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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 1 AULA 3 Caudais de dimensionamento. Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores. Dimensionamento das condutas à pressão. Características e materiais das tubagens. DISCIPLINA DE PROJECTO DE SANEAMENTO AULA 3 / SUMÁRIO

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PROJECTO DE SANEAMENTO / SETEMBRO 2012 1

AULA 3

Caudais de dimensionamento.

Dimensionamento hidráulico de sistemas adutores.

Dimensionamento das condutas à pressão.

Características e materiais das tubagens.

DISCIPLINA DE PROJECTO DE SANEAMENTO AULA 3 / SUMÁRIO

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Duração do transporte:

Transporte por bombagem

A não ser em casos especiais, 16 h

diárias como período máximo diário de

adução (NP 837);

A fiabilidade dos sistemas

mecânicos permite 20 h/dia, com

segurança razoável.

Transporte gravítico

Período máximo diário de adução de

24 h/dia.

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16h- 20 h/dia

24 h/dia

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Caudais de dimensionamento

Dimensionamento para o dia de maior consumo

Qdim = Kt x Kp x f D x Qm

Dimensionamento para o mês de maior consumo

Qdim = Kt x Kp x fM.Qm

em que:

Kt – factor de duração de transporte = (24 h/nº de horas de transporte);

Kp – factor de perdas na adução (1,05 a 1,10

fM ; fD – factor de ponta mensal ou factor de ponta diário

Qm – caudal médio anual

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Limitações à velocidade do escoamento

Limitação da velocidade máxima

Sobrepressões provocadas pelo regime variável

Perdas de carga excessivas e anti-económicas

Limitação da velocidade mínima

Qualidade da água nas condutas

Auto-limpeza e deposição de sólidos

Velocidade do escoamento:

Troços em pressão por bombagem : 0,6 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s

Troços em pressão por gravidade : 0,3 m/s ≤ V ≤ 1,5 m/s

Custo de Energia (€)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 200 400 600 800

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Escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis

Qdim (m3/s) => Q = V.S => Intervalo de Diâmetros

Vmax, Vmin (m/s) => S = pi.D2/4 => D (m) = (4 Q / pi.V)0.5

Dmin Dmax

D1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin Dmax

D1 D2

Elevatório

(Qdim 20)

(Qdim 40)

Di = diâmetros comerciais cujo diâmetro interior está no intervalo

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No sistema puramente gravítico (sem elevação)

A escolha dos diâmetros tecnicamente viáveis é função da energia disponível

Cálculo de Jmáx = Dz / L | determinar Jmáx

Pela fórmula de perda de carga (Colebrook-White ou Manning Strickler),

cálculo de Dmin’ |

Diâmetro mais económico é o diâmetro mínimo (ou a combinação de diâmetros) que

está dentro do intervalo Dmin e Dmax (verifica os dois critérios) e que permite transportar a

água para a cota pretendida.

Dmin Dmax

D1 D2 D3

Gravítico (Qdim 40)

Dmin’

Dz L

Jmax

1

Dmin’

D<Dmin’

Linha de energia dinâmica (LED)

D>Dmin’

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ESCOLHA DO DIÂMETRO

Gravity flow

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Em sistemas elevatórios ou num sistema misto (em vale) | Conceito de diâmetro

económico

Para determinar o Diâmetro mais económico é necessário contabilizar, para

além dos custos da instalação da tubagem, os custos com a energia.

Assim, retém-se todos os diâmetros tecnicamente viáveis (D1 e D2) e

contabiliza-se os encargos energéticos das diferentes soluções viáveis.

DN

€ Custo Total

Custo condutas

Custos exploração

(energia)

Dec

Qdim 40

Dmin Dmax

D1 D2

Qdim 20

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ESCOLHA DO DIÂMETRO ECONÓMICO

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Fórmula de Colebrook- White

Mais rigorosa +/-15% de erro

Mais adequada para sistemas adutores (normalmente sistemas

longos e com muitas perdas de carga contínuas)

Fórmula de Manning Strickler

Adequada para redes de distribuição e sistemas com superfície livre

(redes de drenagem ou canais/rios)

2/13/2 JRSKQ S

JD2gD

2,51

3,7D

k

2gJπ

Q2D

nnn

2/510

2/5

1n log

n

210

2

1nJD2gD

2,51

3,7D

k

D8g

UJ log

Ks PE,PVC = 100-120 m1/3s-1

(água20ºC) = 10-6 m2s-1

kPE,PVC = 0,003-0,02 mm

kFFD,aço = 0,01-0,1 mm

Ks FFD,aço = 75 - 90 m1/3s-1

Quintela (1981), p.140

Quintela (1981), p.153

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CÁLCULO DAS LINHAS DE ENERGIA

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Condutas adutoras gravíticas:

Altura piezométrica estática

E-2

E-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20

E-1E-2

E-3

P-3

PN 6

PN 10

PN 16

PN 20

Condutas adutoras por bombagem:

Altura piezométrica dinâmica

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DETERMINAÇÃO DAS PRESSÕES DE SERVIÇO DAS TUBAGENS

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Características:

Tubagem em PVC (policloreto de vinilo) rígida

de parede compacta fabricada por extrusão.

As tubagens de Duronil são apresentadas nas classes de pressão:

PN6 kgf/cm2 (0,6 MPa);

PN10 kgf/cm2 (1,0 MPa);

PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa).

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200;

250; 315; 400; 500; 630

Duronil \ Tubagens

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLICLORETO DE VINILO (PVC)

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Características:

A tubagem em PEAD de parede compacta é

fabricada por extrusão.

As tubagens de PEAD são apresentadas nas

classes de pressão de:

PN4 kgf/cm2 (0,4 MPa) a PN16 kgf/cm2 (1,6 MPa)

Diâmetros exteriores (mm):

63; 75; 90;110; 125; 140; 160; 200;

250; 315; 400; 500; 630

PEAD \ Tubagens

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)

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Características:

As tubagens de PRFV são fabricadas através de um

processo de centrifugação automático.

A tubagem é formada por diversas camadas, variando as

quantidades de matérias primas usadas em cada uma.

No fabrico da tubagem entram quatro componentes:

Resina de poliester: actua como ligante e é formada por uma

resina de poliester não saturada e não dissolvente;

Filler (cabornato de sódio): mistura-se com a resina para

melhorar a carga estrutural;

Areia de sílica: como carga estrutural para melhorar as suas

propriedades mecânicas;

Fibra de vidro: como reforço da resina de poliester utilizam-

se fibras de vidro de alta qualidade.

As tubagens de PRFV são apresentadas nas classes de

pressão de 0,2 MPa a 2,5 MPa

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900;

1000; 1100;…; 2400

PRFV \ Tubagens

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / POLIESTER REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO (PRFV)

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FFD \ Tubagens Características:

As tubagens de ferro fundido dúctil (FF)

caracterizam-se por serem tubagens de grande

longevidade.

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de FF são apresentadas nas classes

de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 Mpa

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800;

900; 1000; …

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / FERRO FUNDIDO DÚCTIL (FFD)

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Aço \ Tubagens Características:

As tubagens de aço podem ser dimensionadas

com várias espessuras e são normalmente

utilizadas para trechos com elevadas pressões e

em trechos em que a tubagem não esteja

enterrada.

Podem ter vários revestimentos interiores.

As tubagens de aço são apresentadas nas classes

de pressão de:

3,2 MPa a 4,0 Mpa

Diâmetros interiores (mm):

150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700;

800; 900; 1000; …

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / AÇO

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Outros tipos \ Tubagens

Fibrocimento

É um material em desuso, mas do qual existem

extensões significativas nas redes mais antigas.

Classes de pressão: CL6, CL12; CL18; CL24; CL30

Betão armado (pré-esforçado ou com alma de aço)

É um material competitivo nos grandes diâmetros

com o ferro fundido dúctil.

Outras tubagens plásticas:

Polipropileno

Resiste a altas pressões (20 kgf/cm2) e permite o

escoamento e fluidos a altas temperaturas.

SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA TUBAGENS / OUTROS TIPOS

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Proposta de índice (proposta indicativa)

1. INTRODUÇÃO

2. DADOS DE BASE

2.1 Considerações gerais

2.2 Evolução populacional prevista

2.3 Caudais de Projecto

3. SOLUÇÕES ALTERNATIVAS PARA O SISTEMA ADUTOR

3.1 Apresentação geral das soluções alternativas

3.2 Selecção de diâmetros tecnicamente viáveis

3.3 Dimensionamento em termos de pressão das soluções

3.4 Dimensionamento de reservatórios

4. ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA E ESCOLHA DA SOLUÇÃO

4.1 Análise económica comparativa das soluções estudadas

4.2 Escolha da solução recomendada

5. SOLUÇÃO RECOMENDADA

5.1 Descrição da solução

5.2 Localização dos principais acessórios

6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS

Referências bibliográficas

Índice de desenhos

DISCIPLINA DE SANEAMENTO PROJECTO 1: ESTUDO PRÉVIO DE UM SISTEMA ADUTOR

MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA DO PROJECTO