REDES DE DISTRIBUICAO CAPITULO 9

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS CATALÃOCAMPUS CATALÃO
SANEAMENTO BÁSICOSANEAMENTO BÁSICO
Professor Ed Carlo Rosa PaivaProfessor Ed Carlo Rosa Paiva
REDES DE DISTRIBUIÇÃO
DE ÁGUA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSUNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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 de
maior diâmetro que tem por finalidade abastecer
as canalizações secundárias.
• Secundária: são tubulações de menor diâmetro
e tem a função de abastecer diretamente os
pontos de consumo do sistema de abastecimento
de 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 com
traçado em espinha de peixe
Rede ramificada com
traçado 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 malhada
em 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 DE
ÁGUA PARA A REDE
� Alimentação da rede através de reservatório 
elevado
Reservatório a montante Reservatório a jusante
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE
ÁGUA PARA A REDE
Alimentação da rede através de reservatório 
apoiado, semi-enterrado ou enterrado
Reservatório
a montante
da rede
Reservatório
a jusante da
rede
da rede
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE
ÁGUA 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 com
reservatório de compensação Alimentação direta na rede 
através de vários pontos
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE
ÁGUA PARA A REDE
Abastecimento de água de redes 
localizadas em setores distintos
Alimentação direta na rede 
com tanque Hidropneumático
ALTERNATIVAS PARA FORNECIMENTO DE
ÁGUA PARA A REDE
Distribuição escalonadaSetorização da rede de 
abastecimento
VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DA REDE
onde: Q = vazão, l/s
K1 = coeficiente do dia de maior consumo
K2 = coeficiente da hora de maior consumo
P = população final da área a ser 
abastecida, hab
q = 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.m
L = 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 limitesde 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 soma
algébrica das vazões é igual a zero
Em um circuito fechado (ou anel)
qualquer da rede, a soma algébrica
das 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 a
pressão dinâmica mínima seja de 10 mca e pressão estática
máxima 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(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
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.
?????????????????
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 apresentada
na 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 critériosde 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 · pi · 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