Baixe 05-Adutoras 2014-1 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! Pedro Alem Sobrinho Ronan Cleber Contrera Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHD2412 - Saneamento II ADUTORAS EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Curso de água Rede da zona baixa Rede da zona alta Reservatório Reservatório elevado Captação Estação elevatória Estação elevatória ETA Adutora Adutora de água bruta por recalque Adutora para o reservatório da zona alta por recalque Adutora para o reservatório da zona baixa por gravidade 2 ADUTORAS POR GRAVIDADE Conduto Livre 5 ADUTORAS POR GRAVIDADE Trechos em Conduto Livre e Forçado 6 ADUTORAS POR RECALQUE Recalque Simples 7 VAZÃO DE ADUÇÃO 10 Curso de água Qa Rede Captação Estação elevatória Estação de Tratamento Qa Qb Qc 1 a e ETA K Pq Q Q C 86400        1 b e K Pq Q Q 86400   1 2c e K K Pq Q Q 86400   CETA= 1/(1-ConsumoETA) PERÍODO DE FUNCIONAMENTO DA ADUÇÃO  As vazões indicadas correspondem a adução 24 h/dia;  Deverão ser maiores se o período for reduzido, por exemplo entre 16-20 h/dia em uma linha por recalque;  Pode haver economia com operação fora de horário de ponta do sistema elétrico (início da noite). 11 HIDRÁULICA PARA ADUTORAS Equação da energia entre duas seções transversais de um escoamento (Bernoulli):  z: carga de posição, cota (mH2O)  p/g: carga de pressão (mH2O)  V²/2g: carga cinética (mH2O)  DH: perda de carga (mH2O) 12 Linha piezométrica Linha de carga ou energia 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 p V p V H z H H z H g gg g      D     D ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRES Equação de Manning  Q: vazão (m³/s)  n: coeficiente de Manning  S: seção molhada (m²)  RH: raio hidráulico (m)  I: declividade da linha de energia (m/m) 15 2/31 HQ S R I n   S e RH dependem da geometria da seção e da profundidade resultante RH = Seção molhada Perímetro molhado 16 “Canal da Integração” / “Eixão das Águas” (Ceará, 255 km, 22 m³/s) 17 California Aqueduct (State Water Project) Dos Amigos Pumping Plant (36 m x 437 m³/s, 715 km) ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS Fórmula Universal  DH: perda de carga distribuída (mH20)  f: fator de atrito  L: comprimento da tubulação (m)  V: velocidade média (m/s)  D: diâmetro da tubulação (m)  k: rugosidade (m)  g: aceleração da gravidade (9,81 m/s²)  n: viscosidade cinemática (10-6 m²/s)  R: número de Reynolds  Q: vazão (m³/s) 20 2 2 4 2 Q V D V D R L V H f D g  n     D  ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS Fórmula Universal  Escoamento laminar (R<2500):  Escoamento turbulento (R>4000, Colebrook-White):  Crítico (transição): pode ser adotada interpolação linear 21 64 f R  1 2,51 2 log 3,71f k D R f          ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS Fórmula Universal  Cálculo iterativo de f no escoamento turbulento, adota-se por exemplo f0=0,020, com poucas iterações o resultado converge:  Ou pode ser adotada a equação alternativa (Souza, 1986): 22 1 1 2,51 2 log 3,71 iif k D fR            0,9 1 5,62 2 log 3,71 k Df R          TRAÇADO DA ADUTORA 25 O traçado da adutora deve levar em consideração:  Presença de vias e terrenos públicos, áreas de proteção ambiental;  Planta e Perfil do terreno (topografia);  Tipo de solo, existência rochas, várzeas, etc.;  Interferências e travessias (de rodovias, ferrovias, rios, linhas de força, oleodutos, gasodutos, etc.);  Material da tubulação, ventosas, descargas, blocos de ancoragem, proteção contra corrosão;  São favoráveis traçados que apresentem trechos ascendentes longos com pequena declividade (>0,2%), seguido de trechos descendentes curtos, com maior declividade (>0,3%);  Quando a inclinação do conduto for superior a 25%, há necessidade de se utilizar blocos de ancoragem para estabilidade do conduto (varia com o material e tipo de junta...);  A linha piezométrica da adutora em regime permanente deve situar-se, em quaisquer condições de operação, sempre acima da geratriz superior do conduto. Faixas de servidão ou desapropriação Diâmetro da tubulação Largura da faixa (mm) (m) Até 400 2,00 Acima de 400 até 800 3,00 Acima de 800 até 1.500 4,00 Acima de 1.500 Estudar cada caso 26 PLANTA E PERFIL DE UMA ADUTORA PLANTA son |no1ao | lesaio PERFIL 27 DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 30 Velocidades máximas em condutos forçados: 3,0 a 6,0 m/s DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Recalque 31 R L.P. estática (Q=0) L.P. dinâmica z2 DH Q,L,Hg,DH=?,D=? EE Hg DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS por Recalque  O diâmetro é hidraulicamente indeterminado...  Depende de aspectos econômico-financeiros: 32 MATERIAIS DAS ADUTORAS Aspectos que devem ser considerados na escolha:  Não ser prejudicial a qualidade da água  Alteração da rugosidade com o tempo (incrustação, etc.)  Estanqueidade  Resistência química e mecânica  Resistência a pressão da água (estática, dinâmica, transitórios)  Economia (não só custo da tubulação, mas instalação, aspectos construtivos, necessidade de proteção a corrosão, manutenção, etc.) 35 PRINCIPAIS MATERIAIS DAS TUBULAÇÕES Materiais metálicos:  Aço  Ferro Fundido Dúctil Materiais não metálicos:  Polietileno de Alta Densidade e Polipropileno (PE e PP)  PVC  Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV) 36 TUBULAÇÃO DE AÇO 37 Vantagens • Alta resistência às pressões internas e externas • Estanqueidade (com junta soldada) • Vários diâmetros e tipos de juntas • Competitivo principalmente em maiores diâmetros e pressões Desvantagens • Pouca resistência à corrosão externa • Precauções para transporte e armazenamento • Cuidados com a dilatação térmica • Dimensionamento das paredes dos tubos quanto ao colapso TUBULAÇÃO DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL 40 • Diâmetros: 16 opções de 50 a 1200 mm • Comprimento: 6 a 8 m • Classes: K-9, K-7 e 1 Mpa • Revestimento interno com argamassa de cimento • Revestimento externo com zinco e pintura betuminosa • Tipos de juntas:  Elástica  Elástica travada  Mecânica  Flanges TUBULAÇÃO DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL Detalhes das juntas de tubulações de ferro fundido dúctil Junta elástica Junta elástica travada Junta mecânica Junta de flange 41 TUBULAÇÃO DE POLIETILENO 42 • Diâmetros: 30 opções de 16 a 1200 mm • Comprimento: limitado pelo transporte, até centenas de metros sem juntas (emissários submarinos) • Classes: 8 opções de 32 a 250 mH2O • Sem revestimento interno ou externo • Leve e flexível • Estanqueidade • Resistência química • Resistência a abrasão • Menor rugosidade • Baixa celeridade (transitórios) • Principais juntas em adutoras:  Solda termoplástica (topo)  Flanges ENTRADA DE AR EM ADUTORAS... 45 Nível muito baixo na entrada Descarga superior com introdução de ar Formação de vórtice BLOQUEIO DE ADUTORAS 46 Consiste na paralisação do escoamento, ocasionada pela existência de ar confinado nos pontos altos da adutora Bloqueio da adutora por gravidade Bloqueio da adutora por recalque VENTOSAS EM ADUTORAS 47 Eliminação e admissão de ar Fonte: http://www.saint-gobain-canalizacao.com.br/ln_valvulas/vtf02.asp Enchimento da Adutora Operação Normal Esvaziamento da Adutora BLOCOS DE ANCORAGEM Dimensionamento dos blocos - Dados necessários • Resultante das forças (direção e intensidade) • Tensão máxima admissível na parede lateral da vala • Coesão do solo • Ângulo de atrito interno do solo • Tensão máxima admissível pelo solo na vertical • Peso específico do solo • Especificações do concreto a ser utilizado • Atrito concreto-solo Critérios de cálculo • Por atrito entre o bloco e o solo (peso do bloco); • Por reação de apoio da parede da vala (engastamento). Forças envolvidas para o dimensionamento de um bloco de ancoragem R = força resultante; P = peso do bloco; W = peso do aterro; B = apoio sobre a parede da vala; f = atrito sobre o solo; M = momento de tombamento. 50 ANCORAGEM DE ADUTORAS EM DECLIVE Assentamento de tubulação enterrada com ancoragem por trecho travado Assentamento de tubulação aérea: ancoragem tubo por tubo 51 PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO 52 Proteção catódica galvânica Proteção catódica por corrente impressa No caso de tubulações metálicas: Proteção catódica: injeção de corrente contínua na estrutura a ser protegida elevando seu potencial em relação ao meio LIMPEZA DAS ADUTORAS Entrada e saída do “polly-pig” em uma adutora Introdução do “polly-pig” através de hidrante, sem registro Introdução de “polly-pig” através de uma peça especial Introdução do “polly-pig” através de uma peça em Y 55 8 Ibs/cu. ft. density SBD (Scarlet Bare Dorofoam) Heavy Wiping & Dewatering SSS (Scarlet Single Spiral) Heavy Wiping SOC (Scartet Criss-Cross) Heavy Cleaning & Dew 5 Ibsicu. ft. density . RES (Red Bare Squecgee) Regeular Wiping: & Dewatering RSS (Red Singde Spiral) Regular Wiping RCC (Red Criss-Cross) Regular Clesing & Deatecing SOCAVB (Scarlet Criss-Cross Wire Brush) Heavy Seraping SCCSC (Scartet Criss-Cross Silicon Carbide) Heavy Scraçing RECANB (Red Criss-Cross Wire Brush) Regular Serapingg RCC-SC (led Criss-Cross Silicon Carbide) Regular Seraping SCENE: (Scartot Criss-Cross Wire Brush Turning) Heavy Scrapine SCCT (Scarlet Criss-Cross Tuming) Mecsoy Cleaning & Dewcateriag SCC-SCA (Seurtet Criss-Cross Silicon Carbide Tumingg) Heswy Scraping 2 Ibs/cu. ft. density YBS (Velha Bare Swaib) Drying YBS-B (Yellow Bare Swnb Bule) Deying YCC (Yellow Criss-Cross) Ligh Cleaning VEC.SC (Yellow Criss-Cross Silicon Carbidey Light Scruping VOCT (Yellow Criss Croses Turning) Liga Cleaning vcese Turning 1 (Yellow Criss-Cross Silicon Carbide ht Serapingr ROC (Red Criss-Crose Turning Regular Cleaninyt & Dewaterink ROCNWEFT (Red Crisa-Crosa Wire Brush Purmirmo) Begular Sera RCC-SCIT (Red Criss-Cross Silicon Carbide Tumino Regular Seragiry Special Applications Unicast Ratehing & orgia Maxi-Brush Heasy Wire Maximum Serapinz Minis Brush Eight Wire Misc Serapin BCC-PB (Blue Criss-Cross Plastic Brush) Non-Abrasise Brushing =) Dna é SÉ Uri or Polvethydene Pie 56 APLICAÇÃO DO REVESTIMENTO DE ARGAMASSA DE CIMENTO 57 •Outros Revestimentos: - Epóxi; - Poliuretano, etc. MEDIDORES EM CONDUTOS LIVRES Vertedores Calhas: Parshall, Palmer-Bowlus, etc. Medidor acústico (ADCP) etc. 60 INTERVENÇÃO EM ADUTORAS EM CARGA 61 Derivação pelo processo de furação em carga da adutora do SAM Leste da RMSP <A EXEMPLOS DE TRAVESSIA AÉREA RES 62