Baixe Apostila - água fria e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! “INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA Profº. Marco Antônio Penalva Reali Engº. Rodrigo Braga Moruzzi Engº Aurélio Pessôa Picanço Enga. Karina Querne de Carvalho São Carlos, Agosto / 2002 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTO 2 S U M Á R I O 1 – INTRODUÇÃO 5 2 – OBJETIVOS DE UMA INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA 5 3 – ETAPAS DE PROJETO 5 4 – SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO 7 4.1 – SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DIRETA 7 4.1.1 – VANTAGENS 7 4.1.2 – DESVANTAGENS 7 4.2 – SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO INDIRETA 8 4.2.1 – DISTRIBUIÇÃO POR GRAVIDADE 8 4.2.2 – DISTRIBUIÇÃO POR HIDROPNEUMÁTICO 8 4.2.3 – VANTAGENS DOS SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO INDIRETA 11 4.2.4 – DESVANTAGENS 11 4.3 – SISTEMA MISTO 11 5 – PARTES CONSTITUINTES DE UMA INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA 13 5.1 – ALIMENTADOR PREDIAL 13 5.2 – APARELHO SANITÁRIO 13 5.3 – AUTOMÁTICO DE BÓIA 13 5.4 - BARRILETE 13 5.5 – CAIXA DE DESCARGA 13 5.6 – CAIXA OU VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO 13 5.7 – COLUNA DE DISTRIBUIÇÃO 14 5.8 – CONJUNTO ELEVATÓRIO 14 5.9 – CONSUMO DIÁRIO 14 5.10 – DISPOSITIVO ANTIVIBRATÓRIO 14 5.11 – EXTRAVASOR 14 5.12 - INSPEÇÃO 14 5.13 – INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA 14 5.14 – INSTALAÇÃO HIDROPNEUMÁTICA 14 5.15 – INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA 14 5.16 – INTERCONEXÃO 14 5.17 – LIGAÇÃO DE APARELHO SANITÁRIO 15 5 1 – INTRODUÇÃO O presente texto sobre instalações prediais de água fria tem como principal preocupação à necessidade de mostrar ao aluno a existência de uma Norma Brasileira sobre o assunto, ou seja, a NBR 5626 Instalações Prediais de Água Fria da ABNT(1). O conhecimento da terminologia e das especificações desta Norma constitui-se do objetivo essencial destas notas, motivo pelo qual muitos de seus trechos encontram-se aqui integralmente transcritos. 2 – OBJETIVOS DE UMA INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA Os principais objetivos de um projeto desse tipo de instalação são: Fornecimento contínuo de água aos usuários e em quantidade suficiente, amenizando ao máximo os problemas decorrentes da interrupção do funcionamento do sistema público de abastecimento; Limitação de certos valores de pressões e velocidades, definidos na referida Norma Técnica, assegurando-se dessa forma o bom funcionamento da instalação e, evitando-se assim, conseqüentes vazamentos e ruídos nas canalizações e aparelhos; Preservação da qualidade da água através de técnicas de distribuição e reservação coerentes e adequadas propiciando aos usuários boas condições de higiene, saúde e conforto. 3 – ETAPAS DE PROJETO Basicamente, podem-se considerar três etapas na realização de um projeto de instalações prediais de água fria: concepção do projeto, determinação de vazões e dimensionamento. A concepção é a etapa mais importante do projeto e é nesta fase que devem ser definidos: o tipo do prédio e sua utilização, sua capacidade atual e futura, o tipo de sistema de abastecimento, os pontos de utilização, o sistema de distribuição, a localização dos reservatórios, canalizações e aparelhos. A etapa seguinte consiste na determinação das vazões das canalizações constituintes do sistema, que é feita através de dados e tabelas da Norma, assim como na determinação das necessidades de reservação e capacidade dos equipamentos. 6 No projeto das instalações prediais de água fria devem ser consideradas as necessidades no que couber, do projeto de instalação de água para proteção e combate a incêndios. O dimensionamento das canalizações é realizado utilizando-se dos fundamentos básicos da Hidráulica. O desenvolvimento do projeto das instalações prediais de água fria deve ser conduzido concomitantemente, e em conjunto (ou em equipe de projeto), com os projetos de arquitetura, estruturas e de fundações do edifício, de modo que se consiga a mais perfeita harmonia entre todas as exigências técnico-econômicas envolvidas. Os equipamentos e reservatórios devem ser adequadamente localizados tendo em vista as suas características funcionais, a saber: a) espaço; b) iluminação; c) ventilação; d) proteção sanitária; e) operação e manutenção. Só é permitida a localização de tubulações solidárias à estrutura se não forem prejudicadas pelos esforços ou deformações próprias dessa estrutura. As passagens através da estrutura devem ser previstas e aprovadas por seu projetista. Tais passagens devem ser projetadas de modo a permitir a montagem e desmontagem das tubulações em qualquer ocasião. Indica-se, como a melhor solução para a localização das tubulações, a sua total independência das estruturas e das alvenarias. Nesse caso devem ser previstos espaços livres, verticais e horizontais, para sua passagem, com aberturas para inspeções e substituições, podendo ser empregados forros ou paredes falsas para escondê-las. Segundo a NBR 5626 (1) o projeto das instalações prediais de água fria compreende memorial descritivo e justificativo, cálculos, norma de execução, especificações dos materiais e equipamentos a serem utilizados, e a todas as plantas, esquemas hidráulicos, desenhos isométricos e outros além dos detalhes que se fizerem necessários ao perfeito entendimento dos elementos projetados; deve compreender também todos os detalhes construtivos importantes tendo em vista garantir o cumprimento na execução de todas as suas prescrições. Poderão ou não constar, dependendo de acordo prévio entre os interessados, as relações de materiais e equipamentos necessários à instalação. 7 4 – SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO 4.1 – Sistema de Distribuição Direta Através deste sistema, a alimentação dos aparelhos, torneiras e peças da instalação predial é feita diretamente através da rede de distribuição, conforme mostra a Figura 1. Figura 1 - Abastecimento direto 4.1.1 – Vantagens Água de melhor qualidade devido a presença de cloro residual na rede de distribuição Maior pressão disponível devido a pressão mínima de projeto em redes de distribuição pública ser da ordem de 15 m.c.a. Menor custo da instalação, não havendo necessidade de reservatórios, bombas, registros de bóia, etc. 4.1.2 – Desvantagens Falta de água no caso de interrupção no sistema de abastecimento ou de distribuição; Grandes variações de pressão ao longo do dia devido aos picos de maior ou de menor consumo na rede pública; Pressões elevadas em prédios situados nos pontos baixos da cidade; 10 A Figura 4 apresenta um esquema da instalação de um sistema hidropneumático. Figura 4 - Esquema da instalação de um sistema hidropneumático A operação de um sistema hidropneumático depende da pressão no interior do tanque de pressão, conforme mostra a Figura 5. Nota-se uma variação da pressão de 280 para 140 kPa quando o volume de água é reduzido de 73,2 para 57,7% (15,5%). Assim que o volume de água diminui, o ar expande, ocupando o espaço adicional, caso a pressão de acionamento da bomba seja inferior a 140 kPa (1,4 atm). 11 Figura 5 - Variação do nível de água no tanque de pressão 4.2.3 – Vantagens dos Sistemas de Distribuição Indireta Fornecimento de água de forma contínua, pois em caso de interrupções no fornecimento, tem-se um volume de água assegurado no reservatório; Pequenas variações de pressão nos aparelhos ao longo do dia; Permite a instalação de válvula de descarga; Golpe de aríete desprezível; Menor consumo que no sistema de abastecimento direto. 4.2.4 – Desvantagens Possível contaminação da água reservada devido à deposição de lodo no fundo dos reservatórios e à introdução de materiais indesejáveis nos mesmos; Menores pressões, no caso da impossibilidade da elevação do reservatório; Maior custo da instalação devido a necessidade de reservatórios, registros de bóia e outros acessórios. 4.3 – Sistema Misto Parte da instalação é alimentada diretamente pela rede de distribuição e parte indiretamente. Vantagens: Água de melhor qualidade devido ao abastecimento direto em torneiras para filtro, pia e cozinha e bebedouros; 12 Fornecimento de água de forma contínua no caso de interrupções no sistema de abastecimento ou de distribuição; Permite a instalação de válvula de descarga. Observação: Geralmente em residências, sobrados, as pias de cozinha, lavatórios, chuveiros, têm duas torneiras: uma delas, abastecida pela rede pública e a outra, pelo reservatório. IMPORTANTE: A Norma recomenda como mais conveniente, para as condições médias brasileiras, o sistema de distribuição indireta por gravidade, admitindo o sistema misto (indireto por gravidade com direto) desde que apenas alguns pontos de utilização, como torneira de jardim, torneiras de pias de cozinha e de tanques, situados no pavimento térreo, sejam abastecidos no sistema direto. A utilização dos sistemas de distribuição direta ou indireta hidropneumática deve ser convenientemente justificada. Figura 6 – Sistema misto de distribuição (Fonte: MACINTYRE, 1996) 15 5.17 – Ligação de aparelho sanitário Tubulação compreendida entre o ponto de utilização e o dispositivo de entrada de água no aparelho sanitário. 5.18 – Limitador de vazão Dispositivo utilizado para limitar a vazão em uma peça de utilização. 5.19 – Nível operacional Nível atingido pela água no interior da caixa de descarga, quando o dispositivo da torneira de bóia se apresenta na posição fechada e em repouso. 5.20 – Nível de transbordamento Nível do plano horizontal que passa pela borda de reservatório, aparelho sanitário ou outro componente. No caso de haver extravasor associado ao componente, o nível é aquele do plano horizontal que passa pelo nível inferior do extravasor. 5.21 – Quebrador de vácuo Dispositivo destinado a evitar o refluxo por sucção da água nas tubulações. 5.22 – Peça de utilização Dispositivo ligado a um sub-ramal para permitir a utilização da água e, em alguns casos, permite também o ajuste da sua vazão. 5.23 – Ponto de utilização (da água) Extremidade de jusante do sub-ramal a partir de onde a água fria passa a ser considerada água servida. 5.24 – Pressão de serviço Pressão máxima a que se pode submeter um tubo, conexão, válvula, registro ou outro dispositivo, quando em uso normal. 5.25 – Pressão total de fechamento Valor máximo de pressão atingido pela água na seção logo à montante de uma peça de utilização em seguida a seu fechamento, equivalendo a soma da sobrepressão de fechamento com a pressão estática na seção considerada. 5.26 - Ramal Tubulação derivada da coluna de distribuição e destinada a alimentar os sub- ramais. 16 5.27 – Ramal predial Tubulação compreendida entre a rede pública de abastecimento e a instalação predial. O limite entre o ramal predial e o alimentador predial deve ser definido pelo regulamento da Cia. Concessionária de Água local. 5.28 – Rede predial de distribuição Conjunto de tubulações constituído de barriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais, ou de alguns destes elementos, destinado a levar água aos pontos de utilização. 5.29 – Refluxo de água Retorno eventual e não previsto de fluidos, misturas ou substâncias para o sistema de distribuição predial de água. 5.30 – Registro de fechamento Componente instalado em uma tubulação para permitir a interrupção da passagem de água. Deve ser usado totalmente fechado ou totalmente aberto. Geralmente emprega-se registros de gaveta ou esfera. 5.31 – Registro de utilização Componente instalado na tubulação e destinado a controlar a vazão da água utilizada. Geralmente empregam-se registros de pressão ou válvula-globo em sub- ramais. 5.32 – Regulador de vazão Aparelho intercalado numa tubulação para manter constante sua vazão, qualquer que seja a pressão a montante. 5.33 – Reservatório hidropneumático Reservatório para ar e água destinado a manter sob pressão a rede de distribuição predial. 5.34 – Reservatório inferior Reservatório intercalado entre o alimentador predial e a instalação elevatória, destinada a reservar água e a funcionar como poço de sucção da instalação elevatória. 5.35 – Reservatório superior Reservatório ligado ao alimentador predial ou a tubulação de recalque, destinado a alimentar a rede predial ou a tubulação de recalque, destinado a alimentar a rede predial de distribuição. 17 5.36 - Retrossifonagem Refluxo de água usada, proveniente de um reservatório, aparelho sanitário ou qualquer outro recipiente, para o interior de uma tubulação, em decorrência de pressões inferiores à atmosférica. 5.37 – Separação atmosférica Distância vertical, sem obstáculos e através da atmosfera, entre a saída da água da peça de utilização e o nível de transbordamento dos aparelhos sanitários, caixas de descarga e reservatórios. 5.38 – Sistema de abastecimento Rede pública ou qualquer sistema particular de água que abasteça a instalação predial. 5.39 – Sobrepressão de fechamento Maior acréscimo de pressão que se verifica na pressão estática durante e logo após o fechamento de uma peça de utilização. 5.40 – Subpressão de abertura Maior acréscimo de pressão que se verifica na pressão estática logo após a abertura de uma peça de utilização. 5.41 – Sub-ramal Tubulação que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação do aparelho sanitário. 5.42 – Torneira de bóia Válvula com bóia destinada a interromper a entrada de água nos reservatórios e caixas de descarga quando se atinge o nível operacional máximo previsto. 5.43 – Trecho Comprimento de tubulação entre duas derivações ou entre uma derivação e a última conexão da coluna de distribuição. 5.44 – Tubo de descarga Tubo que liga a válvula ou caixa de descarga à bacia sanitária ou mictório. 5.45 – Tubo ventilador Tubulação destinada a entrada de ar em tubulações para evitar subpressões nesses condutos. 20 Figura 8- Planta baixa de um banheiro. Figura 9- Isométrico do banheiro 21 Tabela 1 - Lista de Peças N o DESCRIÇÃO Quantidade 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tê de redução 90 o soldável 50 x 25 mm Adaptador soldável curto com bolsa e rosca para registro 25 x ¾” Joelho 90 o soldável 25 mm Tê 90 o soldável 25 mm Tê 90 o soldável 25 mm Adaptador soldável curto com bolsa e rosca para registro 25 mm x ¾ Tê 90 o soldável 25 mm Luva soldável e com rosca 25 mm x ¾” Joelho 90 o soldável 25 mm 1 2 1 1 1 1 1 1 1 10 11 12 Joelho 90 o soldável e com bucha de latão e reforço com anel de ferro zincado 25 mm x ¾” Joelho de redução 90 o soldável e com bucha de latão 25 mm x ½” Joelho de redução 90 o soldável e com bucha de latão 25 mm x ½” 2 2 2 13 14 Registro de gaveta ¾” Registro de pressão para chuveiro ¾” 1 1 6 – ESPECIFICAÇÕES E CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DOS TUBOS EMPREGADOS 6.1 – Materiais, Diâmetros e Pressões De acordo com a NBR 5626, tanto os tubos como as conexões, constituintes de uma instalação predial de água fria, podem ser de aço galvanizado, cobre, ferro fundido, PVC rígido ou de outros materiais, de tal modo que satisfaçam a condição de que a pressão de serviço não deva ser superior a pressão estática, no ponto considerado, somada a sobre-pressão devido a golpes de aríete. Esses materiais devem ser próprios para a condução de água potável e devem ter especificações para recebimento, relativo a cada um deles, inclusive métodos de ensaio. Segundo a mesma Norma, o fechamento de qualquer peça de utilização não pode provocar sobre-pressão, em qualquer ponto da instalação, que supere mais de 200 kPa (20 mca) a pressão estática neste ponto. A máxima pressão estática permitida é de 40 mca (400 kPa) e a mínima pressão de serviço é de 0,5 mca (5 kPa). 22 Os tubos e conexões mais empregados nas instalações prediais de água fria são os de aço galvanizado e os de PVC rígido. Os tubos de aço galvanizado suportam pressões elevadas sendo por isso muito empregado. O valor de referência que estabelece o diâmetro comercial desses tubos é a medida do diâmetro interno dos mesmos. Os tubos de PVC rígido são agrupados em três classes, indicadas pelas pressões de serviço: classe 12 (6 kgf/cm2 ou 60 mca) classe 15 (7,5 kgf/cm2 ou 75 mca) classe 20 (10 kgf/cm2 ou 100 mca) Para se conhecer a máxima pressão de serviço (em kgf/cm2) de cada classe, basta dividir o número da classe por 2. As normas brasileiras dividem os tubos de PVC em duas áreas de aplicação: tubos de PVC rígido para adutoras e redes de água (EB-183) tubos de PVC rígido para instalações prediais de água fria (EB-892) Os tubos de EB-183 são comercializados como PBA (Tubo de Ponta, Bolsa e Anel de Borracha), PBS (Tubo em Ponta e Bolsa para Soldar) e F (Tubo Flangeado) e só são usados em adutoras, redes de água, redes enterradas de prevenção contra incêndios e em instalações industriais. As classes destes tubos são: 12, 15 e 20. Os tubos referidos na EB-892 são destinados às instalações prediais de água fria e são de classe 15. Estes tubos podem ser com juntas soldáveis ou com juntas roscáveis e a Tabela 2 mostra as suas referências e dimensões. Os tubos de PVC rígido podem ser utilizados em instalações prediais de água fria desde que não sejam ultrapassados, em nenhum ponto da instalação, os valores estabelecidos pela Norma, desde que não hajam válvulas de descarga interligadas a esses tubos, e em prédios que não possuam grandes alturas. A válvula de descarga é um dispositivo que produz valores elevados de sobre-pressão (golpe de aríete) na rede em que estiver interligada. Tal fato ocorre porque esta peça, que possui uma grande abertura ocasionando velocidades elevadas nas canalizações que a alimenta, causa golpes de aríete nas tubulações, se a mesma apresentar fechamento rápido. Esses golpes podem romper ou causar vazamentos nas canalizações, devendo-se por isso tomar cuidados especiais ao instalar tais válvulas. 25 CD = 30.000 l/dia ou simplesmente CD 30.000 l ou CD = 30 m3 O valor de 200 l/dia pessoa é obtido na Tabela 3. 8 – RAMAL PREDIAL De um modo geral, o diâmetro do ramal predial é fixado pela Concessionária de água local. A Norma prevê dois casos para que se possa determinar a vazão do ramal predial: quando se tem distribuição direta, a vazão do ramal é dada por: Q = C P onde: Q é em l/s C é o coeficiente de descarga = 0,30 l/s P é a soma dos pesos correspondentes a todas as peças de utilização alimentadas através do trecho considerado (ver Tabela 6, extraída da NBR 5626) Quando se tem distribuição indireta a Norma admite que a alimentação seja feita continuamente, durante 24 horas do dia e a vazão é dada pela expressão: 400.86 CD Q Onde: Q é em l/s CD é em l/dia Uma vez conhecida a vazão do ramal predial, tanto no caso de distribuição direta ou indireta, o serviço de água deverá ser consultado para a fixação do diâmetro. Geralmente, na prática, adota-se, para o ramal predial, uma velocidade 26 igual a 0,6 m/s, de tal modo a resultar um diâmetro que possa garantir o abastecimento do reservatório mesmo nas horas de maior consumo. 8.1 – Ligação do Alimentador Predial As ligações do ramal predial e medidores (hidrômetros) são estudados com bastante propriedade por Nogami (1978) e apresentam-se aqui muitas de suas observações e ilustrações. A ligação do ramal predial à rede pública de abastecimento pode ser efetuada através de três tipos de tomadas: direta com colar com ferrule No sistema com tomada direta, o ramal predial é ligado diretamente na tubulação distribuidora através de uma conexão (curva) que é rosqueada na mesma. Esse tipo de tomada só é utilizado em canalizações distribuidoras de ferro fundido com paredes relativamente espessas e desde que as mesmas se encontrem vazias. A ligação do ramal predial através de um colar de tomada é realizada com a rede em carga e em tubos de ferro fundido com paredes finas, ou em tubos de cimento amianto ou em tubos de plástico. Esta ligação é constituída por um conjunto de peças que são presas à tubulação da rede de abastecimento conforme mostra a Figura 10. Figura 10 - Colar de tomada e peças A broca que aparece na Figura 11, atravessa o registro (que se encontra aberto) e perfura a canalização em carga. Em seguida, a broca é recuada, o registro é 27 fechado e a peça que contem a broca é retirada e deste modo, a ligação encontra-se pronta para ser conectada ao cavalete, conforme mostra a Figura 12. Figura 11 - Perfuração da canalização em carga Figura 12 - Ligação ao cavalete A tomada com o ferrule permite a ligação do ramal com a tubulação em carga e esse dispositivo é muito empregado para canalizações de ferro fundido. O ferrule é constituído por: base, corpo, vedador e tampa. 30 9.1 – Hidrômetros Os medidores ou hidrômetros são aparelhos destinados à medida e indicação do volume de água escoado da rede de abastecimento ao ramal predial de uma instalação. Os hidrômetros contém uma câmara de medição, um dispositivo redutor (trem de engrenagem e um mecanismo de relojoaria ligado a um indicador que registra o volume escoado. Os hidrômetros são classificados em hidrômetros de volume e hidrômetros de velocidade. Os hidrômetros de volume têm duas câmaras de capacidades conhecidas que se enchem e se esvaziam sucessivamente, medindo dessa maneira, o volume de água que escoa pelo hidrômetro. Este volume é medido através do deslocamento de uma peça móvel existente no interior desses hidrômetros, que transmite o movimento a um sistema medidor. São indicados para medições de vazões relativamente baixas e apresentam erros pequenos para essas medidas. Devem trabalhar com água bastante líquida, isenta de impurezas em suspensão para que não haja a paralisação da peça móvel da câmara destes aparelhos. Os hidrômetros de velocidade medem o volume escoado através do número de rotações fornecidos por uma hélice ou turbina existentes no seu interior. Essas rotações são transmitidas a um sistema de relojoaria (seca, molhada ou selada) que registram num marcador (de ponteiros ou de cifras) o volume de água escoado. 10 - RESERVAÇÃO 10.1 – Influência dos Reservatórios Domiciliares na Qualidade da Água Os reservatórios domiciliares têm sido, comumente utilizados para compensar a falta de água na rede pública, resultante de falhas no funcionamento do sistema de abastecimento ou de programação da distribuição. É evidente que se o fornecimento de água fosse constante e adequado, não haveria a necessidade do uso desses dispositivos. Os principais inconvenientes do uso dos reservatórios domiciliares são de ordem higiênica, por facilidade de contaminação, do custo adicional e complicações na rede predial e devido ao possível desperdício de água durante a ausência do usuário. As conseqüências da existência dos reservatórios são mais graves para os usuários que se localizam próximos de locais específicos da rede de distribuição, como pontas de rede, onde, em geral, a concentração de cloro residual é às vezes inexistente. 31 Em trabalhos realizados com o fim específico de verificar a influência dos reservatórios domiciliares das águas de abastecimento, Lima Filho e Murgel Branco (3) concluíram que as condições sanitárias em que encontram os mesmos são normalmente responsáveis pela deterioração da qualidade da água. Em geral, a localização imprópria do reservatório, a ignorância do usuário em relação à conservação do reservatório, a falta de cobertura adequada e a ausência de limpezas periódicas são os principais fatores que contribuem para a alteração da qualidade da água. A existência de uma camada de matéria orgânica e inorgânica no fundo do reservatório provoca um aumento da turbidez e cor, é responsável pelo consumo da maior parte do cloro residual da água afluente e acarreta a diminuição do oxigênio dissolvido. 10.2 – Capacidade e Recomendações A NBR 5626 (1) recomenda que a reservação total a ser acumulada nos reservatórios inferiores e superiores não deve ser inferior ao consumo diário e não deve ultrapassar a três vezes o mesmo. Os reservatórios com capacidade superior a 1000L devem ser compartimentados a fim de que o sistema de distribuição não seja interrompido durante uma operação de limpeza, pois ao se levar um compartimento, o outro garantirá o funcionamento da instalação. Geralmente é recomendável a seguinte divisão de volume entre os reservatórios superior e inferior: volume útil do R.S. = 40% do volume total volume útil do R.I. = 60% do volume total Essa divisão é válida quando o volume total a ser armazenado for igual ao CD. Quando se pretender armazenar um volume maior que o CD, ele deve ser feito no R.I. Seja, por exemplo, um edifício de apartamentos em que o CD é de 100 m3 e o volume total a ser armazenado é de 1,5 CD. Volume do R.I. VRI = 0,6 x 100 + 50 = 110 m3 Volume do R.S. VRS = 0,4 x 100 = 40 m3 32 Quando for instalado um reservatório hidropneumático não se deve considerar no cálculo da reservação total o volume desse reservatório, devendo o reservatório inferior Ter capacidade mínima igual ao CD. A reserva para combate a incêndios pode ser feita nos mesmos reservatórios da instalação predial de água fria, porém, à capacidade para esta finalidade devem ser acrescidos os volumes referentes ao consumo. A função do reservatório inferior é armazenar uma parte da água destinada ao abastecimento e deve existir quando: O reservatório superior não puder ser abastecido diretamente pelo ramal alimentador. O volume total a ser armazenado no reservatório superior for muito grande (principalmente em prédios de apartamentos). O reservatório superior deve ter capacidade adequada para atuar como regulador de distribuição e é alimentado por uma instalação elevatória ou diretamente pelo alimentador predial. A vazão de dimensionamento da instalação elevatória e a vazão de dimensionamento do barrilete e colunas de distribuição são aquelas que devem ser consideradas no dimensionamento do reservatório superior. Os reservatórios devem ser construídos com materiais de qualidade comprovada e estanque. Os materiais empregados na sua construção e impermeabilização não devem transmitir à água, substâncias que possam poluí-la. Devem ser construídos de tal forma que não possam servir de pontos de drenagem de águas residuárias ou estagnadas em sua volta. A superfície superior externa deve ser impermeabilizada e dotada de declividade mínima de 1:100 no sentido das bordas. Devem ser providos de abertura convenientemente localizada que permita o fácil acesso ao seu interior para inspeção e limpeza, e dotados de rebordos com altura mínima de 0,05 m. Essa abertura deverá ser fechada com tampa que evite a entrada de insetos e outros animais e/ou de água externa. 10.3 – Detalhes dos Reservatórios As figuras 16,17,18 e 19 mostram detalhes dos reservatórios inferior e superior. 35 Figura 19 - Corte de um reservatório superior 10.4 – Canalização de Descarga dos Reservatórios O diâmetro da canalização de descarga dos reservatórios é determinado através da expressão: h t4850 A S A – área em planta de um compartimento (m2) t – tempo de esvaziamento ( 2 h) h – altura inicial de água (m) S – seção do conduto de descarga (m2) 36 11 – DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA DA ÁGUA PARA ABASTECIMENTO 11.1 – Vazão Horária de Recalque (Qr) A vazão de recalque deverá ser, no mínimo, igual a 15% de CD., expressa em m3/h. Por exemplo, para CD, igual a 100 m3, Qr será no mínimo, igual a 15 m3/h Período de funcionamento da bomba (t) a) O período de funcionamento durante o dia será função da vazão horária. b) No caso em que Qr é igual a 15% de C.D., t resulta a aproximadamente igual a 6,7 horas. c) Diâmetro de canalização de Recalque (Dr) De acordo com a NBR 5626 (1), emprega-se a seguinte expressão: 4 rr X . Q . 1,3 D Dr – diâmetro de recalque (m) Qr – vazão de recalque (m3/s) horas 24 diapr ofunconamnt de horas de no. X Por exemplo, se X = 0,279 24 6,7 , Qr = 15 m3/h = 4,17 . 10-3 m3/s, Dr , resulta igual a 61 cm. Deverá ser adotado Dr = 60 mm que é comercial existente. d) Diâmetro da canalização de sucção (De) O diâmetro de canalização de sucção será, no mínimo, igual ao nominal superior a Dr. Para o caso anterior, onde Dr = 60 mm, tem-se: 37 Ds = 75 mm A Figura 20 mostra um esquema de ligação das bombas da instalação de recalque. A Figura 21 esboça a instalação de um prédio numa representação isométrica, indicando diferenças de cotas, comprimento de encanamentos entre curvas, conexões, registros e válvulas. Figura 20 - Esquema da ligação das bombas 11.2 – Escolha da Bomba Para a escolha da bomba, deve-se ter Qr, Dr e Ds. Os desenhos (em planta e corte) fornecerão os cumprimentos totais (real + equivalente) das canalizações de recalque e sucção. Se Hg for o desnível entre o nível mínimo no R.I. e a saída de água R.S., a altura manométrica (Hm) será: Hm = Hg + Hs + Hr Hr – perda de carga total no recalque Hs – perda de carga total na sucção 40 Tabela 4 – Acréscimo de potência. POTÊNCIA CALCULADA ACRÉSCIMO (CV) até 2 2 – 5 5 – 10 10 – 20 20 (%) 50 30 20 15 10 11.1 – Sistema de comando da bomba A instalação elétrica de bombeamento deverá permitir o funcionamento automático da bomba e, eventualmente, a operação de comando manual direto. O comando automático é realizado com dispositivos conhecidos por automáticos de bóia, ou por controle automático de nível. Instala-se um automático de bóia superior e um inferior, a bomba será comandada pelo automático do reservatório superior (Figura 22). Caso o nível no reservatório inferior atinja uma situação abaixo da qual possa vir a ficar comprometida a aspiração, pela entrada de ar no tubo de aspiração, o automático inferior deverá desligar a bomba, muito embora não tenha ainda atingido o nível desejado no reservatório superior. No reservatório superior o comando bóia pode ficar em uma das câmaras, com cabo suficiente para ser instalado na outra câmara se necessário, pois as duas câmaras funcionam como vasos comunicantes, isto é, o nível da água é o mesmo nas duas câmaras, por isso, o comando pode estar numa das câmaras. 41 Figura 22 – Esquema de instalação de bombas para um prédio com reservatório inferior e superior (Fonte: MACINTYRE, 1996) 42 12 – BARRILETE OU COLAR DE DISTRIBUIÇÃO (MANIFOLD) Trata-se de uma tubulação ligando as duas seções do reservatório superior, e da qual partem as derivações correspondentes às diversas colunas de alimentação. O barrilete é a solução que adota para se limitarem as ligações ao reservatório. O traçado barrilete depende exclusivamente da localização das colunas de distribuição. Estas por sua vez, devem ser localizadas de comum acordo com a equipe envolvida no projeto global do edifício (arquiteto, engenheiro do cálculo estrutural, etc.). São duas as opções no projeto do barrilete. Utilizar o sistema unificado ou central; Utilizar o sistema ramificado. 12.1 - Sistema Unificado Do barrilete ligando as duas seções do reservatório partem diretamente todas as ramificações, correspondendo cada qual a uma coluna de alimentação. Colocam-se dois registros que permitem isolar uma ou outra seção do reservatório. Cada ramificação para a coluna correspondente tem seu registro próprio. Deste modo, o controle e a manobra de abastecimento, bem como o isolamento das diversas colunas, são feitos num único local da cobertura. Se o número de colunas for muito grande, prolonga-se o barrilete além dos pontos de inserção no reservatório (Figura 23). Figura 23 – Barriletes Unificados (Fonte: MACINTYRE, 1996) 45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Trecho Soma dos Pesos Vazão estimada Diâmetro Velocidade Perda de carga unitária Diferença de cota Desce + Sobe - Pressão Disponível Comprimento da Tubulação Perda de Carga Pressão Disponível Residual Pressão Requerida no ponto de utilização Real Equivalente Tubulação Registros e outros Total (14)+10.(7) (10)x(6) (11)+(12) (8) –(13) L/s mm m/s KPa/m m kPa m m kPa kPa kPa kPa KPa Figura 25– MODELO DE PLANILHA Tabela 5 - Perda de carga em conexões – comprimento equivalente para tubo rugoso (tubo aço-carbono, galvanizado ou não) Diâmetro nominal (DN) Tipo de Conexão Cotovelo 90 0 Cotovelo 45 0 Curva 90 0 Curva 45 0 Tê passagem direta Tê passagem lateral 15 0,5 0,2 0,3 0,2 0,1 0,7 20 0,7 0,3 0,5 0,3 0,1 1,0 25 0,9 0,4 0,7 0,4 0,2 1,4 32 1,2 0,5 0,8 0,5 0,2 1,7 40 1,4 0,6 1,0 0,6 0,2 2,1 50 1,9 0,9 1,4 0,8 0,3 2,7 65 2,4 1,1 1,7 1,0 0,4 3,4 80 2,8 1,3 2,0 1,2 0,5 4,1 100 3,8 1,7 2,7 - 0,7 5,5 125 4,7 2,2 - - 0,8 6,9 150 5,6 2,6 4,0 - 1,0 8,2 Tabela 6 - Perda de carga em conexões – comprimento equivalente para tubo rugoso (tubo de plástico, cobre ou liga de cobre) Diâmetro nominal (DN) Tipo de Conexão Cotovelo 90 0 Cotovelo 45 0 Curva 90 0 Curva 45 0 Tê passagem direta Tê passagem lateral 15 1,1 0,4 0,4 0,2 0,7 20 1,2 0,5 0,5 0,3 0,8 2,3 25 1,5 0,7 0,6 0,4 0,9 2,4 32 2,0 1,0 0,7 0,5 1,5 3,1 40 3,2 1,0 1,2 0,6 2,2 4,6 50 3,4 1,3 1,3 0,7 2,3 7,3 65 3,7 1,7 1,4 0,8 2,4 7,6 80 3,9 1,8 1,5 0,9 2,5 7,8 100 4,3 1,9 1,6 1,0 2,6 8,3 125 4,9 2,4 1,9 1,1 3,3 10,0 150 5,4 2,6 2,1 1,2 3,8 11,1 47 Tabela 7 – Rotina para dimensionamento das tubulações Passo Atividade Coluna da Planilha a preencher 1 o Preparar o esquema isométrico da rede e numerar seqüencialmente cada nó ou ponto de utilização desde o reservatório a entrada da coluna; 2 o Introduzir a identificação de cada trecho da rede na planilha; 1 3 o Determinar, para cada trecho da coluna, a soma dos pesos ( P), usando a Tabela 6 2 4 o Calcular para cada trecho a vazão, em litros por segundo, com base na equação Q = 0,3 P ; 3 5 o Partindo da origem de montante da rede, selecionar o diâmetro interno da tubulação de cada trecho, considerando que a velocidade da água não deva ser superior a 3 m/s. Registrar o valor da velocidade e o valor da perda de carga unitária de cada trecho 4,5 e 6 6 o Determinar as diferenças de cotas entre a entrada e a saída de cada trecho, considerando positiva quando a entrada tem cota superior à da saída e negativa em caso contrário 7 7 o Determinar a pressão disponível na saída de cada trecho, somando ou subtraindo à pressão residual na sua entrada o valor do produto da diferença de cota pelo peso específico da água (10 kN/m 3 ) 8 8 o Medir o comprimento real do tubo que compõe cada trecho considerado 9 9 o Determinar o comprimento equivalente de cada trecho somando ao comprimento real os comprimento equivalente das conexões 10 10 o Determinar a perda de carga de cada trecho multiplicando os valores das colunas 6 e 10 da planilha 11 11 o Determinar a perda de carga provocada por registros e outras singularidades dos trechos 12 12 o Obter a perda de carga total de cada trecho, somando os valores das colunas 11 e 12 da planilha 13 13 o Determinar a pressão disponível residual na saída de cada trecho, subtraindo a perda de carga total (coluna 13) da pressão disponível (coluna 8) 14 14 o Se a pressão residual for menor que a pressão requerida no ponto de utilização, ou se a pressão for negativa, repetir os passos 5 o ao 13 o , selecionando um diâmetro interno maior para a tubulação de cada trecho 50 Figura 27 – Ábaco para encanamentos de aço galvanizado 12.1 – Exemplo de Dimensionamento de um Barrilete Dimensionar o barrilete de um prédio residual, esquematizado nas Figuras 28 e 29, sabendo-se que: a coluna AF1 abastece por pavimento uma pia de cozinha, uma torneira de filtro, um tanque de lavar roupa e uma máquina de lavar roupa; a coluna AF2 abastece por andar: uma caixa de descarga, um lavatório, um chuveiro e um bidê: a coluna AF3 abastece por andar: um lavatório, um bidê, um chuveiro e uma caixa de descarga, a coluna AF4 abastece por andar: dois lavatórios, um bidê, um chuveiro, uma caixa de descarga. O prédio possui 10 pavimentos. As colunas AF1, AF2, AF3 e AF4 são idênticas às colunas AF’1’, AF’2’, AF’3’ e AF’4’, respectivamente: 51 a) Distâncias: BC = B’C’ = 1,0 m RX = RX’ = 5,0 m AB = AF = A’B’ = A’F’ = 2,0 m AX = A’X’ = BE = FH = B’E’ = F’H’ = 3,0 m FG = F’G’ = 4,0 m XX´ = 1,0m b) Vazões trecho BE abastece coluna AF4 P da coluna AF4 = 10 (2 x 0,3 + 0,1 + 0,4 + 0,3) = 14 QBE = 0,3 14 QBE = 1,12 litros/s trecho BC abastece coluna AF3 P da coluna AF3 = 10 (0,3 + 0,1 + 0,4 + 0,3) = 11 QBC = 0,3 11 QBC = 0,99 litros/s trecho AB abastece as colunas AF3 e AF4 QAB = 0,3 25 QAB = 1,50 litros/s trecho FG abastece a coluna AF2 P do trecho FG = 10 (0,3 + 0,3 + 0,4 + 0,1) = 11 QFG = 0,3 11 QFG = 0,99 litros/s trecho FH abastece a coluna AF1 P do trecho FH = 10 (0,7 + 0,7 + 1,0 + 0,7) = 31 QFH = 0,3 31 QFH = 1,67 litros/s trecho AF abastece as colunas AF1 e AF2 P do trecho AF = 11 + 31 = 42 QAF = 0,3 42 QAF = 1,94 litros/s trecho RX’ abastece AF1, AF2, AF3 e AF4 (trecho RX’A é mais desfavorável, pois todo o abastecimento é feito por esse trecho quando o compartimento esquerdo do reservatório estiver sendo lavado). P do trecho RX’ = 67 + 67 = 134 QRX’ = 0,3 134 QRX’ = 3,47 litros/s 52 Figura 28 - Planta do barrilete Figura 29 - Isométrico do barrilete 55 curva de 90o 0,70 m comprimento do trecho BC 1,00 m Total 2,10 m hBC = 0,61 . 2,10 = 1,24 kPa PC = 25,18 – 1,24 PC = 23,94 kPa PE TRECHO BE registro de gaveta aberto 0,40 m curva de 90o 0,70 m comprimento do trecho BE 3,00 m Total 4,10 m hBE = 0,75 . 4,10 = 3,07 kPa PE = 25,18 – 3,07 PE = 22,11 kPa PF TRECHO AF tê de saída de lado 4,6 m comprimento do trecho AF 2,00 m Total 6,60 m hAF = 1,96 . 6,60 = 12,75 kPa PF = 33,43 – 12,75 PF = 20,68 kPa 56 PG TRECHO FG registro de gaveta 0,40 m curva de 90o 0,70 m comprimento do trecho FG 4,00 m Total 5,10 m hFG = 0,61 . 5,10 = 3,48 kPa PG = 20,68 – 3,48 PG = 17,57 kPa PH TRECHO FH registro de gaveta 0,40 m curva de 90o 0,70 m comprimento do trecho FH 3,00 m Total 4,10 m hFH = 1,51 . 4,10 = 6,34 kPa PH = 20,68 – 6,34 PH = 14,34 kPa NOTA TÉCNICA: A norma prescreve que a pressão mínima em qualquer ponto da tubulação não deve ser inferior a 5 kPa. Contudo, a pressão no início das colunas que alimentam chuveiros deve ter um valor maior que 20 kPa de pressão, para que se tenha o valor mínimo de 10 kPa no chuveiro do último pavimento. Assim sendo, esse dimensionamento provavelmente não atenderá essas exigências para bom funcionamento do chuveiro do último pavimento, devendo ser recalculado todo o barrilete com diâmetros das tubulações maiores, a fim de se diminuir as perdas de carga ao longo da tubulação. Essa afirmativa da pressão mínima no início das colunas que alimentam chuveiros não é normalizada, podendo ser até menor que 20 kPa como é o caso desse exemplo, contudo que a altura do pé direito do último 57 apartamento seja maior que 3,00 metros, possibilitando assim a pressão mínima de 10 kPa no chuveiro. A tabela 9 apresenta o dimensionamento desse barrilete que atenderá as exigências do chuveiro do último pavimento. Compare a diferença entre os diâmetros e as perdas de carga. Nota-se que existe uma sobra de pressão no início da coluna, podendo-se assim realizar algumas diminuições no diâmetro das tubulações em alguns trechos, favorecendo assim o aspecto econômico da obra. A busca dessa economia é sempre imprescindível para obter-se uma melhor qualidade no projeto final. 60 O dimensionamento das colunas é acompanhado de uma planilha de cálculo que é mostrada na Figura 25. Essa planilha é muito útil pois permite o conhecimento das pressões em todas as suas derivações em sub-ramais. Através dessas pressões pode-se verificar as pressões de funcionamento dos diversos aparelhos em qualquer pavimento (principalmente a do chuveiro do último pavimento que é a mais crítica). 14 – ALTURA DOS PONTOS DE UTILIZAÇÃO Válvula de descarga 1,10 m Caixa tipo Montana 2,00 m Caixa tipo acoplada ao vaso 1,0 m Banheira 0,55 m Bidê 0,30 m Chuveiro 2,00 a 2,20 m Lavatório 0,60 m Máquina de lavar 0,75 m Tanque 0,90 m Filtro 2,00 m Pia de cozinha 1,00 m 15 – PROTEÇÃO DA REDE CONTRA A RETROSSIFONAGEM Os aparelhos possíveis de provocar retrossifonagem devem ser instalados em coluna, barrilete e reservatório independentes ou podem ser instalados em coluna, barrilete e reservatório comuns a outros aparelhos ou peças, desde que seu sub-ramal esteja protegido por dispositivo quebrado de vácuo ou ainda, podem ser instalados em coluna, barrilete e reservatório comuns desde que a coluna seja dotada de coluna de ventilação, conforme mostra a Figura 30. 61 Figura 30 – Esquema da ventilação da coluna (fonte NBR-5626) Para os sistemas de distribuição direta ou indireta hidropneumática em redes que possuam aparelhos que provocam retrossifonagem deve-se instalar um quebrador de vácuo no sub-ramal que estão interligados a tais aparelhos. A retrossifonagem pode ocorrer em aparelhos que apresentam a entrada de água potável abaixo do plano de transbordamento dos mesmos. Desta forma, devido a um entupimento na saída destes aparelhos e ao aparecimento de sub pressões nos ramais ou sub ramais a eles interligados, as águas servidas podem ser introduzidas nas canalizações que conduzem água potável, contaminando-a. 62 16 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 – ABNT – NBR 5626 – Instalações Prediais de Água Fria, 1998 2 – GUARDIA, A.C. – Utilização de Válvulas de Descarga em Instalações Prediais de Água Fria. Revista Engenharia Sanitária, vol. 16, no 2, 181-183, Rio de Janeiro, abril/junho, 1977. 3 – LIMA, F. R.A. – Reservatório Domiciliar – Aspectos de sua Influência na Qualidade de Água – Dissertação de Mestrado – EESC-USP, 1978. 4 – MARTINS, H.C. – Algumas Considerações sobre Poluição em Rede Predial de Água Fria. VI Congresso de Engenharia Sanitária. Tema 2 – São Paulo, janeiro, 1971. 5 – MACINTYRE, A. J. – Instalações Hidráulicas. 3a Ed. LTC, 1996. 6 – NOGAMI, P.S. et al. – Técnicas de Abastecimento e Tratamento de Água. Vol. I – CETESB – São Paulo, 1978