Pré-dimensionamento de Recalque e Análise de Transiente Hidráulico Para Subsistema de Abastecimento de Água Da Cidade de Cuiabá, Mato Grosso

7/26/2019 Pr-dimensionamento de Recalque e Anlise de Transiente Hidrulico Para Subsistema de Abastecimento de gua

1/73

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

GUILHERME AUGUSTO TEODORO GIACOMETI

PR-DIMENSIONAMENTO DE RECALQUE E ANLISE DE TRANSIENTE

HIDRULICO PARA SUBSISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA DA CIDADE

DE CUIAB, MATO GROSSO.

CUIAB

2016


2/73



HIDRULICO PARA SUBSISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA DA CIDADEDE CUIAB, MATO GROSSO.

CUIAB

2016

Trabalho de Concluso de Curso apresentadoao Curso de Engenharia Sanitria eAmbiental, Faculdade de Arquitetura,Engenharia e Tecnologia, UniversidadeFederal de Mato Grosso como requisito

parcial obteno do ttulo de Bacharel emEngenharia Sanitria e Ambiental.

Orientador: Prof. Dra. Eliana Beatriz NunesRondon Lima.


3/73



HIDRULICO PARA SUBSISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA DA CIDADE

DE CUIAB, MATO GROSSO.

Trabalho de Concluso de Curso aprovado por:

Cuiab, 28 de abril de 2016.

Trabalho de Concluso de Curso apresentadoao Curso de Engenharia Sanitria eAmbiental, Faculdade de Arquitetura,

Engenharia e Tecnologia, UniversidadeFederal de Mato Grosso como requisitoparcial obteno do ttulo de Bacharel emEngenharia Sanitria e Ambiental.

Orientador: Prof. Dra. Eliana Beatriz NunesRondon Lima.


4/73


5/73

Limitaes sofronteiras criadas apenas

pela nossa mente

Provrbio Chins


6/73

RESUMO

Os clculos hidrulicos para dimensionamento de adutoras de gua tratada so realizados em

regime permanente considerando uma vazo demandada. So feitas verificaes das presses

resultantes de regimes transitrios, a fim de prever a necessidade ou no de dispositivos de

proteo, evitando ou mitigando os efeitos da brusca variao de presso no interior das

canalizaes. Em sistemas elevatrios de gua tratada, estes regimes so acontecimento normal

e frequente, que acompanham qualquer alterao nas suas condies normais de

funcionamento, como variaes de vazo demanda e extenses de rede, que podem resultar em

surtos ou golpes de arete. As circunstncias mais violentas associadas ao golpe de arete,

normalmente, resultam do corte de energia elctrica de um conjunto bombeador comconsequente interrupo do mesmo. Este trabalho visa a seleo de traado de sistema de

recalque, com auxlio de sistema de informaes geogrficas SIG, assim como seu

dimensionamento para atender uma regio da cidade de Cuiab-MT, com posterior simulao

computacional para verificao do regime transitrio do sistema proposto utilizando o software

Allievi.

Palavras-Chave: Dimensionamento, Conduto forado, Abastecimento de gua, Transiente

Hidrulico, Golpe de arete, Simulao Hidrulica.


7/73

ABSTRACT

Hydraulic calculations for treated water mains are performed in steady state considering a

demanded flow. Checks pressures coming from transients are made in order to predict

protection devices, preventing or mitigating the effects of sudden pressure change in the piping.

In pumping systems of treated water, these schemes are a regular and frequent event, which

accompany any change in their normal operating conditions such as variations in flow demand

and network extensions, which can result in surge or water hammer. The most violent

circumstances associated with the water hammer usually result of power failure of a pumping

station with consequent interruption of the same. This work aims to check discharge system

tracing, with the help of geographic information system - GIS, as well as its design to suit aregion of the city of Cuiab, with subsequent computer simulation for verification of the

transitional arrangements of the proposed system using Allievi the software.

Key words: Dimensioning, under pressure flow, Water supply, Hydraulic transient, Water

hammer, Hydraulic simulation.


8/73

ACRNIMOS E SIGLA

SAA Sistema de Abastecimento de gua

ETA Estao de Tratamento de gua

EEAB Estao Elevatria de gua Bruta

EEAT Estao Elevatria de gua Tratada

CMB Conjunto Moto bomba

ADT Adutora

RAP Reservatrio Apoiado

REL Reservatrio Elevado

RUD Reservatrio UnidirecionalRHO Reservatrio Hidropneumtico

SRTM Misso Topogrfica Radar Shuttle

SMDU Secretaria municipal de desenvolvimento urbano

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia Estatstica


9/73

SUMRIOINTRODUO ...................................................................................................................... 13

OBJETIVOS ........................................................................................................................... 15

OBJETIVO GERAL .............................................................................................................. 15

OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................................ 15

1 FUNDAMENTAO TERICA .................................................................................. 16

1.1 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA ............................................................ 16

1.1.1 MANANCIAL .................................................................................................... 17

1.1.2 CAPTAO ....................................................................................................... 17

1.1.3 ESTAO ELEVATRIA ................................................................................ 17

1.1.4 ADUTORA ......................................................................................................... 17

1.1.5 ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA ..................................................... 17

1.1.6 RESERVATRIO DE DISTRIBUIO DE GUA ........................................ 18

1.1.7 REDE DE ABASTECIMENTO DE GUA ...................................................... 181.1.8 LIGAO DOMICILIAR .................................................................................. 18

1.2 HIDRULICA DE CONDUTOS FORADOS ............................................................ 19

1.2.1 EQUAO DA ENERGIA ................................................................................ 19

1.2.2 EQUAO DA CONTINUIDADE ................................................................... 20

1.2.3 TEOREMA DO TRANSPORTE DE REYNOLDS ........................................... 20

1.2.4 PERDA DE CARGA .......................................................................................... 22

1.3 ADUTORAS ................................................................................................................... 26

1.3.1 CANALIZAO DE RECALQUE ................................................................... 27

1.3.2 MATERIAIS DOS CONDUTOS ....................................................................... 31

1.4 TRANSITRIO HIDRULICO .................................................................................... 33

1.4.1 MECANISMO DO FENMENO ...................................................................... 35

1.4.2 VERIFICAO DE REGIMES TRANSITRIOS ........................................... 37

1.4.3 MTODOS DE ANLISE ................................................................................. 40


10/73

1.4.4 CONDIES OPERACIONAISABNT 12215 DE 1991 .............................. 44

1.4.5 DISPOSITIVOS DE PROTEO...................................................................... 46

2 METODOLOGIA ........................................................................................................... 522.1 REA DE ESTUDO ....................................................................................................... 53

2.2 TOPOGRAFIA ............................................................................................................... 55

2.3 POPULAO ATENDIDA ........................................................................................... 56

2.4 CANALIZAO DE RECALQUE ............................................................................... 57

2.5 VERIFICAO DE TRANSIENTE .............................................................................. 58

3 RESULTADOS E DISCUSSES .................................................................................. 60

3.1 REA ABASTECIDA E VAZO DEMANDADA ...................................................... 60

3.2 PR-DIMENSIONAMENTO E SELEO DO TRAADO DO RECALQUE .......... 62

3.3 VERIFICAO DE TRANSITRIO HIDRULICO .................................................. 66

CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................. 70

REFERNCIAS ..................................................................................................................... 71


11/73

LISTA DE ILUSTRAES

FIGURA 1 - ESQUEMA SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA. .......................... 16

FIGURA 2 - ENERGIA TOTAL E PERDA DE ALTURA NO FLUXO DE UM TUBO. .... 19FIGURA 3 - EXPERIMENTO DE REYNOLDS. ................................................................... 21

FIGURA 4 - ADUTORA POR GRAVIDADE E RECALQUE. ............................................. 26

FIGURA 5 - VAZES A SEREM VEICULADAS NAS ADUTORAS. ................................ 27

FIGURA 6 - DETERMINAO DO DIMETRO ECONMICO. ...................................... 29

FIGURA 7 - SOLUES PARA NICO RECALQUE. ........................................................ 31

FIGURA 8 - TRANSIENTE HIDRULICO NA POSIO DO X DO SISTEMA. ............. 33

FIGURA 9 - TRANSIENTE HIDRULICO EM EEAT. ....................................................... 34

FIGURA 10 - PROPAGAO DE ONDA DE PRESSO .................................................... 35

FIGURA 11 - ONDAS DE PRESSO COM E SEM PERDA DE CARGA. ......................... 36

FIGURA 12 - FLUXOGRAMA PARA O CONTROLE DE SURTOS EM SISTEMAS DE

DISTRIBUIO. ..................................................................................................................... 38

FIGURA 13 - SEPARAO DE COLUNAS LIQUIDAS. .................................................... 39

FIGURA 14 - DIAGRAMA DE SOBREPRESSO. .............................................................. 41

FIGURA 15 - ANALISE PRELIMINAR DAS ENVOLVENTES DE PRESSO. ................ 41

FIGURA 16 - VOLANTE DE INRCIA. ............................................................................... 47

FIGURA 17 - VENTOSA DE DUPLA FUNO. ................................................................. 48

FIGURA 18 - BACO DE SELEO DE VENTOSAS DUPLA FUNO. ....................... 49

FIGURA 19 - CROQUI ESQUEMTICO - RHO. ................................................................. 50

FIGURA 20 - RESERVATRIO UNIDIRECIONAL (RUD). ............................................... 51

FIGURA 21 - FLUXOGRAMA PARA OBTENO DOS RESULTADOS. ....................... 52

FIGURA 22 - LOCALIZAO DE CUIAB-MT................................................................. 53

FIGURA 23 - ETA RIBEIRO DO LIPA (RAP MONTANTE). ........................................... 53

FIGURA 24 - RESERVATRIO JARDIM BOM CLIMA (RAP JUSANTE). ...................... 54

FIGURA 25 - REA DE ESTUDO. ........................................................................................ 54

FIGURA 26EARTH EXPLORE, USGS. ............................................................................. 55

FIGURA 27 - QGIS 2.8.6 - WIEN. .......................................................................................... 56

FIGURA 28SUBSISTEMA RIBEIRO DO LIPA. ............................................................ 57

FIGURA 29 - DENSIDADE DEMOGRFICA POR BAIRRO. ............................................ 57

FIGURA 30 - SOFTWARE ALLIEVI. .................................................................................... 58

FIGURA 31 - CATALOGO IMBIL V 3.0 ............................................................................... 59


12/73

FIGURA 32 - REA ATENDIDA PELA ETA RIBEIRO DO LIPA. ................................. 60

FIGURA 33 - REA ABASTECIDA PELO RESERVATRIO. .......................................... 61

FIGURA 34 - TRAADO SELECIONADO PARA LINHA DE RECALQUE. .................... 63

FIGURA 35 - PERFIL DA CANALIZAO E SOLUES DE DIMETRO. .................. 64

FIGURA 36 - BOMBA CENTRIFUGA. ................................................................................. 65

FIGURA 37 - ANALISE PRELIMINAR DAS ENVOLVENTES DE PRESSO. ................ 66

FIGURA 38 - MODELO SIMPLIFICADO. ............................................................................ 67

FIGURA 39 - DIAGNSTICO DO SISTEMA ADUTOR SEM PROTEO ...................... 69


13/73

13

INTRODUO

Sistemas de abastecimento de gua (SAA) so constitudos de captao de gua em

manancial (superficial e/ou subterrneo); estaes de tratamento; adutoras; reservatrios e redesde distribuio. As concepes destes sistemas dependem, de modo geral, do tipo de manancial,

da topografia e populao a ser atendida.

A gua captada no manancial, transportada por meio de adutoras de gua bruta (AB)

para as estaes de tratamento de gua onde passar, em um sistema convencional, pela mistura

rpida, floculao, decantao, filtrao e desinfeco, a fim de atingir a qualidade exigida na

portaria de potabilidade. A gua tratada encaminhada para reservatrios, em seguida aduzida

ao sistema de distribuio por adutoras de gua tratada, que em geral conectam reservatrios

ou s redes de distribuio, por onde a gua chega populao.

As adutoras podem ser classificadas quanto a energia para movimentao da gua em:

adutoras por gravidade, por recalque, mistas. Em adutoras por gravidade a energia disponvel

a diferena geomtrica entre montante e jusante, o escoamento pode ser em regime forado ou

livre. As adutoras por recalque transportam gua de um ponto baixo para outro alto, para vencer

esta diferena geomtrica e a perda de carga necessrio fornecer energia ao fludo atravs de

motores e bombas, que transformam energia eltrica em energia de presso, impulsionando

gua para jusante e esta unidade chamada de estao elevatria de gua. As adutoras mistas

so a juno das duas anteriores.

Na primeira fase de um projeto de adutora considerado o regime permanente, ou seja,

a vazo e presso so constantes ao longo do tempo, assim como as demandas (consumo). Na

segunda etapa deve-se considerar que o sistema de aduo dinmico, sujeito a variaes de

consumo e quedas no fornecimento de energia eltrica, por exemplo. As variaes neste regime

podem dar origem ao fenmeno de transiente hidrulico, este que deve ser verificado a fim de

evitar situaes indesejveis como, sobrepresses, subpresses, fluxo inverso, deslocamento de

tubulaes, peas e rompimentos.

A anlise de transitrio hidrulicos subsidia avaliar pontos crticos do perfil de sua rede,

onde as presses podem ser excessivamente elevadas, atingindo valores muito maiores que a

presso mxima de servio da tubulao ou muito baixas, atingindo a presso de vapor do

fludo. Para amortizar os efeitos deste regime transitrio, so instaladas ao longo do perfil da

aduo e/ou nas EEAT dispositivos de proteo, tais como: vlvulas de ar (ventosas), vasos de

presso, chamins de equilbrio, volantes de inrcia e inversores de frequncia.


14/73

14

Para elaborao deste trabalho supe-se uma estao elevatria, elevando gua tratada

de uma estao de tratamento de gua at um reservatrio apoiado, localizados na cidade de

Cuiab, Mato Grosso, a fim de atender uma populao estimada.

No captulo primeiro, sero apresentados os conceitos bsicos de sistema de

abastecimento de gua e seus componentes fsicos, seguido das principais equaes utilizadas

no dimensionamento de adutoras e verificao de transitrios hidrulicos.

Na segunda parte do captulo primeiro dado foco as adutoras, quanto a sua

classificao, seleo de traado, materiais, dimensionamento e condies operacionais.

Seguido do assunto transitrios hidrulicos, suas causas e efeitos, assim como os principais

dispositivos de proteo. A reviso foi elaborada a partir de livros, artigos cientficos,

dissertaes de mestrado e doutorado alm de manuais tcnicos relacionados aos temas deabastecimento de gua, projeto, execuo de redes e transitrios hidrulicos.

O segundo captulo dedicado a descrio da metodologia adotada para o

desenvolvimento deste trabalho, da obteno de imagens de satlite, utilizao de ferramenta

SIG e descrita a rea de estudo e demais procedimentos aplicados para obteno dos dados

necessrios para dimensionamento da adutora e a avaliao de transitrio hidrulico.


15/73

15

OBJETIVOS

OBJETIVO GERAL

Pr-dimensionamento hidrulico de adutora sob presso, supondo que eleve gua tratada

de um reservatrio, localizado em uma estao de tratamento de gua, a outro reservatrio

apoiado (RAP), ambos na cidade de Cuiab, com simulao computacional de transitrio

hidrulico.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Obteno de cenas SRTM, com extrao de curvas de nvel, utilizando o softwareQGIS;

Seleo do traado da linha de aduo, utilizando sistema de informao geogrficas(SIG);

Pr-dimensionamento hidrulico do recalque; Verificao preliminar de transitrio hidrulico por mtodo expedito; Simulao computacional de transitrio hidrulico do sistema sem proteo,

utilizando o software ALLIEVI e diagnstico.


16/73

16

Captulo 1

1

FUNDAMENTAO TERICA

Na primeira parte deste captulo sero apresentados os conceitos bsicos de sistema de

abastecimento de gua abordando seus componentes fsicos. Seguido de uma reviso concisa

de hidrulica de condutos forados, apresentando as principais equaes utilizadas no

dimensionamento de adutoras e verificao de transitrios hidrulicos. Na segunda parte

abordado o tema adutoras, com nfase nas canalizaes de recalque, que constituem o objetivo

deste trabalho. A terceira parte dedicada ao assunto: Transitrio Hidrulico, sua definio, ascausas e efeitos, assim como os dispositivos de proteo. A reviso foi elaborada a partir de

livros, dissertaes de mestrado e doutorado, artigos cientficos alm de manuais tcnicos

relacionados aos temas de abastecimento de gua, projeto, execuo de redes.

1.1 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA

Um sistema de abastecimento de gua o conjunto de equipamentos, obras e servios

voltados para o suprimento de gua a comunidades, para fins de consumo domstico, industrial

e pblico. Este sistema constitui-se basicamente da captao de gua de algum manancial, do

seu tratamento e posterior distribuio aos consumidores. Abaixo sero descritos os principais

componentes fsicos que constituem um Sistema de Abastecimento de gua convencional, so

eles:

FIGURA 1 - ESQUEMA SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA.

Fonte:TSUTIYA, 2006.


17/73

17

1.1.1 MANANCIAL

Local onde a gua captada para o abastecimento, pode ser de uma fonte subterrnea

ou superficial e deve ser suficiente para atender a demanda de projeto (TSUTIYA, 2006).

1.1.2 CAPTAO

o conjunto de obras necessrias para retirar a gua do manancial. Quando a fonte

um manancial de guas superficiais esta unidade em geral composta por gradeamento para

reteno de materiais grosseiros e desarenador para retirada da areia presente na gua, as obras

so de acordo com o porte dos mananciais, topografia, geologia do local e da velocidade,

qualidade e variao do nvel da gua (DACACH, 1979). O projeto e construo das obras de

captao devem assegurar condies de fcil entrada da gua e da melhor qualidade possvel.

1.1.3 ESTAO ELEVATRIA

A estao elevatria de fundamental importncia dentro de um sistema de

abastecimento de gua, sua funo adicionar energia em um volume de gua para que este se

desloque de um ponto para outro, isso quando no possvel fazer o deslocamento por

gravidade. Ela pode ser utilizada na captao, aduo, tratamento e na distribuio

propriamente dita. Seu emprego, porm, deve ser visto com cautela devido ao elevado custo da

energia eltrica. Os gastos com bombeamento geralmente representam um percentual

representativo no oramento de uma prestadora de servio de abastecimento de gua

(TSUTIYA, 2006).

1.1.4 ADUTORA

uma canalizao com o propsito de conduzir gua para as unidades que antecedem

a rede de distribuio de gua. Geralmente uma adutora no distribui gua ao consumidor final,

apenas utilizada para interligar o ponto de captao com a estao de tratamento e esta comos reservatrios (TSUTIYA, 2006).

1.1.5 ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA

O sistema de abastecimento de gua deve fornecer aos seus usurios gua potvel e de

boa qualidade, atendendo a norma e os padres de potabilidade exigidos por legislao. A

estao de tratamento a unidade destinada ao melhoramento da qualidade da gua por meio

de tratamento qumico e fsico (TSUTIYA, 2006).


18/73

18

1.1.6 RESERVATRIO DE DISTRIBUIO DE GUA

Um reservatrio de distribuio tem as seguintes finalidades: a) regularizar a vazo,

neste caso acumula gua quando a demanda de gua inferior a um valor mdio e fornecem

vazes complementares quando a demanda for superior ao valor mdio; b) reservar gua para

disponibilizar vazes extras em caso de combate a possveis incndios; c) regularizar presses,

neste caso o reservatrio pode ser alocado em um determinado ponto do sistema de

abastecimento para reduzir a presso na rede.

1.1.7 REDE DE ABASTECIMENTO DE GUA

A rede de abastecimento de gua formada por tubulaes e acessrios com o objetivo

de levar gua potvel de forma contnua em quantidade, qualidade e presso adequada aosconsumidores de acordo com norma vigente (TSUTIYA, 2006).

1.1.8 LIGAO DOMICILIAR

Uma ligao domiciliar compreende o conjunto de tubulaes, sistema de medio e

peas de conexo, as quais quando devidamente instaladas tem a finalidade de estabelecer

comunicao hidrulica, entre a rede de abastecimento (operada por uma prestadora do servio),

e a instalao predial, utilizada por um consumidor, configurando-se como ponto de entrega da

gua (TSUTIYA, 2006).


19/73

19

1.2 HIDRULICA DE CONDUTOS FORADOS

Considera-se forado o conduto (tubulao) no qual o fludo escoa sob presso diferente

da atmosfrica. Para Stephenson (1989) as trs mais importantes equaes na mecnica dos

fludos so as: i) equao da continuidade; ii) equao da conservao da quantidade de

movimento e iii) equao conservao de energia. O teorema de transporte de Reynolds a

base utilizada na formulao das leis bsicas dadinmicadosfluidos, inumeradas por

Stephenson. Na fsica elas so conhecidas respectivamente por lei da conservao da

massa,segunda lei de Newtone leis datermodinmica.

1.2.1 EQUAO DA ENERGIA

A soma algbrica entre a altura de velocidade (V/2g), altura de carga (P/ )e altura deelevao (h) responsvel por quase toda a energia contida em uma unidade de peso de gua

escoando em determinada seo do tubo, pode ser representada pela igualdade:

= 2 + + (0)Na verdade, contudo, um determinado volume de perda de energia hidrulica (hl) ocorre

quando a massa de gua escoa de uma seo para outra, devido o atrito nas paredes do conduto.

FIGURA 2 - ENERGIA TOTAL E PERDA DE ALTURA NO FLUXO DE UM TUBO.

Fonte:HOUGHTALEN, 2012.


20/73

20

A distncia medida entre os pontos a e b representa a energia total contida em cada

unidade de peso de gua que passa pela seo 1, anlogo para seo 2 a distncia entra a e b,

representam a energia total na seo. A diferena entre a e a representa a perdade altura ou

perda de carga (hl), podendo ser representada na relao:

2 + + =

2 + + + (1)Na figura 2 a sigla EGL representa a linha de energia do sistema ou linha de carga, que

pode ser obtida ligando todos os pontos de energia total do sistema. A inclinao desta linha

representa a taxa na qual a energia perdida ao longo do tubo. A uma distncia V/2g abaixo

da EGL temos a linha hidrulica ou linha piezomtricaHGL do ingls hydraulic grade line.

A projeo horizontal de aat a chamada de plano de carga, energia esttica do sistema

(Adaptado de HOUGHTALEN, 2012).

1.2.2 EQUAO DA CONTINUIDADE

No incio do sculo XVII, Benedetto Castelli formulou a relao entre fluxo, velocidade

e a rea de conduto, atravs da seguinte equao, conhecida pelos engenheiros hidrulicos como

equao da continuidade, para fluxos incompressveis: = (2)Tanto em simulaes hidrulicas quanto no dimensionamento de redes, onde a

velocidade segue um limite mximo e mnimo nas tubulaes utilizado a equao 2, onde a

velocidade isolada, obtendo a seguinte equao:

= | A =

4 (3)

Onde:

V Velocidade do fluxo (m/s)

Q Vazo na tubulao (m/s)

A rea da seo transversal (m)

D Dimetro da tubulao (m)

1.2.3 TEOREMA DO TRANSPORTE DE REYNOLDS

Perto do final do sculo XIX, o engenheiro britnico Osborne Reynolds realizou um

experimento, cuidadosamente preparado com um tubo de vidro e aplicao de corante, dentrode um tanque com gua em repouso, representado no esquema abaixo. A vlvula de controle


21/73

21

de vazo efluente, fora aberta vagarosamente de modo a permitir que a taxa de escoamento no

tubo aumentasse gradualmente, inicialmente observou-se que o corante surgiu como um

pequeno fio estendendo-se no sentido do fluxo, indicando fluxo laminar, at que se atingisse

uma determinada velocidade, ento o fio se rompeu misturando-se a gua, caracterizando o

regime de escoamento turbulento (Adaptado de HOUGHTALEN, 2012).

FIGURA 3 - EXPERIMENTO DE REYNOLDS.

Fonte:Elaborao prpria, 2016.

Reynolds descobriu que a transio de fluxo laminar para turbulento em um tubo

depende no somente da velocidade, mas tambm do dimetro e da viscosidade do fludo.Definindo a equao do nmero de Reynolds (Re) abaixo, qualquer que seja o sistema de

unidade empregado, o valor de Ne ser o mesmo:

= | = (4)Onde:

Re Nmero de Reynolds

D Dimetro do tuboV Velocidade do fludo

Viscosidade cinemtica Viscosidade absoluta Densidade do fludo

Para os encanamentos, o escoamento em regime laminar ocorre e estvel para Re

2000. Entre este valor e 4000 encontra-se uma zona crtica, na qual no se pode determinar com

segurana a perda de carga nas canalizaes. Nas condies prticas, o movimento de gua em

canalizaes sempre turbulento (NETTO, 1998).


22/73

22

1.2.4 PERDA DE CARGA

Sabemos que dentro de uma tubulao onde escoa gua temos vrios perfis de

velocidade onde no centro a velocidade mxima e nas extremidades mnima, isso ocorre

devido a imperfeies na parede dos tubos. A varivel que representa estas imperfeies o

coeficiente de rugosidade (f) e este depende do material e do estado de conservao da

tubulao, que ser apresentado mais adiante.

A perda de carga o valor que representa a diferena de energia entre dois pontos de

um conduto, esta subtrao causada devido o atrito do fludo s paredes da canalizao e da

turbulncia do escoamento dentro do tubo. Para determinao desta perda pode-se utilizar as

equaes descritas abaixo, que possuem forte aceitao entre os profissionais da rea e so

amplamente utilizadas.

a) Darcy-Weisbach (Frmula Universal)

A equao de fluxo em tubos mais popular foi criada por Henri Darcy, Julius Weisbach

e outros por volta da metade do sculo XIX. A equao tema seguinte forma (HOUGHTALEN,

2012):

= () 2 (5)

Onde:

hf perda de carga (m)

f coeficiente de atrito

L comprimento da canalizao

D dimetro da tubulao (m)

V velocidade do fluxo (m/s)

g acelerao da gravidade (m/s)

O fator de atrito utilizado no clculo da perda de altura, na frmula universal pode ser

obtido atravs das equaes:

i. Colebrook-White

Existem numeras formulas que relacionam o coeficiente de atrito (f) com o nmero

Reynolds (Re) e rugosidade. Uma das mais populares equaes a de Colebrook-White,

apresentada em 1939, na seguinte formulao:

1 =2log 3,71 + 2,51 (6)


23/73

23

A dificuldade de utilizar esta equao que o coeficiente de atrito se encontra de ambos

os lados da equao. Esta equao comumente resolvida assumindo valores para f at que

haja igualdade (KOELLE, 2003, traduo nossa).

Em 1944 o engenheiro Lewis Ferry Moody representou esta equao em um grfico, na

forma de diagrama de Stanton, que apresenta os eixos coordenados em graduao logartmica,

com fator de atrito f em ordenadas e o nmero de Reynolds em abscissas, para vrios valores

de rugosidade relativa (PORTO, 2006).

ii. Swamee-Jain

Muito mais simples de se resolver do que a equao interativa de Colebrook-White, a

formula desenvolvida por Swamee e Jain (1976) tambm determina aproximadamente o fator

de atrito f da formula universal. Esta equao uma funo explicita do nmero de Reynolds e

da rugosidade absoluta (), apresenta desvio mdio de apenas um por cento em relao a

equao Colebrook-White sobre um intervalo de (KOELLE, 2003, traduo nossa).

4 1 0 10 e 10 / 1 0

= 1,325[ln 3 , 7 + 5,74,] (7)

Pela sua relativa simplicidade e relativa preciso, maioria dos softwares de modelagem

de sistemas hidrulicos utilizam esta formula para determinao do fator de atrito nas

canalizaes (KOELLE, 2003, traduo nossa).

Em problema de conduo de gua, que pela sua importncia exija avaliao das perdas

de cargas to rigorosas quanto possvel, diante da incerteza sobre o tipo de escoamentoturbulento, deve-se utilizar a formula universal, com fator de atrito determinado pela equao

de Colebrook-White ou Swamee-Jain (PORTO, 2006).

A especificao da rugosidade da tubulao e a previso de suas modificaes com o

tempo, devido a alterao da superfcie da parede, muitas vezes causadas pela prpria qualidade

da gua, coloca o projetista diante do problema difcil de determinar os fatores de atrito da

tubulao (PORTO, 2006).


24/73

24

A tabela a seguir apresenta os valores mdios indicativos da rugosidade absoluta

equivalente, para os principais materiais utilizados em projetos de conduo de gua.

TABELA 1 - RUGOSIDADE ABSOLUTA

Fonte:PORTO, 2006.


25/73

25

b) Hazen-Willians

Dentre as formulas empricas mais utilizadas, principalmente na prtica da engenharia

sanitria americana, encontra-se a de Hazen-Williams. Os seus limites de aplicao so os mais

largos: dimetro de 50 a 3500 mm e velocidades de at 3 m/s, sua expresso pode ser escrita:

= 10,643 , , , (8)Onde:

J perda de carga (m/m)

Q vazo (m/s)

C coeficiente de rugosidade

D dimetro interno do tubo (m)

Esta formula pode ser aplicada a condutos livre ou forados; tem sido empregada para

canalizaes de gua e esgoto. Seus autores basearam-se em experincias com os seguintes

materiais (tubos): ao, cimento, chumbo, estanho, ferro forjado, ferro fundido, lato, madeira,

tijolos e vidro. O coeficiente C depende da natureza, do material, estado da parede do tubo e de

sua idade (NETTO, 1998).

A sua aplicao recomendada, preliminarmente, para:

Escoamento turbulento de transio;

Liquido: gua a 20 C, pois no leva em conta o efeito viscoso; Dimetro: em geral maior ou igual a 4; Origem: experimental com tratamento estatstico dos dados; Aplicao: redes de distribuio de gua, adutoras, sistemas de recalque.

TABELA 2 - VALOR DO COEFICIENTE C PARA FRMULA DE HAZEN-WILLIAMS

Fonte:NETTO, 1998.


26/73

26

1.3 ADUTORAS

O termo adutora empregado para designar as canalizaes que transportam gua entre

as unidades que constituem o sistema de abastecimento de gua. Do ponto de vista econmico

e tambm estratgico, podemos afirmar que esta unidade a mais importante do sistema. Como

essas linhas transportam grande volume de gua, os concertos de rompimentos mobilizaro

maiores recursos e ter reflexo no funcionamento de todo o sistema, contribuindo, inclusive,

para desgastar a imagem da empresa (SEG, 2008).

Podem ser classificadas quanto a natureza da gua transportada (Adutoras de gua bruta

e de gua tratada), quanto a energia para movimentao (Adutoras por gravidade, recalque e

mistas) e tambm pelo regime de escoamento em condutos forados e livres. As adutoras por

recalque transportam a gua de um ponto a outro com cota mais elevada, atravs de estaes

elevatrias (Adaptado de FILHO, 2009).

FIGURA 4 - ADUTORA POR GRAVIDADE E RECALQUE.

Fonte:RECESA, 2009.


27/73

27

1.3.1 Canalizao de recalque

c) Vazo de aduo

De acordo com Tsutiya (2006) as vazes de dimensionamento dependem da sua posio

em relao ao sistema de abastecimento de gua (Figura 5), a mesma estabelecida em funo

da populao a ser atendida, da cota per capita, dos coeficientes de variao e do nmero de

horas de funcionamento.

FIGURA 5 - VAZES A SEREM VEICULADAS NAS ADUTORAS.


Freire (2000) afirma que os sistemas so, normalmente, providos de reservatrio de

distribuio, com capacidade suficiente para funcionar como volante para as variaes horarias

de consumo, atendendo a vazo mdia do dia de maior consumo, de modo que as instalaesde montante no precisam ser dimensionadas considerando o coeficiente da hora de maior

consumo (K2).

A aduo pode ser continua funcionando 24 horas por dia, ou intermitente, funcionando

apenas algumas horas. Conforme Tsutiya (2006) as instalaes de recalque geralmente

trabalham de 16 a 20 horas por dia, parando no perodo do horrio de ponta do sistema eltrico,

para diminuir os custos com energia. Para o primeiro caso a equao pode ser expressa da

seguinte forma: = 1 (9)Onde:

Q vazo da adutora que interliga a ETA ao RAP (L/dia)

K11 coeficiente do dia de maior consumo

q cota mdia diriaper capita(L/hab.dia)

p populao a ser abastecida (hab)

1Relao entre o valor do consumo mximo dirio ocorrido em um ano e o consumo dirio relativo a esse ano;


28/73

28

d) Seleo do traado

A NBR 12215 estabelece que em reas urbanas o conduto deve ficar condicionado ao

sistema virio existente ou planejado, instalada de preferncia em faixas de domnio pblico,

caso no seja possvel deve-se prever a desapropriao da faixa ou instituio de servido sobre

ela, ressaltando que esta deve ter largura suficiente para permitir a execuo de eventuais

manutenes. O conduto deve ser composto de trechos ascendentes com declividade maior que

0,2% e descendentes no inferior a 0,3%, mesmo em terrenos planos.

Para o estudo de concepo do sistema necessrio dispor dos pontos de origem e

trmino da adutora, assim como dos elementos topogrficos necessrio para determinao do

caminhamento da linha de aduo, este devendo ser definido com base em critrios tcnicos e

econmicos, comparando-se caminhamentos alternativos a partir das plantas topogrficas. Para

o traado do conduto deve-se:

Evitar regies: pantanosas, reas submersas e reas com declividade elevada;

Evitar interferncia: em complexos industriais e instalaes aeroporturias;

A mesma normativa recomenda que no traado de adutoras em condutos forados, os

trechos ascendentes sejam longos com pequena declividade, seguidos de trechos descendentes

curtos e com maior declividade, para favorecer o acumulo de eventual vapor nestes pontos,podendo assim ser expurgados por vlvulas especificas.

O traado da adutora feito normalmente em funo das caractersticas topogrficas do

terreno. Entretanto outros aspectos devem ser considerados para o traado, tais como: a

influncia do plano de carga e da linha piezomtrica, localizao e perfil da adutora faixas de

servido ou desapropriao para implantao e operao das adutoras. A linha piezomtrica da

adutora em regime permanente deve situar-se em quaisquer condies de operao, sempre

acima da geratriz superior do conduto (Adaptado de TSUTIYA, 2006).

e) Dimensionamento

Enquanto as adutoras por gravidade admitem uma nica soluo para transporte da

vazo, nas adutoras por recalque o problema fica indeterminado, devido a possibilidade de se

adotar, teoricamente, qualquer dimetro, desde que associado corretamente ao equipamento de

recalque. A indeterminao do problema desaparece quando se considera os aspectos

econmicos da questo, ou seja, dentre os vrios dimetros possveis de atendimento adota-se

o mais econmico (SEG, 2008).


29/73

29

FIGURA 6 - DETERMINAO DO DIMETRO ECONMICO.


Se for adotado um dimetro relativamente grande, resultaro perdas de carga pequenas

e, em consequncia, a potncia do conjunto elevatrio ser reduzida. As bombas sero de custo

mais baixo, mas o custo da linha de recalque ser elevado. Se, ao contrrio, for estabelecido um

dimetro relativamente pequeno, resultaram em perdas elevadas, exigindo maior potncia para

as mquinas. O custo da canalizao ser baixo e os conjuntos elevatrios sero dispendiosos,

consumindo mais energia (NETTO, 1998).

Assim sendo, faz-se necessrio determinar um dimetro timo para a tubulao, de tal

forma que se obtenha, para uma vazo determinada, o menor custo do sistema, composto este

pela soma do custo de implantao e custo de operao, cujo peso maior deste ltimo

corresponde ao gasto de energia eltrica (FREIRE, 2000).

Segundo Porto (2006), um tratamento simples e aproximado do problema de

dimensionamento econmico da tubulao de recalque pode ser realizado pela frmula de

Bresse, aplicvel segundo Netto (1998) s instalaes de funcionamento contnuo.

A formula expressa da seguinte forma:

= (10)Onde:

D dimetro (m) Q vazo (m/s) K coeficiente de Bresse.

O critrio de dimensionamento de simples, porm conservador, segundo Freire (2000),

servindo apenas como primeira aproximao (pr-dimensionamento), para obteno do

dimetro timo conveniente uma pesquisa onde sejam investigados dimetros prximos,

inferiores e superiores. Porto (2006) afirma que a aplicao deste mtodo em sistemas de menor

porte, com adutoras de at 6, pode conduzir a um dimetro aceitvel.


30/73

30

A fixao de um valor da constante K equivale a adotar uma velocidade mdia de

recalque, chama de velocidade econmica. Em geral em sistemas elevatrios, as velocidades

variam na faixa de 0,6 a 3,0 m/s, sendo mais comuns velocidades entre 1,5 a 2,0 m/s (PORTO,

2006).

= 4 (11)Onde:

V velocidade econmica (m/s) K coeficiente de Bresse.

Tsutiya (2006, p. 171) afirma que a velocidade econmica em adutoras por recalque

tem-se situado, de modo geral, entre 1,0 a 1,5 m/s.. O mesmo autor recomenda que na escolha

do dimetro econmico por este mtodo, deve utilizar, no mnimo, os valores de K de 0,9; 1,0;

1,1 e 1,2.

Segundo Leal (1995 apud Freire, 2000) os limites de velocidade mxima praticadas nos

dimensionamentos vm sendo extrapolados por diversos pesquisadores. A tendncia de

aumentar-se os valores recomendados est baseada em critrios empricos da experincia

pratica dos autores. Eles asseguram que os limites existentes so muito baixos e, objetivando

compatibilizar o custo da tubulao com a segurana do sistema, estabelecem novos limites

para as velocidades mxima do fluxo nas tubulaes em funo dos seus dimetros, dos custos

dos tubos e do risco de danos admitidos.

Para as adutoras recomenda-se como limite de velocidade nas tubulaes os valores da

tabela abaixo, em relao ao material da tubulao.

TABELA 3 - VELOCIDADE LIMITE PARA ADUTORAS (CETESB)

MATERIAL VELOCIDADE MXIMA (m/s)

Plsticos 4,5Ferro fundido 4,0 a 6,0

Fibrocimento 4,5 a 5,0

Ao 6,0

Concreto 4,5 a 5,0

Fonte:Melo (1996) apud Freire (2000).

Sendo fixa a vazo a ser recalcada, variando, portanto, o coeficiente K obtm-se

diferentes dimetros para um nico recalque, dependendo do dimetro adotado, a linha

piezomtrica assume diferentes configuraes, em virtude do aumento ou diminuio da

resistncia ao escoamento, que inversamente proporcional a rea do conduto, esta situao

pode ser observada na figura 7.


31/73

31

FIGURA 7 - SOLUES PARA NICO RECALQUE.

Fonte:Elaborao prpria, 2016.

Freire (2000) afirma que com o advento de novas ferramentas metodolgicas,

principalmente de pesquisa operacional, tm-se desenvolvido critrios mais precisos de

dimensionamento de tubulaes sob presso. Podendo citar-se os mtodos de:

Custo incremental mdio de longo prazo (Caixa econmica federal);

Mtodo baseado no peso das tubulaes;

Mtodo da variao linear dos custos das tubulaes;

Mtodo da avaliao real dos custos das tubulaes;

1.3.2 Materiais dos condutos

As tubulaes (canalizaes construdas com tubos) so classificadas segundo o

material de fabricao dos tubos, do tipo de junta e da presso de servio. Os tubos, as peas

pr-moldadas que vo constituir as canalizaes, podem ser de: Polietileno de Alta Densidade

(PEAD); Cloreto de Polivinil (PVC); Ferro Fundido Dctil (FF); Ao Soldado ou Rebitado;

Concreto Simples ou Armado; Fibra de Vidro; Fibrocimento (em desuso para sistemas deabastecimento de gua).

Para Stephenson (1989) o ao um dos materiais mais versteis para a parede de tubos,

como dctil e ainda tem uma alta resistncia trao. relativamente fcil de trabalhar, e a

junta soldada, freqentemente usada com ao, o tipo mais forte de junta. J o os tubos de ferro

fundido so mais resistentes a corroso que o ao, entretanto so mais caros e rgidos.

O material escolhido para compor a adutora deve atender certos requisitos, Tsutiya

(2006) descreve, dentre outros, os relacionados abaixo:

1. O material da tubulao no dever prejudicar a qualidade da gua, no dever ser

dissolvido pela gua e se dissolver, no dever provocar danos aos usurios;


32/73

32

2. A seo da tubulao no dever sofrer modificaes, e sua rugosidade interna, no

dever sofrer alterao sensvel durante o decorrer do tempo;

3. Os materiais devem resistir aos esforos internos, inclusive contra transitrios

hidrulicos, sem provocar trincas, arrebentamentos e vazamentos nas juntas;

Para Filho (2009) a escolha do material dos tubos depende primariamente das presses

de servio (a presso interna quando em funcionamento hidrulico) que as tubulaes vo ser

submetidas. Em geral, os fabricantes oferecem para um mesmo material, diversas opes para

presses de servio e de ruptura. Esses tubos de diferentes resistncias esto divididos em

grupos geralmente denominados de classesou classes de presso, estas atendendo os padres

normatizados.

O catlogo Saint-Gobain Canalizaes de 2013 apresenta a seguinte terminologia

utilizada par tubos em ferro dctil, utilizadas em projeto e pelos fabricantes, e ainda apresenta

trs condies que devem ser respeitas na escolha de um componente da canalizao:

TABELA 4 - PRESSO (TERMINOLOGIA)

REA ABREVIATURA DESCRIO

ProjetoPRP Presso de clculo em regime permanentePMC Presso mxima de clculoPTR Presso de teste da rede

Fabricante

PSA Presso de servio admissvelPMS Presso mxima de servioPTA Presso de teste admissvelPN Presso nominal

Fonte: Adaptado de PAM, 2013.

Condies: PRP PSA | PMC PMS | PTR PTA.

A PRP a presso mxima de servio, fixada pelo projetista, excluindo o golpe de arete.

J a PMC a presso mxima incluindo o golpe e ainda pode ser estimado (PMCe) ou calculado

(PMCc). Para o fabricante a PSA a presso interna que o tubo suporta, funcionando em regime

permanente, desconsiderando o golpe de arete, a PMS a presso interna mxima, incluindo

o golpe. A terminologia PN uma designao numrica de referncia, onde todos os materiais

desta classe so compatveis em presso admissvel e dimenses dos flanges.


33/73

33

1.4 TRANSITRIO HIDRULICO

O transitrio hidrulico definido por Koelle (2003) como sendo a condio de

escoamento e presso, entre um regime permanente inicial e outro final. Quando a velocidade

muda abruptamente devido a mudana de status de um componente de controle de fluxo (por

exemplo, um fechamento de registro ou parada de um bombeador), causa uma onda de presso,

que se move atravs do sistema at que se estabelea o novo regime permanente. Caso a

magnitude desta onda seja grande o suficiente e os dispositivos de proteo no estejam nos

lugares adequados, o transiente pode vir causar a falha dos componentes hidrulicos do sistema.

A evoluo de um transiente pode ser mostrada atravs de posies incrementais no

sistema, por meio de um grfico semelhante ao mostrado abaixo. Neste grfico, a presso (P)

representada em funo do tempo (t), resultante do fechamento de um registro. Na figura, a presso inicial no incio do evento transiente, a presso final no fim do evento, Pmin apresso mnima transiente, e Pmax a presso mxima do transiente.

FIGURA 8 - TRANSIENTE HIDRULICO NA POSIO DO X DO SISTEMA.

Fonte:Koelle, 2003.

Stephenson (1989) diz que as presses transitrias causadas por uma alterao na taxa

de fluxo nos condutos, so frequentemente a causa de rupturas nas tubulaes. A variao de

presso associada com uma parada repentina de vazo pode causar aumento de centenas de

metros de carga. Transientes em condutos forados so normalmente classificados em duas

categorias: i) Surtos, quando a oscilao de massa no fluido lenta; ii) Golpe de arete, quandoa mudana no fluido rpida acompanhando por uma deformao elstica no conduto.


34/73

34

Os fenmenos transitrios em sistemas de abastecimento de gua, incluindo sistemas de

aduo e distribuio, contribuem para ocorrncia de vazamentos. Transientes so causados

pela variao normal nos padres de demanda de gua, que foro a manipulao/operao de

vlvulas e bombas. Outros transientes so caracterizados como acidentais ou operaes

emergenciais. Estes incluem eventos como a falha energtica em estaes elevatrias ou

rompimentos de tubulao por cargas externas (POTHOF; KARNEY, 2013, traduo nossa).

Para Boulos et al (2005) transientes podem introduzir grandes presses e rpida

acelerao do fluido em sistemas de distribuio de gua. Estas alteraes podem resultar na

falha de bombas e demais dispositivos, assim como a fadiga ou ruptura das tubulaes, e at

intruso de gua externa a canalizao. Muitos fenmenos transitrios podem levar a separao

de colunas de gua, o que pode resultar em falhas catastrficas no conduto. Deste modo, estesfenmenos causam risco a sade e podem levar a um aumento de perdas e reduzir a segurana.

Netto (1998) destaque que o caso mais importante de golpe de ariete numa linha de

recalque de bombas acionadas por motores eltricos o que se verifica logo aps uma

interrupo de fornecimento de energia eltrica. Devido a inrcia das partes girantes, a

velocidade comea a diminuir, reduzindo-se rapidamente a vazo. A coluna lquida continua a

subir pelo conduto at o momento em que a inrcia vencida pela ao da gravidade, ento a

corrente liquida retorna a bomba, encontrando uma vlvula de reteno fechada, ocasiona ochoque e a compresso do fluido, dando origem a uma onda de sobrepresso (golpe de ariete).

FIGURA 9 - TRANSIENTE HIDRULICO EM EEAT.

Fonte:Koelle, 2003.


35/73

35

1.4.1 Mecanismo do fenmeno

Netto (1998) apresenta uma explicao concisa do fenmeno dando o exemplo de um

reservatrio conectado a um registro, conduzindo gua a uma certa velocidade, considerando a

massa liquida secciona em diversas pores, como mostra a figura abaixo.

FIGURA 10 - PROPAGAO DE ONDA DE PRESSO

Fonte:Netto, 1998.

1. Com o fechamento do registro R, a lmina 1 comprime-se e a sua energia develocidade (v) convertida em presso, ocorrendo simultaneamente, a distenso dotubo e esforos internos na lamina (deformao elstica). O mesmo acontecer emseguida com as lminas 2,3, etc.., propagando-se uma onda de presso at a lminanjunto ao reservatrio.

2. A lmina nem seguida, devido aos esforos internos e elasticidade do tubo, tendea sair da canalizao em direo ao reservatrio, com velocidade -v, o mesmo

acontecendo sucessivamente com as demais lminas.Enquanto isso, a lmina 1 havia ficado com sobrepresso durante o tempo , chamado

de fase ou perodo da canalizao, que pode ser calculado pela equao abaixo, onde C a

velocidade de propagao da onde, denominada de celeridade eL o comprimento da tubulao.

= 2 / (12)H, ento a tendncia de gua sair para fora da tubulao, pela extremidade superior.

Como a extremidade inferior do tubo est fechada, haver uma depresso interna. Nessas

condies, -v convertida em uma onda de depresso.


36/73

36

3. Devido depresso na canalizao, a gua tende a ocupa-la novamente, voltando aslaminas de encontro ao registro, dessa vez com velocidade v. E assim por diante atque se estabelea o novo regime.

Nas consideraes feitas, foi desprezado o atrito ao longo do conduto, que, na praticacontribui para o amortecimento dos golpes sucessivos. Abaixo apresentado a representao

grfica das ondas de sobrepresso e depresso, sem atrito (A) e com atrito (B).

FIGURA 11 - ONDAS DE PRESSO COM E SEM PERDA DE CARGA.

Fonte:Adaptado de Netto, 1998.

A velocidade de propagao da onda pode ser calcula atravs da formula de Allievi:

=9900

4 8 , 3 +

(13)

Onde:

C celeridade da onda (m/s) D dimetro (m) e espessura dos tubos (m)

K coeficiente que considera o mdulo de elasticidade E

Para tubulaes indeformveis o resultado de C = 1425 m/s, que a velocidade de

propagao do som na gua. A celeridade geralmente da ordem de 1000 m/s, algumas vezes

chega a ser um tero desse valor.O tempo de fechamento (velocidade de manobra) de um registro ou vlvula um

importante fator quando associado ao perodo da canalizao. Se o fechamento muito rpido,

o registro ficar completamente fechado antes da atuao da onda de depresso (onda de volta).

Por outro lado, se o registro for fechado lentamente, haver tempo para atuar a onda de

depresso antes da obstruo completa. Da a classificao das manobras de fechamento, sendo

que a sobrepresso mxima ocorre quando a manobra rpida.

Manobra rpida < 2/ Manobra lenta > 2 /


37/73

37

1.4.2 Verificao de regimes transitrios

Para Koelle (2003) a anlise de transientes devem ser realizadas para tubulaes grandes

e de alto custo, principalmente nas que possuam estaes elevatrias. A completa anlise de

transitrio, em conjunto com outras atividades de planejamento do sistema, devem ser

desenvolvidas durante a fase inicial de projeto.

Geralmente, a elaborao de projetos de sistemas elevatrios, envolve duas fases

distintas, a fase de estudo prvio, e a fase de projeto de execuo. A anlise do golpe de arete,

um procedimento fundamental, no apenas em projetos de novos sistemas elevatrios, mas

tambm na remodelao de instalaes existentes, caso impliquem alteraes das condies de

funcionamento (MENDES, 2011).

O objetivo principal da anlise transiente determinar os valores das pressestransitrias resultantes de operaes de controle de fluxo, para estabelecer os critrios de design

de equipamentos e dispositivos (tais como dispositivos de proteo e espessura da parede do

tubo). Assim proporcionar ao sistema um nvel aceitvel de proteo contra falhas devido ao

colapso da tubulao ou sua exploso (KOELLE, 2003, traduo nossa).

Koelle (2003) diz que a presso mxima e mnima permitida no sistema est diretamente

relacionada com a classe de presso dos seus componentes. A presso projetada para a operao

contnua do sistema normalmente igual a classe de presso dos seus componentes, entretantodurante eventos transitrios ou operaes emergenciais os valores de presso (sobrepresso)

podem exceder o limite da classe do sistema.

Na fase de estudo prvio, procede-se anlise simplificada do golpe de arete sem

considerar mecanismos de proteo. Caso se verifique a necessidade da sua adoo, seguir-se-

um processo de seleo, pr-dimensionamento e anlise de comportamento, dos dispositivos

mais adequados, para proteo da conduta elevatria, contra as variaes mximas de presso.

Sendo que nesta fase, dever-se- admitir que, na origem do golpe de arete, est a interruposbita do fornecimento de energia elctrica aos grupos eletrobomba (MENDES, 2011).

Segundo Boulos et al (2005), embora que condies transitrias possam ser causadas

em diversas situaes, os engenheiros so, naturalmente, mais preocupados com aquelas que

possam: i) pr em perigo a segurana de uma planta e seu pessoal; ii) que tenham o potencial

de causar danos a equipamento ou dispositivos; iii) resultar em dificuldades operacionais. O

mesmo autor prope um fluxograma (figura 12) para verificao de regimes transitrios e

alguns equipamentos para sua mitigao.

Segundo Pejovic (1987 apud Boulos, 2005) para identificar e isolar as condies que

merecem a devida ateno, engenheiros devem primeiramente definir as consequncias, do


38/73

38

fenmeno transitrio, que eles mais temem que ocorram ao sistema hidrulico. As

consequncias podem ser quaisquer uma das relacionas abaixo:

Presso mxima no sistema;

Ocorrncia de vcuo e/ou cavitao; Vibrao do conduto hidrulico em seus suportes e/ou rpida oscilaes fortes ou

movimento rpido de massas de gua; Risco de ocorrncia de contaminao da gua (intruso).

FIGURA 12 - FLUXOGRAMA PARA O CONTROLE DE SURTOS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIO.

Fonte:Boulos et al, 2005.


39/73

39

f) Vcuo, cavitao e rotura de veia liquida

Fenmenos como a cavitao, rotura da veia lquida, e a existncia de bolsas de ar

acumulado, afetam a velocidade de propagao de ondas de presso, constituindo, em alguns

casos, fatores atenuantes do golpe de arete (ALMEIDA, 1989 apud MENDES, 2011).

Boulos et al (2005) observa que as condies de vcuo devem ser evitadas, mesmo que

a custos elevados, pois podem criar altas presses e tenses que so muito maiores do que as

que ocorrem durante regimes normais de funcionamento. As presses de vcuo podem

ocasionar o colapso da tubulao.

Haested (2003) alerta que para mesmo que a adutora no entre em colapso, pode ocorrer

a separao de colunas liquidas ou rotura de veia liquida (sbita cavitao vaporosa) devido

queda de presso, atingindo a tenso de vapor do fluido. Podem ocorrer dois tipos distintos de

cavitao: i) Cavitao gasosa, que envolve gases dissolvidos na gua (carbono e oxignio) e

ii) Cavitao vaporosa, que a vaporizao da prpria gua.

Com a cavitao vaporosa formado uma bolsa de ar que pode entrar em colapso

quando a presso na canalizao volta a subir, devido a maior entrada do que sada de fluxo na

seo. O colapso desta bolsa pode causar uma elevada presso neste ponto caso as colunas se

juntem novamente, de forma rpida, o que pode acarretar o rompimento, exploso, deformao

dos tubos. A cavitao pode e deve ser evitada instalando-se dispositivos e/ou equipamentos

adequados de proteo, como ventosas.

A formao de bolsas de ar no interior da canalizao prejudicial ao bom

funcionamento do sistema sob presso, acarretando aumento na perda de carga, causando

consequentemente reduo na vazo de projeto, aumento no consumo de energia eltrica e

aumento no risco de golpes de arete (NETTO, 1998).

FIGURA 13 - SEPARAO DE COLUNAS LIQUIDAS.

Fonte:Mendes, 2011.


40/73

40

1.4.3 Mtodos de anlise

Koelle (2003) cita que diversos mtodos de anlise foram desenvolvidos para soluo

de problemas fluxos transitrios em tubulaes. Eles variam de abordagens analticas

aproximadas onde o termo de atrito no linear negligenciado ou linearizados na equao de

movimento at solues numricas de sistemas no lineares.

Segundo Wylie e Streeter, (1978), todos os mtodos de anlises de transientes em

condutos comeam com as equaes do movimento, continuidade ou conservao de energia,

alm de outras relacionadas as propriedades fsicas do fluido. Destas equaes bsicas,

diferentes mtodos, considerando vrias condies de contorno, foram desenvolvidos, sendo

eles, os mtodos: Aritmticos; Grfico; Caractersticas; Algbrico; Implcito; Anlise linear.

g) Mtodo Aritmtico (Anlise simplificada)

Este mtodo no considera o atrito e outras perdas na tubulao, mas introduz

aproximaes e pode ser considerado como o mais simples mtodo de anlise de transientes.

Este mtodo foi muito utilizado at o incio da dcada de 1930 quando surgiu o mtodo grfico.

As equaes deste mtodo so apresentadas abaixo (WYLIE e STREETER, 1978).

= (14)Onde o valor absoluto da variao de presso mxima em torno da pressoesttica normal (mca), C a celeridade de onda (m/s), g a acelerao da gravidade (9,81

m/s) e a velocidade da gua na canalizao (m/s). A expresso anterior , geralmente, designada por frmula de Frizell-Joukowsky, sendo

tambm conhecida por frmula de Allievi. Na mesma expresso, representa a variao de

velocidade do lquido, na seco da bomba, no instante em que a manobra se completa

(MENDES, 2011).A equao expressa a variao de carga por consequncia de uma variao brusca

na velocidade do fluido. Observa-se que a variao diretamente proporcional celeridade de

onda, o que permite considerar que uma diminuio no valor desta caracterstica provocara

reduo imediata no valor de carga (SILVA, 2006).Consiste em determinar a fase ou perodo da tubulao, que o tempo de deflexo das

ondas de choque, e a partir disso definem-se as manobras rpidas ou lentas com os dispositivos

na tubulao. Tendo feito isto, utiliza-se a equao de Allievi e de Michaud para as manobrasrpidas e lentas, respectivamente (JUNIOR, 2008).


41/73

41

Manobra rpida = / (15) Manobra lenta = 2/ (16)Segundo Netto (1998) ao longo da canalizao a sobrepresso distribui-se conforme os

diagramas abaixo, para fechamento rpido e lento, respectivamente:

FIGURA 14 - DIAGRAMA DE SOBREPRESSO.

Fonte:Netto, 1998.

O estudo preliminar para as condies transientes feito marcando-se os valores das

presses mximas e mnimas, junto elevatria e em seguida traando-se uma linha ligando

esses pontos ao nvel dgua na extremidade de desge da adutora, conforme abaixo, onde

HMT altura manomtrica total do sistema (SEG, 2008).

Presso mxima no golpe (Pmax)

= + (17)

Presso mnima no golpe (Pmin) = (18)FIGURA 15 - ANALISE PRELIMINAR DAS ENVOLVENTES DE PRESSO.

Fonte:SEG, 2008.

Se a Linha de Mximas Depresses cortar o terreno vai haver separao da coluna

dgua no interior da adutora. Parte da gua segue para o lado do reservatrio e outra parte para

a elevatria. Com isso as presses na linha podem atingir de 5 a 10 vezes o valor calculado(SEG, 2008).


42/73

42

h) Mtodo das caractersticas

Koelle (2003) observa que este mtodo a abordagem mais popular para o tratamento

de transientes hidrulicos. Sharp (2003) diz que, a maior parte das anlises de golpe de arete

so agora realizadas utilizando programas de computador com base no mtodo das

caractersticas.

Este mtodo capaz de converter duas equaes diferenciais parciais em quatro

equaes diferenciais ordinrias que podem ser resolvidas por diferenas finitas com o auxlio

de um computador (WYLIE e STREETER, 1978, traduo nossa). Este mtodo possui muitas

vantagens, ente elas destacam-se:

Possui critrios de estabilidade bem definidos;

Condies de contorno podem ser programadas facilmente;

Termos menos importantes podem ser omitidos;

Sistemas muito complexos podem ser modelados com facilidade;

Possui a melhor preciso entre os mtodos de diferenas finitas;

um mtodo detalhado que permite uma tabela de resultados completa;

i) Simulao computacional e Software ALLIEVI

Walski e Chase (2003) citam que simulaes computacionais podem ser usadas paraprever as respostas do sistema eventos com grande variedade de condies de contorno, sem

interromper o seu funcionamento atual. Utilizando simulaes, problemas podem ser

antecipados no sistema proposto ou existente e solues podem ser avaliadas antes do

investimento de tempo, recursos e materiais na execuo do projeto.

O termo modelo usado em hidrulica para descrever uma simulao fsica ou

matemtica de um prottipo ou uma situao de campo. Os modelos so ferramentas de um

engenheiro hidrulico para prever os efeitos de uma proposta e para produzir solues tcnicas,econmicas e otimizadas para problemas de engenharia. Em outras palavras, o modelo um

sistema que converte dados de entrada (geometria, condies de contorno, foras, etc) em dados

de sada (vazo, nveis, presso, etc) para ser utilizados no projeto e operao (NOVAK et al,

2010, traduo nossa).

A seguir abordado os princpios de clculo apresentados no manual tcnico do

software ALLIEVI, utilizado nesta dissertao.

O programa proporciona condies para analisar e verificar os efeitostransitrios de manobras efetuadas nos elementos do sistema hidrulico. O programa


43/73

43

permite analisar o escoamento em redes hidrulicas de condutos forados alimentadas

por vrios reservatrios, com vrias estaes de bombeamento, e com o fluxo regulado

por estaes de vlvulas formando redes malhadas, ramificadas ou mistas.

Em um conduto forado o transiente hidrulico analisado aplicando as equaes de

conservao de massa e da quantidade de movimento para um volume de controle que

acompanha o deslocamento da onda de presso ao longo da tubulao. obtido um

sistema de duas equaes diferenciais no-lineares nas duas incgnitas (xespao e ttempo),

para a determinao da carga piezomtrica H=H(x,t) e da velocidade V=V(x,t).

A forma desse sistema de equaes :

(19)

Como este sistema no tem soluo analtica, para a integrao das equaes o

procedimento habitual transform-lo num sistema de equaes de diferenas finitas e

admitir que a soluo seja alcanada em instantes t sucessivos separados de um intervalo

t e em pontos x especficos (separados de uma distncia x) obedecendo a condio, sendo

"a" a celeridade:

(20)

As equaes diferenciais acima so transformadas em um sistema de duas equaes

algbricas, lineares com duas incgnitas, da forma:

(21)

Com as quais se pode calcular a carga piezomtrica H e a velocidade V, na isima seo

da tubulao e no dado instante n+1, a partir dos valores de H e V conhecidos nos pontos i, i-

1, i+1 no instante anterior n. Este procedimento utilizado no Allievi conhecido como o Mtodo

Das Caractersticas.

O sistema de equaes (21) pode ser resolvido para todos os pontos interiores de

qualquer tubulao, mas no nos extremos, pois, a, s h uma equao e duas incgnitas.

Nesses extremos, onde se supe que a tubulao est ligada a algum outro elemento da rede


44/73

44

hidrulica, a equao que falta dever representar o comportamento deste elemento; so as

condies de contorno. Estas condies de contorno representando o comportamento

transitrio do elemento podem se associar a novas incgnitas e, o ALLIEVI permite resolver o

sistema de equaes resultantes para considerar:

Reservatrios com seo varivel;

Estaes de Bombeamento;

Estruturas de controle de fluxo, que consiste em vlvulas de vrios tipos associadas

em paralelo ou perda de carga localizada;

Estruturas de Proteo, composto por vasos de presso, tanques alimentadores

unidirecionais e chamins de equilbrio;

Vlvulas de Ar (ventosas), que podem ser distribudas ao longo das tubulaes;

Leis de carga piezomtrica ou de vazo impostas nos extremos das tubulaes.

1.4.4 Condies operacionaisABNT 12215 de 1991

Segundo a NBR 12215, a verificao de regimes variados, golpes de arete, pode ser

efetuada em duas etapas, o diagnstico e o dimensionamento. Na primeira etapa admite-se a

adutora desprovida de quaisquer dispositivos de proteo, atendendo as condies de presses

mximas e mnimas, encerra-se o processo, caso contrrio segue-se para o dimensionamento,

onde devem ser estudados os diversos dispositivos de proteo, selecionando-se o de melhor

custo-benefcio.

Esta norma diz que o clculo do golpe de arete deve ser efetuado para as condies

normais de operao e para as condies excepcionais. Para as adutoras de recalque, a

normativa apresenta as seguintes definies:

I.Condies normais de funcionamento da adutora de recalque:

a) O funcionamento adequado dos dispositivos de controle do golpe de arete;

b) A interrupo sbita do bombeamento;

c) Partida do bombeamento;

d) Manobras de fechamento e abertura de vlvulas de controle e seccionamento;

II.Condies excepcionais nas adutoras de recalque:

a) Falha em qualquer dos dispositivos de proteo e controle do golpe de arete;

b) Manobras inadequadas de vlvulas;

c) Ruptura da adutora na seo de presso mxima de regime permanente;

d) Fechamento retardado de uma das vlvulas de reteno nas bombas.


45/73

45

As presses mximas devidas ao golpe de arete, ocorrentes em qualquer seo da

adutora, devem ser iguais ou inferiores s presses admissveis adotadas para as tubulaes,

conexes, acessrios e equipamentos previstos em toda a instalao em face dos planos de

cargas piezomtricas de regime permanente e esttica.

Nas condies normais de operao, a presso admissvel definida pela classe de

presso de trabalho das tubulaes, vlvulas, equipamentos e acessrios, sendo que para

tubulaes, excluindo as tubulaes metlicas de parede fina, a presso admissvel a presso

de teste hidrosttico dividida pelo coeficiente de segurana 2,5.

As presses mnimas devidas ao golpe de arete ocorrente em qualquer seo da adutora

devem ser maiores que a presso subatmosfrica admissvel. Nas condies normais de

operao a norma preconiza que para qualquer tipo de tubo e de material empregado, a pressomnima admissvel dada pela presso absoluta de vapor dgua temperatura ambiente,

representado abaixo, diminuda da presso atmosfrica local.

TABELA 5 - PROPRIEDADE FSICAS DA GUA EM FUNO DA TEMPERATURA.

TEMPERATURA(C)

PRESSO DEVAPOR (Pa)

MASSA ESPECFICA(kg/m)

VISCOSIDADE CINEMTICA(m/s)

0 611 999,80 1,793

5 872 999,90 1,51910 1.228 999,60 1,309

15 1.704 999,00 1,141

20 2.337 998,20 1,010

25 3.166 997,00 0,896

30 4.241 995,60 0,802

35 5.622 993,90 0,727

40 7.375 992,20 0,661

45 9.584 990,20 0,604

50 12.335 998,00 0,556

Para o estudo do golpe de arete, esta normativa prev a utilizao do mtodo das

caractersticas e da equao e tabelas apresentadas no anexo B, mostradas a seguir, para o

clculo da celeridade (a) de propagao de ondas de presso em condutos de parede fina.

=

1 +

(12)


46/73

46

Onde:

K mdulo de elasticidade volumtrico da gua;

E mdulo de elasticidade do material de que feito o conduto (Pa);

massa especfica da gua (kg/m);

e espessura da parede do conduto (m);

D dimetro do conduto (m);

C 1 para conduto enterrado;

coeficiente de Poisson do material de que feito o tubo, adimensional.

1.4.5 Dispositivos de proteo

Segundo Tullis (1989) se as anlises indicarem que o transiente pode causar algum dano,

as solues disponveis aos engenheiros incluem:

1. Aumentar o tempo de abertura e fechamento de vlvulas de controle;

2. Projetar instalaes especiais para encher, fluir e remover ar das tubulaes;

3. Aumentar a classe de presso do conduto;

4. Limitar a velocidade na tubulao;

5. Reduzir a velocidade de propagao da onda alterando o material da tubulao ou

injetando ar;

6. Usar vlvulas de alvio, tanques de surto, cmaras de ar, etc.

Para Koelle (2003) na medida do possvel o engenheiro gostaria de projetar um

equipamento de controle que onde os efeitos transitrios so prevenidos. Utilizando um modelo

computacional, o engenheiro pode experimentar diferentes tempos de operao de vlvulas,

dimetros das tubulaes e controle de bombas, para verificar se os efeitos dos transitrios

podem atingir nveis aceitveis. Caso negativo, equipamentos especficos podem ser

necessrios. Algumas das seguintes medidas podem ser ajustadas e/ou implementadas:

1. Controle de presses mnimas:

a. Volantes de Inrcia;

b. Reservatrio de ar comprimido;

c. Tanque unidirecional;

d. Vlvulas de ar (ventosas);

e. Bypass pela bomba;

2. Controle de presses mximas:

a. Vlvulas de alivio;

b. Vlvula redutora de presso;

c. Reservatrio hidropneumtico;

d. Reservatrio de ar comprimido;

e. Bypass pela bomba;


47/73

47

Pelo considervel custo econmico, normalmente associado aplicao de mecanismos

de proteo contra os efeitos do golpe de arete e pelo facto de no existir uma soluo universal

para proteo de todos os sistemas elevatrios, torna-se necessrio estudar um conjunto de

solues de aplicao otimizada para cada caso particular. A seleo do mecanismo de proteo

dever passar por aquele que se apresentar como o mais equilibrado, em termos de eficincia

na proteo contra os extremos da variao de presso, de investimento econmico e ainda de

impacto visual e ambiental (MENDES, 2011).

Thorley (1991) enfatiza que importante reconhecer desde o incio que no existe dois

sistemas de tubulaes idnticos e que no h uma nica e simples soluo para os efeitos

transitrios que aplicvel universalmente. Todo projeto, tubulao, deve ser avaliada

individualmente, assim como, qualquer estratgia deve ser selecionada adequadamente.

j) Volantes de inrcia

As envolventes de presso de golpes de aretes podem ser reduzidas, caso a rotao da

bomba centrifuga e do motor permanea por alguns instantes aps a queda no fornecimento de

energia. O prolongamento do perodo de rotao da bomba e do motor, permite prosseguir com

o fornecimento de lquido ao sistema, atenuando o efeito de desacelerao da coluna lquida a

jusante, com isso, prevenindo a ocorrncia de situaes de vcuo na extenso inicial da conduta(STEPHENSON, 1989).

Os volantes de inrcia so dispositivos acoplados ao eixo da bomba para aumentar o

momento de inrcia do conjunto girante, e diminuir a taxa de variao de rotao do conjunto,

que est associada queda de presso aps o desligamento de uma bomba (TSUTIYA, 2006).

FIGURA 16 - VOLANTE DE INRCIA.

Fonte:Acervo prprio, 2016.


48/73

48

k) Vlvula de ar (ventosa)

O acmulo de ar nas adutoras, pode ser causado pelo ar carreado no enchimento e

drenagem das linhas, pela liberao de ar dissolvido na gua em razo da variao de

temperatura e presso e devido a vaporizao da gua. Reservatrios, vlvulas, bombas e juntas

constituem tambm, pontos de introduo de ar, caso no sejam suficientemente estanques.

O ar arrastado e/ou liberado nos pontos elevados do perfil da rede, onde h queda de

presso. A existncia de ar confinado nestes pontos, bolsas de ar, reduz a seo til da

tubulao, podendo causar paralizao no escoamento, devendo ento ser extradas. Quando se

d a remoo hidrulica (arraste pelo escoamento) do ar no interior da tubulao, aumenta o

risco de colapso da bolsa, causando uma regio de sobre presso, que pode ser mais alto que o

PMS da canalizao (adaptado de TSUTIYA, 2006).

Netto (1998) explica que durante o enchimento da tubulao, o volume de gua cresce

lentamente e o ar escapa pelo orifcio, com um volume equivalente quantidade de gua que

entra na tubulao. Durante o esvaziamento ou ocorrncia de depresso na tubulao, o

flutuador desce sob ao do prprio peso, liberando a entrada de ar, pelo orifcio maior, evitando

assim o aparecimento de sub-presses internas que podem causar colapso nas tubulaes.

FIGURA 17 - VENTOSA DE DUPLA FUNO.

Fonte:ARI, 2016.

KSB (2007) diz que este equipamento no deve ser utilizado at que as outras solues

sejam descartadas e apresenta as seguintes desvantagens: Requerer manuteno regularmente;

Se instalada no local errado ou montada inadequadamente, elas podem agravar as

variaes de presso ao invs de aliviar.

Para seleo do tamanho da ventosa a ser instalada na linha, deve-se conhecer a vazo

de servio e adotar o valor de 3,5 mca, segundo catlogo Saint-Gobain Canalizaes de 2013,

como o diferencial de presso entre o interior da ventosa e atmosfera no momento de

enchimento ou esvaziamento da linha. Plotando os dados no grfico abaixo, obtm-se o

dimetro da ventosa.


49/73

49

FIGURA 18 - BACO DE SELEO DE VENTOSAS DUPLA FUNO.

Fonte:Saint Gobain, 2013.

Boulos et al (2005) diz que estas vlvulas so instaladas nos pontos altos da canalizao

para prevenir baixas presses (cavitao) emitindo ar, para dentro da tubulao, quando a

presso interna cai abaixo da presso atmosfrica. O ar ento expelido quando a presso

excede a presso atmosfrica. Vlvulas de dois estgios (dupla funo) liberam o ar por um

pequeno orifcio para prevenir a sada abrupta que ocorre quando as veias liquidas se juntam.

l) Reservatrio hidropneumtico (RHO)

Este equipamento possui uma bexiga que separa os dois fluidos (ar comprimido e gua)o que o diferencia dos antigos reservatrios de ar comprimido (Air vessel, no ingls). A presso

carregada at um valor determinado para que mantenha o volume de ar em condies

operacionais normais (BOULOS et al, 2005, traduo nossa).

O reservatrio hidropneumtico, tambm conhecido como vaso de presso, protege as

instalaes contra sobrepresses e subpresses, impedindo assim a descontinuidade do

escoamento quando o sistema de bombeamento desligado ou quando ocorre um fechamento

rpido de vlvula de bloqueio. Caracteriza-se por ser um tanque metlico de formato cilndrico,

fechado hermeticamente, instalado diretamente na tubulao principal ou numa derivao,

tendo em seu interior gua e ar comprimido (SOUZA, 2008).


50/73

50

Segundo Mendes (2011) o dimensionamento dos reservatrios de membrana (RHO), tal

como acontece com os reservatrios de ar comprimido tradicionais, baseado na determinao

da presso interna necessria para garantir a alimentao da conduta elevatria principal, na

fase de depresso que se segue paragem da bomba. Neste tipo de reservatrios no h contato

entre o lquido e a massa de ar no seu interior, prevenindo-se, assim, a dissoluo do ar no

lquido. Desta forma no h necessidade de ter, em permanncia, um compressor para controlar

a massa de ar no interior do reservatrio.

A fabricante Hydrostec diz que a isolao dos dois fludos permite trabalhar com altas

presses selecionando reservatrios menores comparativamente aos tradicionalmente usados e,

por conseguinte, custos inferiores. Com a isolao dos fludos em trabalho no mais necessria

a utilizao de compressores auxiliares para a reposio permanente do ar comprimido que seemulsionava na gua, e a conseqente recuperao da presso de servio. Como resultado desse

conceito, temos uma minimizao dos custos de manuteno, maior segurana e confiabilidade

na proteo do circuito. A concepo com bexiga elimina qualquer contato do lquido com as

partes metlicas. O risco de corroso neste caso muito reduzido nas partes metlicas do

reservatrio e pode ser eliminado quando se usa algum gs inerte.

FIGURA 19 - CROQUI ESQUEMTICO - RHO.

Fonte:Hydrostec, 2013.


51/73

51

m)Reservatrio unidirecional (RUD)

Segundo Thorley (1991) quando o principal risco ao sistema so presses

subatmosfrica este dispositivo pode constituir uma estratgia adequada e econmica ao

combate de surtos. Este dispositivo conhecido tambm por de tanque de alimentao (Feed

Tank em ingls).

O objetivo principal do RUD prevenir presses baixas, subatmosfrica, e a potencial

separao de colunas liquidas admitindo gua para dentro da tubulao. Estes reservatrios

podem ser abertos ou fechados, possuir vlvula de reteno, permitindo o fluxo somente para

dentro da canalizao e podem ser instalados em qualquer ponto do sistema (BOULOS et al,

2005, traduo nossa).

O RUD utilizado na preveno de baixas presses e separao de coluna pela admisso

de gua na tubulao quando a presso atinge valores inferiores sua cota piezomtrica.

muito utilizado em pontos altos convexos da linha de recalque e normalmente isolado dos

condutos por dutos laterais que possuem vlvulas de reteno para garantir que o escoamento

ocorra apenas para o interior da tubulao da adutora (JUNIOR, 2008).

Aps paragem do grupo eletrobomba de um sistema elevatrio, a alimentao da

conduta elevatria por parte do RUD s tem incio, quando a linha piezomtrica, que se

encontra em queda, cruza o nvel do lquido no interior do reservatrio. Nesta altura, a vlvula

de reteno abre e o lquido armazenado no RUD escoa para a conduta, compensando a reduo

de caudal fornecido pela bomba. Deste modo, poder ser evitado o fenmeno de rotura da veia

lquida nos pontos altos da conduta elevatria, ou nas seces adjacentes bomba. , portanto,

junto a essas seces da conduta elevatria que o dispositivo deve ser instalado (Thorley, 2004

apud MENDES, 2011).

FIGURA 20 - RESERVATRIO UNIDIRECIONAL (RUD).

Fonte:Thorley, 1991.


52/73

52

Captulo 2

2

METODOLOGIA

Para elaborao deste trabalho supe-se um sistema elevatrio simples, constitudo por

dois reservatrios ligados atravs de um conduto forado em que a bomba se encontra instalada

em uma estao de tratamento de gua (reservatrio de montante) e recalca gua para um

reservatrio apoiado (jusante). Sistema localizado na cidade de Cuiab, Mato Groso.

A figura 21 apresenta as etapas e softwares utilizados na elaborao deste trabalho. Os

mesmos sero descritos em maiores detalhes a seguir.

FIGURA 21 - FLUXOGRAMA PARA OBTENO DOS RESULTADOS.


53/73

53

2.1 REA DE ESTUDO

Cuiab a capital do estado de Mato Grosso, localizada nas coordenadas 15 3545S,

56 549W (-15.595833, -56.096944). Possui uma populao estimada de 580.489 habitantes

(IBGE, 2015). Representados, em destaque, abaixo o estado de Mato Grosso e o municpio de

Cuiab, respectivamente.

FIGURA 22 - LOCALIZAO DE CUIAB-MT.

Fonte:Elaborao prpia, 2016.

A estao de tratamento de gua, ETA Ribeiro do Lipa, est localizada em uma reade expanso urbana, na Avenida Antrtica, bairro Sucuri, na regio oeste da cidade com as

coordenadas UTM 593410.73 m E, 8277629.58 m S. Faz parte do subsistema de abastecimento

de gua Ribeiro do Lipa, ver figura 25.

A figura 23 apresenta a planta de tratamento de gua, constituda de sistema

convencional de tratamento. A gua armazena um RAP com aproximadamente 25 metros de

dimetro e 4 metros de altura, seguido de duas elevatrias de gua (EEAT).

FIGURA 23 - ETA RIBEIRO DO LIPA (RAP MONTANTE).

Fonte:Google Earth, 2015.


54/73

54

O reservatrio de jusante est instalado na regio norte da capital, na interseco da

Avenida Minuano com Avenida Repblica do Lbano, bairro Jardim Bom Clima, coordenadas

598000.66 m E, 8278867.78 m S, conforme ilustra a figura 24.

FIGURA 24 - RESERVATRIO JARDIM BOM CLIMA (RAP JUSANTE).

Fonte:Google Earth, 2016.

A figura abaixo apresenta a localizao da ETA, RAP de jusante e a rea por onde ser

traado a linha de recalque, de modo a escolher o caminho mais curto entre reservatrios,

seguindo recomendaes expostas no captulo anterior.

FIGURA 25 - REA DE ESTUDO.

Fonte:Elaborao prpia, 2016.

ETA

RAP


55/73

55

2.2 TOPOGRAFIA

Inicialmente foi feito o download de duas cenas da misso SRTM, com resoluo

espacial de 30 metros, disponibilizado gratuitamente no site Earth Explorer2. De posse das

imagens, utilizou-se o software de sistemas de informaes geogrficas QGIS 3, para extrao

dos dados topogrfic

Documents

Pré-dimensionamento de Recalque e Análise de Transiente Hidráulico Para Subsistema de Abastecimento de Água Da Cidade de Cuiabá, Mato Grosso