SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

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1 Redes de Dstrbução de Água Rede de dstrbução de água: um sstema de tubagens e elementos acessóros nstalados na va públca, em terrenos da entdade dstrbudora ou em outros sob concessão especal, cua utlzação nteressa ao servço públco de abastecmento de água potável. Ramal domcláro: tubagem que assegura o abastecmento predal de água, desde a rede geral públca até ao lmte da propredade a servr. A rede geral de dstrbução almenta, por meo de ramas domcláros, os dversos edfícos ou nstalações a servr. Saneamento I - 184

2 Redes de Dstrbução de Água/ Traçado em Planta Saneamento I - 185

3 Redes de Dstrbução / Classfcação Redes Ramfcadas só há um percurso possível entre o reservatóro e qualquer ponto da rede Vantagens: requer menor número de acessóros; permte que se adoptem os dâmetros económcos; dmensonamento hdráulco smples. Inconvenentes: acumulação de sedmentos nos pontos termnas; no caso de avara todo o abastecmento é nterrompdo para usante; pressão nsufcente no caso de aumento (ou varação) das solctações de consumo. Saneamento I - 186

4 Redes de Dstrbução / Classfcação Redes Emalhadas (ou malhadas) as condutas fecham-se sobre s mesmas consttundo malhas (crcutos fechados); Vantagens: permte escoamento bdrecconal; no caso de avara numa tubagem, não se nterrompe o escoamento para usante; efetos pouco sgnfcatvos, em termos de pressão, quando ocorrem grandes varações de consumos. Inconvenentes: exge uma maor quantdade de tubagens e acessóros; o cálculo hdráulco é mas complexo. Saneamento I - 187

5 Redes de Dstrbução / Topologa Reservatóro : ponto de almentação ou de consumo pontual que se caracterza por condconar as cotas pezométrcas na rede de dstrbução; Nó : ponto de almentação ou de consumo pontual, ou de lgação de dos ou mas trechos; Trecho : segmento de conduta que lgam dos ou mas nós (de cota pezométrca fxa ou condconada) e que se caracterza por ter um caudal constante ou unformemente dstrbuído; Malha : conunto de trechos que forma um crcuto fechado. Saneamento I - 188

6 Redes de Dstrbução / Classfcação Redes Ramfcadas Redes Emalhadas Redes Mstas T = = 8 Trechos (T) = 8 Nós de unção (N).. = 8 Reservatóros (F). = 1 Malhas naturas (M).. = 0 Malhas magnáras = 0 T = = 15 Trechos (T) = 15 Nós de unção (N).. = 10 Reservatóros (F). = 2 Malhas naturas (M).. = 4 Malhas magnáras = 1 T = = 26 Trechos (T) = 26 Nós de unção (N).. = 21 Reservatóros (F). = 2 Malhas naturas (M).. = 4 Malhas magnáras = 1 T = M + N + F -1 Saneamento I - 189

7 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações dos Troços Os caudas em cada troço são as ncógntas (T ncógntas) Equações dos Nós As cotas pezométrcas em cada nó são as ncógntas (N ncógntas) Equações das Malhas As correcções de caudal em cada malha são as ncógntas (M+F-1 ncógntas) T = M + N + F -1 Saneamento I - 190

8 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações dos Troços Equação da contnudade em cada nó (le dos nós) ou NC = 1 Q = C ( Q ) ( Q ) conv dv = C C C > 0 Saída de caudal < 0 Entrada de caudal Equação da conservação da energa (le das malhas) N equações lneares da contnudade NT 1 = 1... NT M = 1... NT ΔH ΔH ( M + F = 1 1 ) ΔH = 0 = ΔZ 1 n = 0 ΔCQ = 0 Malha 1 = 1 NT NT M = 1 NT ΔC Q ( M + F = 1 1 ) n ΔC Q = 0 n = ΔZ Malha M Malha (M+F-1) M+F-1 equações não lneares da conservação da energa T = M + N + F -1 Saneamento I - 191

9 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações dos Troços - Exemplo Os caudas em cada troço são as ncógntas (neste caso, 4 ncógntas) (0) N (1) Q 12 (2) C 2 Q 23 Q 01 C 1 Q 13 (3) C 3 Q 01 - Q 12 - Q = C Q Q 23 = C 2 3 equações lneares da contnudade lneares Q 13 + Q 23 = C 3 0 +K 12 ( Q 12 ) n -K 13 ( Q 13 ) n + K 23 ( Q 23 ) n = 0 1 equação não lnear da conservação da energa Saneamento I - 192

10 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações dos Nós Equação da contnudade em cada nó (le dos nós) ( Q ) ( Q ) = C conv dv Para a fórmula de Mannng tem-se: Q Q = K S H H = C R 2 / 3 1/ 2 J 1/ 2 = K S R 2 / 3 H Substtundo nas equações da contnudade tem-se: H L 1/ 2 H H C 1/ n conv H H C 1/ n dv = C N equações não lneares Saneamento I - 193

11 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações dos Nós - Exemplo As cotas pezométrcas em cada nó são as ncógntas (3 ncógntas) (0) N (1) Q 12 (2) C 2 Q 23 Q 01 - Q 12 - Q = C Q Q 23 = C 2 Q 01 C 1 Q 13 (3) C Q 13 + Q 23 = C 3 N H C01 1 1/ n H1 H C12 2 1/ n H1 H C13 3 1/ n = C 1 H1 H C12 2 1/ n H2 H C23 3 1/ n = C 2 3 equações da contnudade não lneares H1 H C13 3 1/ n H2 H + C23 3 1/ n = C 3 Saneamento I - 194

12 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações das Malhas Consdera-se que Q o são os caudas arbtrados, de forma a obedecer às equações da contnudade. nos dferentes trechos da rede (=1,2,,T), em que T é o número de trechos. NT 1 Q + o = 1 J = 1... C M ΔQ n = 0 Malha 1 NT M o = 1 J = 1... NT C ( M + F 1 ) Q + C Q M + ΔQ M 1 o = 1 J = 1 n ΔQ = 0 n = ΔZ F 1 Malha M Malha (M+F-1) M+F-1 equações não lneares Saneamento I - 195

13 Redes de Dstrbução / Formulação do Equlíbro Hdráulco Equações das Malhas - Exemplo N (2) C 2 As correcções de caudal cada malha são as ncógntas (M + F - 1 ncógntas) (0) C 1 Q 12 Q 1 Q 01 (1) Q 13 Q 14 Q 2 Q 23 (3) C 3 Q 43 (4) C 4 K 12 (Q Q 1 ) n + K 23 (Q Q 1 ) n + K 13 ( -Q Q 1 - Q 2 ) n = 0 K 13 (Q Q 2 - Q 1 ) n + K 43 ( -Q Q 2 ) n + K 14 ( -Q Q 2 )n = 0 2 equações não lneares Saneamento I - 196

14 Redes de Dstrbução / Dmensonamento Hdráulco / EPANET 2.0 ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY É um programa de computador que permte executar smulações estátcas e dnâmcas do comportamento hdráulco e de qualdade da água de sstemas de dstrbução em pressão. Permte obter: caudal em cada tubagem; pressão em cada nó; altura em cada reservatóro de nível varável; concentração de substâncas na rede; dade da água; rastreo da orgem da água. Lnks: EPA: LNEC: Saneamento I - 197

15 Redes de Dstrbução / Implantação Decreto Regulamentar nº 23/95 Artgo 24º 1 - A mplantação das condutas da rede de dstrbução em arruamentos deve fazer-se em artculação com as restantes nfra-estruturas e, sempre que possível, fora das faxas de rodagem; 2- As condutas da rede de dstrbução devem ser mplantadas em ambos os lados dos arruamentos, podendo reduzr-se a um quando as condções técncoeconómcas o aconselhem, e nunca a uma dstânca nferor a 0,80 m dos lmtes das propredades; 3 - A mplantação das condutas deve ser feta num plano superor ao dos colectores de águas resduas e a uma dstânca não nferor a 1 m, de forma a garantr protecção efcaz contra possível contamnação, devendo ser adoptadas protecções especas em caso de mpossbldade daquela dsposção. Saneamento I - 198

16 Redes de Dstrbução / Profunddade Decreto Regulamentar nº 23/95 Artgo 25º 1 - A profunddade de assentamento das condutas não deve ser nferor a 0,80 m, medda entre a geratrz exteror superor da conduta e o nível do pavmento; 2 - Pode acetar-se um valor nferor ao ndcado desde que se proteam convenentemente as condutas para resstr a sobrecargas ou a temperaturas extremas; 3 - Em stuações excepconas, admtem-se condutas exterores ao pavmento desde que seam convenentemente protegdas mecânca, térmca e santaramente. Saneamento I - 199

17 Redes de Dstrbução / Cadastro Decreto Regulamentar nº 23/95 Artgo 9º 1 - Na elaboração de estudos de sstemas de dstrbução de água deve ter-se em consderação os elementos constantes dos respectvos cadastros. 2 - Os cadastros devem estar permanentemente actualzados e conter, no mínmo: a) A localzação em planta das condutas, acessóros e nstalações complementares, sobre carta topográfca a escala compreendda entre 1:500 e 1:2 000, com mplantação de todas as edfcações e pontos mportantes; b) As secções, profunddades, materas e tpos de unta das condutas; c) A natureza do terreno e condções de assentamento; d) O estado de conservação das condutas e acessóros; e) A fcha ndvdual para os ramas de lgação e outras nstalações do sstema. 3 - Os cadastros podem exstr sob a forma gráfca tradconal ou nformatzados. Saneamento I - 200

18 Consumos e Caudas de Proecto A rede de dstrbução é dmensonada para o caudal de ponta nstantâneo (Q p ): Q p = f p x Q m [L 3 /T -1 ] em que 70 f p = 2 + Pop População Fp 500 5, , , , , , , ,10 Saneamento I - 201

19 Afectação dos Consumos a Nós de Cálculo Para a dstrbução dos caudas consumdos pela rede, deve atender-se aos: consumos doméstcos; consumos comercas; consumos ndustras. (só se forem mportantes) A dstrbução dos consumos doméstcos pode ser efectuada: áreas consumdoras comprmentos fctícos - mputando a cada nó a população correspondente à sua área de nfluênca, tendo em conta a densdade de população nas dferentes áreas; - utlzando o conceto de consumo de percurso e consderando que o consumo do trecho é drectamente proporconal ao comprmento fctíco desse trecho (quanto maor o consumo do trecho maor o comprmento fctíco do trecho). Saneamento I - 202

20 Afectação dos Consumos a Nós de Cálculo O comprmento fctíco que é obtdo da segunte forma: o comprmento fctíco é gual ao comprmento real do troço vezes o número de psos (L f = L x N), nas condutas com servço de percurso de ambos os lados (k =1); o comprmento fctíco é metade do comprmento real do troço vezes o número de psos (L f = 0,5 L x N), nas condutas com servço de percurso dum só lado (k =0,5); o comprmento fctíco é nulo para condutas sem servço de percurso (L f = 0). (k =0). A partr da defnção dos comprmentos fctícos dos troços, é possível determnar o caudal de percurso untáro (Q up ), Q = Q k=0 up total Lf sendo: Q up - caudal de percurso untáro [L/(s.m)] k =0,5 Q total - caudal de ponta nstantâneo total a dstrbur pelos trechos (L/s) Lf - comprmento fctíco no troço de tubagem (m) - número do trecho de tubagem na rede de dstrbução (-) k=1,0 Saneamento I - 203

21 Afectação dos Consumos a Nós de Cálculo Caudal consumdo em cada trecho de tubagem : Q up Q = Q. Lf = Q up total Lf Para mputar o caudal aos nós poder-se-á concentrar, por exemplo: 1/2 do consumo do trecho no nó de montante; 1/2 do consumo do trecho no nó de usante. nó Q = QupLf = Q total Saneamento I - 204