UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Adução de Água DISCIPLINA: SANEAMENTO PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO cefmello@gmail.com

2 Adução Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento de água que conduzem a água para as unidades que precedem a rede de distribuição. Figura 1: Partes constituintes de um sistema de abastecimento de água

3 Adução Classificação das adutoras: Natureza da água conduzida - adutoras de água bruta - adutoras de água tratada

4 Adução Classificação das adutoras: Figura 2: Adutoras de água bruta e água tratada Fonte:

5 Adução Classificação das adutoras: Energia para movimentação da água - adutora por gravidade conduto forçado (P > P atm ) conduto livre (P = P atm ) mais seguro e econômico - adutora por recalque - adutoras mistas

6 Traçado das Adutoras Classificação das adutoras:

7 Traçado das Adutoras

8 Traçado das Adutoras Definido com base em critérios técnicos e econômicos Levantamento planialtimétrico Levantamento de geotécnico Inspeções de campo Evitar regiões: Pantanosas; Declividades elevadas; Vias de tráfego intenso; Etc. Dificultam: Implantação; Operação; Manutenção.

9 Traçado das Adutoras Deve-se considerar: Características topográficas do terreno Influência do plano de carga e da linha piezométrica Localização e perfil da adutora Faixas de servidão ou desapropriação para a implantação e operação das adutoras

10 Traçado das Adutoras Por questão de segurança sanitária e estabilidade do funcionamento hidráulico, as adutoras são projetadas para operarem totalmente abaixo das linhas piezométricas efetivas do escoamento permanente, ou coincidentes.

11 Traçado das Adutoras Perfil 1 e 2 ou combinação destes Perfil 3: construção caixa de transição (pode D custo) mudar o traçado da adutora construir túnel para a tubulação Perfil 4 e 5: instalação de elevatória para impulsionar o líquido

12 Traçado das Adutoras

13 Traçado das Adutoras Elevatória para reforço Figura 3 - Booster tipo in line Fonte:

14 Dimensionamento Hidráulico Vazão (Q) Material da tubulação Comprimento da tubulação Diferença entre as cotas dos níveis de água dos reservatórios

15 Vazão de Dimensionamento Deve considerar: Horizonte de projeto Vazão de adução Período de funcionamento da adução

16 Vazão de Dimensionamento Horizonte de projeto - vida útil da obra - evolução da demanda de água - custo da obra - flexibilidade na ampliação do sistema - custo de energia elétrica

17 Vazão de Dimensionamento Adutora de água bruta (captação até a ETA) P = população da área abastecida; q = consumo per capita de água l/hab. dia; K 1 = coeficiente do dia de maior consumo; Q esp = vazão específica, por exemplo, grandes consumidores (indústrias, comércios, etc), l/s; C ETA = Consumo na ETA.

18 Vazão de Dimensionamento Adutora que interliga a ETA ao reservatório de distribuição P = população da área abastecida; q = consumo per capita de água l/hab. dia; K 1 = coeficiente do dia de maior consumo; Q esp = vazão específica, por exemplo, grandes consumidores (indústrias, comércios, etc), l/s.

19 Vazão de Dimensionamento Adutora que interliga o reservatório à rede P = população da área abastecida; q = consumo per capita de água l/hab. dia; K 1 = coeficiente do dia de maior consumo; K 2 = coeficiente da hora de maior consumo; Q esp = vazão específica, por exemplo, grandes consumidores (indústrias, comércios, etc), l/s.

20 Vazão de Dimensionamento Período de funcionamento da adução Adução por gravidade: período de bombeamento pode chegar a 24 horas Adução por recalque: período de bombeamento diário de 16 a 20 horas Obs.: Multiplicar a vazão da adutora subsequente à elevatória pelo fator 24/T

21 Tubulação Tubulação é normalmente definida como um conjunto de tubos e conexões com a finalidade de transportar água de um ponto a outro. Tubos metálicos Aço Ferro fundido dúctil Ferro fundido cinzento Tubos não metálicos Materiais plásticos (PVC, poliéster reforçado com fibra de vidro) Cimento amianto

22 Materiais das tubulações Para selecionar o tipo de material deve-se considerar: Qualidade de água Quantidade de água Não provocar vazamentos nas juntas Resistir a pressão da água Economia

23 Materiais das tubulações Para selecionar o tipo de material deve-se considerar: Características do local (declividade, altura de aterro etc) Disponibilidade (dimensões, espessuras, juntas, etc) Propriedades (revestimento, resistência à compressão etc) Pressões externas Métodos de assentamento

24 Hidráulica para Adutoras Para o dimensionamento da seção transversal de uma adutora considera-se o escoamento como permanente Equações fundamentais Equação da continuidade Q = U 1 A 1 = U 2 A 2 = constante Q = vazão, m 3 /s V = velocidade média na seção, m/s A = área da seção de escoamento, m 2

25 Hidráulica para Adutoras Equações fundamentais U U

26 Hidráulica para Adutoras Equação da energia Nos escoamentos forçados, a carga de velocidade (U 2 /2g) é muito pequena em relação à carga de pressão (P/γ). Nas adutoras é da ordem de 1% e neste caso é desprezada.

27 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Perdas distribuídas condutos livres - Equação de Chézy - Equação de Manning condutos forçados - Fórmula Universal - Fórmula de Hazen-Williams Perdas localizadas

28 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos livres Equação de Chézy V = C R H I V = velocidade média do escoamento, m/s R H = raio hidráulico, m I = declividade da linha de energia, m/m C = coeficiente de Chézy

29 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos livres Equação de Manning C = R H 1/6 /n - coeficiente de resistência, onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning V = 1/nR H 2/3 I 1/2 ou V/ I = 1/nR H 2/3 nq/ I = AR H 2/3 ou Q/ I = 1/nAR H 2/3

30 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos livres Material dos condutos Cerâmico 0,013 Concreto 0,013 PVC 0,010 Ferro fundido com revestimento 0,012 Ferro fundido sem revestimento 0,013 Cimento amianto 0,011 Aço soldado 0,011 Poliéster, polietileno 0,011 Valores do coeficiente n de Manning N de Manning

31 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos forçados Fórmula Universal h = perda de carga, m f = fator de atrito L = comprimento da tubulação, m V = velocidade média, m/s D = diâmetro da tubulação, m g = aceleração da gravidade, m/s 2 Q = m 3 /s O f varia em função do número de Reynolds (Re) e da rugosidade relativa (ε/d).

32 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos forçados Equação de Hazen-Williams para perda de carga contínua É recomendada para tubos com diâmetros acima de 50 mm, conduzindo água fria. C = coeficiente de rugosidade

33 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Condutos forçados Valor do coeficiente C para a fórmula de Hazen-Williams

34 Hidráulica para Adutoras Equações para cálculos das perdas de carga Perdas Localizadas h L = K.U 2 /2g h L = perda de carga localizada, m K = coeficiente adimensional que depende do número de Reynolds, da rugosidade da parede e, em alguns casos, das condições de escoamento V = velocidade média, m/s g = aceleração da gravidade, m/s 2

35 Hidráulica para Adutoras Valores de K para o cálculo das perdas de carga localizadas

36 Norma para o Dimensionamento

37 Exercício 1 Dimensionamento de uma Adutora por gravidade A figura a seguir mostra os reservatórios R1 e R2, com níveis médios de água nas cotas 810,0 m e 784,0 m, interligados por uma adutora de 1200 m de comprimento, para conduzir 60 L/s de água. Supondo que as perdas de carga localizadas sejam devidas a: 3 curvas 90º, 6 tês de passagem direta, 1 entrada normal e 1 saída de canalização e 1 válvula de gaveta aberta, pede-se:

38 Exercício 1 Dimensionamento de uma Adutora por gravidade Lembrete; A capacidade máxima de uma adutora por gravidade ocorre quando toda a carga hidráulica disponível é utilizada na perda de carga ao longo do conduto.

39 Exercício 1 Dimensionamento de uma Adutora por gravidade a) Dimensionar o diâmetro desta tubulação, admitindo ser de PVC com aspereza média de 0,035 mm; b) Calcular a vazão efetiva que poderá ser conduzida na adutora dimensionada e a velocidade correspondente; c) Indicar algumas medidas que poderão ser tomadas para a adutora conduzir exatamente a vazão especificada.

40 Exercício 1

41 Exercício 1

42 Exercício 2 Dimensionamento de uma Adutora por gravidade A figura a seguir mostra o perfil do terreno no qual deverá ser assentada uma adutora em PVC de 1200 m de extensão, para interligar os reservatórios R1 e R2, cujos níveis de água médios estão nas elevações 810,0 e 784,0, respectivamente. Pede-se dimensionar essa adutora para conduzir 60L/s de água.

43 Exercício 2

44 Exercício 2

45 Exercício 2

46 Exercício 3 Dimensionamento de uma Adutora por Recalque

47 Exercício 3 Dimensionamento de uma Adutora por Recalque Dimensionar uma adutora, com base em critérios econômicos, para conduzir em média a vazão de 220 L/s e no máximo de 260 L/s, a uma altura geométrica de 40m numa extensão de 10 km. As principais despesas são: R$ 1,83 por diâmetro (em mm) e por comprimento de tubulação (em m) assentada em área rural; R$ 15000,00 por kw de conjunto motobomba instalado, com reserva de 50%; R$ 0,08 por kwh de energia consumida. Considerar a taxa de descontos de 12% ao ano, rugosidade interna da tubulação de 0,5 mm, temperatura da água de 20 C e alcance de 25 anos para o projeto.

48 Exercício Dimensionamento de uma Adutora por Recalque Aplicando a fórmula de Bresse para: K = 1,2 D = 0,56 Q = 0,22 m3/s