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ESCOLHA DO DIÂMETRO

A escolha do diâmetro de uma canalização sob pressão é feita levando-se em consideração:

parâmetros hidráulicos (vazão, perdas de carga, velocidade) para uma adução por gravidade,
parâmetros hidráulicos e econômicos ideais (custo do bombeamento e amortização das instalações) para uma adução por recalque.

Em função das condições de serviço,deve-se quantificar os riscos eventuais de golpes de ariete, cavitação e abrasão, e instalar as proteções adequadas.

ADUÇÃO POR GRAVIDADE

Definição

A adução por gravidade é o modo de adução que permite, a partir de um reservatório de água situado em uma cota Z, alimentar por uma canalização pressurizada todos os pontos situados a cotas z < Z, sem necessidade de bombeamento.

Princípios de dimensionamento

Características da rede
Q: vazão em função das necessidades (m³/s)

vazão de pico na distribuição ou vazão de incêndio,
vazão média na adução,

j: perda de carga unitária (m/m).
V: velocidade da água na canalização (m/s).
D: diâmetro interno da canalização (m).
L: comprimento da canalização (m).

Características topográficas

Para o cálculo, tomamos o caso mais desfavorável.

Adução de um reservatório A para um reservatório B.
H = cota do nível mínimo em A - cota do nível máximo de B.
Distribuição
H: altura correspondente à diferença entre o nível mínimo no reservatório A e a cota (z + P).
P: pressão mínima de distribuição no ponto mais elevado.
z: cota do terreno.

Adução de um reservatório A para um reservatório B.
H: Carga disponível
1. Linha piezométrica

Distribuição
1. Linha piezométrica

Fórmulas

		4
Sabendo que: Q =		D²		× V

				2 g D				² g D⁵
a fórmula de Darcy se escreve:		j =		V²		=		8 Q²

, função de (k, , D), é deduzido da fórmula de Colebrook, na qual k = 0,1mm (rugosidade). Para mais detalhes, ver Perdas de Carga.

Determinação do diâmetro (D)
A perda da carga unitária máxima é: j = H ÷ L

O DN pode ser determinado:

por cálculo, resolvendo o sistema de equações constituído pelas fórmulas de Darcy e Colebrook (cálculo por interações que implicam em meios informáticos),
por leitura direta das tabelas de perdas de carga.

Exemplo
Vazão: Q = 30 l/s
Comprimento: L = 4 000 m
Carga disponível: H = 80 m

j = H ÷ L = 80 ÷ 4 000 = 0,02 m/m = 20 m/km

A tabela de perdas de carga indica que é preciso escolher o DN 150 com:
velocidade: V = 1,7 m/s
perda de carga: j = 18,96 m/km.
Ver Perdas de Carga (Tabelas).

ADUÇÃO POR RECALQUE

Definição

É frequente a captação ou o reservatório estar situado a uma altura insuficiente para satisfazer as condições de pressão requeridas. É preciso, então, fornecer ao fluido a energia necessária para tomar possível a distribuição.
Chamamos:

altura geométrica (Hgeo) a diferença de altura entre o plano da água de bombeamento e o lugar a alimentar.
altura manométrica total (HMT) a altura geométrica incrementada das perdas de carga totais ligadas à aspiração e ao bombeamento, ou a pressão residual mínima de distribuição (ver figuras dadas a título de exemplo).

Adução por recalque a partir de um poço
HMT = Hgeo + J

Distribuição por pressão
P= Pressão mínima de serviço

Adução por recalque a partir de um reservatório
HMT = Hgeo + J ₁ + J ₂

Princípios de dimensionamento

Resolução gráfica

HMT = H_geo + J
J = f (Q²)

C_c: Curva característica do sistema
C_b: Curva característica da bomba
M: ponto de funcionamento

Nota: resolução válida para níveis de sucção e recalque constantes; caso contrário, é preciso estudar os pontos de funcionamento limitados pelas curvas características.

Dimensionamento hidráulico
Sabemos que:

J = j L

j = ( V²) ÷ (2 g D)

é função de , k, D.

No bombeamento, é preciso levar em consideração as curvas características da rede e das bombas, e assegurar-se de que, em função do DN escolhido, o ponto de funcionamento M corresponde à vazão solicitada Q₀.

Diâmetro econômico
O diâmetro econômico é calculado levando-se em consideração:

amortização de instalações (elevatória de bombeamento e canalização).
gastos de bombeamento, sendo a potência dada pela seguinte fórmula:


P = 0,0098 ×		Q × HMT
		r

onde:
P:	potência do conjunto elevatório (kW)
Q:	vazão (l/s)
HMT:	altura manométrica total (m)
r:	rendimento moto-bomba.

APLICAÇÃO

Utiliza-se dois métodos, segundo a importância do projeto:

Pequenos projetos
Aplica-se a fórmula de Vibert, válida para os pequenos e médios DN, e pequenos comprimentos:

D = 1,456 (ne ÷ f)^0,154 × Q^0,46

onde:
D:	diâmetro econômico
f:	preço da canalização assentada em $/kg
Q:	vazão em m3/s
n =	(duração do bombeamento em h) ÷ 24
e:	preço do kWh em $.

O coeficiente 1,456 considera uma taxa de amortização de 8% durante 50 anos.
O DN escolhido deve ser idêntico ou imediatamente superior ao diâmetro D.
Obs.: Utilizar a unidade monetária ($) conveniente.

Grandes projetos
Para os grandes comprimentos e diâmetros maiores, é preciso efetuar um estudo econômico detalhado. O diâmetro adotado será aquele correspondente a um custo anual mínimo (amortização do investimento mais custos de bombeamento).

PRECAUÇÕES

A velocidade varia bastante em relação ao diâmetro. Além das perdas de carga, é conveniente verificar a compatibilidade com os fenômenos eventuais de:

golpes de ariete,
cavitação,
abrasão.

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