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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS CATALOCAMPUS CATALO
SANEAMENTO BSICOSANEAMENTO BSICOProfessor Ed Carlo Rosa PaivaProfessor Ed Carlo Rosa Paiva
REDES DE DISTRIBUIODE GUA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS CATALOCAMPUS CATALO
DE GUA
REDE DE DISTRIBUIO DE GUA
REDE DE DISTRIBUIO a parte do sistema de
abastecimento formada de tubulaes e rgos
acessrios, destinados a colocar gua potvel
disposio dos consumidores, de forma contnua,
em quantidade, qualidade, e presso adequadas
CUSTO DA REDE 50 a 75% do custo total do
sistema de abastecimento.
TIPOS DE REDE
Principal: tambm denominada de conduto
tronco ou canalizao mestra so tubulaes demaior dimetro que tem por finalidade abasteceras canalizaes secundrias.
Secundria: so tubulaes de menor dimetroe tem a funo de abastecer diretamente ospontos de consumo do sistema de abastecimentode gua.
TIPOS DE REDE
Classificao de acordo com a disposio da
tubulao principal e o sentido do escoamento:
Ramificada
Malhada
Mista
TIPOS DE REDE
Rede Ramificada
A rede classificada como ramificada
quando o abastecimento se faz a partir de quando o abastecimento se faz a partir de
uma tubulao tronco, alimentada por um
reservatrio ou atravs de uma elevatria,
e a distribuio feita diretamente para os
condutos secundrios, sendo conhecido o
sentido da vazo em cada trecho.
TIPOS DE REDE
Rede ramificada
TIPOS DE REDE Rede ramificada
Rede ramificada comtraado em espinha de peixe
Rede ramificada comtraado em grelha
TIPOS DE REDE Rede malhada
As redes malhadas so constitudas por tubulaes
principais que formam anis ou blocos, de modo que,
pode-se abastecer qualquer ponto do sistema por mais
de um caminho, permitindo uma maior flexibilidade em
satisfazer a demanda e manuteno da rede, com
mnimo de interrupo possvel no fornecimento de
gua.
TIPOS DE REDERede malhada
TIPOS DE REDE
Rede malhada em aneis
so as mais comuns;
apresenta bom funcionamento, desde que tenha sido
criteriosamente dimensionada;
apresenta nmero de registros, a serem manobrados, apresenta nmero de registros, a serem manobrados,
sensivelmente maior (comparada com a rede em
blocos);
medio das vazes mais trabalhosas.
TIPOS DE REDE
Rede malhada
Rede malhadaem blocos
TIPOS DE REDE
Rede malhada em blocos
maior facilidade na medio de vazes e no
controle de perdas;
redes internas alimentadas em apenas dois pontos;
controle mais preciso da presso e melhoria na
qualidade da distribuio;
minimizao da rea desabastecida, nos casos de
acidentes e manuteno;
melhoria da eficincia na manuteno da rede.
TIPOS DE REDE
Recomendaes para dimensionamento e traado
em redes malhadas em blocos
Ligaes domiciliares: executadas unicamente nas
redes secundrias;
Redes primrias: dimensionamento pelo critrio Redes primrias: dimensionamento pelo critrio
tradicional. A rede principal no distribui em marcha e o
espaamento mximo definido em funo da modulao
dos blocos de redes secundrias e de suas entradas;
Redes secundrias: so formadas por blocos de
redes malhadas, com cerca de 3 a 5 km de exteno em
cada bloco, interligada a rede principal.
TIPOS DE REDE
Rede mista
RECOMENDAES PARA O TRAADO DA REDE
Tubulaes principais
Devem formar circuitos fechados
Devem ser direcionadas as zonas de maior Devem ser direcionadas as zonas de maior
demanda
Localizadas em vias ou reas pblicas
Vias sem pavimentao, sem trfego
intenso, sem interferncias significativas, com
solo adequado
RECOMENDAES PARA O TRAADO DA REDE
Tubulaes secundria
Localizao no passeio
Comprimento mximo de 600 m alimentada
nas duas extremidades
Devem formar rede malhada
Em ruas onde exista uma tubulao principal
com dimetro superior a 300 mm, deve ser
prevista uma tubulao secundria para
receber as ligaes prediais.
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE
Alimentao da rede atravs de reservatrio
elevado
Reservatrio a montante Reservatrio a jusante
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE
Alimentao da rede atravs de reservatrio apoiado, semi-enterrado ou enterrado
Reservatrioa montanteda rede
Reservatrioa jusante da
rede
da rede
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE
Alimentao direta na rede com reservatrio de sobra
Alimentao da rede atravs do reservatrio de montante e
reservatrio de sobra jusante
Alimentao direta na rede comreservatrio de compensao Alimentao direta na rede
atravs de vrios pontos
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE
Abastecimento de gua de redes localizadas em setores distintos
Alimentao direta na rede com tanque Hidropneumtico
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEGUA PARA A REDE
Distribuio escalonadaSetorizao da rede de abastecimento
VAZO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
onde: Q = vazo, l/sK1 = coeficiente do dia de maior consumoK2 = coeficiente da hora de maior consumoP = populao final da rea a ser abastecida, habq = consumo per capita final de gua, l/hab.dia
Vazo especfica relativa extenso da rede
onde:qm = vazo de distribuio em marcha, l/s.mL = extenso total da rede, m
Onde: qd = vazo especfica de distribuio, (l/s.ha)A = rea a ser abastecida, ha
Vazo especfica relativa rea
Vazo especfica relativa extenso da rede
VAZO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
Equao da continuidade
Q = V A
Equao de resistncia ou perda de carga
H = r Qn
Anlise hidrulica
H = r Qn
Anlise hidrulica:
Verificao da capacidade mxima da rede existente
Dimensionamento de rede
DIMENSIONAMENTO DE REDES
Presses mximas e mnimas na rede:
Presso esttica mxima 500 kPa (50 mH2O)
Presso dinmica mnima 100 kPa (10 mH2O)
ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA PARA ATENDER AS DIVERSAS ZONAS DE
PRESSO
ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA PARA ATENDER OS LIMITES DE PRESSO
NA REDE
DIMENSIONAMENTO DE REDES
Dimetro mnimo funo das perdas de carga e vazes disponveis
Segundo a NBR 12218/94: Tubulaes secundrias: 50 mm Tubulaes principais: no h recomendao
Segundo a PNB 594/77 - Tubulaes principais: 150 mm: zonas comerciais ou residenciais ( 150 hab/ha). 150 mm: zonas comerciais ou residenciais ( 150 hab/ha). 100 mm: ncleos urbanos (pop > 5.000 hab.) 75 mm: ncleos urbanos (pop 5.000 hab.)
Recomendao da norma europia
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
Seqncia de clculo para o dimensionamento
Determinao das vazes em cada trecho
Dimensionamento dos trechos
Verificao das presses resultantes
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
Seqncia de clculo para o dimensionamento
Determinao das vazes em cada trecho Determina-se a vazo total da rede: Qmax; Mede-se o comprimento total da rede: L; Determina-se a taxa de consumo linear:
Partindo das pontas secas (extremidades), de jusante para montante, determina-se para cada trecho; Vazo fictcia, constante ao longo do trecho:
DIMENSIONAMENTO DAS REDES - Ramificadas Dimensionamento dos trechos
Estabelecem-se limites de velocidades para dimetro e
de presso para o funcionamento adequado da rede;
Admitem-se os dimetros de cada trecho e determinam-
se as presses possveis;
Calculam-se as perdas de carga em cada trecho em
funo das vazes de dimensionamento e velocidades
limites.
Verificam se as presses resultantes se situam nos
limites estabelecidos.
Caso contrrio: modificam-se o nivel dgua do
reservatrio, ou traado ou dimetros admitidos e repete-
se os clculos.
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Mtodo do seccionamento
Mtodo de clculos iterativos Mtodo de clculos iterativos
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Mtodo do seccionamento
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Mtodo de clculos iterativos - Exemplo
Equaes para os ns do circuito
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Mtodos para soluo de redes malhadas:
Mtodo da correo de vazes (Hardy-Cross)
Mtodo da linearizao (matricial)
NBR 12218/94: o dimensionamento das redes
em malha deve ser realizado por mtodos
iteratvos, que garantam resduos mximos de
vazo e de carga piezomtrica de 0,1 l/s e 0,5
kPa, respectivamente.
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Mtodo de Hardy-Cross
Modalidades de aplicao do mtodo de Hardy-Cross
Por compensao das perdas de carga
Por compensao das vazes
FUNDAMENTOS HIDRULICOS DO MTODO DE HARDY-CROSS
Localizao dos ns em redes malhadas
FUNDAMENTOS HIDRULICOS (MTODO HARDY-CROSS)
Em um n qualquer da rede, a somaalgbrica das vazes igual a zero
Em um circuito fechado (ou anel)qualquer da rede, a soma algbricadas perdas de carga igual a zero
APLICAO DO MTODO DE HARDY-CROSS
PARA CADA PARA CADA ANEL:
APLICAO DO MTODO DE HARDY-CROSS Traado dos anis
Pontos de carregamento das vazes;
Sentido de escoamento
Conhecidos os pontos de entrada e sada das vazes
Estabelece-se uma primeira distribuio de vazes
Em cada n: Q = 0;
Adota-se um dimetro para cada trecho do anel
Se nos anis a H = 0 rede equilibrada
Se nos anis a H 0 a vazo deve ser corrigida
Com as novas vazes, recalculam-se as perdas de carga
Prossegue-se os clculos at obter Q pequenos ou nulos
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA
Dimensionar a rede ramificada. Sendo dados:
Populao atendida: 5000 habitantes;
Consumo per capta: 200 l/hab dia;
Coeficiente do dia de maior consumo: K1= 1,20;
Coeficiente da hora de maior consumo: K2= 1,50;
Cota do terreno; Cota do terreno;
Comprimento dos trechos de rede;
Determinar:
Dimetro da rede;Presses;Cotas piezomtricas; Cota do nvel mnimo dgua do reservatrio, tal que apresso dinmica mnima seja de 10 mca e presso estticamxima de 50 mca.
EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo:
Clculo da vazo total na rede ( Qmax)
Extenso da rede: L= 1.350 m;
Clculo da taxa de consumo linear: Clculo da taxa de consumo linear:
Numerar os trechos de jusante para montante Extenso medida em planta; Vazes:
Vazo de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades; Vazo do trecho (Qt), qm x l Vazo a montante (Qm), Qj+Qt Vazo fictcia (Qf), Qf = (Qm+Qj)/2
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES Soluo: (continuao)Numerar os trechos de jusante para montante(Extensomedida em planta);
Vazes: Vazo de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades; Vazo do trecho (Qt), qm x l Vazo a montante (Qm), Qj+Qt Vazo fictcia (Qf), Qf = (Qm+Qj)/2
QM1=0+qmL1
QM2=Qj2+qmL2
Qj2=QM1
QM3=0+qmL3
Qj4=QM2+QM3
QM4=Qj4+qmL4
QM5=0+qmL5QM6=0+qmL6
Qj7=QM5+QM6
QM7=Qj7+qmL7
Qj8=QM4+QM7QM8=Qj8+qmL8
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
Dimetro: numa 1a. Tentativa escolhe-se o dimetro em funo da
tabela 9.1 (livro)
Velocidade: Q=V.A
Clculo perda de carga (Hazen-Williams) C=130
Perda de carga (h) no trecho = Perda de carga unitria x L
Cotas piezomtricas a montante e jusante (ponto + desfavorvel) Cotas piezomtricas a montante e jusante (ponto + desfavorvel)
(a jusante do trecho 1) admite-se presso dinmica de 10 mca. A
cota piezomtrica nesse ponto : 10+81,00 = 91,00 mca. A cota
pizomtrica a montante desse trecho 91,00 + (h) no trecho 1 =
91,46 mca. Prossegue-se no cclulo das perda de carga;
Cota do terreno: preencher as cotas do terreno;
Presso disponvel a montante e a jusante: por diferenas entre as
cotas do terreno tem-se as presses a montante e a jusante de cada
trecho.
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
NBR 12218 0,6 < V < 3,5 m/s
Cota terreno (Reservatrio) = 85,00; cota piez = 92,58 mca nvel mnimo do reservatrio (presso mnima de 10 mca)
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
Anlise final
Estando o terreno, no local do reservatrio, na cota 85,00 e cotas piezomtrica 92,58 mca, o nvel mnimo do reservatrio, para manter a rede com a presso mnima de 10 mca, dever situar-se a:presso mnima de 10 mca, dever situar-se a:
7,58 m (92,58 85,00) acima do terreno
A presso esttica mxima ser de 32,38 mca (92,58 60,20) Nvel do reservatrio menos a cota mais baixa da rede.
?????????????????
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Exemplo 1: Mtodo de Cross
Na rede de distribuio, cujo esquema apresentado a seguir, determinar dimetros, equilibrar as vazes e calcular as presses disponveis nos ns da rede, sendo dados:
Nvel dgua no reservatrio est na cota 100,00 m;
Tubulaes em ferro fundido (C = 100);
Dimteros de : 50, 75, 100 e 150 mm;
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Determinao de Q0 por meio do equilbrio de ns;
Determinao do sentido das vazes;
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Determinao das presses disponveis
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Exemplo 2: Mtodo de Cross
Determinar a vazo que passa em cada trecho do anel da rede de distribuio esquematizada a seguir, sendo dados:
Coeficiente de perda de carga f = 0,02;
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Ateno !!!!!!!
Calcula-se os dois aneis simultaneamente
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Exemplo 9.2: Mtodo de Cross
Determinar dimetros e presses para rede apresentadana Figura abaixo.
Utilizar os seguintes dados:
Densidade demogrfica: 500 hab/ha; Consumo per capita de gua: 200 l/hab.dia; Consumo per capita de gua: 200 l/hab.dia; Coeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,20; Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,50; Cota mxima do nvel dgua no reservatrio: 800 m; Cota mnima do nvel dgua no reservatrio: 796 m; Comprimentos dos trechos e ns definidos na Figura;
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo:
Delimitao da rea a ser atendida; (j delimitada) Estudo demogrfico da rea; (j fornecido) Estudo da localizao do reservatrio, setorizao e zoneamento piezomtrico; ( A posio do reservatrio foi fornecida. Pode-se considerar um nico setor de distribuio e uma nica zona piezomtrica). Traado da rede principal; (Rede j traada) Traado da rede principal; (Rede j traada) Localizao dos ns; (Esto apresentados em planta obedecendo os critrios de 600 m, no mximo de distncia entre ns) Determinao da rea de influncia dos ns; (j determinada conforme Figura e tabela abaixo.
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Soluo: (Continuao)
Determinao da vazo especfica de distribuio:
1. 2. .86.400
K K d qqd = 1, 20 1, 50 500 20086.400
x x x=
2, 0833 /qd l sxha= Clculo das vazes concentradas Clculo das vazes concentradas nos ns: (Multiplicar a vazo especfica pela rea de influncia de cada n)
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES Soluo: (Continuao) Determinao das vazes nos trechos: (Utiliza-se o seguinte critrio:
Resultado Final (Figura 9.5)
Soluo: (Continuao) Balanceamento da rede: A partir dos dados conhecidos e adotando-se os dimetros dos trechos de acordo com a tabela 9.1 e coeficiente de rugosidade (H-W) C = 120, realiza-se o balanceamento conforme apresentado na Tabela E9.4.
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Mtodo da Linearizao
Problema genrico de circuitos em malha
Dados Vazes externas ao sistema: q1, q3 e q4 Incgnitas
Vazes nos tubos: Qi, j, onde i o n inicial e j o n final Cargas nos ns: Hi, onde i indica o n
MTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Mtodo da Linearizao
Equaes para clculo da perda de carga
sendo: h = carga total no n;f = fator de atrito universal;L = comprimento do trecho;D = dimetro;A = rea do tubo;Q = vazo no trecho.
MTODO DA LINEARIZAO
Matrizes contendo vazes como incgnitas
Soluo dessas matrizes iteraes, at a convergncia
Passos para a soluo
1. Atribuem-se valores de vazo arbitrrios Qi, j*
2. Monta-se a matriz
3. Resolve-se a matriz
4. Comparam-se os valores, se |Qi, j** Qi, j*| <
5. Em caso negativo retoma-se o passo 2
MTODO DA LINEARIZAO
Carga nos ns
Valor de carga para ns condies de contorno
MTODO DA LINEARIZAO
Clculo dos dimetros
Coeficientes da relao V x D
V=aDb
MTODO DA LINEARIZAO
Condies de contorno
Perdas de carga localizadas
Reservatrios
MTODO DA LINEARIZAO
Condies de contorno
Vlvula de controle de presso
MTODO DA LINEARIZAO
Condies de controle
Vlvula de controle de vazo
MTODO DA LINEARIZAO
Cins = Cm pi m DieiLi
Cop = P T Ce FA
Min Ctot = Cinst + Cop
ROTEIRO BSICO PARA A ELABORAR PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIO DE GUA
Delimitao da rea a ser atendida
Estudo demogrfico da rea a ser atendida
Concepo do sistema de distribuio Estudos das zonas de presso Estudos de setorizao Traado da rede de distribuio
Seleo dos pontos de concentrao de vazes Seleo dos pontos de concentrao de vazes
Extenso dos trechos
reas de influncia dos ns Vazes especficas Vazes concentradas nos ns
Vazes nos trechos Redes ramificadas Redes malhadas
Vazes nos hidrantes
PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIO DE GUA
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