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Adutora de Água Tratada é o canal, galeria ou encanamento destinado a conduzir a água da estação de tratamento aos reservatórios de distribuição, ou entre eles, seja por bombeamento ou pela força da gravidade. Na Figura abaixo, uma motobomba recalca a água para um reservatório situado em cota superior, mas poderia seguir o caminho inverso, se a motobomba fosse substituída por outro reservatório. Dentre os acessórios das adutoras, destacam-se as ventosas (para a expulsão do ar que se acumula) e as descargas de fundo (para esvaziá-la para reparos).

O dimensionamento hidráulico da adutora consiste em selecionar o tubo adequado (em se tratando de encanamento) para conduzir o volume de água (vazão) necessário (a), na velocidade adequada, evitando-se o acúmulo de ar em pontos estratégicos e dotando-se os pontos mais baixos de descargas de fundo.

Golpe de aríete

Assim se chama o choque violento que se produz sobre as paredes internas de um conduto forçado, quando o movimento da água é modificado ou interrompido (por falta de energia elétrica, por exemplo) bruscamente. Essa sobrepressão pode romper a canalização e deve ser evitada. Na Figura abaixo, no estágio 1, a válvula (ou registro) está fechada e a água encontra-se parada; em 2, o registro é aberto e a água se move; e em 3, o registro é fechado rapidamente, ocorrendo ondas de choque, pela inércia, provocando o rompimento do cano.

Tanto o golpe de aríete como a elevada pressão (hidrostática ou hidrodinâmica) são os principais motivos para os fabricantes de tubulações adotarem diversas espessuras das suas paredes. Para isso foi criado o índice SDR (Standard Dimension Ratio ou Razão de Dimensão Padrão) que indica quantas vezes o diâmetro (externo) d é maior que a espessura s da parede. A Figura abaixo mostra parte do SDR dos tubos de PVC, que apresentam SDR = 13,5 para DN = ½” (meia polegada) e SRD = 21 para DN = ¾” a 8”. Os tubos de aço têm SDR = 11, 13.5 e 17.

A planilha abaixo apresenta o dimensionamento hidráulico de adutora de PVC, cujos cálculos constam do trabalho “O golpe de aríete em tubulações de recalque. Análise simplificada”, do Engo. Luiz A. Camargo, apresentado no XV Encontro de Engenheiros de Assistência Técnica TUBOS E CONEXÕES TIGRE S.A., realizado em Joinville – SC, de 23 a 27 de Outubro de 1989, estudo de caso, página 9/33. O enunciado é o seguinte:

Em uma estação de tratamento de água, uma instalação elevatória de PVC com diâmetro nominal de 12” e comprimento de 600 metros, tem o conjunto eletrobomba situado a 55 metros abaixo da superfície livre do reservatório alimentado pela tubulação. A partir da bomba, a tubulação sobe de forma regular até o reservatório, transportando 60 l/s. Determinar a classe de pressão da tubulação, tendo em vista suportar o golpe de aríete decorrente do corte súbito da energia elétrica do motor.

Legenda: D = diâmetro, Q = vazão, L = comprimento, H = Hm = altura do nível de água, A = área da seção, V = velocidade média da água (o ideal é 2 a 2,5 m/s), e = espessura da parede do tubo, T = fase, t = tempo de fechamento do registro, hf = perda de carga linear, C = celeridade, coef. de Hazen-Williams ou parâmetro da fórmula da sobrepressão máxima, k = coef. da celeridade e da sobrepressão máxima, g = aceleração da gravidade.

A Figura abaixo mostra o esquema hidráulico da instalação e a tabela para tubos de PVC no diâmetro requerido.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 23 fevereiro 2021 às 11:38

CÁLCULO DE DESCARGA DE FUNDO DE ADUTORAS

A Figura abaixo apresenta uma solução com tempo de esvaziamento de cada trecho da adutora em meia hora, executada numa planilha Excel e com o software R.

Na planilha abaixo, refazemos os cálculos para atender a determinação do esvaziamento em duas horas, mas agora considerando a velocidade de saída.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 21 fevereiro 2021 às 10:28

SELEÇÃO DE VENTOSAS

Conforme NBR 12215 (ABNT, 1991), deverão ser previstos dispositivos de admissão e descarga de ar (ventosas) em trechos das adutoras suscetíveis de acumulação de ar e em trechos altos, imediatamente antes e logo após as descargas de água da adutora. (1)

Como critério de escolha expedita para válvulas de admissão de ar, Azevedo Netto (2013) recomenda adotar 12,5% da seção do tubo, ou seja, o diâmetro da ventosa deverá ser 1/8 (um oitavo) do diâmetro do conduto onde a válvula será instalada. Para válvulas de expulsão de ar, o mesmo autor cita que alguns critérios práticos recomendam fixar o diâmetro da ventosa em 1/12 (um doze avos) do diâmetro da tubulação.

O dimensionamento da ventosa deve considerar a velocidade de esvaziamento e de enchimento das tubulações. A velocidade admitida para o enchimento da tubulação deve ser da ordem de 0,3 m/s.

Para  a  finalidade  de  expulsão  de  ar  as  ventosas  são  dimensionadas  em função  da  vazão  de  ar  a  ser  expulso,  vazão  esta  que  no  caso  mais  desfavorável dependa das condições de enchimento da tubulação, pressão interna no ponto alto e tamanhos comerciais das ventosas.

As  características  das  ventosas  fabricadas  no  Brasil  pela  Cia.  Barbará,  por exemplo, são as seguintes, em termos de capacidade de descarga a 7,5 kg/cm2 de pressão de serviço:

Ventosas simples......................................................................13 litros/s de ar

Ventosas automáticas com pino..............................................80 litros/s de ar

Ventosas automáticas de função tríplice, de 100 mm............50 litros/s de ar

Ventosas automáticas de função tríplice, de 200 mm..........300 litros/s de ar

Verifica-se  pois,  que  as  ventosas  mais  simples  somente  são  aplicáveis  às linhas de pequena vazão. No caso de linhas grandes e importantes, poderá haver a necessidade de instalar duas ou mais ventosas em um mesmo ponto crítico.

Seleção

O seu calculo deve ser feito tendo em atenção a vazão máxima de ar que têm de evacuar e o fato de este ter de escoar pelo orifício da ventosa com uma velocidade máxima da ordem dos 7 m/s.

REF.:

[1] TRANSIENTES HIDRÁULICOS EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO: INFLUÊNCIA DO MATERIAL DO CONDUTO E DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO, UFRGS, Porto Alegre, 2017.

https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/158935/001022394.pdf?s...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 19 fevereiro 2021 às 14:46

CÁLCULO DE VENTOSAS

A presença de ar nos sistemas adutores, seja na forma de pequenas bolhas ou constituindo bolsas de diferentes formas e dimensões, pode ser fonte de inúmeros problemas no respectivo funcionamento que poderão traduzir-se num acréscimo da perda de carga, num consumo excessivo de energia por parte das bombas ou mesmo no aparecimento de elevadas sobrepressões que coloquem em causa a correspondente segurança e fiabilidade.(1)

A Figura abaixo mostra a localização preferencial dessas bolhas de ar comumente encontradas nos sistemas adutores de água.

Outros locais onde são necessárias as ventosas (para a expulsão e/ou entrada de ar) são mostrados na Figura abaixo.

As formas mais comuns de ventosas produzidas (em várias partes do mundo) são mostradas na Figura abaixo.

A planilha abaixo mostra o dimensionamento hidráulico de ventosa numa adutora de água, esclarecendo que velocidade crítica é aquela necessária e suficiente para empurrar as bolhas de ar que se formam na canalização da adutora.

REF.:

[1] Análise de critérios de dimensionamento de ventosas em sistemas adutores, João Rafael Amador Santos, Universidade de Coimbra, Portugal, 2014, pág. 3/93.

https://eg.uc.pt/bitstream/10316/38452/1/Analise_de_criterios_de_di...

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