Saneamento Ambiental I. Aula 06 Redes de Distribuição de Água

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 06 Redes de Distribuição de Água Profª Heloise G. Knapik 1

2 Qualidade de Água em Reservatórios Longos tempos de detenção Crescimento de bactérias/nitrificação Possibilidade do aparecimento de zonas de estagnação Baixos valores do residual desinfetante Localização das tubulações de entrada e de saída dos reservatórios Jusante: mesma entrada e saída / Montante: tubulações distintas Ausência de luz solar Nitrificação (aclimatação de bactérias) Deterioração do concreto Substrato para crescimento de microorganismos

3 Tubulações e configurações

4 Exemplos de reservatórios

5 Operação de Reservatórios - Otimização Redução dos gastos com energia elétrica Minimização das falhas no atendimento a demanda Redução de perdas físicas em função das pressões na rede Flexibilidade na operação de sistemas com múltiplos reservatórios interligados Gestão de Risco e Economia!! 5

6 Dimensionamento de redes: etapas Etapas do dimensionamento de redes: Análise hidráulica (vazões, pressão, velocidades) Zonas de pressão (mínima e máxima) Velocidades mínimas e máximas em cada trecho Diâmetros mínimos Dimensionamento de redes: função do tipo de rede, topografia, existência de diferentes zonas de pressão 6

7 Vazões de Dimensionamento dos Componentes de um Sistema de Abastecimento de Água PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO Dimensionamento Demanda máxima 7

8 Dimensionamento de redes: vazão Vazão de distribuição para a rede: Q Dist = k 1. k 2. qpc. P Q D : vazão de distribuição (L/s) k 1 : coeficiente do dia de maior consumo k 2 : coeficiente da hora de maior consumo q: consumo médio per capita incluindo perdas(l/hab.dia) P: população de projeto da área considerada (hab) 8

9 Dimensionamento de redes: vazão Vazão específica de distribuição relativa à área: q a = k 1k 2 qp A = Q D A q a : vazão específica de distribuição por área (L/s.ha) A: área de projeto (ha) Vazão específica de distribuição relativa à extensão da rede: q m = k 1k 2 qp L = Q Dist L q m : vazão específica de distribuição em marcha ou por metro da tubulação (L/s.m) L: extensão total da rede (m) 9

10 Dimensionamento de redes: área de projeto Pequenas comunidades Cidades maiores Adota-se um único tipo de ocupação Mesma densidade populacional Vazões específicas de distribuição Área específica da rede de distribuição 10

11 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Tipos de canalizações: Principal Conduto tronco ou canalização mestra Maior diâmetro Abastece a canalização secundária Secundária Menor diâmetro Abastece diretamente os pontos de consumo 11

12 Tipos de redes Disposição das Canalizações Ramificada Malhada Mista 12

13 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Rede ramificada: Típica de regiões com desenvolvimento linear em que as ruas não se conectam (topografia ou traçado urbano) Abastecimento a partir de uma tubulação tronco Em caso de problemas, toda a tubulação de jusante ficará com o abastecimento comprometido 13

14 Dimensionamento de redes: Tipos de redes Rede malhada: Típica de áreas com ruas formando malhas viárias Formação de anéis ou blocos Vantagens para a qualidade da água (fluxo nos dois sentidos evita-se zonas mortas) Maior facilidade de manutenção e operações com o mínimo de interrupção 14

15 Dimensionamento de redes: Recomendações Localização para redução de custos: Ruas sem pavimentação ou com pavimentação menos onerosa Ruas de menor intensidade de trânsito Proximidade de grandes consumidores Proximidade das áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndio Dispostas preferencialmente sob os passeios Procurar limitar em 600 m a tubulação secundária (depende da malha urbana) 15

16 Dimensionamento de redes Análise hidráulica Condições de escoamento (velocidade, vazão, pressão, perdas de carga) nos trechos e nós da rede Dimensionamento de projeto: há várias soluções! 16

17 Dimensionamento de redes: zonas de pressão Para correto funcionamento da rede: Pressão mínima: para vencer os desníveis topográficos e perdas de carga Pressão dinâmica mínima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, no dia e hora de maior consumo e nível mínimo no reservatório Pressão máxima: para não danificar a rede e diminuir a perda de água na tubulação Pressão estática máxima: é a pressão referida ao nível do eixo da via pública, sob consumo nulo e nível máximo no reservatório 17

18 Dimensionamento de redes: zonas de pressão Pressão dinâmica mínima: 10 mca Pressão estática máxima: 50 mca Reservatório (R) 10 mca 40 mca A B Área a ser abastecida por R C 18

19 Dimensionamento de redes Velocidades mínimas e máximas na rede: Segurança, durabilidade, custo de implantação e operação Velocidade : Durabilidade Depósito de sedimentos Velocidade : Diâmetro: $ de implantação Perda de Carga: $ bombeamento, reservatórios elevados manutenção devido a desgastes de peças Velocidade mínima recomendada: 0,6 m/s Velocidade máxima recomendada: 3,5 m/s 19

20 Dimensionamento de redes Diâmetro mínimo Função das perdas de carga e das vazões disponíveis Recomendação de diâmetro mínimo igual a 50 mm para tubulações secundárias 20

21 Dimensionamento de redes Redes ramificadas Método tradicional Métodos de dimensionamento Redes malhadas Método do seccionamento Método de cálculos interativos Método da correção de vazões (Hardy-Cross) Método da linearização (matricial) 21

22 Exercício em aula: Rede ramificada Dimensionar a rede ramificada apresentada abaixo, considerando os seguintes dados: - População: hab.; - Consumo per capita médio (qpc): 200 L/hab.dia; - K 1 =1,2 e K 2 =1,5; - Rugosidade da tubulação (C): 130 -Cotas do terreno e extensão de cada trecho indicadas na figura. 22

23 Exercício em aula: Rede ramificada Coluna 1: Identificação do trecho Coluna 2: Extensão relativa a cada trecho (diagrama) Coluna 3: Vazão em marcha Coluna 4: Ponto de extremidade a vazão é nula. Para cada trecho, multiplica-se a vazão de marcha pelo comprimento do trecho Coluna 5: Vazão a montante é a soma da vazão a jusante do trecho e a vazão do trecho Coluna 6: Vazão fictícia é a média entre a vazão de montante e de jusante (vazão utilizada para dimensionamento) Coluna 7: Diâmetro a partir de dados tabelados em função da vazão fictícia - vazão de dimensionamento (variável de ajuste após tentativas) Coluna 8: Velocidade através da equação da continuidade Q=V.A Coluna 9: Perda de carga unitária calculada pela equação de Hazen-Williams Coluna 10: Cota piezométrica de montante soma-se as perdas de carga em cada trecho Coluna 11: Perda de carga no trecho multiplicada pela extensão do trecho Coluna 12: Garantir a cota piezométrica no ponto mais a jusante igual a 10 mca (mais desfavorável). Restantes trabalha-se com o balanço da perda de carga no trecho (cota piezométrica de montante > cota piezométrica de jusante) Colunas 13 e 14: Cotas do terreno de acordo com o diagrama Coluna 15 e 16: Pressão disponível a montante e jusante calculadas pela diferença com as cotas piezométricas e as cotas do terreno

24 200 m 150 m 100 m Exercício em aula: Rede ramificada [76.0] [81.0] [85.0] Local do Reservatório 450 m [78.2] 150 m [72.0] 100 m [70.0] [60.2] 120 m [74.0] 80 m [72.5] 24