UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS CATALÃOCAMPUS CATALÃO
SANEAMENTO BÁSICOSANEAMENTO BÁSICOProfessor Ed Carlo Rosa PaivaProfessor Ed Carlo Rosa Paiva
REDES DE DISTRIBUIÇÃODE ÁGUA
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CAMPUS CATALÃOCAMPUS CATALÃO
DE ÁGUA
REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
REDE DE DISTRIBUIÇÃO → é a parte do sistema de
abastecimento formada de tubulações e órgãos
acessórios, destinados a colocar água potável à
disposição dos consumidores, de forma contínua,
em quantidade, qualidade, e pressão adequadas
CUSTO DA REDE → 50 a 75% do custo total do
sistema de abastecimento.
TIPOS DE REDE
� Principal: também denominada de conduto
tronco ou canalização mestra são tubulações demaior diâmetro que tem por finalidade abasteceras canalizações secundárias.
• Secundária: são tubulações de menor diâmetroe tem a função de abastecer diretamente ospontos de consumo do sistema de abastecimentode água.
TIPOS DE REDE
�Classificação de acordo com a disposição da
tubulação principal e o sentido do escoamento:
� Ramificada
� Malhada
� Mista
TIPOS DE REDE
� Rede Ramificada
� A rede é classificada como ramificada
quando o abastecimento se faz a partir de quando o abastecimento se faz a partir de
uma tubulação tronco, alimentada por um
reservatório ou através de uma elevatória,
e a distribuição é feita diretamente para os
condutos secundários, sendo conhecido o
sentido da vazão em cada trecho.
TIPOS DE REDE
� Rede ramificada
TIPOS DE REDE� Rede ramificada
Rede ramificada comtraçado em espinha de peixe
Rede ramificada comtraçado em grelha
TIPOS DE REDE� Rede malhada
� As redes malhadas são constituídas por tubulações
principais que formam anéis 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 manutenção da rede, com
mínimo de interrupção possível no fornecimento de
água.
TIPOS DE REDE�Rede malhada
TIPOS DE REDE
� Rede malhada em aneis
� são as mais comuns;
� apresenta bom funcionamento, desde que tenha sido
criteriosamente dimensionada;
� apresenta número de registros, a serem manobrados, � apresenta número de registros, a serem manobrados,
sensivelmente maior (comparada com a rede em
blocos);
� medição das vazões mais trabalhosas.
TIPOS DE REDE
�Rede malhada
Rede malhadaem blocos
TIPOS DE REDE
� Rede malhada em blocos
� maior facilidade na medição de vazões e no
controle de perdas;
� redes internas alimentadas em apenas dois pontos;
� controle mais preciso da pressão e melhoria na
qualidade da distribuição;
� minimização da área desabastecida, nos casos de
acidentes e manutenção;
� melhoria da eficiência na manutenção da rede.
TIPOS DE REDE
� Recomendações para dimensionamento e traçado
em redes malhadas em blocos
� Ligações domiciliares: executadas unicamente nas
redes secundárias;
� Redes primárias: dimensionamento pelo critério � Redes primárias: dimensionamento pelo critério
tradicional. A rede principal não distribui em marcha e o
espaçamento máximo é definido em função da modulação
dos blocos de redes secundárias e de suas entradas;
� Redes secundárias: são formadas por blocos de
redes malhadas, com cerca de 3 a 5 km de extenção em
cada bloco, interligada a rede principal.
TIPOS DE REDE
�Rede mista
RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO DA REDE
� Tubulações principais
� Devem formar circuitos fechados
� Devem ser direcionadas as zonas de maior� Devem ser direcionadas as zonas de maior
demanda
� Localizadas em vias ou áreas públicas
� Vias sem pavimentação, sem tráfego
intenso, sem interferências significativas, com
solo adequado
RECOMENDAÇÕES PARA O TRAÇADO DA REDE
� Tubulações secundária
� Localização no passeio
� Comprimento máximo de 600 m alimentada
nas duas extremidades
� Devem formar rede malhada
� Em ruas onde exista uma tubulação principal
com diâmetro superior a 300 mm, deve ser
prevista uma tubulação secundária para
receber as ligações prediais.
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEÁGUA PARA A REDE
� Alimentação da rede através de reservatório
elevado
Reservatório a montante Reservatório a jusante
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEÁGUA PARA A REDE
Alimentação da rede através de reservatório apoiado, semi-enterrado ou enterrado
Reservatórioa montante
da rede
Reservatórioa jusante da
rede
da rede
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEÁGUA PARA A REDE
Alimentação direta na rede com reservatório de sobra
Alimentação da rede através do reservatório de montante e
reservatório de sobra à jusante
Alimentação direta na rede comreservatório de compensação Alimentação direta na rede
através de vários pontos
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEÁGUA PARA A REDE
Abastecimento de água de redes localizadas em setores distintos
Alimentação direta na rede com tanque Hidropneumático
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DEÁGUA PARA A REDE
Distribuição escalonadaSetorização da rede de abastecimento
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
onde: Q = vazão, l/sK1 = coeficiente do dia de maior consumoK2 = coeficiente da hora de maior consumoP = população final da área a ser abastecida, habq = consumo per capita final de água, l/hab.dia
� Vazão específica relativa à extensão da rede
onde:qm = vazão de distribuição em marcha, l/s.mL = extensão total da rede, m
Onde: qd = vazão específica de distribuição, (l/s.ha)A = área a ser abastecida, ha
� Vazão específica relativa à área
� Vazão específica relativa à extensão da rede
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
� Equação da continuidade
� Q = V A
� Equação de resistência ou perda de carga
� ∆H = r Qn
Análise hidráulica
� ∆H = r Qn
� Análise hidráulica:
� Verificação da capacidade máxima da rede existente
� Dimensionamento de rede
DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Pressões máximas e mínimas na rede:
� Pressão estática máxima → 500 kPa (50 mH2O)
� Pressão dinâmica mínima → 100 kPa (10 mH2O)
ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA PARA ATENDER AS DIVERSAS ZONAS DE
PRESSÃO
ESQUEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA PARA ATENDER OS LIMITES DE PRESSÃO
NA REDE
DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Diâmetro mínimo → função das perdas de carga e vazões disponíveis
� Segundo a NBR 12218/94: �Tubulações secundárias: 50 mm� Tubulações principais: não há recomendação
� Segundo a PNB 594/77 - Tubulações principais:� 150 mm: zonas comerciais ou residenciais (≥ 150 hab/ha).� 150 mm: zonas comerciais ou residenciais (≥ 150 hab/ha).� 100 mm: núcleos urbanos (pop > 5.000 hab.)� 75 mm: núcleos urbanos (pop ≤ 5.000 hab.)
Recomendação da norma européia
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
� Seqüência de cálculo para o dimensionamento
� Determinação das vazões em cada trecho
� Dimensionamento dos trechos
� Verificação das pressões resultantes
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
� Seqüência de cálculo para o dimensionamento
� Determinação das vazões em cada trecho� Determina-se a vazão 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;� “Vazão fictícia”, constante ao longo do trecho:
DIMENSIONAMENTO DAS REDES - Ramificadas
� Dimensionamento dos trechos
� Estabelecem-se limites de velocidades para diâmetro e
de pressão para o funcionamento adequado da rede;
� Admitem-se os diâmetros de cada trecho e determinam-
se as pressões possíveis;
� Calculam-se as perdas de carga em cada trecho em
função das vazões de dimensionamento e velocidades
limites.
� Verificam se as pressões resultantes se situam nos
limites estabelecidos.
� Caso contrário: modificam-se o nivel d’água do
reservatório, ou traçado ou diâmetros admitidos e repete-
se os cálculos.
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Ramificadas
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
� Método do seccionamento
� Método de cálculos iterativos� Método de cálculos iterativos
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
� Método do seccionamento
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
Método de cálculos iterativos - Exemplo
� Equações para os nós do circuito
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
� Métodos para solução de redes malhadas:
� Método da correção de vazões (Hardy-Cross)
� Método da linearização (matricial)
� NBR 12218/94: o dimensionamento das redes
em malha deve ser realizado por métodos
iteratívos, que garantam resíduos máximos de
vazão e de carga piezométrica de 0,1 l/s e 0,5
kPa, respectivamente.
DIMENSIONAMENTO DAS REDES -Malhadas
� Método de Hardy-Cross
� Modalidades de aplicação do método de Hardy-Cross
� Por compensação das perdas de carga
� Por compensação das vazões
FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS DO MÉTODO DE HARDY-CROSS
� Localização dos nós em redes malhadas
FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS (MÉTODO HARDY-CROSS)
Em um nó qualquer da rede, a somaalgébrica das vazões é igual a zero
Em um circuito fechado (ou anel)qualquer da rede, a soma algébricadas perdas de carga é igual a zero
APLICAÇÃO DO MÉTODO DE HARDY-CROSS
PARA CADA PARA CADA ANEL:
APLICAÇÃO DO MÉTODO DE HARDY-CROSS� Traçado dos anéis
� Pontos de carregamento das vazões;
� Sentido de escoamento
� Conhecidos os pontos de entrada e saída das vazões
� Estabelece-se uma primeira distribuição de vazões
� Em cada nó: ΣQ = 0;
� Adota-se um diâmetro para cada trecho do anel
� Se nos anéis a Σ∆H = 0 → rede equilibrada
� Se nos anéis a Σ∆H ≠ 0 → a vazão deve ser corrigida
� Com as novas vazões, recalculam-se as perdas de carga
� Prossegue-se os cálculos até obter ∆Q pequenos ou nulos
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES� EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA
� Dimensionar a rede ramificada. Sendo dados:
� População 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:
�Diâmetro da rede;�Pressões;�Cotas piezométricas;� Cota do nível mínimo d’água do reservatório, tal que apressão dinâmica mínima seja de 10 mca e pressão estáticamáxima de 50 mca.
�EXEMPLO 9.1 - REDE RAMIFICADA
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução:
� Cálculo da vazão total na rede ( Qmax)
� Extensão da rede: L= 1.350 m;
� Cálculo da taxa de consumo linear:� Cálculo da taxa de consumo linear:
� Numerar os trechos de jusante para montante� Extensão medida em planta;� Vazões:
� Vazão de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades;� Vazão do trecho (Qt), qm x l� Vazão a montante (Qm), Qj+Qt� Vazão fictícia (Qf), Qf = (Qm+Qj)/2
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES� Solução: (continuação)�Numerar os trechos de jusante para montante(Extensãomedida em planta);
� Vazões:� Vazão de jusante (Qj), igual a zero nas extremidades;� Vazão do trecho (Qt), qm x l� Vazão a montante (Qm), Qj+Qt� Vazão fictícia (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
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
� Diâmetro: numa 1a. Tentativa escolhe-se o diâmetro em função da
tabela 9.1 (livro)
� Velocidade: Q=V.A
� Cálculo perda de carga (Hazen-Williams) – C=130
� Perda de carga (∆h) no trecho = Perda de carga unitária x L
� Cotas piezométricas a montante e jusante (ponto + desfavorável) � Cotas piezométricas a montante e jusante (ponto + desfavorável)
(a jusante do trecho 1) admite-se pressão dinâmica de 10 mca. A
cota piezométrica nesse ponto é: 10+81,00 = 91,00 mca. A cota
pizométrica a montante desse trecho é 91,00 + (∆h) no trecho 1 =
91,46 mca. Prossegue-se no cáclulo das perda de carga;
� Cota do terreno: preencher as cotas do terreno;
� Pressão disponível a montante e a jusante: por diferenças entre as
cotas do terreno tem-se as pressões a montante e a jusante de cada
trecho.
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
NBR 12218 – 0,6 < V < 3,5 m/s
� Cota terreno (Reservatório) = 85,00; cota piez = 92,58 mca nível mínimo do reservatório (pressão mínima de 10 mca)
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
� Análise final
� Estando o terreno, no local do reservatório, na cota 85,00 e cotas piezométrica 92,58 mca, o nível mínimo do reservatório, para manter a rede com a pressão mínima de 10 mca, deverá situar-se a:pressão mínima de 10 mca, deverá situar-se a:
� 7,58 m (92,58 – 85,00) acima do terreno
� A pressão estática máxima será de 32,38 mca� (92,58 – 60,20) Nível do reservatório –menos a cota mais baixa da rede.
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MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Exemplo 1: Método de Cross
� Na rede de distribuição, cujo esquema é apresentado a seguir, determinar diâmetros, equilibrar as vazões e calcular as pressões disponíveis nos nós da rede, sendo dados:
� Nível d’água no reservatório está na cota 100,00 m;
� Tubulações em ferro fundido (C = 100);
� Diâmteros de : 50, 75, 100 e 150 mm;
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Determinação de Q0 por meio do equilíbrio de nós;
� Determinação do sentido das vazões;
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Determinação das pressões disponíveis
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Exemplo 2: Método de Cross
� Determinar a vazão que passa em cada trecho do anel da rede de distribuição esquematizada a seguir, sendo dados:
� Coeficiente de perda de carga f = 0,02;
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
Atenção !!!!!!!
Calcula-se os dois aneis simultaneamente
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Exemplo 9.2: Método de Cross
� Determinar diâmetros e pressões para rede apresentadana Figura abaixo.
�Utilizar os seguintes dados:
� Densidade demográfica: 500 hab/ha;� Consumo per capita de água: 200 l/hab.dia;� Consumo per capita de água: 200 l/hab.dia;� Coeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,20;� Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,50;� Cota máxima do nível d’água no reservatório: 800 m;� Cota mínima do nível d’água no reservatório: 796 m;� Comprimentos dos trechos e nós definidos na Figura;
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução:
� Delimitação da área a ser atendida; (já delimitada)� Estudo demográfico da área; (já fornecido)� Estudo da localização do reservatório, setorização e zoneamento piezométrico; ( A posição do reservatório foi fornecida. Pode-se considerar um único setor de distribuição e uma única zona piezométrica).� Traçado da rede principal; (Rede já traçada)� Traçado da rede principal; (Rede já traçada)� Localização dos nós; (Estão apresentados em planta obedecendo os critérios de 600 m, no máximo de distância entre nós)� Determinação da área de influência dos nós; (já determinada conforme Figura e tabela abaixo.
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Solução: (Continuação)
� Determinação da vazão específica de distribuição:
1. 2. .
86.400
K K d qqd =
1, 20 1, 50 500 200
86.400
x x x=
2, 0833 /qd l sxha=
� Cálculo das vazões concentradas � Cálculo das vazões concentradas nos nós: �(Multiplicar a vazão específica pela área de influência de cada nó)
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES� Solução: (Continuação)� Determinação das vazões nos trechos: (Utiliza-se o seguinte critério:
� Resultado Final (Figura 9.5)
� Solução: (Continuação)� Balanceamento da rede: A partir dos dados conhecidos e adotando-se os diâmetros 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.
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Método da Linearização
� Problema genérico de circuitos em malha
� Dados� Vazões externas ao sistema: q1, q3 e q4
� Incógnitas
� Vazões nos tubos: Qi, j, onde i é o nó inicial e j o nó final� Cargas nos nós: Hi, onde i indica o nó
MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE REDES
� Método da Linearização
� Equações para cálculo da perda de carga
sendo: h = carga total no nó;f = fator de atrito universal;L = comprimento do trecho;D = diâmetro;A = área do tubo;Q = vazão no trecho.
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
� Matrizes contendo vazões como incógnitas
� Solução dessas matrizes → iterações, até a convergência
� Passos para a solução
� 1. Atribuem-se valores de vazão arbitrários Qi, j*
� 2. Monta-se a matriz
� 3. Resolve-se a matriz
� 4. Comparam-se os valores, se |Qi, j** – Qi, j*| < δ
� 5. Em caso negativo retoma-se o passo 2
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
� Carga nos nós
Valor de carga para nós → condições de contorno
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
�Cálculo dos diâmetros
Coeficientes da relação V x D
V=aDb
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
� Condições de contorno
� Perdas de carga localizadas
� Reservatórios
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
� Condições de contorno
� Válvula de controle de pressão
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
� Condições de controle
� Válvula de controle de vazão
MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO
Cins = Cm · π · ρm Σ DieiLi
Cop = P⋅⋅⋅⋅ T ⋅⋅⋅⋅Ce ⋅⋅⋅⋅FA
Min Ctot = Cinst + Cop
ROTEIRO BÁSICO PARA A ELABORAR PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
� Delimitação da área a ser atendida
� Estudo demográfico da área a ser atendida
� Concepção do sistema de distribuição� Estudos das zonas de pressão� Estudos de setorização� Traçado da rede de distribuição
� Seleção dos pontos de concentração de vazões� Seleção dos pontos de concentração de vazões
� Extensão dos trechos
� Áreas de influência dos nós� Vazões específicas� Vazões concentradas nos nós
� Vazões nos trechos� Redes ramificadas� Redes malhadas
� Vazões nos hidrantes
PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA