DESENHO DE INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS Prof.: João Evaldo Miranda Franca

1 ABASTECIMENTO DE ÁGUA

1.1 CAPTAÇÃO

As obras de captação são aquelas realizadas para coletar de modo adequado as águas naturais de nascentes, represas ou depósitos subterrâneos, elas variam conforme as condições locais, hidrológicas, topográficas e, para as águas subterrâneas, também segundo condições hidrogeológicas.

A captação é a primeira unidade do sistema de abastecimento de água e do seu constante e bom funcionamento depende o desempenho de todas as unidades subsequentes.

Captação de águas superficiais

A captação é composta geralmente por:

• barragens ou vertedores para manutenção do nível ou para regularização da vazão; • órgãos de tomada d’água com dispositivos para impedir a entrada de materiais

flutuantes ou em suspensão na água; • dispositivos para controlar a entrada de água; • canais ou tubulações de interligação e órgãos acessórios; • poços de sucção e casa de bombas para alojar os conjuntos elevatórios, quando

necessário.

Captação de águas subterrâneas

a) do lençol freático

• Captação de fonte aflorante (ou de encosta) - São utilizadas caixas de tomada convenientemente protegidas que, instaladas no local do afloramento, recolhem diretamente a água do lençol, ou indiretamente através de uma canalização simples perfurada ou com ramificações que penetram o lençol adentro.

• Captação de fonte emergente - É utilizado geralmente um sistema de drenagem subsuperficial, denominado de galeria de infiltração. A solução consiste de um sistema de drenos, que termina em um coletor central, através do qual a água é encaminhada a um poço.

• Poço Raso ou Freático (em alguns locais denominado de “cisterna”) - Escavação circular, geralmente de 0,80 a 2,00 m de diâmetro e com profundidade de acordo com a localização do lençol freático.

  

b) do lençol confinado

• Poço profundo ou artesiano – A escavação dos poços profundos exige mão-de-obra e equipamentos especiais.

Fonte: BARROS, Raphael T. de V. et al. Saneamento. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, 1995. (Manual de saneamento e proteção ambiental para os municípios).

1.2 TRATAMENTO DA ÁGUA

O tratamento da água tem por objetivo condicionar as características da água bruta, isto é, da água como encontrada na natureza, a fim de atender de médio à qualidade necessária a um determinado uso.

O tratamento da água pode ser parcial ou completo, de acordo com a análise prévia de suas características físicas, químicas e biológicas. O tratamento coletivo é efetuado na Estação de Tratamento de Água (ETA), onde passa por diversos processos de depuração.

Tratamento de Água é um conjunto de procedimentos físicos e químicos que são aplicados na água para que esta fique em condições adequadas para o consumo, ou seja, para que a água se torne potável. O processo de tratamento de água a livra de qualquer tipo de contaminação, evitando a transmissão de doenças.

Numa estação de tratamento de água, o processo ocorre em etapas:

• Coagulação: quando a água na sua forma natural (bruta) entra na ETA, ela recebe, nos tanques, uma determina quantidade de sulfato de alumínio. Esta substância serve para aglomerar (juntar) partículas sólidas que se encontram na água como, por exemplo, a argila.

• Floculação: em tanques de concreto com a água em movimento, as partículas sólidas se aglutinam em flocos maiores.

• Decantação: em outros tanques, por ação da gravidade, os flocos com as impurezas e partículas ficam depositados no fundo dos tanques, separando-se da água.

• Filtração: a água passa por filtros formados por carvão, areia e pedras de diversos tamanhos. Nesta etapa, as impurezas de tamanho pequeno ficam retidas no filtro.

• Desinfecção: é aplicado na água de cloro ou ozônio para eliminar microorganismos causadores de doenças.

• Fluoretação: é aplicado flúor na água para prevenir a formação de cárie dentária em crianças.

• Correção de PH: é aplicada na água certa quantidade de cal hidratada ou carbonato de sódio. Esse procedimento serve para corrigir o PH da água e preservar a rede de distribuição.

  

2 RESERVATÓRIOS DOMÉSTICOS DE ÁGUA

Cuidados especiais devem ser dedicados aos reservatórios domiciliares. Os reservatórios armazenarão a água potável, que por ser alimento a ser ingerido pelas pessoas, exige cuidados para sua adequada armazenagem, da mesma forma que qualquer outro alimento.

Os volumes acumulados nos reservatórios de uma edificação não podem ser inferiores ao volume ali consumido diariamente. Adicionalmente, é usual projetá-los de modo que não se ultrapasse três vezes o volume de consumo diário, o qual pode ser estimado pelos valores sugeridos por Macintyre e reproduzidos nas Tabelas 1 e 2.

Tabela 1 Estimativa de consumo diário de água

 

 

 

 

 

  

Tabela 2 Taxa de ocupação conforme natureza do local

Uma vez obtido o volume a reservar, deve-se determinar a parcela desse volume que será destinada a cada reservatório, inferior e superior. A NBR 5626 recomenda que essa divisão seja feita de forma a atender às necessidades da instalação predial de água fria quando em uso normal, às situações eventuais onde ocorra interrupção do abastecimento e às situações normais de manutenção. O estabelecimento do critério de divisão deve ser feito em conjunto com a adoção de um sistema de recalque compatível e com a formulação de procedimentos de operação e de manutenção da instalação predial de água fria.

Para os casos comuns, é recomendado que se armazene, no reservatório inferior, 3/5 do volume total, ficando os outros 2/5 no reservatório superior.

Além do volume destinado a suprir as demandas comuns da edificação, os reservatórios poderão também acumular água para outras finalidades, como por exemplo, para a prevenção e combate a incêndios.

Exemplo 1:

Considere uma edificação de 11 pavimentos cuja ocupação é mista. No 1º pavimento estão instaladas diversas salas de escritórios, cuja área total é 240 m². Os demais pavimentos são residenciais, composto por 2 apartamentos de 3 quartos por andar. Dimensione a reserva de consumo (reservatório superior e inferior). Considere ainda que deva existir reserva técnica de incêndio igual a 8,0 m³.

Resolução:

1- Área comercial: a) Cálculo do número de pessoas.

De acordo com a tabela da taxa de ocupação (Tabela 2) temos para escritórios 1 pessoa / 7 m² de área, sendo assim obtém-se a quantidade de pessoas igual a 240 / 7 ~ 34 pessoas.

b) Volume consumo diário.

De acordo com a tabela de estimativa de consumo (Tabela 1) temos para escritório consumo entre 50-80 litros/dia. Considerando o consumo igual a 65 litros/ dia, o volume necessário será igual a 34 x 65 ~ 2.210 litros (2,21 m³).

  

2- Área residencial: a) Cálculo do número de pessoas.

De acordo com a tabela da taxa de ocupação (Tabela 2) temos para edifícios de apartamento 2 pessoas/quarto, sendo assim obtém-se a quantidade de pessoas igual a 2 pessoas/quarto x 3 quartos x 2 apartamentos x 10 pavimentos. O que dá 120 pessoas.

b) Volume consumo diário.

De acordo com a tabela de estimativa de consumo (Tabela 1) temos para residencial consumo “per capita” igual a 200 litros/dia. O volume necessário será igual a 200 litros/dia x 120 pessoas, obtendo-se 24.000 litros (24 m³).

3- Volume total de consumo:

O volume total é igual à soma dos volumes da parte comercial, residencial. Então será: 2,21 + 24 26,21 m³.

4- Volume final dos reservatórios:

Consideraremos que o reservatório superior atenderá parte do consumo diário e a reserva técnica de incêndio (8 m³). Então os reservatórios serão compostos da seguinte maneira:

Reservatório inferior: 3/5 x 26,21 = 15,73 m³

Reservatório superior: 2/5 x 50,21 + 8 = 18,48 m³

Modelo Esquemático de Instalação de Reservatório

A Figura 1 apresenta um exemplo de ligação de reservatórios. Os componentes principais são as redes de alimentação, rede de extravasão, rede de limpeza, barrilete, registros e torneira bóia.

Figura 1 Ligações em reservatório de água potável.

  

3 REDES DE ÁGUA FRIA

As redes de água fria são aquelas destinadas a alimentação das peças sanitárias. Elas são provenientes do reservatório e são distribuídas de acordo com as instalações sanitárias existentes na edificação. A Figura 2 apresenta um modelo (isométrico) de ligação das redes de água fria, desde o reservatório até a alimentação das peças sanitárias de um banheiro.

Figura 2 Isométrico de um banheiro.

 

3.1 DIMENSIONAMENTO DE REDES DE ÁGUA FRIA

O dimensionamento das redes de água para alimentar as peças de utilização deve ser realizado em consonância com a NBR-5626/98. O mesmo pode ser realizado com o auxílio do programa “Microsoft Excel” por meio da tabela extraída da referida Norma e adaptada com as formulações

  

necessárias. A Figura 3 apresenta o modelo de tabela que adotaremos em nosso curso para o dimensionamento das nossas redes de água.

 

Figura 3 Modelo de planilha Excel para dimensionamento de redes de água fria.

A tabela é composta por 14 colunas e tantas linhas quantas forem necessárias para o dimensionamento que se deseja realizar. Para dimensionar a rede desejada é necessário que se elabore primeiramente o isométrico contemplando as redes a serem dimensionadas.

De posse do isométrico devem-se executar os seguintes procedimentos para o dimensionamento:

a. Numerar todos os trechos das redes a serem dimensionadas. Começando sempre pelas extremidades (ou peças de utilização). Sempre que houver bifurcação na rede deve-se considerar início de novo trecho. A Figura 2 apresenta o exemplo de um isométrico a ser dimensionado.

b. Depois de estabelecer os trechos procede-se o cálculo com o auxílio da tabela demonstrada anteriormente.  

Passos para o dimensionamento utilizando a tabela

Os passos para preenchimento da tabela são apresentados a seguir:

Coluna 1:

A Coluna 1 é o local para a identificação dos trechos . Observando o isométrico procede-se o preenchimento desta coluna. Teremos para o exemplo os trechos 1-5, 2-4, 3-4 e assim por diante até identificarmos todos os trechos existentes.

Coluna 2:

A Coluna 2 é o local para a inserção dos pesos unitários de cada peça de utilização. A Tabela 3 apresentada a seguir foi extraída da NBR-5626/98 e traz os pesos e vazões das peças de consumo utilizadas no dimensionamento das redes de água fria. No caso da ducha higiênica utilizaremos os mesmos dados do lavatório.

 

 

  

Tabela 3 Pesos relativos nos pontos de utilização identificados em função do aparelho sanitário e peça de utilização.

 

Coluna 3:

A Coluna 3 é o local para a inserção dos pesos totais em cada trecho. Corresponde a soma do peso de todas as peças alimentadas pelo trecho de rede.

Coluna 4:

A Coluna 4 é o local para a inserção da vazão estimada. Esta vazão pode ser obtida na Tabela 2, de acordo com a peça de utilização no trecho correspondente. Quando não houver peças de utilização ligadas diretamente ao trecho a vazão é obtida pela seguinte fórmula, extraída da NBR-5626/98.

Q=0,3 x (∑P)1/2 , onde:

Q = Vazão estimada; e ∑P = Somatório dos pesos no trecho em questão.

Coluna 5:

A Coluna 5 é o local para a inserção do diâmetro interno da rede. A Tabela 4 apresenta a relação entre os diâmetros comerciais do PVC e seu diâmetro Interno.

  

Tabela 4 Relação entre diâmetros comerciais e diâmetro interno.

Diâmetro Comercial (mm) Diâmetro Interno (mm) 20 17,0 25 21,6 32 27,8 40 35,2 50 60 75 85

110

44,0 53,4 66,7 75,6 97,8

 

Coluna 6:

A Coluna 6 é o local para a inserção da velocidade. A velocidade limite nas tubulações, segundo a NBR-5626/98 é igual a 3,0 m/s. O cálculo da velocidade é realizado de acordo com a fórmula V=(4.000xQ)/ 3,14 x D², onde:

V= velocidade (m/s),

Q= vazão (l/s),

D= diâmetro interno da tubulação (mm).

Coluna 7:

A Coluna 7 é o local destinado a inserção do comprimento do trecho em questão. Este comprimento é medido diretamente no isométrico.

Coluna 8:

Na Coluna 8 será inserido o comprimento equivalente das singularidades (perda de carga). A Tabela 5 a seguir apresenta as perdas de carga das peças.

Tabela 5 Perda de carga devida às singularidades.

 

Coluna 9:

A Coluna 9 é o local para a inserção do comprimento total. Este comprimento é igual a soma do comprimento linear dos tubos mais os comprimentos equivalentes das conexões, ou seja, é igual a soma das colunas 7 e 8.

  

Coluna 10:

Na Coluna 10 será inserida a pressão disponível. Deve-se determinar a pressão disponível na saída de cada trecho (jusante). A pressão disponível no trecho será igual a pressão de jusante do trecho anterior.

Coluna 11:

A Coluna 11 é o local para a inserção da perda de carga unitária em (mH20/m). É calculada utilizando a fórmula J = 869.000 x Q1,75 x d-4,75.

Coluna 12:

A Coluna 12 é o local para a inserção da perda de carga unitária em (kPa/m). É igual a 10 x Coluna 11.

Coluna 13:

Na Coluna 13 é inserida a perda de carga total em kPa. Esta perda é igual ao produto entre o comprimento equivalente total e a perda de carga unitária, ou seja, Coluna 9 x Coluna 12.

Coluna 14:

A Coluna 14 é o local para a inserção da pressão de jusante, ou seja, a pressão residual na saída de cada trecho em (kPa). Ela é igual à pressão disponível subtraída da perda de carga total. Considera-se também a diferença de nível (soma-se ou subtrai a diferença de nível se a mesma for favorável ou desfavorável respectivamente). Então teremos: Coluna 14 = Coluna 10 - Coluna 13 (+ ou - diferença de nível).

Verificações

Se a pressão residual for menor que a pressão requerida no ponto de utilização, ou se a pressão for negativa, repetir os passos selecionando um diâmetro interno maior para a tubulação de cada trecho, ou aumentando a altura do reservatório. De acordo com a NBR 5626 - Em qualquer caso a pressão não deve ser inferior a 10 kPa, com exceção do ponto da caixa de descarga, onde a pressão pode ser menor que esse valor até um mínimo de 5 kPa, e do ponto da válvula de descarga para bacia sanitária onde a pressão não deve ser inferior a 15 kPa. Deve-se verificar também a velocidade, a qual estará limitada ao máximo de 3,0 l/s.

Exemplo 2:

Considere o isométrico da Figura 2, referente ao banheiro de uma residência. Pede-se para verificar se os diâmetros dos tubos apresentados atendem as necessidades da instalação.

Resolução:

O primeiro passo é verificar a identificação e numeração de cada trecho. Feito isso iniciaremos o preenchimento da planilha de cálculo. A seguir apresenta-se a planilha preenchida de acordo com o estabelecido no roteiro anterior, e dimensionada com o auxílio de computador.

  

Tabela 6 Exercício resolvido.

Ao verificar a planilha, observa-se que não há trechos com velocidade superior a 3,0 l/s nem pressão negativa ou inferior a 10 kPa nos pontos de utilização. Conclui-se então que o isométrico está corretamente dimensionado.

ISOMÉTRICO 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Trecho Peso Unitário

Peso Total

Vazão estimada (l/s)

Diamêtro Interno (mm)

Velocida-de (m/s)

Pressão dispo-nível

Pressão de jusante

Tubos (m)

Conexão (m)

Total (m) Total

(kPa) (mH2O/m) (kPa/m) (kPa) (kPa)1-5 0,1 0,1 0,10 17 0,44 3,10 13,3 16,40 29,14 0,021 0,21 3,44 10,702-4 0,3 0,3 0,15 17 0,66 0,25 1,1 1,35 29,30 0,043 0,43 0,58 31,223-4 0,3 0,3 0,15 17 0,66 0,20 1,1 1,30 29,30 0,043 0,43 0,55 28,754-5 - 0,6 0,23 17 1,02 0,25 2,3 2,55 29,14 0,092 0,92 2,34 29,305-7 - 0,7 0,25 17 1,11 2,00 2,3 4,30 33,65 0,105 1,05 4,51 29,146-7 0,3 0,3 0,15 17 0,66 0,10 1,1 1,20 33,65 0,043 0,43 0,51 34,147-8 - 1,0 0,30 17 1,32 3,00 2,4 5,40 11,39 0,143 1,43 7,74 33,658-R - 1,0 0,30 35,2 0,31 5,40 8,2 13,60 0,00 0,005 0,05 0,61 11,39

Comprimento Equivalente Perda de Carga

Unitária (J)