INFLUÊNCIA DO ACRÉSCIMO DE VELOCIDADE NOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA COM ENFOQUE DO GOLPE DE ARÍETE Antonio Simões Teixeira Filho (1) Engenheiro da Superintendência de Projetos, de 1988 a 1993 - Diretoria de Engenharia da SABESP. Gerente de Obras da Diretoria do Litoral da SABESP, de 1994 a 1995. Engenheiro de Projetos da Diretoria do Litoral da SABESP, 1996 Engenheiro da Unidade de Negócios de Tratamento de Esgotos da Vice-Presidência Metropolitana de Produção da SABESP, 1997. Endereço (1) : Rua Costa Carvalho, 300 - AEOP - Pinheiros - São Paulo - SP - CEP: 05429-000 - Tel: (011) 3030-4395 - Fax: (011) 212-2970. RESUMO Foram selecionados quatro sistemas de recalque de água de pequeno e médio porte, localizados no interior do Estado de São Paulo, pertencentes à SABESP, os quais julgamos de maior incidência em nossos estudos. Para cada sistema de recalque selecionado, foram efetuadas as simulações para as velocidades compreendidas nos intervalos entre 0,5 a 3,5 m/s e cujos resultados estão relacionados nas tabelas apresentadas. Procurou-se ainda selecionar os equipamentos moto-bomba que, com pequenas mudanças internas de rotores e motores, atendessem as variações de velocidade. Os estudos realizados podem servir de orientação para casos semelhantes, principalmente no que se refere aos dispositivos de proteção instalados nos sistemas estudados. PALAVRAS-CHAVE: Golpe de Aríete, Transientes Hidráulicos. INTRODUÇÃO O golpe de aríete (transitório hidráulico) é o termo técnico que se usa para designar o fenômeno da variação da pressão que se verifica nos condutos forçados quando a velocidade de escoamento é modificada pela ação de algum equipamento hidromecânico (válvula, bomba, etc.). O estudo dos transientes hidráulicos em tubulações é um tema muito importante, pois está relacionado com o transporte de água geralmente sob pressão. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1537
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A norma da ABNT NB 591, recomenda que o estudo de golpe de aríete deve ser feito pelo método das características, o qual requer a utilização do computador. As simulações foram realizadas com o software Transcom que utiliza o método das características para a verificação dos efeitos do golpe de aríete. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivo a demonstração de que o acréscimo de velocidades para os sistemas de abastecimento de água, necessariamente não significam as máximas cargas. Foram estudados alguns sistemas com perfis ascendentes e extensões variáveis, e através dos resultados obtidos podemos observar estas constatações. Para cada sistema indicado foram efetuadas as simulações com variação das velocidades no intervalo de 0,5 a 3,5 m/s, sem contar com dispositivo de proteção. SISTEMAS SELECIONADOS PARA O ESTUDO Foram selecionados para os estudos, quatro sistemas de recalque, pertencentes à SABESP e localizados no interior do Estado de São Paulo, os quais julgamos os mais típicos e com maior incidência em nossas análises. Quadro abaixo apresenta as principais características de cada sistema estudado. Material e Classe Localidade Extensão Hg (m)? mm Guararema 320 61 200 F o F o K7 Salto de Pirapora 1220 63 200 F o F o K7 Piraju 1507 41 400 F o F o K7 Presidente Prudente 1980 89 500 F o F o K9 RESULTADOS OBTIDOS Para cada sistema indicado, apresentamos um resumo das principais características e os valores obtidos nas simulações. Procurou-se ainda selecionar os equipamentos moto-bomba que, com pequenas mudanças em termos de rotores e motores, atendessem as variações de velocidade 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1539
entre 0,5 a 3,5 m/s nos referidos sistemas, pois geralmente é o que acontece nos sistemas de abastecimento. GUARAREMA L = 320 m Hg = 61 m C = 130 F o F o K7 Diâmetro adotado (mm)? 200 mm Vazão de estudo (l/s) 16.0 32.0 47.3 64.0 79.0 94.0 110 AMT (m) 61.50 62.82 64.74 67.56 71.40 74.35 78.82 Velocidade (m/s) 0.50 1.0 1.50 2.0 2.50 3.0 3.50 Tipo de bomba (KSB)? rotor (mm) 250 265 265 250 250 265 265 M. Inércia (motor+bomba) (Kg.m 2 ) 0.387 0.387 0.929 0.88 0.902 1.084 1.084 Número de bombas 1 1 1 2 2 2 2 Potência (CV) 50 50 75 75 75 100 100 Sobrepressão (mca) 92 100 102 102 104 105 108 Subpressão (mca) final final final final final final final Perda de carga (m/m) 0.0016 0.0057 0.0117 0.0205 0.0325 0.0417 0.0557 SALTO DE PIRAPORA L = 1220 m Hg= 63 m C = 130 F o F o K7 Diâmetro adotado (mm)? 200 mm Vazão de estudo (l/s) 16.0 32.0 47.3 64.0 79.0 94.0 110 AMT (m) 64.75 69.75 77.07 87.81 102.45 113.67 130.75 Velocidade (m/s) 0.50 1.00 1.50 2.0 2.50 3.0 3.50 Tipo de bomba (KSB) 4 estag 4 estag 4 estag? rotor (mm) 250 265 250 265 250 265 265 M. Inércia (motor+bomba) (Kg.m 2 ) 0.38 0.38 0.92 0.92 1.13 1.13 1.13 Número de bombas 1 1 1 2 2 2 3 Potência (CV) 50 50 75 75 100 100 100 Sobrepressão (mca) 143 181 179 177 180 210 201 Subpressão (mca) Perda de carga (m/m) 0.0016 0.0057 0.0117 0.0205 0.0325 0.0417 0.0557 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1540
PIRAJU L = 1507 m Hg = 41 m C = 130 F o F o K7 Diâmetro adotado (mm)? 400 mm Vazão de estudo (l/s) 63.0 126 189 250 314 377 440 AMT (m) 42.0 44.6 48.84 54.10 60.84 68.73 80.0 Velocidade (m/s) 0.50 1.00 1.50 2.0 2.50 3.0 3.50 Tipo de bomba (KSB) 200-340A 200-340A 200-340A? rotor (mm) 310 330 350 365 380 415 455 M. Inércia (motor+bomba) (Kg.m 2 ) 1.17 2.24 2.98 6.64 8.24 10.74 16.24 Número de bombas 1 1 1 1 1 1 1 Potência (CV) 75 125 200 300 400 550 750 Sobrepressão (mca) 72.17 46.0 48.0 57.0 59.24 67.0 79.0 Subpressão (mca) Perda de carga (m/m) 0.0007 0.0024 0.0052 0.0087 0.0131 7 0.0184 0.0245 PRESIDENTE PRUDENTE L = 1980 m Hg = 89 m C = 130 F o F o K9 Diâmetro adotado (mm)? 500 mm Vazão de estudo (l/s) 100 200 300 400 490 590 686 AMT (m) 90.29 93.06 97.42 102.56 109.50 117.57 126.90 Velocidade (m/s) 0.50 1.00 1.50 2.0 2.50 3.0 3.50 Tipo de bomba (Worthington)? rotor (mm) 439 457 483 533 508 559 546 M. Inércia (motor+bomba) (Kg.m 2 ) 4.22 7.87 10.37 14.0 10.37 14.0 14.0 Número de bombas 1 1 1 1 2 2 3 Potência (CV) 250 400 550 750 550 750 750 Sobrepressão (mca) 156 198 210 224 250 230 210 Subpressão (mca) 1 1 1 Perda de carga (m/m) 0.0005 0.0019 0.0041 0.0067 0.0102 0.0143 0.0190 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1541
SISTEMAS DE PROTEÇÃO Como solução ao golpe de Aríete, a SABESP adotou os seguintes equipamentos de proteção para os sistemas. Sistema de Abastecimento Guararema Salto de Pirapora Piraju Presidente Prudente Sistema de Proteção Volante de Inércia e válvula de Fechamento Rápido Volante de Inércia e Tanque de Descarga Tanque de Descarga Resrv. Hidropneumático ou 03 Tanque Unidirecional CONCLUSÕES Constatou-se que nos casos estudados, os resultados obtidos estão dentro de variações entre 30 a 90% de acréscimo nas pressões máximas atingidas; por ocasião da parada súbita do bombeamento. Como na maioria dos casos, os sistemas de abastecimento devem ser ampliados e suas vazões alteradas, consequentemente as velocidades nas tubulações são alteradas, sem que seja feita uma nova verificação para estas condições. Se o sistema contar com algum tipo de dispositivo de proteção (TAU, chaminé de equilíbrio, Volante e RHO), os efeitos do acréscimo de velocidade serão minimizados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. STREETER, V.L. Hidraulic Transients. McGraw-Hill, New York, 1967 2. CHAUDHRY, M.H. Applied Hydraulic Transients. Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1979 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1542