a operar os equipamentos de bombeamento de uma forma criteriosa e segura, tanto para a instalação como para os diversos componentes presentes neste processo. Neste sentido, a selecção e instalação das sondas ou eléctrodos deve ser cuidadosa, tendo em atenção a localização da instalação, a operacionalidade dos mesmos, a sua manutenção e eficiência, entre outros. A fim de assegurar uma correcta operacionalidade dos sistemas de controlo, devem as sondas e sensores ser instalados com a redundância necessária a fim de assegurar o controlo e a garantir a maior segurança e operacionalidade com o mínimo risco de avaria ou falha. O controlo por nível deve ser desenvolvido de acordo com a aplicação específica, mantendo sempre em atenção os requisitos de segurança atrás referidos, ou outros que se entenderem beneficiar a instalação. Este deve operar as bombas de acordo com a potência instalada e de acordo com os objectivos do projecto. Este tipo de controlo visa efectuar o enchimento constante de um tanque ou cisterna, onde a necessidade do nível não carece de ser controlada com elevado rigor mas visa essencialmente, manter a reserva de água com níveis aproximados de modo a serem utilizados na medida das necessidades. Os quadros de controlo da Grundfos (QES) estão preparados para instalação de sensores de nível de uma forma selectiva e ordenada permitindo desempenhar com maior eficiência, segurança e operação da instalação Controlo por caudal Visando essencialmente manter o caudal desejado para a instalação, deve ser usado de acordo com a instalação e de acordo com a selecção dos outros equipamentos de bombeamento. Este tipo de controlo visa o controlo rigoroso do caudal, possibilitando assim assegurar o correcto abastecimento da instalação. Este rigor é tanto mais preciso quanto melhor for o equipamento de medida e o controlo das bombas. A Grundfos, possui sistemas de controlo adequados a cada tipo de aplicação, tendo para tal desenvolvido o respectivo software de controlo adequado a cada tipo de electrobomba com variação de velocidade, onde a melhor eficiência para cada tipo de instalação é facilmente ajustável, tanto de uma forma automática como de uma forma manual, disponibilizando para tal, um elevado número de parâmetros que permitem rentabilizar a eficiência das bombas Controlo por pressão Tradicionalmente o controlo por pressão pode ser efectuado por recurso a um sistema de pressóstatos e vaso de expansão, ou recorrendo ao sistema de controlo por transdutor de pressão integrando os processadores Grundfos desenhados e desenvolvidos para o efeito. Nesta área a Grundfos tem aperfeiçoado e desenvolvido o mais moderno software e aplicando-o aos seus processadores para utilização nos quadros H2000 onde, com o auxílio de conversores de frequência por si desenvolvidos, permite racionalizar o funcionamento das centrais de bombeamento de uma forma harmoniosa e eficaz oferecendo uma elevada performance nas aplicações onde é utilizada. Garante-se assim um valor de pressão constante na rede de abastecimento independente da variação dos consumos. 119

122 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão Outros tipos de controlo Existem muitos tipos de controlo possíveis de aplicar, no entanto estes devem ser efectuados de acordo com as necessidades de cada instalação. Entre eles destacamos outros, como: controlo por diferença de nível, por diferença de pressão, por diferença de caudais ou sistemas em que se actue de acordo com as necessidades de nível, caudal ou pressão. Pretendemos assim apenas referir-se algumas das variantes possíveis, mas muitas mais existem Controlos mistos Quando se trata de projectar uma instalação tendo vários tipos de controlo a ela ligados, isto é, em que se necessite de conjugar várias grandezas, referimo-nos a controlos mistos. É possível integrar este tipo de controlos com os controlos Grundfos. Como exemplo podemos referir o controlo do nível do tanque ou cisterna a abastecer simplesmente uma rede sobre pressão Controlos integrados Sistemas de controlo diversos, integrados na mesma rede com o objectivo de controlar automática e/ou manualmente, toda a instalação, visando a protecção dos equipamentos, das instalações e dos sistemas de exploração. 7.3 Comunicação entre sistemas de bombeamento Necessidade de comunicação Com o objectivo de controlar o funcionamento dos equipamentos à distância é necessário dotar as instalações de meios pelos quais cada unidade possa observar o comportamento da outra e actuar automaticamente operando de modo a avisar o operador ou a desenvolver rotinas automáticas para corrigir qualquer anomalia ou processo alternativo necessário. Para isso podem utilizar-se vários processos de comunicação conforme as necessidades e aplicação, dos quais abordamos apenas alguns Comunicação entre sistemas de controlo da mesma rede Diferentes níveis de controlo remoto As modernas unidades de controlo de bombas permitem que o sistema de controlo e monitorização seja personalizado de acordo com as funções requeridas pelo projecto, de acordo com os recursos disponíveis para investimento. Caso seja preferido um simples sistema de transferência automática de alarmes, a unidade de controlo pode ser equipada com um modem GSM, que procederá à transferência dos alarmes gerados pela unidade de controlo para o telefone do responsável, sob a forma de uma mensagem SMS. Um sistema deste tipo proporciona um enorme aumento na fiabilidade operacional com um investimento moderado, visto que não existe nenhum centro de controlo. Por outro lado, as unidades de controlo modernas são capazes de utilizar a totalidade do espaço da mensagem SMS, adicionando as informações registadas e analisadas mais importantes à mensagem de alarme. Por exemplo, estas informações poderão consistir no tempo de funcionamento das bombas, número de arranques, consumo de energia, pressão, etc. Caso um sistema deste tipo crie relatórios automáticos e proceda à sua transferência semanal para o responsável, mesmo que não ocorram quaisquer situações de alarme, será possível evitar grande parte das habituais visitas às estações de bombeamento. Caso seja introduzido um sistema de controlo remoto e monitorização ao nível da rede, existem vários modos de implementar a ligação de comunicações entre as estações exteriores e o centro de controlo, conforme descrito nas secções seguintes Transmissão de dados Fig. 1 - Comunicação directa ou individual Apesar das unidades de controlo das bombas terem um funcionamento totalmente independente, a transmissão de dados é crucial ao funcionamento dos sistemas de controlo remoto. O tempo necessário para a transferência de dados pode ser diminuído se a unidade de controlo das bombas efectuar localmente a totalidade da análise dos dados e armazenar os resultados na respectiva memória. 120

123 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão Assim sendo, só será necessário transferir os resultados calculados para o centro de controlo, em vez de todos os dados registados. Isto também permite que as unidades de controlo das bombas funcionem independentemente, sem necessitarem de estar permanentemente ligadas ao centro de controlo. Os resultados também podem ser armazenados na estação exterior durante algum tempo, normalmente uma semana, antes de serem automaticamente enviados em conjunto, dependendo apenas do número de informações requeridas. Esta é uma característica importante, caso existam interrupções indefinidas na ligação de comunicações. A transmissão de dados é sempre configurada de acordo com as necessidades individuais. A ligação das comunicações tem de ser flexível e permite normalmente a utilização da rede telefónica pública, de modems de rádio, modems GSM ou qualquer combinação destes. Também é possível utilizar linhas dedicadas, mas este método é raramente utilizado nos últimos tempos devido ao aumento dos custos e da fiabilidade incerta. Ambas as extremidades da ligação de comunicações necessitam de um modem para modular os dados para transferência. A escolha de um método de transferência tem de ser da responsabilidade do utilizador, tomando em consideração os custos de instalação, os custos da transmissão de dados e as características requeridas e proporcionadas por cada método. De uma maneira geral, os modems de rádio e as linhas dedicadas são utilizados quando as distâncias são curtas e quando existe a necessidade de comunicação contínua, tal como acontece, por exemplo, com os circuitos de controlo entre os depósitos de água potável e as estações de captação. Se estiverem ligadas através da rede telefónica pública, as estações de bombeamento e a estação de controlo central podem estar situadas a uma grande distância praticamente ilimitada uma da outra. A rede telefónica pública também permite autorizar outras entidades, tais como fornecedores de equipamentos e empresas de serviços, a acederem a uma estação elevatória com objectivos específicos. A moderna tecnologia de telecomunicações GSM constitui uma solução apelativa para o controlo e monitorização remotos de estações exteriores localizadas a grandes distâncias do centro de controlo. A tecnologia GSM constitui frequentemente a melhor alternativa para adaptação de instalações já existentes, uma vez que a instalação de linhas de acesso de PSTN é dispendiosa e a sua disponibilidade poderá estar limitada. Todas as tendências indicam que as comunicações por modem GSM irão tornar-se cada vez mais populares no futuro Transferência de alarmes Os alarmes provenientes de uma estação exterior são transferidos para o centro de controlo, em cuja base de dados são armazenados todos os alarmes recebidos. O software de administração em execução no computador do centro de controlo efectua a categorização automática dos alarmes, bem como o agendamento das tarefas do pessoal técnico de serviço, o que lhe permite transferir o alarme para a pessoa certa no momento exacto (caso o alarme esteja categorizado para transferência). Ocasionalmente, o computador do centro de controlo também está equipado com uma impressora separada para os alarmes, cuja função é imprimir todos os alarmes para análise posterior. Normalmente, os alarmes são transferidos para o telefone GSM do técnico de serviço sob a forma de uma mensagem SMS (de texto). Para além do texto do alarme, esta mensagem poderá incluir informações mais detalhadas sobre o estado da estação de bombeamento (em funcionamento/parada/falha), o volume de bombeamento durante o dia, o tempo de funcionamento das bombas, outros alarmes activos (configurados para não serem transferidos), etc. Os alarmes também podem ser transferidos por pager. O computador do centro de controlo cria o texto do relatório de alarme, contacta o operador do pager e envia a mensagem que será apresentada no pager. Tipicamente, a mensagem contém informações codificadas sobre a identidade da estação e o tipo de alarme emitido. 7.4 Gestão integrada entre sistemas de bombeamento Fig. 2 - Painel de supervisão de gestão integrada Monitorização e gestão de sistemas mistos Controlo e monitorização de estações de bombeamento Todas as estações de bombeamento, quer trabalhem individualmente quer façam parte de uma rede de abastecimento ou de rega, composta por várias estações de bombeamento, devem ser controladas fiavelmente de modo a proporcionarem um funcionamento seguro e eficiente. A actual tecnologia de controlo electrónico permite conceber e projectar sistemas de controlo e monitorização versáteis, destinados a reduzir os custos de funcionamento a longo 121

124 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão prazo e a aumentar a sua fiabilidade. As estações de bombeamento não fiáveis representam um risco ecológico e financeiro, sob a forma da descarga de águas para o ambiente ou para as caves de edifícios, bem como inibe os utilizadores de usufruírem do bem de que necessitam. Por este motivo, a fiabilidade é a principal preocupação relacionada com a concepção de uma unidade de controlo para uma estação de bombeamento. A Grundfos estudou e desenvolveu diversos tipos de controlos para diferentes aplicações, tendo como preocupação fundamental a fiabilidade das instalações e dos equipamentos de bombeamento. Recorrendo a diversos tipos de sensores, que monitorizam as estações de bombeamento, desenvolveu softwares próprios e processos electrónicos para a perfeita adaptação das electrobombas que fabrica, às aplicações mais diversas. Através dos controladores H1000 e H2000 é possível usufruir, em cada sistema, do seu melhor desempenho, tendo sempre em atenção os custos energéticos, de manutenção e exploração, bem como a defesa do meio ambiente e o conforto do utilizador. Também a nível do controlo, é agora possível um sistema de monitorização ao nível de rede e as possibilidades futuras de combinação da internet e da tecnologia WAP Integração do sistema Um sistema de controlo e monitorização de estações de bombeamento pode ser integrado com outro sistema de controlo, tal como um sistema de controlo da estação de tratamento ou um sistema de controlo integrado da empresa responsável pela rede de abastecimento público de água. A integração não significa que todos os sistemas serão executados no mesmo computador com o mesmo software. A integração de sistemas é normalmente útil para seleccionar o melhor sistema para cada aplicação e para os combinar a um nível adequado. Esta solução poderia permitir utilizar software comum para a transferência e comunicação de alarmes. Para possibilitar esta integração, os sistemas devem ser concebidos utilizando procedimentos padrão, tais como sistemas operativos de PC e protocolos padrão de transmissão de dados e entrada e saída de sinais Controlo e monitorização remotos baseados na Internet e WAP As mensagens de alarme transferidas para os técnicos de serviço sob a forma de mensagens SMS são exclusivamente informações unidireccionais. Se o técnico de serviço tivesse a possibilidade de controlar o sistema e alterar alguns parâmetros cruciais a partir do respectivo telemóvel quando estivesse em viagem, poderia alcançar-se a flexibilidade total proporcionada por um centro de controlo móvel. As mais recentes inovações nas técnicas de controlo e monitorização remotos envolvem a utilização da Internet e da tecnologia WAP para ultrapassar as limitações dos sistemas de monitorização tradicionais anteriormente descritos. Os sistemas de controlo e monitorização através da Internet/WAP permitem igualmente que a monitorização remota seja proposta aos serviços públicos ou entidades particulares de abastecimento de água. O sistema de controlo e monitorização baseado na Internet permite consultar e criar relatórios dos dados históricos das estações de bombeamento a partir de múltiplas localizações, possibilitando a utilização das informações sempre que tal seja necessário, independentemente da localização. Por exemplo, depois de introduzirem a respectiva identificação, os operadores, técnicos de serviço, gestores, engenheiros do sistema de abastecimento, etc., poderão consultar os dados históricos detalhados das estações exteriores a partir dos computadores instalados no próprio local de trabalho Vantagens de um sistema integrado Fig. 3 - Vários sistemas integrados Funções de controlo O parâmetro mais comum de uma estação de bombeamento H2000, é medir a pressão de abastecimento. Este tipo de unidade de controlo utiliza sempre um transdutor ou um sensor de modo a efectuar um controlo em contínuo. Estão disponíveis vários tipos de sensores, tais como transdutor de pressão, dispositivos ultra-sónicos, caudalímetros, etc. Normalmente, a sequência de controlo da bomba é bastante simples. Numa aplicação normal no modo serviço/ /reserva, os níveis de funcionamento pré-definidos são o nível de paragem, o nível de arranque e a pressão de controlo. As bombas de serviço arrancam quando a variável requerida é insuficiente, parando quando esta estiver acima do valor requerido. As bombas alternam em cada ciclo, para assegurar uma distribuição igual da utilização e do desgaste entre as bombas. A bomba de reserva arranca quando uma das principais estiver em avaria, numa situação em que todas as restantes estejam em utilização. Se estiver instalada mais do que uma bomba de reserva, essas bombas poderão ser iniciadas simultaneamente ao mesmo nível, a intervalos ajustáveis ou a níveis diferentes. Todas as bombas em funcionamento são paradas, simultaneamente ou a intervalos ajustáveis, quando a variável atinge o nível de paragem. Em algumas instalações é possível que todas as bombas tenham níveis de arranque e paragem diferentes, esta opção pode ser efectuada por relógio ou por indicação externa. No entanto, este factor torna os cálculos de monitorização das bombas mais complicados e menos fiáveis. 122

125 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão Em alguns casos, é possível instalar uma ou mais bombas de reforço com características diferentes, para tratar de caudais maiores. Caso ocorra a sobrecarga de uma estações de bombeamento, o sistema deve ser capaz de adaptar a variável correctamente e sem ambiguidades, para que o operador possa evitar possíveis danos. Quando a pressão de entrada e a duração da sobrecarga são conhecidos, é activada a segurança da instalação automaticamente. A medição da corrente do motor da bomba é necessária para protecção e monitorização. A unidade é configurada para proteger o motor da bomba em situações anormais, através de limites ajustáveis de sub e sobrecorrente no caso dos motores MGE da Grundfos, protegendo ainda a bomba em caso de falta de água e onde não é usada a protecção adicional recomendada. Nestas circunstâncias, dado que o "Reset" do MGE se efectua automaticamente, este não deve ser considerado como dado de controlo mas sempre como de protecção. Caso a corrente de entrada suba acima do limite de sobrecorrente, situação em que o sobreaquecimento do motor se torna um risco devido à possibilidade de falha, esta é automaticamente parada. Em conjunto com os relés térmicos ou os dispositivos electrónicos de protecção existentes no arrancador do motor da bomba, esta unidade constitui uma valiosa protecção para o motor. Uma corrente de entrada anormalmente baixa indica que a bomba não está a bombear normalmente, o que pode ser devido ao desgaste do impulsor ou à acumulação de ar. A corrente do motor da bomba é também uma informação necessária para o planeamento das operações de manutenção da bomba. Estas informações são igualmente importantes para verificar o desempenho operacional da estação de bombeamento e para a determinação das acções de manutenção. Todas as funções acima descritas estão disponíveis na unidade de controlo e monitorização C2000 da Grundfos e podem ser lidas a partir do visor da interface PMU. Isto permite simplificar o painel de controlo do motor, removendo deste as características que estão incorporadas no PFU tais como os amperímetros, os contadores de horas de funcionamento e os relés de sequenciamento. A unidade de controlo da bomba também está programada para indicar todas as falhas de funcionamento da estação até um máximo de 10, tais como alarmes de nível elevado, nível baixo, falha de alimentação da bomba e outros alarmes baseados nas definições dos limites dos parâmetros Parâmetros e sinais A unidade de controlo da bomba necessita de vários parâmetros para poder funcionar conforme necessário. Os parâmetros são introduzidos na unidade com base nas dimensões reais da estação e em unidades recolhidas no projecto ou medidas no local da instalação. Para efeitos de calibragem, é possível utilizar dimensões reais ou percentagens dos valores de referência. Os valores a introduzir são normalmente níveis de funcionamento que correspondem a um determinado nível de água no poço, tais como os níveis de arranque e paragem das bombas, os níveis baixo e alto de alarme e os níveis de sobrecarga. Os outros parâmetros habitualmente requeridos são as dimensões do poço e os valores nominais da corrente de entrada e da capacidade das bombas, que se encontram nas folhas de características destas. São necessários vários sinais para que o controlo das bombas funcione conforme planeado. Estes sinais podem ser digitais ou analógicos. Os sinais digitais são sinais de entrada ou saída e indicam um estado ON ou OFF. Os sinais de entrada digitais necessários são a indicação de funcionamento ou reserva da bomba, fornecidos pelos circuitos de comando, bem como os sinais dos contactos isentos de potencial fornecidos pelo relé de presença de tensão e pelo contador de energia, quando presentes. Os sinais digitais de saída são necessários para o arranque e paragem das bombas. Os sinais analógicos de entrada, provenientes de sensores adicionais, são utilizados para medidas contínuas. Por exemplo, este sinais correspondem a medições da temperatura dos enrolamentos e dos rolamentos do motor da bomba, informações sobre a condição do óleo do empanque da bomba, dados provenientes de um medidor de caudal ou conversor de frequência adicional, etc. A utilização destes sinais pode requerer uma placa de expansão adicional, bem como uma versão especial da aplicação de software Registo e análise de dados Funções de monitorização A unidade de controlo das bombas efectua a monitorização automática das bombas com base nos parâmetros registados e analisados. Todos estes valores podem ser enviados para o sistema de gestão através de uma porta de conversão de protocolo G100 (Profibus, Modbus, Intebus, etc.). Em última análise, isto permite que os trabalhos de manutenção e controlo das bombas passem gradualmente da reparação de falhas para a manutenção preventiva e até mesmo para a manutenção preditiva. Fig. 4 - Registo de dados A unidade de controlo e comunicação G100, do grupo de bombeamento tem capacidade de memória suficiente para registar os dados ao longo de um determinado período de tempo. A unidade tem de registar, pelo menos, o tempo de funcionamento, o número de arranques das bombas e os incidentes relacionados com problemas de corrente no 123

126 Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão motor da bomba. Dado que a mesma se encontrará interligada com um sistema de gestão instalado num PC, estes dados serão convertidos para esta base onde deverão ser tratados. Os dados registados podem ser agrupados e analisados mais detalhadamente através da sua transferência, a intervalos específicos, para um computador portátil com software adequado, ou continuamente, através de um sistema automático de controlo remoto. Mesmo que a unidade de controlo das bombas funcione como uma estação exterior de um sistema de controlo e monitorização ao nível da rede, necessitará de dispor de capacidade de memória suficiente para armazenar os dados registados e analisados durante vários dias. Isto deve-se ao facto da perda de dados cruciais não ser aceitável, nem mesmo durante possíveis quebras de comunicação entre a estação exterior e o centro de controlo Interface do utilizador Para aceder aos dados e introduzir parâmetros, o utilizador necessita de um interface para trabalhar com a unidade de controlo das bombas. Este interface tem de ser composto, no mínimo, por um pequeno visor LCD e um teclado. Para esta situação a Grundfos dispõe de uma unidade PMU para o efeito. O utilizador tem de ser capaz de introduzir todos os parâmetros necessários e de ler os dados registados e calculados utilizando o teclado. A utilização de um interface deste tipo tem de ser simples e lógico. Habitualmente, algumas funções úteis, tais como a função de varrimento automático, facilitam e aceleram a leitura rotineira dos dados. São utilizados indicadores luminosos separados para a indicação de alarmes e do estado de funcionamento das bombas. 124

127 Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento 8. INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE BOMBAS E SISTEMAS DE BOMBEAMENTO Autor: José Dias Director de Serviço Pós-Venda Bombas Grundfos Portugal 125

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129 Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento 8.1 Introdução Para a correcta instalação das bombas e restantes equipamentos de bombeamento devem ser consideradas algumas regras de acordo com os diversos equipamentos que compõem a instalação. O manual de instalação de cada tipo de bomba alerta para estas condições, as quais devem ser cuidadosamente respeitadas, para além destas ainda devem ser consideradas as condições relativas aos quadros eléctricos de controlo e protecção, bem como a sua localização. 8.2 Requisitos para instalação Localização do equipamento de bombeamento Os equipamentos de bombeamento devem ser instalados de acordo com as especificações dos manuais de instalação respectivos tendo em atenção as características ambientais, eléctricas e físicas. A sua localização deve ainda respeitar e considerar a necessidade de manutenção e intervenção local bem como condições de remoção do local Necessidades de ventilação Uma das mais importantes características de bom funcionamento dos equipamentos eléctricos e electrónicos, tem a ver com as condições ambientais de funcionamento, tais como temperatura e humidade. Os equipamentos de bombeamento, os quadros eléctricos de controlo e restantes equipamentos de medida e controlo, devem ser instalados de acordo com as suas características físicas e de protecção, de modo a garantir-se o seu correcto funcionamento e duração de vida e de acordo com os manuais de instalação e operação respectivos. Os equipamentos eléctricos, motores equipamentos electrónicos, e outros equipamentos de comando e regulação alimentados por corrente eléctrica, possuem características especiais que devem ser respeitadas quando instaladas em ambientes em que as condições de temperatura sejam adversas. Deste modo alertamos para a necessidade de ventilação, espaço livre de passagem e ausência de humidade que os equipamentos necessitam para o seu correcto funcionamento e longevidade. É recomendado por isso, que as centrais de bombeamento sejam instaladas tendo em atenção estas características por possuírem estes componentes e consequentemente necessitarem de condições de verificação adequadas Utilização de reservatórios de membrana Porquê utilizar um reservatório de membrana, também denominado depósito de membrana, numa central de abastecimento? Existem três razões essenciais para montar um depósito de membrana numa central, que são: 1 - Para compensação da pressão no sistema durante os períodos de paragem da bomba, permitindo a compensação de fugas e pequenos consumos. 2 - Reduzir o número de arranques e paragens das electrobombas no tempo, permitindo alargar os períodos de manutenção. 3 - Permite proteger a instalação contra os regimes transitórios - golpes de aríete (consultar capítulo 4). A Grundfos recomenda reservatórios cuja capacidade mínima é a abaixo mencionada. Modelo da bomba CAPACIDADES MÍNIMAS RECOMENDADAS Capacidade do depósito de membrana [litros] Velocidade fixa Velocidade variável MS MSH MF MFH ME MEH MES CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) CR(E) NOTA: Sempre que os sistemas não refiram capacidades de depósitos é por estes não serem normalmente utilizáveis. Valores apresentados nas tabelas que em alguns casos varia a capacidade do depósito também em função do número de bombas. 127

130 Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento 8.3 Instalação de sistemas de bombeamento Na instalação de um grupo ou de uma central de bombeamento é necessário sempre respeitar as regras de instalações hidráulicas, as regras referentes à instalação eléctrica e ainda às regras de boa prática de montagem mecânica. A segurança dos equipamentos e das pessoas deve ser sempre respeitada. Nesse sentido os equipamentos devem ser protegidos a nível mecânico, hidráulico e eléctrico, bem como acústico nos casos em que tal se justifique, por um conjunto de instrumentos que respeitem o seu funcionamento de uma maneira geral, mas também a segurança. A Grundfos disponibiliza um sistema de protecção electrónico contra a falta de água, denominado LiqTec, o qual permite a fiabilidade das bombas sempre que se verifiquem roturas no abastecimento de água. Para as bombas com variação de velocidade CRE, caso falhe o sistema de protecção existente contra falta de água, estas estão preparadas para com sistemas de protecção suplementar interna, de modo a garantir o seu funcionamento para além das protecções existentes. Entre as protecções existentes internamente nos motores MGE da Grundfos, destacamos, protecção contra falta de água, que permite a maior duração dos empanques e casquilhos, a protecção contra sobreaquecimento do motor e outras protecções eléctricas. No funcionamento normal, se uma destas avarias ocorrer, a bomba pára e só após algum tempo, variável, volta a funcionar, após várias tentativas. Se a avaria persistir, a bomba pára. Fig. 1 - Sistema de protecção LiqTec TM Aspiração negativa As centrais de bombeamento instaladas com este tipo de instalação, em que é requerido a aspiração de água de um nível mais baixo que o nível em que estão instaladas as bombas, devem ser considerados cuidados específicos e regras de segurança de modo a que respeitem as condições de aspiração próprias das bombas CR, daí que as centrais devam ser instaladas como se de bombas individuais se tratassem e os elementos de protecção individuais devem de igual modo respeitar esta regra. Os quadros eléctricos de controlo devem dispor de protecções de modo a garantir a protecção e o bom funcionamento da instalação e das bombas individualmente. Os maiores problemas susceptíveis de ocorrer nestas instalações relacionados com as bombas são os provocados pelo funcionamento sem água, a cavitação, a altura de aspiração demasiado elevada e ainda a desferragem das bombas. Nesse sentido é necessário prover a instalação dos adequados sistemas de protecção por forma a evitar que os mesmos ocorram. O uso de válvulas de retenção eficazes e com reduzidas perdas de carga, o uso de equipamento auxiliar como sensores de nível, boiadores, eléctrodos ou transdutores são outros dispositivos de segurança que devem ser consideradas como medidas de protecção, bem como a temperatura dos motores e dos empanques das bombas. O cálculo do ponto de funcionamento da bomba, deve ser efectuado tendo sempre em atenção ao valor da curva de NPSH para esse mesmo ponto, de modo a prevenir possíveis avarias e danos às bombas e à instalação. Fig. 2 - Central de bombeamento tipo com aspiração negativa Aspiração de cisterna elevada Neste tipo de abastecimento, em que se recorre à ligação do grupo ou da central de bombeamento, a uma cisterna com pressão positiva, isto é, em que o nível da água está a um nível superior ao das bombas, não existe o risco dos casos mencionados anteriormente, no entanto a fim de evitar o funcionamento indevido das bombas sem água, é necessário que as mesmas estejam devidamente protegidas contra essa possibilidade ou outras que possam provocar danos às bombas, à instalação ou às pessoas. Nesse sentido em cada sistema de bombeamento, os mesmos devem estar preparados com os cuidados devidos de modo a evitar danos. Como exemplo de instalações susceptíveis de provocar avarias, poderemos apontar: Percursos muito longos Tubagens subdimensionadas Demasiados acessórios na tubagem de aspiração da bomba. Uso de filtros sem a manutenção adequada, etc. 128

131 Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento Aspiração de uma rede sob pressão Nas redes sob pressão há que ter em conta também um eficaz sistema de protecção, não só contra falta de água, como ainda para um possível aumento de pressão. Nestas redes os grupos ou as centrais de bombeamento devem estar protegidas contra funcionamento acima da pressão de rotura da instalação ou acima da pressão das próprias bombas. Neste tipo de aplicação pode ocorrer excesso de pressão na aspiração, que adicionado à pressão de funcionamento das bombas, caso não sejam tomadas em consideração as pressões de funcionamento, podem provocar avarias na instalação ou nas bombas. Fig. 3 - Central de bombeamento com aspiração positiva Normalmente são equipamentos externos às bombas e que complementam a sua segurança. Relativamente a bombas com variação de velocidade Grundfos, a protecção contra falta de água é uma das suas características internas como protecção ao equipamento, não devendo ser entendida como característica de operação. Como qualquer outro equipamento, a mesma deve ser sempre considerada apenas como redundância a uma falha do sistema de controlo. Mas nestas bombas existem ainda outras protecções complementares que evitam as protecções externas atrás mencionadas. São exemplo disso, protecção contra sobreaquecimento do motor, falta de fase, o já referido funcionamento em seco, contra sobrecarga, etc. Estas bombas e os quadros que as controlam, têm de se adaptar à instalação e às diversas situações, como por exemplo o funcionamento em situações de perdas de carga variável, tendo como objectivo sempre, a poupança de energia e a preservação das condições de segurança dos equipamentos e da instalação. Fig. 5 - Central de bombeamento tipo com aspiração de uma rede 8.4 Manutenção Manutenção aos equipamentos de bombeamento Os aspectos a ter em conta para efeitos de manutenção específicos, devem estar relacionados sempre com o equipamento respectivo e deve para o efeito ser consultado o manual técnico de instalação e operação das bombas. Genericamente os materiais de maior necessidade de intervenção quando se trata de bombas CR, são aqueles que sujeitos a maior esforço físico ou desgaste por fricção, possam necessitar de maior intervenção. Dentro destes poderemos considerar: Fig. 4 - Central de bombeamento tipo, com aspiração de cisterna elevada Rolamentos dos motores e das bombas, quando existirem Empanques e retentores Anéis de desgaste e casquilhos. 129

132 Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento Para um sistema de monitorização e controlo não é normalmente necessário qualquer manutenção especial. Devem no entanto acompanhar-se e seguir-se a evolução do bom desempenho do mesmo e evitar-se a utilização dos PC's onde estão instalados ou dos outros equipamentos electrónicos, a eles ligados, por outros programas com necessidades de acessos via internet ou outros susceptíveis de os contaminarem com vírus informáticos que possam interferir com o seu bom desempenho. Sempre que se notar um funcionamento irregular ou fora do normal, deve de imediato ser alertado o fornecedor de modo a diagnosticar possíveis falhas. Fig. 6 - Empanques No entanto no plano de manutenção a estabelecer deve ser sempre considerado, o tempo de operação das bombas, a qualidade da água, a temperatura da água e a temperatura ambiente, bem como as condições de ventilação da sala onde a central ou as bombas estão instaladas. Quando a estes estiverem ligados equipamentos sujeitos a movimento mecânico (ex: contactores, relés ou outros), deve ser efectuada uma inspecção regular, com a periodicidade acordada inicialmente, de acordo com as especificações de funcionamento previamente estabelecidas. Também devem ser respeitadas as condições de temperatura de funcionamento e as regras de bom funcionamento e ventilação Manutenção aos sistemas de monitorização e controlo Fig. 7 - Manutenção de um quadro eléctrico de controlo 130

133 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto 9. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO E PREDIAL NO PORTO Autor: Carlos Medeiros Engenheiro Civil dos SMAS do Porto Professor Auxiliar da FEUP e da FAUP 131

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135 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Serviços Municipalizados de Água e Saneamento do Porto Reporta-se a 1392 o mais remoto registo histórico de que há notícia, revelador do facto de, há mais de seis séculos, o Porto já possuir fontes e chafarizes, para uso público, embora sem condições de higiene. No reinado de D. Sebastião (meados do séc.xvi), iniciou-se a construção dos mananciais de Paranhos e Salgueiros que, até ao século XIX, se destacaram de entre os principais pólos abastecedores de água à Cidade. No entanto, a inquinação dessas águas, as doenças transmitidas, a evolução dos cuidados com a saúde e ainda as exigências quanto à qualidade de vida impunham uma transformação radical do sistema. A partir de 1855, surgem várias companhias candidatas ao projecto e execução de obras de captação, elevação, transporte e distribuição, sendo em 22 de Março de 1882 assinado o contrato com a "Compagnie Générale des Eaux pour l'étranger", o qual é aprovado por Carta de Lei, em 27 de Julho do mesmo ano. O contrato com a Compagnie Générale era válido por 99 anos e foi estendido a Matosinhos no princípio do século. Os trabalhos são concluídos em 1886, com a captação no Rio Sousa, mas só em 1 de Janeiro de 1887 é que o abastecimento é regularizado. A população da Cidade era, então, de habitantes e a água tida como a melhor da Europa. Cem anos volvidos, ainda é vulgar designar-se a água do Porto como "água da Companhia". O sistema mostrou-se extremamente vulnerável em regime de cheias dos Rios Douro e Sousa, começando a Câmara a exercer fortes pressões junto da Companhia que conduziram ao resgate da concessão em 28 de Março de 1927, por contos, e à criação dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento em 1 de Abril desse ano. Inicia-se aqui o terceiro ciclo de vida do abastecimento de água à Cidade do Porto, sistema posteriormente alargado aos Concelhos de Gaia, Gondomar, Maia e Valongo. Aumento de reservas, novas captações, em profundidade, no areal de Zebreiros (1937), expansão das redes de distribuição e transporte são passos importantes de uma nova fase. Em 1983, nasce uma nova fase na história dos SMAS com as captações em profundidade em Lever. No que respeita à água para consumo público, os SMAS, procederam à captação, tratamento e adução em alta e em baixa até finais de 2000, altura em que, passou o Município do Porto a integrar o Sistema Multimunicipal de Abastecimento de Água à Área Sul do Grande Porto. A água de abastecimento público passou, então, a ser adquirida pelos SMAS à empresa Águas do Douro e Paiva, S.A. A rede de drenagem de Águas Residuais Domésticas, encontra-se a mesma estabelecida desde A sua necessidade vinha, contudo, já sendo sentida desde algum tempo antes. De acordo com o documento dirigido ao Rei pela Câmara Municipal do Porto, em 11 de Agosto de 1899 refere-se: "São graves, os problemas de assistência e higiene pública. É para um dos múltiplos aspectos de um destes problemas que a Câmara Municipal do Porto, vem perante Vossa Majestade solicitar a atenção do seu governo. Há anos já que esta Municipalidade, justamente preocupada com as condições higiénicas da Cidade, empreendeu obras que lhe permitissem melhorá-las e organizou Repartições de Estudo que a orientassem sobre a gravidade dos males e meios de os remediar. E como causa principal deste lastimoso estado não se pode apontar outra que não seja a falta quase completa de uma rede de canalização para os esgotos da Cidade... conhecida a causa indicado estava o remédio, e para isso esta Municipalidade, pôs a concurso o projecto e execução das obras necessárias para o saneamento da Cidade. Teve isto lugar em Concorreu a acreditada firma Hughes And Lancaster, conhecidíssima pelas obras congéneres executadas em diversas Cidades estrangeiras e exploradora do Sistema Shöne para a elevação de esgotos." Actualmente, a rede instalada possui uma extensão de 550 Km e capacidade de tratamento integralmente assegurada em duas ETAR's (Freixo e Sobreiras), para uma população de habitantes equivalentes. 133

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137 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto 9.1 Introdução Nesta apresentação são abordados os principais aspectos relacionados com os sistemas de abastecimento públicos e, fundamentalmente, prediais de água fria e quente, ressaltando as recomendações contidas no Regulamento dos Sistemas Públicos e Prediais de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Residuais (Decreto Regulamentar 23/95, de 23 de Agosto) e a sua adaptação efectuada pelos pelo Regulamento dos SMAS - Porto. Uma apresentação breve das condições a considerar na instalação de abastecimento público preencherá a primeira parte desta exposição. Seguidamente, são apresentados os principais tipos de sistemas prediais de abastecimento de água, com as condições que determinam a sua aplicabilidade, tanto a nível técnico como de legislação de soluções de abastecimento directo ou de abastecimento com recurso a sistemas elevatórios que garantam um abastecimento em quantidade e qualidade adequadas ao uso, bem como o abastecimento predial de água feita a partir de captação particular (nascentes e furos), com o fim de se garantir o abastecimento para outras finalidades, tais como combate a incêndio, lavagem de pavimentos, uso industrial, entre outros. Na escolha do sistema a ser utilizado, será importante observar as condições de disponibilidade de abastecimento garantidas pela rede pública, assim como as necessidades prediais. Por fim, serão especificadas as principais etapas que constituem o dimensionamento dos sistemas prediais de abastecimento de água fria e quente, nomeadamente, os reservatórios, os sistemas elevatórios e as câmaras de manobras para instalação de equipamentos elevatórios. Conclui-se a exposição referindo aspectos importantes referentes ao traçado, elementos acessórios da rede e as verificações necessárias à prévia utilização dos sistemas prediais. 9.2 Sistema de abastecimento público Aspectos gerais Nos arruamentos públicos existentes compete aos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto a elaboração de estudos e projectos dos sistemas públicos. Em todas as intervenções urbanas, que impliquem a alteração ou ampliação dos sistemas públicos existentes ou a implementação de novas infra-estruturas, é obrigatória a elaboração dos estudos e projectos, pelo promotor, e submete-los à aprovação dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto (Art.º 250º). A concepção dos sistemas de distribuição pública de água no Porto deve passar pela análise prévia das previsões do planeamento urbanístico (planos urbanísticos ou operações de urbanização em que se insiram) e das características específicas da área urbana em que se insiram, nomeadamente às necessidades de água para o consumo e o combate a incêndios. É da responsabilidade do autor dos estudos e projectos a recolha dos elementos de base. Para os obter, será necessário requere-los ao Director Delegado dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto, acompanhado de Planta de Localização da obra a levar a efeito, fornecida pela Câmara Municipal, à escala 1:500 (Art.º 251º). Os Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto prestarão todas as informações de interesse, nomeadamente no que respeita à caracterização e localização das redes públicas de abastecimento de água, as condições de ligação, fornecendo os elementos seguintes. a) A localização em planta das condutas, acessórios e instalações complementares, sobre carta topográfica à escala 1:500; b) As secções, profundidades, materiais e tipos de junta das condutas; Elementos de dimensionamento As capitações a considerar na distribuição exclusivamente doméstica não deve, qualquer que seja o horizonte de projecto, ser inferior a 250 l (habitante / dia). Em zonas com actividade comercial intensa pode admitir-se uma capitação da ordem dos 50 l (habitante / dia) ou considerarem-se consumos localizados. Os consumos industriais face a sua grande aleatoriedade, devem ser avaliados caso a caso e adicionados aos consumos domésticos. Consideram-se consumos assimiláveis aos industriais os correspondentes, entre outros, às unidades turísticas, hoteleiras, estabelecimentos de saúde, ensino, militares, prisionais, bombeiros e instalações desportivas, que devem ser avaliados de acordo com as suas características. Os consumos públicos, tais como de fontanários, bebedouros, lavagem de arruamentos, rega de zonas verdes e limpeza de colectores, podem geralmente considerar-se incorporados nos valores médios de capitação global, variando entre 5 e 20 l (habitante / dia). Os volumes de água para combate a incêndios são determinados em função do risco da sua ocorrência e propagação na zona, cabendo ao Batalhão de Sapadores Bombeiros da Câmara Municipal do Porto, caso a caso, a definição do grau de risco e do caudal instantâneo a garantir (Art.º 18). O diâmetro nominal mínimo das condutas de distribuição é de Ø100mm (Art.º 23º). 135

138 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Quando o serviço de combate a incêndios tenha de ser assegurado pela mesma rede pública, os diâmetros nominais mínimos das condutas são determinados em função do risco da zona e devem ser: a) 100mm - grau 1 a 3; b) 125mm - grau 4; c) 150mm (a definir caso a caso) - grau 5. Cabe aos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento a definição da localização das bocas de incêndio e dos hidrantes, após parecer do Batalhão de Sapadores Bombeiro (Art.º 55º). Os diâmetros de saída são fixados em 45mm para as bocas de incêndio e em 60mm para duas saídas e 90mm para os marcos de água Ramais de ligação Os ramais de ligação asseguram o abastecimento predial de água, desde a rede pública até ao limite da propriedade a servir, em boas condições de caudal e pressão. Os ramais de ligação consideraram-se tecnicamente como partes integrantes das redes públicas de distribuição e de drenagem, competindo aos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto promover a sua instalação (Art.º 267º). Quando se justifique, pode uma mesma edificação dispor de mais de um ramal de ligação para abastecimento doméstico ou de serviços. Os estabelecimentos comerciais e industriais devem ter ramais de ligação privativos. Nos ramais de ligação de abastecimento a reservas de água e piscinas que se encontrem instaladas a uma cota não superior a 10 m relativamente ao arruamento de onde se faz a ligação, é obrigatória a instalação de coluna piezométrica com desenvolvimento a definir pelos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto (Art.º 32º). O diâmetro nominal mínimo admitido em ramais de ligação é de 25mm (Art.º 35º). Quando se tenha de assegurar simultaneamente o serviço de combate a incêndios sem reservatório de regularização, o diâmetro não deve ser inferior a 45mm. O diâmetro nominal mínimo das bocas de rega e lavagem e respectivos ramais de alimentação é de 25mm (Art.º 53º). Os diâmetros nominais mínimos dos ramais de alimentação dos hidrantes são de 45mm para as bocas de incêndio e de 90mm para os marcos de água (Art.º 56º) Elementos de instrução dos processos de projectos O pedido de aprovação de projectos deve ser instruído com os seguintes elementos (Art.º 252º): a) Requerimento dirigido ao Director Delegado dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto, a solicitar a aprovação do projecto, subscrito pelo promotor; b) Termo de responsabilidade do técnico autor do projecto; c) Planta de Localização fornecida pelos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento d) Memória descritiva e justificativa, onde conste a identificação do proprietário, a natureza, designação e local da obra, o tipo da obra, a descrição da concepção dos sistemas, os materiais e acessórios e as instalações complementares; e) Cálculo hidráulico onde conste os critérios de dimensionamento adoptados e o dimensionamento das redes, equipamentos e instalações complementares previstas; f) Mapas de medição e orçamento a preços correntes, das obras a executar; g) Peças desenhadas dos traçados e instalações complementares, com indicação dos materiais das canalizações e acessórios utilizados, obedecendo às escalas a saber: Plantas - 1:500; Perfis - 1:500 em extensão e 1:50 em altimetria; Pormenores - à escala conveniente que esclareça inequivocamente o pretendido. Os elementos descritos serão apresentados em original, acrescidos de duas cópias para os elementos referidos nas alíneas b) a g). As peças escritas devem ser apresentadas dactilografadas ou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todas elas assinadas, no original, pelo técnico responsável pelo projecto. As peças desenhadas devem ser apresentadas, em tela plástica, com formatos e dobragem concordantes com o estipulado nas Normas Portuguesas NP48 e NP49, não excedendo as dimensões do formato A0. Os caracteres alfanuméricos devem obedecer à Norma Portuguesa NP89. Todos os desenhos devem possuir legenda no canto inferior direito, respeitando a Norma Portuguesa NP204 e contendo, no mínimo, a seguinte informação: a) Designação e local da obra, indicando se se trata de obra nova, de ampliação ou remodelação; b) Identificação do proprietário; c) Nome, qualificação e assinatura do autor do projecto; d) Número, descrição do desenho, escalas e data da sua elaboração; e) Especificação quando se trata de projecto de alteração ou aditamento; f) Legenda específica das redes representadas Entrada em serviço dos sistemas A entrada em serviço dos sistemas deve ser precedida da verificação, pelos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto, dos aspectos de saúde pública e de protecção do ambiente. Nenhum sistema de distribuição de água pode entrar em funcionamento sem que tenha sido feita a desinfecção e a vistoria final de todo o sistema (Art.º 264º). 136

139 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto 9.3 Sistema de abastecimento predial de água Aspectos gerais Todos os edifícios novos, remodelados ou ampliados deverão prever redes prediais de abastecimento de água, independentemente da existência ou não das redes públicas no local (Art.º 4º), sendo obrigatória a ligação às redes públicas de abastecimento de água e de drenagem de águas residuais domésticas, quando existam ou venham a ser instaladas. As redes prediais a instalar, mesmo que nos locais onde não existam redes públicas deverão ser executadas de modo a permitir, no futuro, a sua fácil ligação àquelas redes. Deste modo, a rede de distribuição predial de água deve assegurar o seu bom funcionamento, preservando-se a segurança, a salubridade e o conforto nos edifícios. Os sistemas prediais de abastecimento de água devem garantir que a mesma chegue a todos os dispositivos de utilização, sempre que necessário, em quantidade e qualidade adequadas ao uso. A terminologia e a simbologia a utilizar e as unidades em que são expressas as diversas grandezas devem respeitar as directivas estabelecidas neste domínio. Assim a terminologia e a simbologia a adoptar serão as indicadas nos anexos I, II, III, VIII e XI ao Regulamento. A rede predial a projectar e executar deve ainda oferecer a garantia de que a água a fornecer aos sistemas prediais deverá ter em consideração aspectos, quer de qualidade quer de defesa da saúde pública. Assim, os sistemas prediais alimentados pela rede pública devem ser independentes de qualquer sistema de distribuição de água com outra origem, nomeadamente poços ou furos, como dispõem que: "Os sistemas prediais alimentados pela rede pública devem ser independentes de qualquer sistema de distribuição de água com outra origem, nomeadamente poços ou furos privados." (Art.º 73º). "Não é permitida a ligação entre a rede predial de distribuição de água e as redes prediais de drenagem de águas residuais." e "O fornecimento de água potável aos aparelhos sanitários deve ser efectuado sem pôr em risco a sua potabilidade, impedindo a sua contaminação, quer por contacto, quer por aspiração de água residual em caso de depressão." (Art.º 76º). "...a utilização de água não potável exclusivamente para lavagem de pavimentos, rega, combate a incêndios e fins industriais não alimentares, As redes de água não potável e respectivos dispositivos de utilização devem ser sinalizados." (Art.º 77º) Elementos dos sistemas Para que não venham a ocorrer utilizações indevidas das diversas redes prediais impõe-se que: "As canalizações instaladas à vista ou visitáveis devem ser identificadas consoante a natureza da água transportada e de acordo com o sistema de normalização vigente." (Art.º 75º). Assim, as canalizações instaladas à vista devem ser identificadas consoante a natureza da água transportada, de acordo com as seguintes cores: azul para água destinada ao consumo humano; encarnado para água de combate a incêndios. Também no sentido de garantir adequada qualidade e o respeito da saúde pública impõem a necessidade de cuidados na escolha dos materiais. Todos os materiais a aplicar em sistemas de distribuição, peças acessórias e dispositivos de utilização, devem ser isentos de defeitos e, pela própria natureza ou por protecção adequada, devem apresentar boas condições de resistência à corrosão, interna e externa, e aos esforços a que vão ficar sujeitos. "1- As tubagens e acessórios que constituem as redes interiores podem, entre outros, ser de cobre, aço inoxidável, aço galvanizado ou PVC rígido, este último no caso de canalizações de água fria não afectas a sistemas de combate a incêndios. 2- Nas redes exteriores de água fria, as tubagens e acessórios podem ser de ferro fundido, polietileno ou PVC rígido" (Art.º 90º). Os materiais a utilizar nas tubagens e peças acessórias dos sistemas de distribuição devem ser aqueles cuja aplicação seja admitida pelos SMAS - Porto, como responsável pelo abastecimento e distribuição pública de água. A aplicação de novos materiais ou processos de construção para os quais não existam especificações oficialmente adoptadas nem suficiente prática de utilização, deve ser sujeito a verificação de conformidade pelo LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil e a fazer presente junto dos SMAS Porto. Também, os instaladores (picheleiros) devem proceder a sua inscrição nos SMAS para que possam assumir a responsabilidade de execução de instalações prediais Concepção dos sistemas A rede de distribuição de água parte de um ponto da rede pública. A localização desta conduta exterior bem como a posição prevista para o contador são a "ponta da meada" a partir da qual se faz o desenvolvimento da rede interior. Numa primeira fase de abordagem a concepção de um sistema de abastecimento predial devem colocar-se as seguintes questões fundamentais: 137

140 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto 1. Existe rede pública? Onde? 2. Secção e pressões disponíveis? 3. Há escassez de água ou interrupções de fornecimento com frequência? 4. Que dimensão tem o edifício? Existem caves? 5. Qual o tipo de ocupação? 6. Torna-se necessário prever reservatórios? Os serviços locais permitem? Em que condições? Sua capacidade e localização? Formas de drenagem de perdas e esvaziamento? 7. Precisa de equipamento elevatório de bombeamento? Atravancamento e acessibilidade à câmara de manobras? 8. É necessária rede de combate a incêndio? De que tipo? Dentro desse contexto, poderemos ter sistemas com abastecimento directo ou indirecto. O abastecimento directo será garantido sempre que as condições de abastecimento público apresentem pressão e/ou caudal que permitam nas condições de conforto definidas no projecto o abastecimento em permanência. Caso contrário, ou seja, falta de pressão ou falta de caudal deverá optar-se por sistemas de abastecimento indirecto com reservatório elevado quando a pressão disponível possibilita em certos períodos diários a reposição da reserva necessária e por sistema elevatório, com reservatório inferior sempre que a pressão não seja de molde a garantir a reposição da reserva durante o período diário de 24 horas ao nível mais elevado do edifício. SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO 9. Previsão do fornecimento de água quente: a que zonas e de que modo? 10. Na remodelação ou ampliação de sistemas existentes com aumento de caudal de ponta? Comprova-se a suficiência da capacidade hidráulica de transporte das canalizações e das eventuais instalações complementares a montante, sem prejuízo das condições de funcionamento do sistema na sua globalidade? Por fim, sempre será de realçar que a concepção de sistemas prediais de distribuição de água deve ter como objectivo a resolução de problemas numa perspectiva global, técnica e económica, coordenada com a arquitectura, a estrutura e as restantes instalações especiais da edificação Classificação dos sistemas Ao colocarmos correctamente as questões acima enunciadas somos muitas vezes levados a constatar que nem sempre os sistemas públicos permitem que o abastecimento se efectue directamente da rede geral de distribuição em condições de pressão e caudal necessários a garantir uma utilização com a qualidade e quantidade adequadas. Neste sentido, o regulamento apresenta condicionantes que podem permitir efectuar uma primeira abordagem ao tipo de sistema de alimentação predial, ao consagrar que: "e) A pressão de serviço em qualquer dispositivo de utilização predial para o caudal de ponta não deve ser, em regra, inferior a 100Kpa o que, na rede pública e ao nível do arruamento, corresponde aproximadamente a H=100+40n "Onde H é a pressão mínima (Kpa) e n o número de pisos acima do solo, incluindo o piso térreo..." - (Art.º 21 º). "2 - As pressões de serviço nos dispositivos de utilização devem situar-se entre os 50 Kpa e 400 Kpa, sendo recomendável, por razões de conforto e durabilidade dos materiais, que se mantenha entre 150 Kpa e 300 Kpa." (Art.º 78º). 138

141 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Na escolha do sistema há que atender: a) À pressão disponível na rede geral de alimentação e à necessidade nos dispositivos de utilização; b) Ao tipo e número de dispositivos de utilização; c) Ao grau de conforto pretendido; d) À minimização de tempos de retenção da água nas canalizações. Sempre que a rede pública não puder assegurar as pressões necessárias deverá ser prevista uma instalação sobrepressora com tanque de compensação. Para que se possa efectuar esta verificação preliminar do sistema mais adequado de abastecimento predial, dando também resposta a algumas das questões já referidas deve obter-se junto dos SMAS Porto a informação sobre as condições de abastecimento da rede pública no local onde se pretende executar a edificação, ou seja, " os valores das pressões máxima e mínima na rede pública no ponto de inserção naquela." (Art.º 83º). 139

142 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Pedido de informação das condições de ligação às redes públicas LIGAÇÕES ÀS REDES PÚBLICAS Planta Topográfica Local da obra: Rua P.T. n. º / 2005 Freguesia: Requerente: REDES PREDIAIS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA REDE PÚBLICA - PRESSÕES Pressão estática Pressão dinâmica MPa MPa REDES DE INCÊNDIO As redes de combate a incêndio deverão ser dimensionadas e representadas em projecto. REDE PREDIAL DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS A câmara de ramal de ligação deverá situar-se no local assinalado na P.T., à profundidade de m. Deverá atender ao Regulamento dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e Drenagem de Águas Residuais Domésticas dos Serviços Municipalizados de Águas e Saneamento da Câmara Municipal do Porto, ao Decreto- -Regulamentar 23/95. Agosto e ainda à legislação específica relacionável com os projectos em causa. Porto, O Chefe de Divisão 140

143 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Dimensionamento dos sistemas prediais Nos projectos relativos à distribuição predial de água devem indicar-se nas peças desenhadas os tipos e localização dos dispositivos de utilização, bem como os aparelhos alimentados. Os caudais instantâneos a atribuir aos dispositivos de utilização devem estar de acordo com o fim específico a que se destinam, sendo os valores mínimos a considerar, os constantes do quadro anexo ao Regulamento. Os caudais instantâneos a atribuir a máquinas industriais e outros aparelhos são especificados no quadro anexo ao Regulamento e devem ser estabelecidos em conformidade com as indicações dos fabricantes. Face à possibilidade do funcionamento não simultâneo da totalidade dos dispositivos de utilização, considera-se na determinação do caudal de cálculo, o coeficiente de simultaneidade mais adequado numa dada secção. O coeficiente de simultaneidade é a relação entre o caudal simultâneo máximo (caudal de cálculo) e o caudal acumulado (somatório dos caudais instantâneos) de todos os dispositivos de utilização alimentados por essa secção. No anexo do Regulamento apresenta-se uma curva que, tendo em conta os coeficientes de simultaneidade, fornece os caudais de cálculo, para um nível de conforto médio, em função dos caudais acumulados, que pode ser utilizada para os casos correntes de habitação sem fluxómetros. Para outro tipo de conforto ou de utilização (estabelecimentos, restaurantes, escolas, etc.) deve ser o coeficiente de simultaneidade determinado por recurso a informações existentes ou a bibliografia específica. Contudo, quando existem fluxómetros, os caudais de cálculo devem ser obtidos somando aos caudais obtidos para os restantes aparelhos, através da curva referida acima, os caudais de cálculo dos fluxómetros, considerando os respectivos caudais instantâneos e a simultaneidade constante do quadro seguinte: 1 Número de fluxómetros instalados 2 a a a 50 Superior a 50 Em utilização simultânea Sistemas prediais de distribuição de água fria Aspectos gerais A rede predial de água fria deve assegurar a sua distribuição a todos os dispositivos instalados em boas condições. Os caudais de cálculo na rede predial de água fria baseiam-se nos caudais instantâneos atribuídos aos dispositivos de utilização e nos coeficientes de simultaneidade. Para efeitos de cálculo da rede predial devem ser obtidos e são fornecidos, como acima já se referiu, os valores das pressões máximas e mínimas na rede pública no ponto de inserção daquela Dimensionamento hidráulico No dimensionamento hidráulico da rede predial de água fria deve ter-se em atenção: a) Os caudais de cálculo; b) As velocidades de escoamento, que devem situar-se entre 0,5 e 2,0m/s; c) A rugosidade do material. Nos ramais de alimentação de fluxómetros para bacias de retrete devem ter-se em atenção as pressões mínimas de serviço a cujos valores correspondem os diâmetros constantes do quadro seguinte: Pressão (kpa) Diâmetro (mm) Reserva predial de água para abastecimento doméstico O armazenamento de água para o consumo humano em edifícios é normalmente autorizado pelos SMAS Porto, no caso em que a rede pública não garanta eficazmente os consumos e pressões prediais requeridas. Prevendo-se a instalação de reservatórios estes são condicionados, por razões de defesa de saúde pública dos utentes, à renovação na sua totalidade com periodicidade de pelo menos uma vez por dia, ou seja, o cálculo do volume útil dos reservatórios destinados ao consumo humano não deve, excepto em casos devidamente justificados, exceder o valor correspondente ao volume médio diário do mês de maior consumo, para a ocupação previsível. Os reservatórios de água para consumo humano devem também ser sujeitos a operações de inspecção e limpeza periódica

144 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto O armazenamento de água para combate a incêndios é feito em reservatórios próprios e independentes e não pode por princípio ser utilizado para outros fins. A localização dos reservatórios deve permitir a sua fácil inspecção e conservação. Quando o armazenamento da água se destina a consumo humano, os reservatórios devem ter protecção térmica e estar afastados de locais sujeitos a temperaturas extremas. Como condições construtivas a ter em consideração realça-se que: os reservatórios devem ser impermeáveis e dotados de dispositivos de fecho estanques e resistentes; as arestas interiores devem ser boleadas e a soleira ter a inclinação mínima de 1% para a caixa de limpeza, a fim de facilitar o esvaziamento; nos reservatórios com água destinada a consumo humano e com capacidade útil igual ou superior a 2,0 m 3 devem ser constituídos, pelo menos, por duas células, preparadas para funcionar separadamente mas que, em funcionamento normal, se intercomuniquem; sistema de ventilação, convenientemente protegido com rede de malha fina, tipo mosquiteiro, de material não corrosivo, que deve impedir a entrada de luz directa e assegurar a renovação frequente do ar em contacto com a água; a soleira e as superfícies interiores das paredes devem ser tratadas com revestimentos adequados que permitam uma limpeza eficaz, a conservação dos elementos resistentes e a manutenção da qualidade da água; a entrada e saída da água nos reservatórios devem estar posicionadas de modo a facilitar a circulação de toda a massa de água armazenada e o fundo e a cobertura dos reservatórios não devem ser comuns aos elementos estruturais do edifício, nem as paredes comuns a paredes de edificações vizinhas. Cada reservatório ou célula de reservatório deve dispor de: a) Entrada de água localizada, no mínimo a 50 mm acima do nível máximo da superfície livre do reservatório em descarga, equipada com uma válvula de funcionamento automático, destinada a interromper a alimentação quando o nível máximo de armazenamento for atingido; b) Saídas para distribuição, protegidas com ralo e colocadas, no mínimo, a 150 mm do fundo; c) Descarregador de superfície colocado, no mínimo, a 50 mm do nível máximo de armazenamento e conduta de descarga de queda livre e visível, protegida com rede de malha fina, tipo mosquiteiro, dimensionados para um caudal não inferior ao máximo de alimentação do reservatório; d) Descarga de fundo implantada na soleira, com válvula adequada, associada a caixa de limpeza; e) Acesso ao interior com dispositivo de fecho que impeça a entrada de resíduos sólidos ou escorrências. Os reservatórios podem ser de betão, alvenaria de tijolo ou de blocos de cimento, aço ou outros materiais que se mostrem adequados a manter a qualidade da água armazenada e os materiais e revestimentos usados na sua construção não devem alterar a qualidade da água afectando a saúde pública. RESERVATÓRIOS DE ÁGUA POTÁVEL ESQUEMA-TIPO DE UM RESERVATÓRIO Regras principais: 1. Reserva para 24 horas; 2. 2 células para manutenção ou reparação; 3. Localização em zona técnica acessível; 4. Independência da restante estrutura; 5. Isolamento térmico quando necessário; 6. Condições de acesso e de inspecção; 7. Tampa sobre a válvula de bóia; 8. Envolvente protegida contra escorrimentos e infiltrações; 9. Limpeza interior/evitar ângulos apertados; 10. Pintura interior de protecção; 11. Aberturas para ventilação; 12. Soleira com pendente de igual superior a 1%; 13. Rebaixo para retenção de areias; 14. Descargas de fundo com válvula; 15. Descarga de superfície; 16. Caleira nas proximidades; 17. Alarme/detecção de fugas de água; 18. Protecção de aberturas com rede mosquiteiro; 19. Equipamento/acesso e atravancamento; 20. Entrada e saída da água em pontos opostos. Fig. 1 - Esquema tipo de um reservatório 142

145 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Também a manutenção periódica dos reservatórios é aspecto importante a ter em consideração, nomeadamente, a sua limpeza e desinfecção, pelo que os SMAS Porto apresentam instruções de actuação para a execução dessas operações. "Instruções para desinfecção de cisternas/depósitos" [1] Se na sua casa houver depósito/cisterna, tenha os seguintes cuidados: - Instale-o sempre em local de fácil acesso, limpo e arejado; - Nunca o deixe sem tampa adequada ou devidamente protegido. Lave-o pelo menos uma vez por ano da seguinte forma: - Esvazie-o totalmente, retirando todos os detritos e lodo que eventualmente contenha; - Escove cuidadosamente as paredes, o fundo e a abertura, utilizando preferencialmente, escovas só para esse fim; - Enxagúe todo o interior e esvazie-o de novo; - Proceda à desinfestação do depósito/cisterna: - Deixe entrar água limpa até cerca de metade da sua altura; - Junte hipoclorito de sódio a 14% (à venda em drogarias). Atendendo à capacidade do depósito/cisterna, adicione por cada m 3 de água, 20ml do referido hipoclorito; - Encha completamente e mantenha em repouso, sem consumir, durante pelo menos meia hora; - Volte a esvaziar, abrindo todas as torneiras de serviço e enxagúe para eliminar completamente o hipoclorito. - Após esta operação o depósito/cisterna está pronto a receber a água que é distribuída." [1] Fonte: "Documento Auxiliar de Procedimentos"; SMAS - Porto, Laboratório de Análises; Edição nº1; Revisão nº0; Página 1 de Instalações elevatórias e sobrepressoras Aspectos gerais No quadro seguinte apresentam-se os tipos de bombas correntes no mercado e suas principais aplicações. Tipos de bombas Monocelulares horizontais Monocelulares verticais Multicelulares horizontais Multicelulares verticais Circuladoras Submersíveis De drenagem (submersíveis) Jockey Aplicações Abastecimento de água, circulação e transferência de água, serviços industriais, pressurização, agricultura, etc. Abastecimento de água, serviços industriais, irrigação e circulação de água em sistemas, pressurização, etc. Elevação, pressurização e circulação de água, agricultura, etc. Abastecimento de água, circulação e pressurização, serviços industriais, irrigação, instalações especiais, transferência de líquidos, etc. Circulação de líquidos em circuitos de aquecimento abertos ou fechados, e circuitos de arrefecimento e de ar condicionado. Abastecimento de água, captação de águas subterrâneas, transferência de líquidos, rebaixamento de aquíferos, sistemas de rega, etc. Drenagem de águas residuais, esvaziamento de reservatórios e piscinas, rebaixamento de aquíferos, agricultura, etc. Abastecimento de água em condições de pequeno débito e elevada pressão. No dimensionamento das instalações elevatórias devem ter-se em atenção: a) O caudal de cálculo; b) A pressão disponível a montante; c) A altura manométrica; d) O número máximo admissível de arranques por hora para o equipamento a instalar; e) A instalação, no mínimo, de dois grupos electrobomba idênticos, normalmente destinados a funcionar como reserva activa mútua e excepcionalmente em conjunto para reforço da capacidade elevatória. As instalações elevatórias ou sobrepressoras devem ser localizadas em zonas comuns e ventiladas, que permitam uma fácil inspecção e manutenção e ser equipadas com grupos electrobomba e dotadas de dispositivos de comando, assim como protecção contra o choque hidráulico, de segurança e de alarme, e de acessórios indispensáveis ao seu funcionamento e manutenção. Os grupos electrobomba devem ser de funcionamento automático e possuir características que não alterem a qualidade da água. Os dispositivos de protecção devem ser definidos em função das envolventes de pressão máxima e mínima, resultantes da ocorrência de choque hidráulico. O funcionamento dos órgãos electromecânicos deve determinar, nos lugares ocupados, ruído de nível sonoro médio não superior a 30 db(a); para o efeito deverão ser utilizados apoios isolados e ligações elásticas às tubagens para atenuação da propagação do ruído. As canalizações e acessórios utilizados devem ser de materiais de resistência adequada às pressões de serviço e às vibrações. 143

146 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Potência absorvida pela bomba TENSÃO DE VAPOR DE ÁGUA FUNÇÃO DA TEMPERATURA A determinação da potência absorvida pela bomba que garanta o abastecimento solicitado é dada por: Temperatura ( C) P = γqh P- Potência; γ- Peso volúmico; Q- Caudal; H- Altura de elevação. Altura equivalente da tensão de vapor (m) 0,13 0,24 0,43 1,26 4,83 10,33 A potência absorvida pela bomba tem de ser superior à que esta cede ao escoamento, devido às perdas nas transformações de energia em presença. Designando por H c a carga à entrada na bomba, a qual traduz o trabalho exterior fornecido por um motor; por H s a carga à saída da bomba, a qual traduz o ganho energético do líquido na sua passagem pela bomba; por η o rendimento da bomba, o qual traduz a relação entre a potência ganha e a do motor e assume sempre valores inferiores à unidade. Temos então que a diferença entre H s e H c que corresponderá ao ganho de pressão que o líquido sofrerá na sua passagem pela bomba, o qual irá ser representado por H TOTAL e será designado por altura manométrica, sendo assim a potência absorvida pela bomba expressa por: P= γqh TOTAL / η P- Potência (W); γ- Peso volúmico (N m-3 ); Q - Caudal bombeado (m 3 s -1 ); H TOTAL - Altura manométrica (m) = H aspiração + H compressão ; η- Rendimento da bomba (entre 60% a 70%). O factor de segurança "a" da expressão procura superar, quer as imprecisões na determinação das perdas de carga no troço de tubagem de aspiração, quer as variações de pressão Altura manométrica total A altura total desenvolvida pela bomba pode ser expressa por uma das seguintes equações: Bomba funcionando em aspiração: H total = h d + h s + f d + f s + (υ 2 /2g) ou Bomba funcionando em carga: H total = h d - h s + f d + f s + (υ 2 /2g) em que: Altura manométrica Altura máxima de aspiração A altura de aspiração representa o ganho de pressão que o líquido sofre na sua passagem, pela bomba. Assim, a altura máxima de aspiração de uma bomba será calculada de acordo com a expressão: H MA = P atm /γ- [NSPH + J a + P v /γ + a] H MA - Altura máxima de aspiração (m); Patm/γ- Altura equivalente à pressão atmosférica (m); NSPH- Capacidade de aspiração (m); J a - Perda de carga no troço de tensão de vapor do líquido (m); P v /γ- Altura equivalente da tensão de vapor do líquido (m); a- Factor de segurança (m). Sendo a pressão atmosférica normal é igual a 1,013x10 2 kpa, considerando que o fluido bombeado é água, a que corresponde um peso volúmico de 9,8x10 3 N/m 3, teremos que a altura equivalente à pressão atmosférica será igual a 10,33m. No que se refere à altura equivalente de tensão de vapor (pv/γ), esta varia com a temperatura do líquido; para a água, no quadro indicam-se alguns valor H atm = P atm /γ, em função das temperaturas indicadas. H total é a altura vencida pela bomba funcionando com o caudal de projecto (m.c.a.). h d é a altura estática de descarga (em metros) igual à distância medida na vertical entre o eixo da bomba e o nível do líquido no reservatório de descarga. h s é a altura estática de aspiração (em metros) igual à distância entre o nível do líquido no reservatório de aspiração e o eixo da bomba. Nota: Este valor é positivo ou negativo consoante a bomba funcione em aspiração ou com a aspiração em carga. f d corresponde a perdas de carga na tubagem de descarga (m.c.a.) f s corresponde a perdas de carga na tubagem de aspiração (m.c.a.) u 2 2g corresponde ao valor das perdas de carga na saída (m.c.a.) Nota: Geralmente as perdas de carga na saída (υ 2 /2g) representam uma pequena percentagem do valor da altura manométrica total e são geralmente negligenciáveis. 144

147 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Dimensionamento dos reservatórios hidropneumáticos Os reservatórios hidropneumáticos são dimensionados tomando por base a "Lei de Boyle-Mariotte", a qual refere que o volume ocupado por uma dada massa de gás, mantendo constante a temperatura, varia na razão inversa das pressões que suporta, e que é expressa por: P 1 V 1 = P 2 V 2 = c em que P 1 e P 2 representam as pressões de sujeição, V 1 e V 2 os correspondentes volumes ocupados e c é uma constante (constante dos gases perfeitos). Considerando o reservatório representado na figura, onde P máx representa o nível máximo de água a que corresponde a pressão de paragem do elemento de bombeamento, P min representa o nível mínimo a que corresponde a pressão de arranque do elemento de bombeamento, V amin o volume de ar a que corresponde a pressão mínima, V amax o volume de ar a que corresponde a pressão máxima, V água o volume de água a introduzir no reservatório e V r o volume de reserva ou segurança. Os reservatórios hidropneumáticos são importantes em edifícios de habitação, pois ao limitarem o número de arranques por hora podem, se adequadamente dimensionados, permitir que em utilização normal os sistemas elevatórios não funcionem em períodos nocturnos de pequenos consumos evitando os ruídos e vibrações que tanto incomodam e são objecto de justas reclamações pelos habitantes dos respectivos edifícios. Em situações de edifícios de habitação, de serviços, industriais e similares (unidades hoteleiras, unidades de saúde, centros comerciais, etc.) justificam-se soluções de instalação de sistemas elevatórios de velocidade e caudal variável, que proporcionem economias numa relação de poupança energética/eficiência do sistema, como alternativa aos reservatórios hidopneumáticos. 9.5 Sistemas prediais de distribuição de água quente Aspectos gerais Far-se-á, de seguida, uma abordagem dos sistemas prediais de abastecimento de água quente sanitária. Estes sistemas visam garantir o fornecimento de água quente nas condições de temperatura, quantidade e qualidade adequadas ao uso sanitário. Importante é considerar as condições técnicas que determinam a sua utilização, incluindo a questão da recirculação e isolamento térmico. Os sistemas de produção e distribuição de água quente devem garantir as temperaturas mínimas de utilização necessárias nos dispositivos de utilização em função do grau de conforto e economia desejados, recorrendo, se necessário, à circulação forçada ou retorno. Fig. 2 - Reservatório hidropenumático V total = {V água (P máx + 1)} / {0,8 (P máx - P min )} O objectivo dos depósitos hidropneumáticos é o de limitar o número horário de arranques dos grupos de sobrepressão, tendo em atenção o caudal de bombeamento e os limites de pressão pré-estabelecidos. As fórmulas empíricas permitem a determinação dos volumes totais dos depósitos respectivamente para os depósitos sem membrana e com membrana, tendo em conta os factores já mencionados. V total = {1,25Q p (P máx + 10)} / {4N(P máx - P min )} V total = {Qp Pmáx } / {4N P máx - (P min -2)} V total - volume do depósito (m 3 ); Qp- caudal bombeado (m 3 /h); P máx - pressão manométrica máxima (m.c.a.); P min - pressão manométrica mínima (m.c.a.); N- número de arranques por hora. Nos edifícios de habitação é sempre obrigatória a existência de sistemas de produção e distribuição de água quente a cozinhas e instalações sanitárias. A rede predial de água quente visa assegurar a distribuição em boas condições de água quente sanitária. Os caudais de cálculo da rede predial de água quente devem ser obtidos de acordo com o disposto para a água fria. No dimensionamento hidráulico da rede predial de água quente deve seguir-se o disposto para a água fria mas ter em consideração um coeficiente de rugosidade menor, logo menor perda de carga Aparelhos produtores de água quente É importante que o sistema de aquecimento de água seja definido já na fase de projecto, uma vez que sua instalação adequada exige certos cuidados que interferem directamente no desenho do projecto, tal como nas instalações eléctricas, hidráulicas e de ventilação. 145

148 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto A segurança dos aparelhos produtores de água quente deve ser garantida na sua construção, nos ensaios de qualidade e na sua localização e instalação e é obrigatória a instalação de válvula de segurança no ramal de alimentação de termoacumuladores. Por razões de segurança é interdita a instalação de aparelhos produtores de água quente a gás nas instalações sanitárias ou em locais que se não situem junto da envolvente exterior do edifício. A escolha do sistema depende do tipo de energia a ser utilizado para aquecer a água: eléctrico, a gás ou solar. A partir daí, é definido o sistema de alimentação dos equipamentos: a) Por acumulação, em que a água aquecida fica armazenada em acumuladores; b) De passagem, em que a água é aquecida gradualmente, à medida em que passa pelo aparelho. A produção de água quente para distribuição aos dispositivos de utilização pode fazer-se, consoante as características do edifício de habitação, através de aparelhos de produção instantânea (esquentadores) ou de aparelhos de acumulação (termoacumuladores eléctricos ou a gás e depósitos de água quente com circuito primário de aquecimento) ou ainda pela combinação de ambos. As caldeiras murais são muitas vezes sistemas mistos que combinam a produção de água quente para aquecimento do ambiente (circuitos fechados) com a produção instantânea de água quente sanitária. Aqui, comportam-se como vulgares esquentadores ou podem, através de um circuito primário de aquecimento, promover a acumulação de água quente em depósitos de água. A escolha do sistema a instalar deve ser efectuada em função das necessidades instantâneas e horárias de água quente e da análise técnico económica das várias alternativas que se nos oferecem, o que pressupõe o conhecimento das características térmicas dos aparelhos atrás referidos. Deve ter-se ainda em atenção a necessidade de água quente para outros fins (que não os sanitários), tais como o aquecimento central ou a climatização Necessidades de água quente e escolha dos aparelhos de produção As necessidades instantâneas de água quente devem ser estimadas a partir do somatório dos caudais instantâneos a atribuir aos dispositivos de utilização servidos por água quente, afectado de um coeficiente de utilização simultânea. Os esquentadores apresentam-se no mercado com diferentes potências, sendo as mais usuais de 250, 320 e 380 Kcal/min. Se a temperatura da água fria for de 15 C à entrada no esquentador e que se pretende água quente a 40 C, os valores encontrados são os indicados no quadro, o que leva as designações comerciais correntes dos esquentadores em 10, 13 e 16 l/min. Potência Térmica (kcal/min) Débito de A.Q. a 40 C t=40-15 =25 C As potências dos termoacumuladores eléctricos são variáveis consoante as suas capacidades e os tempos de aquecimento, sendo esta última característica a que determina a designação vulgar de termoacumuladores de aquecimento lento, normal e rápido. Os termoacumuladores eléctricos correntes no mercado com capacidade de 100 litros e apresentam uma das seguintes potências: Aquecimento lento w; Aquecimento normal w; Aquecimento rápido w. Sendo a temperatura normal de acumulação de 60 C e para uma mesma temperatura de 15 C de água fria, temos a situação referida no quadro seguinte, considerando que 1KW = 0,864 Kcal. Tipo de termoacululador /25= 10 l/min Aquecimento lento /25= 12,8 l/min Aquecimento normal /25= 15,2 l/min Aquecimento rápido Potência (Kcal/h) T=60 C-15 C 45 C 45 C 45 C Caudal aquecido em 1 hora (litros) 864/45=19,2 1512/45=33,6 2592/45=57,6 Tempo de aquecimento de 100 litros (horas) 100/19,2=5,2 100/33,6=3,0 100/57,6=1,7 Fig. 3 - Esquema tipo de ligação a termoacumuladores Os termoacumuladores a gás possuem potências térmicas mais elevadas do que os eléctricos, o que permite aquecer o mesmo volume de água em menos tempo ou reduzir a capacidade do depósito de acumulação. 146

149 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Um termoacumulador a gás com a potência de kcal/h e considerando o diferencial térmico de 45 C entre a temperatura de água fria e de água quente acumulada, teremos por hora 313 l (14100kcal/h:45 C). A potência deste termoacumulador é inferior à de um esquentador de 10 l/min (14100kcal/h=235kcal/min), o que se traduz num consumo instantâneo menor de gás. Como distâncias meramente indicativas para que se deva ponderar a hipótese de adoptar, com vantagem económica e conforto, o circuito de recirculação ou retorno apresenta-se o quadro seguinte: Sistemas de distribuição de água quente com recirculação A implementação em edifícios dos sistemas de distribuição com retorno de água aos aparelhos de produção exige alguma atenção pelas economias de água e energia que podem proporcionar, bem como a qualidade e conforto que se espera do sistema. A rede de distribuição deve ser dimensionada até à última derivação pelo método de dimensionamento definido pelo regulamento. Deve-se ter em consideração que as perdas de calor na tubagem variam consoante o tipo de isolamento, o diâmetro do tubo, o tipo de tubagem e a temperatura ambiente nos locais em que circulam. Para tubos metálicos, consideraram-se aceitáveis os valores seguintes para perdas de calor em kcsl/h por metro linear de tubagem. Diâmetro DN 15 DN 20 DN 25 Locais n/ aquecidos Tubos isolados Locais aquecidos Tubos isolados Por outro lado, para o dimensionamento das bombas de recirculação deve-se determinar a perda de carga total do circuito: às perdas de carga contínuas é necessário adicionar as perdas de carga acidentais (curvas, tês, válvulas, etc.). Seguidamente, a consulta e análise das curvas características das bombas é fundamental, com vista à sua selecção Fig. 5 - Distâncias máximas sem retorno DIÂMETRO E DISTÂNCIA MÁXIMA SEM RETORNO d (mm) 15 (1/2'') 20 (3/4'') 25 (1'') 32 (1¼'') 40 (1½'') 9.6 Traçado Aspectos gerais l (m) O traçado das canalizações deve ser constituído por troços rectos, horizontais e verticais, ligados entre si por acessórios apropriados, devendo os primeiros possuir ligeira inclinação para favorecer a saída do ar, recomendando-se 0,5% como valor orientativo. A exigência de acessórios pode ser dispensada nos casos em que se utilizem canalizações flexíveis. As canalizações interiores da rede predial de água fria ou quente podem ser instaladas à vista, em galerias, caleiras ou tectos falsos, embainhadas ou embutidas. As canalizações não embutidas são fixas por braçadeiras espaçadas em conformidade com as características de material ,5 Devem ser tidos em consideração os problemas de dilatação e contracção da tubagem, nomeadamente na instalação de juntas e no tipo de braçadeiras a utilizar. Na instalação de canalizações de água quente assume particular importância as dilatações e contracções das tubagens. Fig. 4 - Distribuição de água quente com recirculação As canalizações exteriores da rede predial de água fria ou quente podem ser enterradas em valas, colocadas em paredes ou instaladas em caleiras, devendo ser sempre protegidas de acções mecânicas e isoladas termicamente quando necessário. 147

150 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Isolamento das canalizações As canalizações de água quente, mas também em zonas de baixas temperaturas as de água fria; devem ser sempre isoladas com produtos adequados, imputrescíveis, não corrosivos, incombustíveis e resistentes à humidade. Podem não ser isoladas as derivações para os dispositivos de utilização e respectivos ramais de retorno, quando de pequeno comprimento. Valores de espessura de isolamento recomendados Devem ainda ser consideradas medidas destinadas a atenuar os fenómenos de corrosão, devendo para o efeito: a) As canalizações metálicas da rede serem executadas, de preferência com o mesmo material; b) No caso de materiais diferentes, o material mais nobre ser instalado a jusante do menos nobre, procedendo-se ao seu isolamento por juntas dieléctricas; c) O assentamento de canalizações metálicas de redes distintas ser feito sem pontos de contacto entre si ou com quaisquer elementos metálicos da construção; d) O assentamento de canalizações não embutidas ser feito com suportes de material inerte, do mesmo material, ou de material de nobreza próxima inferior; e) O atravessamento de paredes e pavimentos ser feito através de bainhas de material adequado de nobreza igual ou próxima inferior ao da canalização; f) As canalizações metálicas serem colocadas, sempre que possível, não embutidas; g) Ser evitado o assentamento de canalizações metálicas em materiais potencialmente agressivos; h) As canalizações enterradas serem executadas, preferencialmente, com materiais não metálicos. As tubagens e acessórios que constituem as redes interiores de água fria podem ser de aço galvanizado, ferro fundido, PVC rígido, cobre ou aço inoxidável ou outros adequados e aprovados. 9.7 Elementos acessórios da rede Fig. 6 - Isolamento térmico de canalizações As canalizações e respectivos isolamentos devem ser protegidos sempre que haja risco de condensação de vapor de água, de infiltrações ou de choques mecânicos Execução das redes prediais As canalizações de água quente devem ser colocadas, sempre que possível, paralelamente às canalizações de água fria e acima destas. A distância mínima entre canalizações de água fria e de água quente é de 50 mm. As canalizações não devem ser instaladas nas seguintes condições: a) Sob elementos de fundação; b) Embutidas em elementos estruturais; c) Embutidas em pavimentos, excepto quando flexíveis e embainhadas; d) Em locais de difícil acesso; e) Em espaços pertencentes a chaminés e a sistemas de ventilação Torneiras e fluxómetros As torneiras e fluxómetros devem ser colocados em locais acessíveis, por forma a permitir a sua fácil manobra e manutenção. As torneiras e os fluxómetros podem ser de latão, com ou sem revestimento cromado, ou de outros materiais que reunam as necessárias condições de utilização Válvulas As válvulas devem ser colocadas em locais acessíveis por forma a permitir a sua fácil manobra e manutenção. 148

151 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto TIPO DE VÁLVULA SECCIONAMENTO FINALIDADE Impedir ou estabelecer a passagem de água em qualquer dos sentidos É OBRIGATÓRIA A SUA INSTALAÇÃO: À entrada: - dos ramais de introdução individuais - dos ramais de distribuição das instalações sanitárias e das cozinhas A montante: - Autoclismos - Fluxómetros - Máquinas lavar roupa - Máquinas lavar louça - Equipamento produtor de água quente - Purgadores de água A montante e a jusante: - Contadores Contadores É aos SMAS, como entidade responsável pelo sistema de distribuição pública de água, aquela que define o tipo, o calibre e a classe metrológica do contador a instalar. São, contudo, parâmetros que determinam a definição do contador: a) As características físicas e químicas da água; b) A pressão de serviço máxima admissível; c) O caudal de cálculo previsto na rede de distribuição predial; d) A perda de carga que provoca. PERDAS DE CARGA EM CONTADORES (VALORES APROXIMADOS EM METROS DE COLUNA DE ÁGUA - M.C.A.) RETENÇÃO Impedir a passagem de água num dos sentidos A montante: - Aparelhos produtores - Acumuladores de água quente - De qualquer rede não destinada a fins alimentares e sanitários SEGURANÇA REDUTORA DE PRESSÃO REGULAÇÃO Manter a pressão abaixo de determinado valor por efeito de descarga Manter a pressão abaixo de determinado valor com a introdução de uma perda de carga Permitir regulação do caudal Na alimentação de aparelhos produtores - Acumuladores de água quente Nos ramais de introdução sempre que a pressão seja superior a 600Kpa e ou as necessidades específicas do equipamento o exijam. As válvulas podem ser de latão, bronze, aço e PVC, ou outros e serem de material de nobreza igual ou tão próxima quanto possível do material das tubagens em que se inserem. Fig. 7 - Perdas de carga em contadores É obrigatório instalar um contador por cada consumidor, garantindo-se a medição de todos os consumos, podendo estes ser colocados isoladamente ou em conjunto, constituindo, deste modo, uma bateria de contadores. O espaço destinado ao contador ou bateria de contadores e seus acessórios deve obedecer aos esquemas tipo apresentados pelos SMAS. A localização dos contadores é a seguinte: - Nos edifícios confinantes com a via ou espaços públicos, os contadores devem localizar-se no seu interior, na zona de entrada ou em zonas comuns consoante se trate de um ou de vários consumidores. - Nos edifícios com logradouros privados, os contadores devem localizar-se: a) No logradouro junto à zona de entrada contígua com a via pública, no caso de um só consumidor; b) No interior do edifício, em zonas comuns ou no logradouro junto à entrada contígua com a via pública, no caso de vários consumidores. 149

152 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Fig. 8 - Instalação de contadores 9.8 Verificação, desinfecção e funcionamento hidráulico Verificação Todas as canalizações, antes de entrarem em serviço, devem ser sujeitas a verificação e ensaios com o objectivo de assegurar a qualidade da execução e o seu funcionamento hidráulico. A verificação da conformidade do sistema com o projecto aprovado e com as disposições legais em vigor deve ser feita com as canalizações e respectivos acessórios à vista. O ensaio de estanquidade deve ser conduzido com as canalizações, juntas e acessórios à vista, convenientemente travados e com as extremidades obturadas e desprovidas de dispositivos de utilização. O processo de execução e interpretação do ensaio é o seguinte: a) Ligação da bomba de ensaio com manómetro, localizada tão próximo quanto possível do ponto de menor cota do troço a ensaiar; b) Enchimento das canalizações por intermédio da bomba, de forma a libertar todo o ar nelas contido e garantir uma pressão igual a uma vez e meia a pressão máxima de serviço, com o mínimo de 900 kpa; c) Leitura do manómetro da bomba, que não deve acusar qualquer redução, durante um período mínimo de 30 minutos; d) Esvaziamento do troço ensaiado Desinfecção dos sistemas Os sistemas de distribuição predial de água para consumo humano, incluindo os respectivos reservatórios quando existirem, depois de equipados com os dispositivos de utilização e antes de entrarem em funcionamento, devem ser submetidos a uma operação de desinfecção com permanganato de potássio, com a seguinte metodologia: a) Preparação da solução desinfectante Dissolver a quantidade de permanganato de potássio necessária (150 gramas por cada m 3 de volume da rede a desinfectar) em água aquecida a uma temperatura entre 40 C e 45 C, até conseguir uma solução o mais homogénea possível. O volume da solução deve ser de 1/10 do volume da rede a desinfectar. Esta operação deve ser feita na véspera do dia de início da desinfecção. b) Enxaguamento prévio da rede Esvaziar a rede através das torneiras de purga existentes nos pontos mais baixos, encher de novo e esvaziar, repetindo a operação durante cerca de 2 horas, para assegurar uma limpeza eficaz. c) Introdução da solução desinfectante Através do ponto de injecção, introduzir a solução desinfectante sob pressão com um caudal regulado em função do caudal do escoamento fixado (1 parte da solução para 9 partes da água em escoamento). Abrir, de montante para jusante (do contador para as extremidades da rede) cada torneira até ao aparecimento da cor violácea. Fechá-la de seguida e passar à seguinte. Quando a cor violácea aparecer na última torneira, fechá-la e parar a injecção da solução desinfectante. d) Período de contacto Manter a rede isolada durante um período de 48 horas, a fim de o desinfectante poder actuar. e) Enxaguamento final Abrir as torneiras pela ordem inversa da adoptada no enchimento, isto é, de jusante para montante, deixando sair a água durante cerca de 2 horas, em caudal razoável, período este que, em princípio, será suficiente para a lavagem final da rede. f) Recolha de amostras Recolher amostras para análise laboratorial confirmativa da qualidade da água. A desinfecção da rede predial só deve ser feita depois de estabelecido e aprovado o ramal de ligação pela entidade responsável pelo sistema de distribuição pública de água, e de forma que não seja possível qualquer refluxo para a rede pública da solução desinfectante, ou para qualquer outra rede predial interior, e que se encontrem previamente desinfectados os órgãos situados desde o ponto de injecção até ao ramal de ligação, inclusive este. 150

153 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto Prova de funcionamento hidráulico Após os ensaios de estanquidade e a instalação dos dispositivos de utilização, deve verificar-se o comportamento hidráulico do sistema por simples observação visual. Conclusão A concluir deixa-se a indicação dos elementos que devem instruir o processo de aprovação do projecto de redes prediais (Art.º 304º). Assim, o pedido de aprovação deve ser instruída com os seguintes elementos: a) Requerimento subscrito pelo promotor, dirigido ao Director Delegado dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto, solicitando a aprovação do projecto; b) Termo de responsabilidade do técnico autor do projecto; c) Documento do Município comprovativo da aprovação do projecto de arquitectura, quando for caso disso; As peças escritas devem ser apresentadas dactilografadas ou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todas elas subscritas pelo técnico responsável pelo projecto. As peças desenhadas devem ser apresentadas com formatos e dobragem concordantes com o estipulado nas Normas Portuguesas NP48 e NP49, não excedendo as dimensões do formato A0. Os caracteres alfanuméricos devem obedecer à Norma Portuguesa NP89. Todos os desenhos devem possuir legenda no canto inferior direito, respeitando a Norma Portuguesa NP204 e contendo, no mínimo, a seguinte informação: a) Designação e local da obra, indicando se se trata de obra nova, de ampliação ou remodelação; b) Identificação do proprietário; c) Nome, qualificação e assinatura do autor do projecto; d) Número, descrição do desenho, escalas e data; e) Especificação quando se trata de projecto de alteração; f) Legenda específica das redes representadas. d) Documento donde conste as condições definidas pelo Batalhão Sapadores Bombeiros; e) Memória descritiva e justificativa, onde conste identificação do proprietário, natureza, designação e local da obra, tipo da obra, descrição da concepção dos sistemas, materiais e acessórios, e instalações complementares projectadas; f) Cálculo hidráulico onde conste os critérios de dimensionamento adoptados e o dimensionamento das redes, equipamentos e instalações complementares projectadas; g) Estimativa descriminada do custo, a preços correntes, da obra específica a executar; h) Planta de localização fornecida pelos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Porto, na qual conste: Delimitação do terreno; Indicação do corpo ou corpos que constituem as obras; Edificações existentes no terreno, se as houver; Representação dos ramais de introdução de água e de águas residuais domésticas e Representação simplificada do colector predial; i) Peças desenhadas dos traçados em plantas e cortes à escala mínima 1:100, com indicação dos materiais e acessórios das canalizações, dos diâmetros e inclinações das tubagens, dos órgãos acessórios e instalações complementares e dos respectivos pormenores que clarifiquem a obra projectada; j) Representação esquemática axonométrica da rede de distribuição de água. k) Os elementos acima referidos serão apresentados em original e duas cópias para o referido nas alíneas b) a j). 151

154 Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto 9.9 Referências bibliográficas BACELLAR, H.R., Instalações Hidráulicas e Sanitárias. Ed. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1997 CANHA DA PIEDADE, A., RODRIGUES, A. Moret, e RORIZ, Luís F., Climatização em Edifícios, Envolvente e Comportamento Térmico, Edições Orion, Amadora, 2000 COELHO, António Leça, Segurança Contra Incêndios em Edifícios de Habitação, Edições Orion, Amadora, 1998 MEDEIROS, Carlos, Regulamento dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (Anotado), Editorial FEUP, Porto, 1998 MEDEIROS, Carlos, Instalações de Edifícios, Editorial FEUP, Porto, 2004 MEDEIROS, Carlos, Redes e Instalações em Edifícios, Editorial Faculdade de Arquitectura, Porto, 2004 MACINTYRE, Archibald J., Manual de Instalações Hidráulicas e Sanitárias, Livros Técnicos e Científicos Editora Rio de Janeiro, 1990 MIRANDA, Angel Luis, Instalaciones, Grupo Editorial CEAC, S.A., Barcelona, 1995 PEDROSO, Victor M. Ramos, Regras de Dimensionamento das Redes Prediais de Distribuição de Água Residuais Domésticas e Pluviais, LNEC, 1996 Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e de Drenagem de Águas Residuais e Prediais de Distribuição de Água,

155 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa 10. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO E PREDIAL EM LISBOA Autor: Ana Amélia Santos Engenheira Civil Responsável do Departamento de Novos Abastecimentos Área de Negócio de Distribuição EPAL - Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A. 153

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157 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa EPAL - Das origens à torneira do consumidor A EPAL - Empresa Portuguesa das Águas Livres, SA é uma sociedade anónima de capitais integralmente públicos, detida a 100% pela AdP - Águas de Portugal, cuja missão é o abastecimento de água para consumo humano, na sua área de influência e eventualmente noutras áreas limítrofes, visando a prestação de um serviço de qualidade com respeito pelos aspectos essenciais de ordem social e ambiental, colocando as suas capacidades ao serviço do interesse nacional. Pelo seu "know-how", modernidade das tecnologias utilizadas, qualidade dos serviços prestados e larga experiência, desempenha um papel fundamental para o desenvolvimento do sector da água quer nacional quer internacional, merecendo referência a sua participação em projectos de âmbito internacional, quer individualmente quer integrada no Grupo AdP - Águas de Portugal. A EPAL é responsável por um sistema de produção, transporte e distribuição que se desenvolve ao longo de mais de km, cuja gestão é da responsabilidade de duas Áreas de Negócio distintas: Área de Negócio de Produção e Transporte responsável por todas as Captações, Estações de Tratamento e Adutores, que garantem a produção e o transporte de água; Área de Negócio de Distribuição responsável pela gestão e manutenção da Rede Geral de Distribuição, afecta ao abastecimento domiciliário, no concelho de Lisboa. Origem e qualidade de água A EPAL abastece de água com qualidade cerca de 2,6 milhões de pessoas, de 26 concelhos da margem norte do rio Tejo, correspondendo a área total abastecida a Km 2. Mantém relações contratuais com cerca de 335 mil clientes directos, do concelho de Lisboa, onde assegura o abastecimento domiciliário. As preocupações da EPAL não se centram somente ao nível da quantidade de água fornecida, mas principalmente ao nível da qualidade. Para assegurar a qualidade da água, esta é submetida a vários processos nas estações de tratamento: Pré-cloragem, Remineralização e correcção de agressividade, Coagulação química e floculação/decantação, Filtração, Equilíbrio e ajuste do ph e Desinfecção final com cloro gasoso. Um dos objectivos primordiais da EPAL consiste na monitorização da qualidade da água em toda a extensão do seu sistema de abastecimento, desde os recursos hídricos utilizados até ao ponto de entrega ao consumidor. Esta preocupação é de facto histórica e está comprovada pelo estudo analítico mais antigo (1791) que se conhece sobre as águas do sistema de abastecimento de água à Cidade de Lisboa. O primeiro registo de resultados de análises bacteriológicas à água pela antiga Companhia das Águas de Lisboa (CAL), remonta a Actualmente, o Laboratório Central da EPAL orgulha-se de ser um dos melhores laboratórios de análises de água do país e da Europa, dispondo para o efeito de técnicos especializados nas áreas de microbiologia, química orgânica e química inorgânica, bem como de equipamentos analíticos de última geração. 155

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159 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa 10.1 Introdução A presente comunicação pretende dar a conhecer: A concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa; A EPAL é responsável por todo um sistema de produção ("alta") e distribuição ("baixa") que se desenvolve por mais de 1900 Km, cuja gestão é da responsabilidade de duas áreas de negócio distintas: Área de Negócio de Produção e Transporte e Área de Negócio de Distribuição; A concepção global dos sistemas prediais em Lisboa; É também da responsabilidade da EPAL a aprovação, a fiscalização bem como a ligação à rede de distribuição de água de todos os sistemas prediais na cidade de Lisboa. As regras da EPAL no que se refere à elaboração dos projectos de redes prediais, abrangendo uma breve descrição do Manual da EPAL publicado em Fevereiro Em complemento, pretende também divulgar os aspectos relevantes dum serviço de interesse público de relevante impacto social, bem como divulgar os resultados alcançados com o estabelecimento dessas mesmas regras. A experiência da EPAL ilustra os benefícios da adopção e divulgação de regras técnicas no âmbito interno, ou seja, organização, eficiência e produtividade, bem como no âmbito do serviço prestado ao requerente do processo de abastecimento, como sendo, fiabilidade, segurança e qualidade do serviço, evidenciando como os resultados foram efectivamente melhorados. Enquadramento legislativo. Palavras - chave: sistema de produção e transporte, sistema de distribuição, tratamento/qualidade de água, zonas de distribuição, elevação, reserva, pressão, processo de abastecimento, manual de redes prediais, qualidade de serviço, satisfação do Cliente, melhoria contínua, legislação Concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa Aspectos gerais O Sistema de Distribuição de água à cidade de Lisboa é um sistema complexo quer pela sua extensão, cerca de km de rede com diâmetros que variam entre os 80 e os 1500 mm, quer pela acentuada orografia da cidade, a qual se estende desde o nível do rio Tejo até cotas superiores a 170 m. Deste sistema depende cerca de clientes com contrato, localizados na cidade de Lisboa e para os quais se utiliza em média, aproximadamente, m 3 de água por dia, e directamente parte dos concelhos limítrofes designadamente Loures, Oeiras, Odivelas e Amadora. Esgotada a capacidade máxima de transporte entre Vila Franca de Xira e Lisboa através dos três adutores existentes, Aqueduto Alviela, Tejo e Adutor V.F.Xira/Telheiras, projectou-se a construção do Adutor de Circunvalação, obra planeada de forma a abastecer os concelhos adjacentes desviando caudais da cidade de Lisboa. A partir da entrada em funcionamento deste último adutor, Abril de 2001, a Rede de Distribuição passou a estar sobre dimensionada face às suas necessidades. Em termos gerais, actualmente transitam pela rede de Lisboa com destino aos concelhos limítrofes, m 3 /dia de água para uma capacidade máxima efectiva de m 3 /dia. Acrescente-se ainda que nos últimos anos, apesar de pouco significativo, tem-se verificado uma diminuição dos volumes utilizados dentro da cidade Caracterização da rede de Lisboa Em Lisboa, a Rede Geral de Distribuição, com cerca de Km, é constituída por 15 reservatórios, 9 estações elevatórias, cerca de 11 mil válvulas com diâmetros nominais variáveis entre 150 e mm e 93 mil ramais de ligação aos prédios, proporcionando o abastecimento domiciliário numa área de 83 km 2 que alberga uma população de 564 mil habitantes residentes. É abastecida pelo Aqueduto Alviela, Aqueduto Tejo, Adutor Vila Franca-de-Xira/Telheiras e pelo Adutor de Circunvalação, cujas capacidades de entrega a Lisboa são, respectivamente, 35 mil m 3 /dia, 360 mil m 3 /dia, 240 mil m 3 /dia e 60 mil m 3 /dia. A maior parte das condutas encontra-se aproximadamente a 1,0 m de profundidade. Em certas situações especiais e nos casos de maiores diâmetros, a profundidade das condutas é de 2,5 m ou mesmo superior, atingindo 4 ou 5 m. A rede de distribuição de Lisboa está digitalizada e reproduzida num sistema de informação geográfica, designado Interáqua, precioso auxiliar das equipas de manutenção. Neste sistema, além de permitir localizar todas as condutas e órgãos da rede, são registadas todas as intervenções possibilitando a criação de uma base de dados relacionados com a manutenção da rede. Este sistema tem um interface com o sistema de gestão de clientes para identificar os clientes cujo abastecimento possa ser afectado, quer por suspensões provocadas por obras de expansão ou renovação da rede, quer por roturas casuais cuja reparação é assegurada por piquetes que actuam 24 horas por dia. 157

160 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa A EPAL tem em curso um programa de renovação da rede, com substituição da rede mais antiga, cujo investimento é na ordem dos 80 milhões de euros. Complementarmente tem-se em desenvolvimento um sistema de apoio à decisão - sistema integrado de medição, de modo a integrar e tratar a informação sobre volumes de água utilizada em determinada malha de rede, nomeadamente, por zona de abastecimento, e a informação processada pelo sistema de clientes que regista a água facturada. Este sistema de medição integrado tem como finalidade o acompanhamento da evolução de perdas de água Princípios hidráulicos da rede Os principais princípios a ter em conta na Rede de Distribuição são: Estabilidade das pressões nos pontos de abastecimento garantindo uma pressão mínima na soleira dos edifícios de 300 kpa e máxima de 600 kpa; Garantir a qualidade da água ao longo da rede; Reserva de água que garanta estabilidade no fornecimento e segurança em caso de incidentes; Existência de alternativas de abastecimento. A Rede de Distribuição na cidade de Lisboa abastece os clientes em patamares altimétricos, de 30 em 30 metros, identificados por cores diferentes na figura seguinte: Reservatório Estação Elevatória Ponto de entrega 1 sentido Ponto de entrega 2 sentidos Fig. 1 - Esquema em planta representativo da rede de distribuição na cidade de Lisboa 158

161 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Na figura anterior são também identificadas as estações elevatórias e reservatórios que fazem parte integrante da rede de distribuição, bem como todas as interligações ao sistema de produção e transporte (distribuição em Alta). O sistema de distribuição de água da EPAL na cidade de Lisboa possui características muito próprias, no qual a água é elevada directamente para a rede de distribuição. Os reservatórios que garantem o abastecimento das zonas altimétricas funcionam como reservatórios de extremidade e localizam-se aproximadamente 30 metros acima dos pontos de abastecimento mais elevados, da respectiva zona altimétrica. Esta localização permite garantir uma pressão na soleira do ponto de abastecimento entre os 300 kpa e os 600 kpa. St. Cruz Fig. 2 - Diagrama altimétrico representativo da rede de distribuição na cidade de Lisboa 159

162 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Caracterização dos materiais da rede O sistema da EPAL existe há mais de cem anos, tendo naturalmente ao longo da sua vida sido utilizados diversos materiais, sendo os principais: o aço, betão pré-esforçado, ferro fundido cinzento, ferro fundido dúctil e ferro galvanizado, fibrocimento, polietileno de alta densidade. A predominância do ferro fundido cinzento, ferro fundido dúctil, e do fibrocimento continua sensivelmente a representar um maior peso, tendo no entanto, o PEAD, nos últimos anos (desde 2002), vindo a aumentar a sua aplicação, principalmente na renovação da rede, numa média de 60 km/ano Identificação das patologias mais correntes As patologias mais correntes em tubagens e acessórios assumem em geral as seguintes formas: Roturas por acções de choque mecânico; Roturas devidas a movimentos dos solos; Roturas devidas a aumentos das cargas externas transmitidas pelo solo; Deterioração ao longo do tempo da tubagem e/ou das juntas e acessórios; Corrosão generalizada, localizada, galvânica, correntes vagabundas; Redução da secção útil dos tubos devido a incrustações; Qualidade deficiente ao nível dos tubos, acessórios e componentes utilizados na execução das uniões. No caso da EPAL e dado o projecto de renovação de rede em curso, a melhoria da fiabilidade das reparações, a entrada em funcionamento do Adutor da Circunvalação, com a retirada de caudais em trânsito na rede de Lisboa para os concelhos limítrofes, o ano de 2004 espelha já alguns resultados positivos, no que se refere à diminuição de roturas: QUADRO 1 - VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ROTURAS ENTRE OS ANOS DE 2003 E 2004 Roturas Condutas DN 400 mm Condutas DN > 400 mm Roturas Ano Ano 2003 Ano Ano 2004 Variação -25% -42% Variação Identificação dos factores agressivos Os tubos e acessórios estão naturalmente sujeitos a diversos tipos de factores agressivos que contribuem, através de mecanismos vários, para a sua degradação, súbita ou continuada no tempo. Esses factores podem ser classificados da seguinte forma: Condições hidráulicas da rede As pressões são um dos principais factores agressivos (pressões em regime hidráulico permanente e transitório). A má utilização em termos de paragens e arranques dos grupos, manobras de válvulas, incorrecto dimensionamento/instalação dos grupos hidropressores poderão estar na origem de uma degradação mais rápida do sistema de abastecimento. Em termos de exploração, a tubagem e acessórios estão sujeitos a factores agressivos relativos às condições hidráulicas na rede que se traduzem em pressões máximas em regime permanente que não excedem em geral 8,3 bar, exceptuando alguns casos que pode ir até 12 bar. No quadro seguinte pode-se observar, para cada estação elevatória existente na rede de distribuição, as alturas de elevação aproximadas para os diversos destinos, salvo o caso da estação elevatória do Restelo, cujo único destino é o reservatório de Monsanto. QUADRO 2 - ALTURAS DE ELEVAÇÃO NOMINAIS NAS ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE LISBOA Estação elevatória Barbadinhos Campo de Ourique Olivais Restelo S. Jerónimo Telheiras Destinos de elevação(a) Rede (ZB) - Reservatório do Vale Escuro e de S. Jerónimo Rede (ZM) - Reservatório do Arco Rede (ZA) - Reservatório do Pombal Rede (ZA) - Reservatório do Pombal Rede (ZS) - Reservatório de Monsanto Reservatório da Amadora Rede (ZB) - Reservatórios do Contador-Mor E do Vale Escuro Rede (ZM) - Reservatórios de Campo de Ourique e do Arco Rede (ZA) - Reservatório de Telheiras Aqueduto do Alviela Reservatório de Monsanto Rede (ZA) - Reservatório do Restelo Rede (ZS) - Reservatório da Charneca Rede (ZA) - Reservatório da Amadora Reservatório do Alto de Carenque Alturas de elevação aproximadas (m.c.a) Em ramais % (a) ZB - Zona Baixa; ZM - Zona Média; ZA - Zona Alta; ZS - Zona Superior 160

163 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Mais especificamente no que se refere à concepção da rede de distribuição, e conforme já mencionado, o valor de pressão mínimo actualmente disponibilizado pela EPAL é de 300kPa, assim como o valor máximo, de modo a evitar a ocorrência de sobrepressões é de 600kPa. Características químicas das águas transportadas na rede Conforme já mencionado, a água aduzida à cidade de Lisboa provém de três subsistemas distintos - Alviela, Tejo e Castelo do Bode (captações superficiais e subterrâneas). Daqui resulta uma variabilidade das características da água aduzida. A esta variabilidade há a acrescentar a que resulta do contacto da água com tubagens e acessórios de diferentes materiais. Da complexidade dos três subsistemas adutores a quatro zonas de distribuição resulta que em algumas zonas da cidade, as características da água distribuída são bastante semelhantes às da água aduzida, enquanto noutras reflectem as misturas de aduções diferentes. Os factores químicos da água transportada na rede, quando atingem teores agressivos, degradam a tubagem afectando a qualidade da água. A título meramente informativo apresenta-se no quadro seguinte a concentração hidrogeniónica (ph) da água distribuída em Lisboa, por zona de distribuição: QUADRO 3 - CONCENTRAÇÃO HIDROGENIÓNICA DA ÁGUA DISTRIBUÍDA EM LISBOA Parâmetro Zona Baixa V.min V.máx Zona Média V.min V.máx Zona Alta V.min V.máx Zona Superior V.min V.máx Reservatórios V.min V.máx Concentração Hidrogeniónica (ph) 7,7 8,6 7,7 8,5 6,9 8,6 7,4 8,7 6,9 8,3 Características químicas e físicas dos solos e das suas águas intersticiais A humidade do solo e a presença de sais dissolvidos são os factores que mais contribuem para a resistividade do solo, parâmetro que em geral é utilizado para caracterizar a corrosividade dos solos. A título meramente informativo resumem-se os principais factores agressivos do solo para os tubos metálicos: - Concentração hidrogeniónica (ph); - Sulfato; - Cloreto; - Alcalinidade; - Resistividade; - Contaminação orgânica; - Correntes vagabundas. Condições geotécnicas, sísmicas e mecânicas Os factores relevantes que podem contribuir para que as tubagens enterradas possam sofrer danos são: - Movimentos permanentes do terreno, que estão directamente relacionados com as suas características geotécnicas, como os assentamentos dos solos e sua liquefacção; - Efeitos da propagação das ondas sísmicas nas tubagens, sendo o parâmetro identificado como relevante a deformação da tubagem, resultante das extensões axiais e das curvaturas; - Cargas rolantes sobre o terreno, que estão directamente relacionadas com o trânsito rodoviário e ferroviário. A cidade de Lisboa situa-se numa zona de sismicidade moderada, caracterizada pela ocorrência de sismos fortes, separados por longos períodos de acalmia, em que se registam sismos fracos. 161

164 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Fig. 3 - Distribuição das intensidades na cidade de Lisboa Fig. 4 - Cenário sísmico de danos na cidade de Lisboa Reservas de água Os reservatórios existentes e em serviço no sistema da EPAL de abastecimento à cidade de Lisboa, os quais funcionam também como reservas de água, encontram-se caracterizados no quadro seguinte: QUADRO 4 - CARACTERIZAÇÃO DOS RESERVATÓRIOS EXISTENTES NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO A LISBOA DESIGNAÇÃO GRAVIDADE ZONAS DE DISTRIBUIÇÃO BOMBEA- MENTO N.º CÉLULAS COTA DE SOLEIRA ALTURA DE ÁGUA (m) VOLUME TOTAL (m³) BARBADINHOS - ZB,ZM,ZA 2 27,66 3, OLIVAIS - ZB,ZM,ZA 2 17,00 4, CONTADOR-MOR ZB ,00 4, VALE ESCURO S. JERÓNIMO ZB ZB - ZA ,30 57,43 6,25 2, LEGENDA: Zona Limite - ZL ARCO ZB,ZM ,72 2, Zona Baixa - ZB C. OURIQUE ZM ZA,ZS 2 90,27 5, Zona Média - ZM TELHEIRAS I ZA ZA,ZS 4 126,00 5, Zona Alta - ZA TELHEIRAS II POMBAL 1,2 ZA ,00 116,46 12,00 2, Zona Superior-ZS POMBAL ,38 2, RESTELO ZA ZS 2 122,30 5, CHARNECA I ZS ZL 2 152,10 5, CHARNECA II 1 152,10 5, MONSANTO ZS ,44 4, TOTAL

165 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa A capacidade de reserva foi calculada atendendo às seguintes ocorrências: - ajustamento dos caudais de adução aos pedidos na rede; - falhas de adução por interrupções subsequentes a avarias no sistema de abastecimento de água ou cortes na alimentação eléctrica; - aumentos súbitos de pedidos na rede por razões de emergência, em particular combates a incêndios. No quadro seguinte, apresentam-se as relações entre capacidade total e os consumos médio diário anual, no mês de maior consumo, na semana de maior consumo e no dia de maior consumo, previstos para os anos de 1995 e 2020, para Lisboa: QUADRO 5 - RELAÇÃO ENTRE A CAPACIDADE TOTAL DOS RESERVATÓRIOS E OS CONSUMOS MÉDIO DIÁRIO ANUAL, NO MÊS DE MAIOR CONSUMO, NA SEMANA DE MAIOR CONSUMO E NO DIA DE MAIOR CONSUMO, PREVISTOS PARA OS ANOS DE 1995 E 2020 TIPO DE CONSUMO CAPACIDADE TOTAL (m³) NECESSIDADES DE ÁGUA (m³/dia) COEFICIENTES (-) (1) (2) (3) (1) / (2) (1) / (3) MÉDIO ANUAL ,54 1,54 MÊS MAIOR CONSUMO ,34 1,34 SEMANA MAIOR CONSUMO ,28 1,29 DIA MAIOR CONSUMO ,19 1,19 Verifica-se que a capacidade total excede as necessidades de água estimadas para esses anos Estratégia de manutenção da qualidade da água A par com a necessidade de garantir duma forma optimizada as reservas adequadas de água no sistema para uma distribuição compatível com os consumos, também é fundamental que seja garantida a qualidade da mesma água. Esta preocupação prende-se com a possibilidade de deterioração da qualidade da água nos reservatórios, se determinadas medidas não fizerem parte das normas de exploração e, ainda, se não forem verificados determinados critérios de concepção. Os procedimentos de exploração integram rotinas de inspecção e de manutenção, além de envolver, potencialmente, actuações de emergência. a reunir conceitos e regras, previamente estabelecidas e divulgadas, que permitissem uma capacidade de resposta mais oportuna e qualitativa, opção que motivou à elaboração de um Manual, o qual não é uma ideia recente, mas sim um projecto há muito planeado. Para com maior rigor avaliar a conformidade técnica dos processos de abastecimento foi publicado o Manual de Redes Prediais da EPAL, dirigido a projectistas, técnicos responsáveis pela instalação das redes prediais de água e instaladores. Manual de Redes Prediais da EPAL 10.3 Concepção global dos sistemas prediais em Lisboa Aspectos gerais É também da responsabilidade da Empresa a aprovação e a fiscalização das redes prediais na cidade de Lisboa, de modo assegurar o cumprimento das regras definidas. Assim e dentro desta opção metodológica foi sentida a necessidade de iniciar um processo normativo conducente ao estabelecimento de uma base de informação padronizada, destinada 163

166 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa No Manual de Redes Prediais são abordados aspectos de concepção e execução, sendo particularmente desenvolvidos os primeiros, por serem aqueles que conferem aos projectos a sua verdadeira potencialidade em termos de "linguagem técnica". O conteúdo do documento não pretende ser exaustivo e de modo algum dispensa a consulta de toda a regulamentação em vigor, mas tem como objectivo transmitir as regras que esta Empresa considera pertinentes, permitindo aos interessados a apresentação de processos de abastecimento, compatíveis com os conceitos vigentes na EPAL. Subsidiariamente poderá também constituir elemento de consulta para instaladores, considerando-se o referido Manual como um complemento da documentação técnica já existente na EPAL, pois procura apresentar uma visão global conducente à obtenção de soluções que contornem os problemas detectados nos projectos de redes prediais, embora numa opção técnica condicionada pela normalização nacional existente Estrutura do Manual de Redes Prediais A estrutura do Manual é constituída pelos seguintes capítulos e anexos: Capítulo II - Elaboração e circuito dos processos de abastecimento Tem como objectivo definir as regras para a elaboração e constituição de um processo de abastecimento, assim como a descrição do seu circuito, desde a sua entrega nos Serviços da EPAL, até à fase de celebração de contratos de fornecimento de água. Uma correcta elaboração dos processos de abastecimento, permite uma optimização dos recursos utilizados pela EPAL na fase de análise dos mesmos, o que conduz a prazos de resposta mais reduzidos. Na assunção deste pressuposto recomenda-se que sejam respeitadas todas as indicações consignadas no documento, permitindo assim um desenvolvimento mais célere dos processos de abastecimento. Após a constituição de um processo de abastecimento, de acordo com o estabelecido no capítulo II, este deve ser entregue, na EPAL, para emissão de parecer. A consulta do fluxograma a seguir representado, evidencia todo o circuito de um processo de abastecimento no seu desenvolvimento mais longo, ou seja, com entrega de alterações ao nível da análise e da fiscalização: I. Generalidades II. III. Elaboração e Circuito dos Processos de Abastecimento Concepção de Projecto e Disposições Construtivas IV. Dimensionamento Anexos A Terminologia B Simbologia C Documentos e Elementos Técnicos Constantes dos Processos de Abastecimento D Esquemas de Instalação e Execução E Legislação e Normalização Aplicáveis F Referências Bibliográficas Descrição dos capítulos estruturantes do Manual Capítulo I - Generalidades Abordagem de aspectos gerais tais como a Legislação e Normalização, deveres e responsabilidades das diversas partes intervenientes. 164

167 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Fig. 5 - Fluxograma de um processo de abastecimento 165

168 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa O fluxograma anteriormente apresentado poderia ser muito simplificado se todo o processo não tivesse que passar por frequentes e diferentes análises do mesmo, no que respeita a alterações entregues, seja na fase de análise ou/e na fase de fiscalização. É recomendável ainda que sejam respeitadas todas as indicações consignadas no documento, permitindo assim um desenvolvimento mais célere dos processos de abastecimento, nomeadamente no que respeita à caracterização dos deveres, responsabilidades de manutenção e recomendações Ramal de Ligação Canalização que liga a Rede Geral de Distribuição à rede predial, para serviço de uma propriedade, ou a bocas de incêndio e marcos de água. Torneira de Suspensão do Ramal Válvula que regula o fornecimento de água ao prédio. Rede Geral de Distribuição Sistema de canalizações, órgãos e equipamentos instalados na via pública. Fig. 6 - Redes prediais. Responsabilidades de manutenção 166

169 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Capítulo III - Concepção de projecto e disposições construtivas O capítulo III tem como objectivo definir as linhas orientadoras a adoptar na concepção global dos sistemas prediais de abastecimento de água, assim como indicar quais as disposições construtivas preconizadas pela EPAL. Como entidade responsável pelo fornecimento de água para consumo humano, a EPAL assegura a qualidade da mesma na sua rede geral de abastecimento. A concepção dos sistemas prediais deve assim garantir, quer a manutenção dessa mesma qualidade, quer as boas condições do fornecimento no que concerne à pressão e caudal nos dispositivos de utilização. b) Através de equipamento de pressurização directa, constituído por grupos de velocidade variável e tendo em conta o especificado no Manual. A adopção desta solução pressupõe que embora se recorra à pressurização, a pressão da rede geral de fornecimento deve ser aproveitada, levando a que existam sempre que possível, pelo menos dois andares de pressão (gravítico e pressurizado): Mais especificamente no que diz respeito às pressões deve ser tido em atenção o valor de pressão mínimo, actualmente de 300kPa, disponibilizado pela EPAL, na rede geral de distribuição de água, assim como o valor máximo, de forma a evitar a ocorrência de sobrepressões (>600kPa). Quando o valor mínimo não for garantido, deverá ser prevista a instalação de equipamento de pressurização. Nos casos em que este valor seja ultrapassado deve ser instalada válvula redutora de pressão. É ainda de interesse apresentar uma síntese das soluções de abastecimento predial permitidas pela EPAL: a) Fornecimento totalmente gravítico, em que a pressão mínima disponibilizada no ramal de ligação é suficiente para garantir as boas condições de fornecimento a todos os locais do edifício a serem objecto de contratos de fornecimento: Fig. 8 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistema misto gravítico e pressurizado Fig. 7 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistema simples gravítico 167

170 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa c) Fornecimento efectuado a partir de depósito dotado de equipamento de elevação, exclusivamente para o sistema de incêndio e situações especiais: Situação II Situação I Fig. 9 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistema misto gravítico e pressurizado e abastecimento directo à rede de incêndio e rede sprinklers Fig Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistema misto gravítico e pressurizado e abastecimento ao serviço de incêndio a partir de depósito 168

171 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Situação III é responsável pelos valores neles apresentados e sua validade. No entanto, se forem detectadas irregularidades, ou se os mesmos se encontrarem incompletos devem ser apresentados novos cálculos. O dimensionamento dos Sistemas Prediais de Abastecimento de Água é efectuado de forma faseada através de um processo iterativo. No capítulo IV são apresentados alguns métodos de dimensionamento para cada situação, no entanto, os mesmos não são vinculativos, salvo se indicado, estando o projectista livre de apresentar outros métodos desde que devidamente fundamentados, através da apresentação de ábacos, tabelas e referências bibliográficas Anexos Os anexos, já anteriormente mencionados, consistem: Fig Diagrama de abastecimento às redes prediais e serviço de incêndio a partir de depósito contabilizado a montante (condição excepcional para Hotéis e Hospitais, previsto na legislação) Capítulo IV - Dimensionamento Após a fase de concepção do projecto da rede predial de água, onde se definiu o traçado das canalizações, a escolha dos materiais a utilizar e a selecção dos órgãos e dos equipamentos, é necessário efectuar o dimensionamento das canalizações, nomeadamente no que concerne aos diâmetros das tubagens e determinação das características dos equipamentos electromecânicos. A Terminologia - Consiste na compilação dos termos instituídos pela EPAL mais utilizados neste Manual, encontrando-se organizada por ordem alfabética; B Simbologia - Apresentação dos símbolos a utilizar na elaboração das peças desenhadas dos projectos de redes prediais; C Documentos e Elementos Técnicos Constantes dos Processos de Abastecimento - Inclui as referências do "Capítulo II - Elaboração e Circuito dos Processos de Abastecimento", tal como as minutas tipo, quadros de apoio, etc.; D Esquemas de Instalação e Execução - Compilação de diversas indicações de carácter normativo relativas a alguns aspectos construtivos das redes prediais; E Legislação e Normalização Aplicáveis - Listagem não exaustiva de documentação; F Referências Bibliográficas. Relativamente ainda ao Anexo D, apresentam-se nas seguintes figuras, a título meramente exemplificativo, algumas das principais disposições construtivas relativas às redes prediais, constantes no Manual. A fase de dimensionamento funciona ainda como prevenção e detecção de erros de concepção, uma vez que se determinam entre outros, valores de velocidades de escoamento e de pressão disponível nos dispositivos de utilização, possibilitando o controlo dos parâmetros relativos aos níveis de conforto e desempenho dos sistemas. Os cálculos justificativos, relativos ao dimensionamento, são componentes fundamentais do projecto da rede predial, sendo sempre obrigatória a sua apresentação. O projectista 169

172 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Fig Instalação de contadores em bateria 170

173 Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa Fig Instalação de contadores em caixa enterrada até DN